CN101550078B - 超临界萃取裂殖壶菌不饱和脂肪酸的方法 - Google Patents

超临界萃取裂殖壶菌不饱和脂肪酸的方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种超临界萃取裂殖壶菌不饱和脂肪酸的方法，其特征在于，其步骤如下，将干燥后的裂殖壶菌粉末装入超临界萃取装置的萃取釜中；设定超临界萃取装置的工艺参数，然后开始萃取，同时开启超声波强化装置，在每升萃取釜中产生的超声波电功率为500W，萃取9-11min后关闭超声装置；维持步骤(2)设定的工艺参数不变，继续萃取45-55min，得不饱和脂肪酸萃取液。本发明萃取方法通过优选萃取工艺参数，同时应用超声波强化作用，在不改变提取物的性质的同时，能显著提高提取效率；而且用本发明方法萃取时间短，萃取的不饱和脂肪酸纯度高。

Description

超临界萃取裂殖壶菌不饱和脂肪酸的方法
技术领域
本发明涉及一种从裂殖壶菌中萃取不饱和脂肪酸的方法，特别是一种超临界萃取裂殖壶菌不饱和脂肪酸的方法。
背景技术
以DHA(二十二碳六烯酸)为代表的n-3多不饱和脂肪酸是指碳原子数多于或等于18且含有两个或两个以上双键的一类脂肪酸。此类不饱和脂肪酸具有防治心血管疾病、抗癌、抗炎、促进神经系统和视觉系统发育等重要生理作用，常被作为添加剂加入奶粉、饮料、面包等食品中。传统上，n-3多不饱和脂肪酸包括DHA的主要来源是海洋鱼油。随着海洋渔业资源的日益紧张，鱼油很难满足人们对于n-3多不饱和脂肪酸的需求。同时，以鱼油为原料生产的n-3多不饱和脂肪酸存在腥臭味，后处理过程要经油水分离、浓缩、蒸馏、精制、脱臭等步骤，工艺复杂，产品价格极为昂贵。海洋微生物，特别是一些微藻与真菌，被认为是海洋食物链中n-3多不饱和脂肪酸的原始生产者。海洋鱼类正是由于摄食了这类微生物才使得n-3多不饱和脂肪酸在体内大量积累。因此，利用海洋微生物替代鱼油生产n-3多不饱和脂肪酸DHA成为各国研究的重点。裂殖壶菌是一种类藻的海洋真菌，其细胞中积累了大量的油脂，总脂肪酸中不饱和脂肪酸含量很高，其中主要为n-3不饱和脂肪酸DHA，且细胞中90％以上的油脂以人体易吸收的中性油脂——甘油三酯的形式存在，是一种理想的DHA新资源。目前不饱和脂肪酸的提取方法主要有溶剂法、超临界流体萃取法等。利用溶剂法从海洋微生物中提取、分离、浓缩不饱和脂肪酸操作比较繁琐，原料中其它营养成分的综合利用也比较困难。超临界流体萃取是近年来发展起来的新型的分离技术。由于它的萃取温度低、不易破坏被萃取物的生理活性、选择性好、无溶剂残留，所以特别适合于萃取热敏性、易氧化的天然产物。利用超临界流体萃取技术从海洋微生物中提取不饱和脂肪酸具有极大的应用前景，但是传统超临界流体萃取方式也存在萃取时间较长，生产成本高等缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种萃取时间短、提取得率高的超临界萃取裂殖壶菌不饱和脂肪酸的方法。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种超临界萃取裂殖壶菌不饱和脂肪酸的方法，其特点是，其步骤如下，
(1)将干燥后的裂殖壶菌粉末装入超临界萃取装置的萃取釜中；
(2)将超临界萃取装置的工艺参数调至以下设定工艺参数：萃取温度为35℃、萃取压力为30MPa、分离温度为50℃、分离压力为12MPa、流体流量为10L·h-1、乙醇夹带剂用量占萃取介质(CO2)总重量的6％，然后开始萃取，同时开启超声波装置，在每升萃取釜中产生的超声波电功率为500W，萃取9-11min后关闭超声装置；
(3)维持步骤(2)设定的超临界萃取装置的工艺参数不变，继续萃取45-55min，得不饱和脂肪酸萃取液。
以上所述的超临界萃取裂殖壶菌不饱和脂肪酸的方法的技术方案的步骤(2)中，优选萃取10min后关闭超声装置；在步骤(3)中，继续萃取的时间优选为50min。
