CN102071100A - 一种利用混合有机溶剂从湿藻泥中提取油脂的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用混合有机溶剂从微藻湿藻泥中提取油脂的方法，其主要步骤为：将产油微藻的湿藻泥加入低级醇类溶剂和低级烷烃的混合溶剂中，于反应器内加热并通入氮气，维持反应器的压力和温度保持在亚临界状态进行反应；液固分离后得到的混合液降温，收集上层烷烃相，下层醇-水相用低极烷烃洗涤萃取分相后获得烷烃萃取相，并与上层烷烃相合蒸发浓缩获得微藻油脂并回收烷烃。本发明可直接利用高含水的微藻细胞为原料，无需藻细胞的干燥脱水，节省了干燥能耗，萃取溶剂用量少，油脂提取率高、分离简单，过程易于放大。本发明对于低能耗高效微藻油脂的提取及其微藻生物能源产业化具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于微藻生化工程技术领域，具体地涉及一种利用混合有机溶剂从微藻湿藻泥中提取油脂的方法。
背景技术
随着全球化石能源短缺和环境不断恶化问题的日益突出，生物柴油作为一种可持续的绿色能源形式，受到世界范围内的广泛关注。目前，生产生物柴油所用原料均源于油料作物，由于油料作物的油脂面积产率不高，大力发展生物柴油必然要占用大量耕地，影响粮食生产。而微藻种类繁多、分布广，是最简单、最古老的低等植物，可直接利用阳光、CO2及N、P等简单营养物质快速生长并在胞内合成大量油脂(主要是甘油三酯)，为生物柴油生产提供新的油脂资源。目前国内外普遍认为，作为一种新的生物能源，微藻能源发展潜力巨大。
虽然微藻作为新的生物能源潜力巨大，但迄今为止尚未获得商业化生产能源产品的途径。其中一个重要原因在于目前微藻产油的成本过高。目前的微藻油脂提取，虽然已有多种技术方法，溶剂萃取法、量子压裂法、超临界CO2萃取法等，但从工艺、能耗与设备规模考虑，采用最多的还是干藻粉的溶剂萃取法。然而微藻细胞中水含量高达80％以上，有分析表明仅干燥过程的能耗将使微藻生产出的能源产品的能量“入不敷出”(Lardon L et al.，Environ Sci Technol，2009)。因此避免干燥的高能耗，开发以湿藻为原料的低能耗微藻油脂提取技术非常重要。中国发明专利2010071200033940提出利用水剂法从湿藻中直接提取油脂和蛋白质，但该方法需要用过热蒸汽对湿藻细胞进行破壁处理，蒸汽用量大，提取过程中藻细胞碎片、藻油、蛋白质等分离困难，藻油产品杂质多。中国专利201010136309.5也提出利用亚临界低级醇类从微藻湿藻泥中提取油脂，总脂提取率可达到90％以上。但该方案需要采用醇溶剂对湿藻泥进行脱水预处理，醇类用量大，醇回收耗能较高，而且提取的油脂成分复杂，分离精制困难。
低级醇类是亲水性溶剂，很容易渗透进入藻细胞内部，但常温常压下低级醇对油脂的溶解度低，即使在亚临界条件下其溶解度也较小。而低级烷烃虽然对油脂的溶解性好，但其与水互溶度差，很难通过渗透进入湿藻细胞内将油脂萃取出来。因此如果能够结合这两类溶剂的特点，采用混合溶剂将能够实现从湿藻细胞中高效的将藻油提取出来。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种利用混合有机溶剂从湿藻泥中提取油脂的方法，以克服公知技术中存在的缺陷。
为实现上述目的，本发明提供的利用混合有机溶剂从微藻湿藻泥中提取油脂的方法，其主要步骤为：
1)将产油微藻的湿藻泥加入低级醇类溶剂和低级烷烃的混合溶剂中，于反应器内加热并通入氮气，维持反应器的压力和温度保持在亚临界状态进行反应；
2)液固分离后得到的混合液降温，收集上层烷烃相，下层醇-水相用低极烷烃洗涤萃取分相后获得烷烃萃取相，并与上层烷烃相合蒸发浓缩获得微藻油脂并回收烷烃。
