一種微藻油脂的提純方法
2023-05-26 18:56:01
專利名稱：一種微藻油脂的提純方法
技術領域：
本發明涉及一種微藻油脂的提純方法。
背景技術：
微藻是一類在水中生長的，種類繁多且分布極其廣泛的低等植物。這類生物具有高效的光合作用反應系統，可以通過CO2的固定，將光能轉化為化學能，並以油脂或澱粉等有機物的形式儲存在體細胞內。隨著人類社會資源短缺的壓力和環境問題日益嚴峻，利用微藻進行生物柴油及其部分化石能源替代產品的開發，已成為目前研究的熱點。利用微藻進行生物柴油生產是一個複雜的系統工程，涵蓋多個技術環節，包括微藻藻種的篩選和培育、微藻的規模培養和誘導產油脂、油脂的收集和加工等幾個方面。微藻作為生物柴油原料的研究始於20世紀60年代，近年來，隨著生物技術的發展，通過對藻種的生物改造，已獲得豐富的具有高產油能力的微藻資源，因此這種新型的生物柴油生產模式非常具有應用前景。微藻作為一種新型生物質能源，其優勢是顯而易見的，但是在其利用上，從目前的研究進展來看，還處於起步階段。目前的研究主要集中在篩選優勢藻種、提高油藻生長強度、增加油脂含量方面，而對提高油脂收率、建立工業化的提取工藝方法等方面的研究還很少。然而，對於微藻的研究，其最終目的是要面向石油化工領域，解決替代能源的問題，所以探索高效的、適於大規模生產應用的油脂提取方法的研究應該成為今後一個時期研究的方向。微藻的油脂含量差別很大，在不同種類，甚至同一種類的不同品系之間也存在較大差別，一些易於規模化培養的藻種，其油脂含量一般佔細胞乾重的20% 50%，遠遠低於常規的油料作物， 因此一些經典的油脂提取方法不適用於微藻油脂的提取。CN200810240949. 3公開了一種從微藻中同時提取油脂和蛋白質的方法，該方法以溼藻泥為原料，調節PH值至鹼性或弱鹼性，通過蒸汽進行微藻細胞的破壁、油脂和蛋白質的溶出。所得微藻溶漿經過濾去除細胞殘渣後得到油脂和蛋白混合物，然後利用旋液分離器進行油水分離，獲得微藻油脂。因為微藻細胞的比表面積很大，而細胞膜上的磷脂成分含量很高，因此該方法雖然製備工藝簡單，但是由於採用了過濾的預處理方式，增加了油脂成分的損失率。CN200910060589. 3公開了一種微生物油脂及其短鏈醇脂肪酸酯的提取方法，包括調節水分以得到包括含油脂微生物的含水量為20 90%的溼培養物；微波處理對溼培養物進行微波輻射破胞並使含水量降至5% 40% ;短鏈醇處理在鹼性催化劑的作用下部分醇解微生物體內油脂，同時萃取油脂；回收溶劑作固液分離，並經蒸發回收短鏈醇後得到微生物油脂與短鏈醇脂肪酸酯的混合物。該方法在微藻進行微波處理破胞後加入短鏈醇溶劑進行處理，雖然該短鏈醇溶劑對破胞後的細胞膜磷脂層具有一定的溶解作用，但其醇溶解的效果有限，短鏈醇主要是參與鹼催化反應
發明內容
針對現有技術的不足，本發明提供一種微藻油脂的提取方法。該方法具有操作過程簡單、提取時間短、能耗低、微藻油脂收率高、適於從藻泥中直接提取油脂等優點。—種微藻油脂的提取方法，包括以下幾個步驟
(1)微藻細胞的收集在微藻培養的後期，調節微藻培養液PH至11 12，利用離心的方式收集藻細胞；
(2)微藻細胞的破碎向步驟(I)得到的微藻藻泥中加入C1-C6的短鏈醇溶劑，震蕩混勻後對微藻進行破胞處理；
(3)油脂的提取向步驟(2)得到的微藻細胞破碎液中加入正己烷、石油醚等有機溶劑的一種或幾種混合，利用有機溶劑對細胞破碎液中的油脂成分進行萃取；
(4)溶劑的回收萃取反應結束後，冷卻至室溫，靜置IOmin 30min，分別提取有機溶劑層(油相)和水層(水相)，通過蒸餾的方式可以將油相中的有機溶劑回收同時得到微藻油脂。本發明方法中，微藻可以來自於任何具有積累油脂、脂肪酸能力的藻類，如綠藻、葡萄藻，尤其是綠藻中的小球藻。本發明方法中，利用了微藻適於在鹼性環境中生長的特性，從而選擇了通過調節pH的方法進行微藻細胞的收集。對於培養最適pH為11 12的藻種,在培養末期通過靜置的方法就可以進行收集；而對於最適PH小於11的藻種，需要添加一定NaOH、KOH進行調節。
