CN102131916A

CN102131916A - 获取藻类提取物的方法和这些提取物的用途

Info

Publication number: CN102131916A
Application number: CN2009801289092A
Authority: CN
Inventors: 安托万·皮奇里利
Original assignee: Valagro Carbone Renouvelable Poitou Charentes SAEM
Current assignee: Valagro Carbone Renouvelable Poitou Charentes SAEM
Priority date: 2008-07-18
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2011-07-20
Also published as: US20110142875A1; EP2307537A1; US9090877B2; FR2933870A1; FR2933870B1; WO2010007328A1

Abstract

本发明涉及一种获取藻类提取物的方法，其特征在于至少包括以下步骤：a)预处理藻类样品，b)快速加热预处理过的藻类样品，c)对b)得到的产品施加大于或等于1巴的压力，d)瞬时降压至小于或等于1巴，和e)以液体、固体和/或气体形式收回d)得到的产品。本发明还包括通过所述方法得到的藻类提取物的用途。

Description

获取藻类提取物的方法和这些提取物的用途

技术领域

本发明涉及一种处理藻类的方法以及用所述方法处理得到的提取物的用途。

背景技术

藻类是通过光合作用生存的生物，其生命周期在水生环境中进行。其具有所有能将其相对于陆地植物加以识别和区分的共同特征，但是也存在许多种类。

水生藻类一般分为两大类：原核生物和真核生物。它们也可以分为三类：海藻、微藻和硅藻。

藻类细胞可能是裸露的，或被完全和刚性的细胞壁很好地保护起来，或被不完全的壁或一系列鳞、片或带状物覆盖。细胞壁由两种成分组成：无定形成分，其构成基质，在其中嵌入原纤维成分。无定形成分主要由糖类构成，而原纤维成分形成了细胞壁的刚性结构，一般由纤维素构成。

海藻是已知的，在不同领域中利用其各种特性，如在人类或动物食品、农业、药理学、美容等。藻类的选择是基于所研究的性能或分子和预期的应用领域。有些藻类富含碘和纤维，用于减肥食物的补充剂。其他的一些具有值得关注的感官特性并用于食品生产中。

还已知，藻类含有已知对有健康有益作用的许多化合物。

最近还建议，藻类作为可再生能源(A look back at the US Department of energy’s Aquatic Species Program-Biodesel from algae-238页-1998年和Widescale Biodiesel Production from Algae-Michael BRIGGS-2004年8月)。事实上，有些种类的藻类比陆生谷物和油料作物更能生产生物量。它们能生产脂类、生物燃料脂肪酯来源和/或用于汽油的生物乙醇的糖源。另一方面，其在商业和农业方面还没有与油料作物和粮食作物竞争的优势。

因此，人们寻求从藻类生物中提取分子的方法，特别是蛋白质、多糖、脂类组分，而且还包括多酚、维生素、胡萝卜素价值更高的小成分。

但是，由于多种原因，从藻类生物提取分子困难并且生产费用昂贵。

事实上，藻类是高度水合的有机体，现有的提取过程往往涉及到干燥藻类生物的步骤，这一过程需要大量能源并且耗费巨大。

此外，藻类的单细胞结构要求破碎细胞壁的步骤用于释放其含有的不同组分。然而，这一步是很难实现的，一方面是由于渗透压冲击、温度、微波和/或化学溶剂形式的外加刺激使细胞膜内在阻力提高，另一方面是由于防卫机制，被处理的活的藻类生物体对这些刺激产生反应，例如合成大分子糖类、膜刚性化等。

最后，藻类具有的化学和生化成分太复杂。藻类的不同类的化合物相互进行密切的物理化学作用，由于细胞膜破裂，释放这些化合物，以及将其分离，导致形成稳定的凝胶或乳液，使其提纯变得复杂。

此外，现有的方法需要使用危害环境的有毒溶剂或石化来源的化合物。作为一个例子可以举出美国申请US-5,951,875，其描述了一种处理藻类提取类胡萝卜素的方法，使用了溶解气体和化学溶剂。还已知申请GB-319333涉及一种用于提取藻类的色素、盐和脂肪体的方法，其在加压下使用易燃的石油化学溶剂进行。

此外，不可能像其它材料那样在压榨机中进行从藻类生物的产品提取，因为水合的藻类仅具有非常低的机械强度。

这些不同的限制使目前的获得藻类提取物的方法效率低下，无利可图，难以工业化。

发明内容

因此，本发明的目的是要克服现有技术的缺点，提供一种有效的处理藻类的方法，其可以回收所有有价值的产品，不使用有毒溶剂，防止目标化合物氧化或变性的风险，并可以工业规模实施。