所述的方法中，产油微藻为拟微拟球藻、小球藻、栅藻、角毛藻、三角褐指藻、金藻、裂壶藻、盐藻、杜氏藻的湿藻泥中的一种或几种。
所述的方法中，湿藻泥的含水量为50-70％重量比
所述的方法中，产油微藻的湿藻泥与混合溶剂的体积比为1∶1-1∶20。
所述的方法其中，反应器内反应时间为20分钟-3小时，温度为80-150℃，压力为0.5-5.0MPa。
所述的方法中，混合溶剂中低级醇类和低级烷烃的体积比为1∶10-3∶1。
所述的方法中，低级醇类为甲醇或乙醇；低级烷烃为C5-C7烷烃。
所述的方法中，低级烷烃为正烷烃、异烷烃、环烷烃或其混合物。
所述的方法中，产油微藻的湿藻泥的获得是通过预先经过离心或过滤培养介质处理。
本发明的优点在于可直接利用高含水的微藻细胞为原料，无需藻细胞的干燥脱水，节省了干燥能耗，萃取溶剂用量少，油脂提取率高、分离简单，过程易于放大。本发明对于低能耗高效微藻油脂的提取及其微藻生物能源产业化具有重要意义。
附图说明
图1是本发明的湿藻油脂混合溶剂亚临界提取工艺流程示意图。
具体实施方式
本发明以微藻湿藻泥为原料，加入一定体积的低级醇类溶剂(甲醇或乙醇)和低级烷烃(C5-C7烷烃或其混合物)的混合溶剂，在亚临界状态下与水互溶性好的低级醇类溶剂分子进入湿藻细胞内部，溶解和萃取细胞内的油脂，溶解了油脂的醇分子在细胞外又与低级烷烃混合接触，由于低级烷烃对油脂的溶解度远大于低级醇类，因此溶解于醇中的油脂会被萃取进入烷烃相，使得低级醇中的油脂不能达到饱和溶解度，可以继续不数地从细胞内部将油脂萃取出来，从而不断地实现通过醇类分子实现藻油从湿藻细胞到烷烃相的转移的过程，达到油脂高效萃取的目的。萃取结束后，离心除去藻渣，滤液降温，通过醇-水和烷烃相的密度差实现自然分层。上层富油烷烃相通过蒸发浓缩获得微藻油脂，并同时回收溶剂。下层醇-水相再用少量低级烷烃洗脱再回收部分微藻油脂，最后剩余的醇-水相通过蒸馏回收醇溶剂。
本发明不需要对湿藻泥进行脱水预处理，实现了湿藻泥的直接油脂提取，避免了藻粉脱水干燥环节，大大降低了微藻油脂提取成本与能耗，油脂提取率高、溶剂用量少，过程放大容易。且烷烃类提取的藻油大部分为中性脂，品质较好。
本发明的工艺流程如图1所示，其主要工艺内容与条件包括如下步骤：
1)亚临界混合有机溶剂提取：将离心后的藻泥加入1∶1-1∶20体积比的混合有机溶剂置于反应釜中，向其中通入N2加压至0.5-5.0MPa，然后在80-150℃下加热20分钟-3小时，得到藻浆；
2)将上述获得的藻浆用离心或其它过滤方法去除微藻细胞残渣，得到混合液；
3)将上述藻油混合液降低温度至4-25℃，醇相和烷烃相分层，将烷烃相通过蒸馏或旋转蒸发回收烷烃，收集微藻油脂。
为了能对本发明的技术特征有进一步的了解，以下结合实施例作详细说明。
实施例1
称取微拟球藻湿藻泥100g(含水量60％，初始总脂含量33.4％)，加入400ml的分析纯乙醇(乙醇含量99％)和正己烷的混合液体(两者体积比为1/6)，置于不锈钢压力反应釜中密封，向反应釜中通入N2至1.5MPa，加热到110℃并维持反应1小时，然后取出藻浆，6500rpm下离心10min，去除微藻细胞残渣，静置上清液，分出上层正己烷相，乙醇相用60ml的正己烷萃取两次，合并所有正己烷相，旋转蒸发浓缩，干燥，得到藻油11.2g，总脂提取率83.8％。
实施例2
称取微拟球藻湿藻泥100g(含水量60％，初始总脂含量33.4％)，加入400ml的工业乙醇(乙醇含量85％)和正己烷的混合液体(两者体积比为1/3)，置于高压反应釜中密封，向反应釜中通入N2至1.5MPa，加热到110℃并反应1小时，然后取出藻浆，6500rpm下离心10min，去除微藻细胞残渣，静置上清液，分出上层正己烷相，乙醇相用100ml的正己烷萃取1次，合并所有正己烷相，旋转蒸发浓缩，干燥，得到藻油8.68g，总脂提取率65％。