本发明提供的超临界萃取裂殖壶菌不饱和脂肪酸的方法是将干燥后的裂殖壶菌用超临界流体作为萃取介质进行萃取，同时通过超声波对萃取过程进行强化。本发明萃取方法中所使用的超临界萃取装置和超声波装置可以是现有技术中公开的任何一种可适用的超临界萃取装置和超声波装置。
本发明方法萃取所得的萃取物可以应用气相色谱分析法验证其主要含有不饱和脂肪酸，其中DHA的含量可达到20％以上。
本发明用超临界流体萃取裂殖壶菌的不饱和脂肪酸，用无毒、无残留的超临界流体作提取介质，并在接近室温的条件下萃取，通过改变温度或压力使溶质在超临界流体中的溶解度发生改变，通过超声波的破坏菌体细胞结构，加快不饱和脂肪酸的溶出速度，缩短了提取时间。超临界流体萃取特别是超临界CO2提取具有如下一些优点：CO2价廉易得又无色、无味、无毒，且通常条件下为气体，无溶剂残留问题；超临界萃取通常是在低温下完成，整个提取分离过程在暗场中进行，能最大程度地保持各组分的原有特性；溶解在超临界CO2中的溶质可以很容易通过减压的方法进行分离，并且萃取产物不断被移走，萃取过程在连续状态下进行，操作步骤少，流程简单；超临界CO2具有相对低的粘度和高的扩散系数，从而产生较快的萃取，并且超临界CO2的溶解能力可以通过改变温度和压力来进行控制，因此可以达到很高的选择性；CO2只对溶质起作用，不改变溶质之外的任何成分或原料基体，不会产生任何新的“三废”物质，对环境保护极为有利，用纯CO2提取后的料渣，还能进行综合利用。
本发明萃取方法通过优选萃取工艺参数，同时应用超声波强化作用，在不改变提取物的性质的同时，能显著提高提取效率；而且用本发明方法萃取时间短，萃取的不饱和脂肪酸纯度高。
具体实施方式
实施例1。一种超临界萃取裂殖壶菌不饱和脂肪酸的方法，其步骤如下，
(1)将干燥后的裂殖壶菌粉末装入超临界萃取装置的萃取釜中；
(2)将超临界萃取装置的工艺参数调至以下设定工艺参数：萃取温度为35℃、萃取压力为30MPa、分离温度为50℃、分离压力为12MPa、流体流量为10L·h-1、乙醇夹带剂用量占萃取介质总重量的6％，然后开始萃取，同时开启超声波装置，在每升萃取釜中产生的超声波电功率为500W，萃取9min后关闭超声装置；
(3)维持步骤(2)设定的超临界萃取装置的工艺参数不变，继续萃取45min，得不饱和脂肪酸萃取液。
实施例2。一种超临界萃取裂殖壶菌不饱和脂肪酸的方法，其步骤如下，
(1)将干燥后的裂殖壶菌粉末装入超临界萃取装置的萃取釜中；
(2)将超临界萃取装置的工艺参数调至以下设定工艺参数：萃取温度为35℃、萃取压力为30MPa、分离温度为50℃、分离压力为12MPa、流体流量为10L·h-1、乙醇夹带剂用量占萃取介质总重量的6％，然后开始萃取，同时开启超声波装置，在每升萃取釜中产生的超声波电功率为500W，萃取10min后关闭超声装置；
(3)维持步骤(2)设定的超临界萃取装置的工艺参数不变，继续萃取50min，得不饱和脂肪酸萃取液。
实施例3。一种超临界萃取裂殖壶菌不饱和脂肪酸的方法，其步骤如下，
(1)将干燥后的裂殖壶菌粉末装入超临界萃取装置的萃取釜中；
(2)将超临界萃取装置的工艺参数调至以下设定工艺参数：萃取温度为35℃、萃取压力为30MPa、分离温度为50℃、分离压力为12MPa、流体流量为10L·h-1、乙醇夹带剂用量占萃取介质总重量的6％，然后开始萃取，同时开启超声波装置，在每升萃取釜中产生的超声波电功率为500W，萃取11min后关闭超声装置；
(3)维持步骤(2)设定的超临界萃取装置的工艺参数不变，继续萃取55min，得不饱和脂肪酸萃取液。
实验对比例。以下是发明人所做的裂殖壶菌不饱和脂肪酸的对比萃取实验。
对比实验例1。超临界萃取最佳工艺条件的确定实验。
实验一：
一、设备：
1、江苏南通华安超临界萃取有限公司生产的HA231-50-06超临界萃取装置。
二、萃取介质：超临界CO2