本發明方法中，在利用調節pH的方法進行微藻細胞收集的基礎上，用離心的方法進一步提高細胞濃度，控制離心轉數5000rpm IOOOOrpm,離心時間3min 15min。本發明方法中，所述的C1-C6的短鏈醇溶劑可以是直鏈的醇溶劑，也可以是帶有支鏈的醇溶劑。在所有的短鏈醇溶劑中優選甲醇溶劑。C1-C6的短鏈醇溶劑的添加量與藻泥乾重比為10:1 100:1 (V:W，單位為ml:g)。本發明方法中利用超聲波、微波或均質儀對微藻進行破胞處理。所述的超聲波頻率為20KHz 60KHz，超聲功率密度為100W/L 400 W/L,時間為3min 15min ;微波頻率可選擇2450MHz、915MHz、896MHz中的一種，設置微波功率為20W/L 1000 W/L,時間為2min IOmin ;均質儀可選用超高壓均質儀或研磨磁珠均質儀。本發明方法中優選超聲波細胞破碎的方法。本發明方法中，萃取過程中所用的有機溶劑的加入量與微藻細胞破碎過程中所使用的短鏈醇溶劑的體積比為1:1 50:1 (v:v,單位為萃取時間為 5h IOh,萃取溫度根據所選用的有機溶劑所定，一般控制60V 90°C。與現有技術相比，本發明一種微藻油脂的提取方法具有如下優點
(1)本發明方法中,在對微藻細胞破碎過程中,採用了醇溶解和物理破碎處理相結合的方法，一方面醇溶解的作用能快速瓦解細胞膜上磷脂雙分子層結構，使膜表面出現孔洞，醇溶解的同時能夠提高物理破碎效果；另一方面物理破碎的作用能破壞細胞結構，有利於醇溶劑的滲透及細胞內油脂成分的擴散，提高醇溶解效率，因此醇溶解和物理破碎的協同作用能夠明顯提高破碎效果及油脂的收率；
(2)本發明方法中優選採用超聲波對微藻進行破碎，超聲波的空化效應和醇溶解作用具有更佳的協同效果，更利於細胞的破碎及細胞內油脂成分擴散。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明發法的具體過程及效果進行說明，但不局限於以下實施例。實施例1
選取一種小球藻(chlorella vulgaris),經IOL罐,培養15天,在微藻培養的後期,根據建立的OD與細胞乾重的關係，計算出微藻濃度為1.02g/L (乾重計)。
(1)微藻細胞的收集取IL微藻培養液，用NaOH調節微藻培養液pH至12，靜置30min，取培養罐底層藻液進行離心，控制離心轉數5000rpm,離心時間5min ；
(2)微藻細胞的破碎取離心後藻泥向其中加入20ml甲醇，震蕩混勻，並用超聲進行處理,超聲波頻率40KHz，超聲功率為400W，反應時間為IOmin ；
(3)油脂的提取向微藻細胞破碎液中加入120ml正己烷，震蕩混勻後，放入水浴萃取裝置中，水浴溫度設置為65°C，反應進行6h ；
(4)溶劑的回收萃取結束後冷卻至室溫，靜置15min，最終在反應器內液體分為三層，即油相、水相及沉澱，分離後經計算油脂的收率為27. 4%，油脂產出率=
初始微藻細胞乾重-萃取後殘渣乾重，in,w lw^+n
-初始微藻細胞乾重-, W下相冋。實施例2
選取一種葡萄藻(Botryococcus braunii),經IOL罐,培養20天,在微藻培養的後期，根據建立的OD與細胞乾重的關係，計算出微藻濃度為1.41g/L (乾重計)。
(O微藻細胞的收集取1. 5L微藻培養液，用NaOH調節微藻培養液pH至12，靜置30min,取培養罐底層藻液進行離心,離心轉數為IOOOOrpm,離心時間IOmin;
(2)微藻細胞的破碎取離心後藻泥向其中加入30ml乙醇，震蕩混勻，並用超聲進行處理，超聲波頻率40KHz，超聲功率為300W，反應時間為15min ；
(3)油脂的提取向微藻細胞破碎液中加入120ml正己烷，震蕩混勻後，放入萃取裝置中，水浴溫度設置為80°C，反應進行6h ；
(4)溶劑的回收萃取結束後冷卻至室溫，靜置lOmin，最終在反應器內液體分為三層，即油相、水相及沉澱，分離後經計算油脂的收率為22. 4%。實施例3
選用實施例1中的培養藻液，微藻細胞的收集方法與實施例1完全相同。
(1)微藻細胞的破碎取離心後藻泥向其中加入30ml乙醇，震蕩混勻，並用微波進行處理，微波頻率915MKHZ，微波功率為200W，反應時間為3min ；
(2)油脂的提取向微藻細胞破碎液中加入120ml正己烷，震蕩混勻後，放入萃取裝置中，水浴溫度設置為80°C，反應進行7h ； (3)溶劑的回收萃取結束後冷卻至室溫，靜置15min，最終在反應器內液體分為三層，即油相、水相及沉澱，分離後經計算油脂的收率為23. 2%。比較例I