实施例3
称取微拟球藻湿藻泥100g(含水量60％，初始总脂含量33.4％)，加入320ml的分析纯乙醇和正己烷的混合液体(两者体积比为1/5)，置于高压反应釜中密封，向反应釜中通入N2至1.5MPa，加热到100℃并反应1小时，然后取出藻浆，6500rpm下离心10min，去除微藻细胞残渣，静置上清液，分出上层正己烷相，乙醇相用60ml的正己烷萃取2次，合并所有正己烷相，旋转蒸发浓缩，干燥，得到藻油10.69g，总脂提取率80％。
实施例4
称取微拟球藻湿藻泥100g(含水量60％，初始总脂含量33.4％)，加入400ml的分析纯乙醇和正己烷的混合液体(两者体积比为1/6)，加入H2SO4使之最终浓度达到1mol/L，置于高压反应釜中密封，向反应釜中通入N2至1.0MPa，加热到110℃并反应1小时，然后取出藻浆，6500rpm下离心10min，去除微藻细胞残渣，静置上清液，分出上层正己烷相，乙醇相用60ml的正己烷萃取2次，合并所有正己烷相，旋转蒸发浓缩，干燥，得到藻油10.69g，总脂提取率85％。
实施例5
称取微拟球藻湿藻泥100g(含水量60％，初始总脂含量33.4％)，加入600ml的分析纯乙醇和正己烷的混合液体(两者体积比为1/6)，加入H2SO4使之最终浓度达到1mol/L，置于高压反应釜中密封，向反应釜中通入N2至2MPa，加热到115℃并反应1小时，然后取出藻浆，6500rpm下离心10min，去除微藻细胞残渣，静置上清液，分出上层正己烷相，乙醇相用60ml的正己烷萃取2次，合并所有正己烷相，旋转蒸发浓缩，干燥，得到藻油10.69g，总脂提取率89％。
以上的实施例中，将所用藻种替换为小球藻、栅藻、金藻、角毛藻、杜氏藻，或将乙醇改为甲醇、正己烷改为异烷烃、环烷烃或混合物，重复上述实验，所得结果相似。
Claims (9)
1.一种利用混合有机溶剂从微藻湿藻泥中提取油脂的方法，其主要步骤为：
1)将产油微藻的湿藻泥加入低级醇类溶剂和低级烷烃的混合溶剂中，于反应器内加热并通入氮气，维持反应器的压力和温度保持在亚临界状态进行反应；
2)液固分离后得到的混合液降温，收集上层烷烃相，下层醇-水相用低极烷烃洗涤萃取分相后获得烷烃萃取相，并与上层烷烃相合蒸发浓缩获得微藻油脂并回收烷烃。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，产油微藻为拟微拟球藻、小球藻、栅藻、角毛藻、三角褐指藻、金藻、裂壶藻、盐藻、杜氏藻的湿藻泥中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，湿藻泥的含水量为50-70％重量比。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，产油微藻的湿藻泥与混合溶剂的体积比为1∶1-1∶20。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，反应器内反应时间为20分钟-3小时，温度为80-150℃，压力为0.5-5.0MPa。
6.根据权利要求1或4所述的方法，其中，混合溶剂中低级醇类和低级烷烃的体积比为1∶10-3∶1。
7.根据权利要求1或4所述的方法，其中，低级醇类为甲醇或乙醇；低级烷烃为C5-C7烷烃。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，低级烷烃为正烷烃、异烷烃、环烷烃或其混合物。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，产油微藻的湿藻泥获得是通过预先经过离心或过滤培养介质处理。
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