为此，发明提供了一种获取藻类提取物的方法，至少包括以下步骤：

a)预处理藻类样品，

b)快速加热预处理过的藻类样品，

c)对b)得到的产品施加大于或等于1巴的压力，

d)瞬时降压至小于或等于1巴，和

e)以液体、固体和/或气体形式回收d)得到的产品。

获得的提取物可根据被处理藻类样品的性质和回收的产品的性质用于不同的领域。例如，其可用于药物、化妆品或食品，用于农产品或水产品，或还可用于能源生产。

现详细描述本发明。

本发明涉及一种处理海藻样品的方法，至少包括以下步骤：

a)预处理，

b)快速加热，

c)对b)得到的产品施加大于或等于1巴的压力，

d)瞬间降压至小于等于1巴，和

e)以液体、固体和/或气体形式回收d)得到的产品。

关于藻类样品，是指一种或多种藻或一种或多种衍生自藻的产品(藻类的废料或副产品)，藻类均来自水环境(海洋、源自海洋的排放、泻湖、湖泊、池塘、河流等)、养殖池塘或培养藻类的光-生物反应器。

优选微藻或硅藻。更优选属于绿藻、蓝藻或Chysophyceae类的藻类。

还更优选使用的藻选自：小球藻(Chlorella)、Botryoccocus粒藻(Botryoccocus braunii)、杜氏盐藻(Dunaliella salina)、雨生血球藻(Haematococcus pluvialis)、栅藻(Scenedesmus)、Odontella aurita、角叉藻(Chondrus crispus)、Porphyridium cruemtum、螺旋藻(Spirulina platensis)、三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)、等鞭藻(Isochrysis sp.)、菱形藻(Nitzschia sp.)、Phaeodactylum tricornotum、Tretraselmis sueica.。

根据一个实施方案，藻类样品是水合的藻类生物。步骤a)预处理，包括离心样品用于消除一部分过多的水分。

根据另一个实施方案，藻类样品为预先干燥和/或冻干的生物体。在这种情况下，预处理步骤a)包括在要处理的生物体中注入过热干燥的或潮湿的蒸汽。

步骤b)的加热温度优选25至150℃，更优选60至110℃。快速加热是指加热进行0.5-30分钟。

优选步骤c)的加热压力在1-50巴，尤其是2-10巴，最优选4-6巴。施加压力1-60分钟。这可能涉及到与加热蒸发水相关的自生压力或添加例如氮气的惰性气体导致的升压。

同样地，步骤d)的压力真空为0.01-1000毫巴，优选1-100毫巴。

根据本发明的方法还可以包括将盐溶液加入到之前加热步骤b)的生物体的步骤。

为了进一步提高方法的效率，加热步骤b)、加压步骤c)和降压步骤d)可能会连续重复多次。

当实施发明的方法时，通过最初的加热和瞬时降压的联合作用，被处理的藻生物体的细胞内所含的水蒸发，促使渗透压急剧增加，直接导致细胞破碎。然后将该藻类分离成不同的部分：

-固体部分，含有蛋白质、多糖和不溶性纤维(纤维素、淀粉、藻酸盐等)，

-液体部分，含脂类和残余的水，

-气体部分，含有挥发性化合物和可凝结水的蒸汽。

根据本发明的方法的步骤e)包括回收这些不同的部分。

获得的气体产物可通过冷凝回收。然后，其可就这样使用，或在处理后使用，例如提纯后使用。

并且，回收的水可有利地用于本发明的方法中产生蒸汽。

得到的液体和固体产品优选通过离心和/或过滤分离，如果需要进行干燥。

回收的液体部分，或汁液，根据被处理的藻类样品的性质具有不同的组成。其可能或多或少地富含脂类、糖类或任何其他化合物，例如色素、类胡萝卜素、溶解的多酚、维生素等。步骤e)获得的液体产品一般根据已知技术处理以便将其所含的不同化合物进行分离。

过滤后回收的固体部分或多或少富含蛋白质、多糖和不溶性纤维和多酚。其也可以用已知技术方法处理以分离所含的化合物。

根据本发明的方法可以回收所有被处理藻类样品中所含的有价值的物质。

根据本发明得到的回收的提取物尤其可作为碳氢燃料能源生产(生物乙醇或生态燃料脂肪酯的生产)，作为肥料用于农业，作为营养物质用于水产养殖，或还可用于人或动物食品、药物或化妆品中。与现有的藻类提取物相比，其有利的是没有加入化学剂，因此效率更好，毒性更低。