選用實施例1中的培養藻液，微藻細胞的收集方法與實施例1完全相同。
(I)微藻細胞的破碎用超聲對離心後藻泥進行處理，超聲波頻率40KHZ，超聲功率為400W，反應時間為IOmin ；
(2)油脂的提取向微藻細胞破碎液中加入120ml正己烷及20ml甲醇，震蕩混勻後，放入水浴萃取裝置中，水浴溫度設置為65°C，反應進行6h ；
(3)溶劑的回收萃取結束後冷卻至室溫，靜置15min，最終在反應器內液體分為三層，即油相、水相及沉澱，分離 後經計算油脂的收率為20. 9%。
權利要求
1.一種微藻油脂的提取方法，包括以下幾個步驟 (1)微藻細胞的收集在微藻培養的後期，調節微藻培養液PH至11 12，利用離心的方式收集藻細胞； (2)微藻細胞的破碎向步驟(I)得到的微藻藻泥中加入C1-C6的短鏈醇溶劑，震蕩混勻後對微藻進行破胞處理； (3)油脂的提取向步驟(2)得到的微藻細胞破碎液中加入正己烷或石油醚，利用有機溶劑對細胞破碎液中的油脂成分進行萃取； (4)溶劑的回收萃取反應結束後，冷卻至室溫，靜置IOmin 30min，分別提取有機溶劑層和水層，通過蒸餾的方式將油相中的有機溶劑回收同時得到微藻油脂。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的微藻為綠藻或葡萄藻。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於對於培養最適pH為11 12的藻種,在培養末期通過靜置的方法進行收集；而對於最適PH小於11的藻種，添加NaOH、KOH進行調節。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的離心轉數為5000rpm IOOOOrpm,離心時間3min 15min。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的C1-C6的短鏈醇溶劑為直鏈的醇溶劑或者帶有支鏈的醇溶劑。
6.根據權利要求1或5所述的方法，其特徵在於所述的短鏈醇溶劑為甲醇溶劑，短鏈醇溶劑的添加量與藻泥乾重比為10:1 100:1 (v:w，單位為ml:g)。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的微藻細胞的破碎利用超聲波、微波或均質儀對微藻進行破胞處理。
8.據權利要求1或7所述的方法，其特徵在於所述的超聲波頻率為20KHz 60KHz，超聲功率密度為100W/L 400 W/L，超聲時間為3min 15min。
9.根據權利要求1或7所述的方法，其特徵在於所述的微波頻率選擇2450MHz、915MHz,896MHz中的一種，設置微波功率為20W/L 1000 W/L，處理時間為2min lOmin。
10.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的萃取過程中所用的有機溶劑的加入量與微藻細胞破碎過程中所使用的短鏈醇溶劑的體積比為1:1 50:1 (v:v，單位為ml:ml),萃取時間為5h IOh,萃取溫度為60V 90°C。
全文摘要
本發明公開一種微藻油脂的提取方法，包括以下幾個步驟(1)微藻細胞的收集在微藻培養的後期，調節微藻培養液pH至11～12，利用離心的方式收集藻細胞；(2)微藻細胞的破碎向步驟(1)得到的微藻藻泥中加入C1-C6的短鏈醇溶劑，震蕩混勻後對微藻進行破胞處理；(3)油脂的提取向步驟(2)得到的微藻細胞破碎液中加入正己烷、石油醚等有機溶劑的一種或幾種混合，利用有機溶劑對細胞破碎液中的油脂成分進行萃取；(4)溶劑的回收萃取反應結束後，冷卻至室溫，靜置10min～30min，分別提取有機溶劑層(油相)和水層(水相)，通過蒸餾的方式可以將油相中的有機溶劑回收同時得到微藻油脂。該方法具有操作過程簡單、提取時間短、能耗低、微藻油脂收率高、適於從藻泥中直接提取油脂等優點。
文檔編號C11B1/04GK103045352SQ20111031381
公開日2013年4月17日 申請日期2011年10月17日 優先權日2011年10月17日
發明者張霖, 師文靜, 李曉姝, 王領民 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院