三、工艺参数：萃取温度为35℃、萃取压力为30MPa、分离温度为50℃、分离压力为12MPa、流体流量为10L·h-1、乙醇夹带剂用量占萃取介质总重量的6％。
四、不饱和脂肪酸(DHA)的测定方法：气相色谱法。
萃取步骤如下：
装料，将干燥后的裂殖壶菌粉末装入超临界萃取装置的萃取釜中；
将超临界萃取装置的工艺参数调至设定工艺参数(萃取温度为35℃、萃取压力为30MPa、分离温度为50℃、分离压力为12MPa、流体流量为10L·h-1、乙醇夹带剂用量占萃取介质总重量的6％)；
维持萃取工艺参数不变，萃取100min；
萃取完成后，降低萃取釜压力，取出废渣，得到萃取液。
实验二。设备和萃取步骤同实验一，在单因素试验的基础上，选择了对萃取过程产生直接影响的萃取温度、萃取压力、分离温度、分离压力进行L9(34)正交试验，优化超临界CO2萃取法提取裂殖壶菌不饱和脂肪酸(DHA)的工艺，试验参数及结果见表一，萃取时间为100min。
表一：
  试验编号   萃取温度/℃   萃取压力/MPa   分离温度/℃   分离压力/MPa   DHA提取率/％
  1   35   25   45   10   66.3
  2   35   30   50   12   72.0
  3   35   35   55   14   67.7
  4   40   25   50   14   67.1
  5   40   30   55   10   65.2
  6   40   35   45   12   58.6
  7   45   25   55   12   57.5
  8   45   30   50   14   52.4
  9   45   35   45   10   57.3
  最优参数   35   30   50   12   72.0
根据表一的实验结果，最终确定超临界CO2萃取法提取裂殖壶菌不饱和脂肪酸(DHA)的最佳工艺参数为：萃取温度为35℃、萃取压力为30MPa、分离温度为50℃、分离压力为12MPa、流体流量为10L·h-1、乙醇夹带剂用量占萃取介质总重量的6％。在此工艺条件之下，进行验证实验，萃取时间100min，经测定，裂殖壶菌不饱和脂肪酸(DHA)提取率为72％，经气相色谱法测定其中DHA占总脂肪酸含量的18％。
对比实验例2。提取率和萃取时间对比及其结果参照图1。
实验三(应用本发明萃取方法)。
一、设备：
1、江苏南通华安超临界萃取有限公司生产的HA231-50-06超临界萃取装置。
2、超声波装置：中国专利200820053135.4所公开的超声强化超临界或亚临界流体萃取装置，可在超临界流体萃取的同时在高压萃取釜中产生超声场。
二、萃取介质：超临界CO2
三、工艺参数：萃取温度为35℃、萃取压力为30MPa、分离温度为50℃、分离压力为12MPa、流体流量为10L·h-1、乙醇夹带剂用量占萃取介质总重量的6％、超声波功率为500W、超声波频率为20KHz、超声作用时间为10min。
四、不饱和脂肪酸(DHA)的测定方法：气相色谱法。
萃取步骤如下：
装料，将干燥后的裂殖壶菌粉末装入超临界萃取装置的萃取釜中；
将超临界萃取装置的工艺参数调至设定工艺参数：萃取温度为35℃、萃取压力为30MPa、分离温度为50℃、分离压力为12MPa、流体流量为10L·h-1、乙醇夹带剂用量占萃取介质总重量的6％；
开始萃取，同时开启超声波装置，在每升萃取釜中产生的超声波电功率为500W，10min后关闭超声装置；
维持超临界萃取装置的萃取工艺参数不变，继续萃取50min；
萃取完成后，降低萃取釜压力，取出废渣，得到萃取液。
经测定，裂殖壶菌不饱和脂肪酸(DHA)提取率为93％，经气相色谱法测定其中DHA占总脂肪酸含量的23％。
实验四(应用对比萃取方法1)。
设备：江苏南通华安超临界萃取有限公司生产的HA231-50-06超临界萃取装置。
萃取介质：超临界CO2。
工艺参数：萃取温度为35℃、萃取压力为30MPa、分离温度为50℃、分离压力为12MPa、流体流量为10L·h-1、乙醇夹带剂用量占萃取介质总重量的6％。
不饱和脂肪酸(DHA)的测定方法：气相色谱法。
萃取步骤如下：
装料，将干燥后的裂殖壶菌粉末装入超临界萃取装置的萃取釜中；
将超临界萃取装置的工艺参数调至设定工艺参数(萃取温度为35℃、萃取压力为30MPa、分离温度为50℃、分离压力为12MPa、流体流量为10L·h-1、乙醇夹带剂用量占萃取介质总重量的6％)，最佳萃取时间为100min；
萃取完成后，降低萃取釜压力，取出废渣，得到萃取液。
实验五(应用对比萃取方法2)。
设备：江苏南通华安超临界萃取有限公司生产的HA231-50-06超临界萃取装置。
萃取介质：超临界CO2。
工艺参数：萃取温度为35℃、萃取压力为30MPa、分离温度为50℃、分离压力为12MPa、流体流量为10L·h-1、乙醇夹带剂用量占萃取介质总重量的6％、超声波功率为每升萃取釜中产生的超声波电功率为200W、超声波频率为20KHz、超声强化时间为整个萃取过程(根据现有装置实际操作的效果，如进行超过10min的超声强化，在每升萃取釜中产生的超声波电功率不能超过200W，否则会产生明显的升温影响萃取过程，但超声强化时间不超过10min，最大的超声波电功率可达500W，产生的升温对萃取过程影响不大)。
不饱和脂肪酸(DHA)的测定方法：气相色谱法。
萃取步骤如下：
装料，将干燥后的裂殖壶菌粉末装入超临界萃取装置的萃取釜中；
将超临界萃取装置的工艺参数调至设定工艺参数(萃取温度为35℃、萃取压力为30MPa、分离温度为50℃、分离压力为12MPa、流体流量为10L·h-1、乙醇夹带剂用量占萃取介质总重量的6％)；
开始萃取，同时开启超声波装置，在整个萃取过程中每升萃取釜中产生的超声波电功率为200W，最佳萃取时间为80min；
萃取完成后，降低萃取釜压力，取出废渣，得到萃取液。
从图1中可以看出，实验三(本发明萃取方法)萃取裂殖壶菌不饱和脂肪酸(DHA)的提取率更高，达93％，时间更短，最佳萃取时间为60min；而实验四(对比萃取方法1)的提取率为73％，最佳萃取时间为100min；实验五(对比萃取方法2)的提取率为85％，最佳萃取时间为80min。
发明人通过显微观测(照电子显微镜)，对上述3个实验提取后的废渣进行分析，发现：采用实验三(本发明萃取方法)后裂殖壶菌的细胞结构已被超声波严重破坏；采用实验四(对比萃取方法1)后裂殖壶菌的细胞结构没有被破坏；采用实验五(对比萃取方法2)后裂殖壶菌的细胞结构基本没被破坏。因此，本发明方法萃取率的提高主要是由于裂殖壶菌的细胞结构已被超声波破坏导致的，本发明方法所述超声波的使用可以带来显著的技术效果。

Claims (3)

1.一种超临界萃取裂殖壶菌不饱和脂肪酸的方法，其特征在于，其步骤如下，
(1)将干燥后的裂殖壶菌粉末装入超临界萃取装置的萃取釜中；
(2)将超临界萃取装置的工艺参数调至以下设定工艺参数：萃取温度为35℃、萃取压力为30MPa、分离温度为50℃、分离压力为12MPa、流体流量为10L·h-1、乙醇夹带剂用量占萃取介质总重量的6％，然后开始萃取，同时开启超声波装置，在每升萃取釜中产生的超声波电功率为500W，萃取9-11min后关闭超声装置；
(3)维持步骤(2)设定的超临界萃取装置的工艺参数不变，继续萃取45-55min，得不饱和脂肪酸萃取液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，萃取10min后关闭超声装置。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，继续萃取的时间为50min。
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