有利地，根据本发明获得藻类提取物产品的方法在目标物质提取前不需要预干燥藻类样品。

也不需要使用有毒溶剂或石化来源的化合物，并确保藻类物质不变质，尤其是防止要提取产品的氧化或变性风险。

并且，根据本发明的方法不产生任何废物，加料的主要部分和用过的副产物是可循环使用的。

根据另一个优点，所述方法可以半连续的方式以工业规模实施。

具体实施方式

本发明可以通过一个从小球藻(Chlorella Vulgaris)中提取藻类提取物产品方法的非限制性实施例详细说明。

步骤a)：离心小球藻微藻样品以获得约20％质量的干生物质。

同时，根据本发明的方法，将一部份的离心的生物质冻干以确定其基本组成，如下表所示：

成分	％重量
		蛋白质	51
脂类	12.5
		糖类	15.5
矿物质	7.5
		不溶性纤维	7
水	6.5

确定小球藻(Chlorella Vulgaris)主要成分是蛋白质、糖类和脂类。

步骤b)：在装配了加热套和搅拌器的高压釜反应器中，加入离心的含有约20％干物质的500g小球藻样品。反应容器内部充入氮气以便排除残留的空气。在持续搅拌下不断升高温度直至80-100℃。

步骤c)：由于水部分蒸发自生压力，有助于压力达到3.2巴。然后取下加热套。

步骤d)：接着，通过排出水蒸气使内部降压，然后借助真空泵在被冷阱保护的真空下迅速置于10毫巴真空。高压釜内温度随之迅速下降。

步骤e)：用氮气打破真空后，在反应器内的混合物呈现有颜色的糊状液体形式。然后将这种状态的液体过滤。回收滤液和滤饼。在真空阱中回收气相。

回收的液体部分(滤液)是一种水包油的混合物。将其离心以便从脂类分离水。真空干燥后，回收到了脂肪相，相应的提取率为68％。在该相中所含的脂类分析显示如下表所示。

指数/成分	数值
		酸值	1.3mg KOH/g
过氧化值	4meq O₂/kg
		油酸，％相对	22.8

亚油酸，％相对	13.8
		亚麻酸，％相对	29.6
棕榈酸，％相对	12.2
		硬脂酸，％相对	5.1
Stéaridonique酸，％相对	7.8
		肉豆蔻酸，％相对	1.7
月桂酸，％相对	0.4
		花生四烯酸，％相对	0.4

小球藻的油可用于例如食品或化妆品用途，或在转换成酯后用于能源应用。

在过滤后，回收的固体成分(固体饼)在烤箱烘干。最后的干饼质量为82.3克，85％的固体提取率。经过分析，其含有60.2％的蛋白质、17.3％的糖类和8.4％的纤维。

该回收的固体产物可用于能源，可使用其本身，或者在纤维酶和糖酶消化后使用，例如用于生产生物乙醇环保燃料。其也可作为农业肥料或水产养殖的营养物质使用。

最后，在真空阱中回收的主要由水组成的气体成分可在净化后作为蒸汽源重复使用。

Claims

1.一种获取藻类提取物的方法，其特征在于至少包括以下步骤：

a)预处理藻类样品，

b)快速加热预处理过的藻类样品，

c)对b)得到的产品施加大于或等于1巴的压力，

d)瞬时降压至小于或等于1巴，和

e)以液体、固体和/或气体形式回收d)得到的产品。

2.根据权利要求1的获得藻类提取物的方法，其特征在于步骤a)包括将水合的藻类生物体离心。

3.根据权利要求1的获得藻类提取物的方法，其特征在于步骤a)包括在干燥的和/或冻干的藻类生物体中注入干或湿蒸汽。

4.根据前述权利要求任一项所述的获取藻类提取物的方法，其特征在于步骤b)的加热温度为25至150℃。

5.根据前述权利要求任一项所述的获取藻类提取物的方法，其特征在于步骤c)的压力为1-50巴。

6.根据前述权利要求任一项所述的获取藻类提取物的方法，其特征在于步骤d)的瞬间降压在0.01-1000毫巴的压力进行。

7.根据前述权利要求任一项所述的获取藻类提取物的方法，其特征在于在加热步骤之前，还包括在预处理之前或之后的藻类样品中加入盐溶液的步骤。

8.根据前述权利要求任一项所述的获取藻类提取物的方法，其特征在于在步骤e)前，步骤b)、c)和d)连续重复多次。

9.根据前述权利要求任一项所述的获取藻类提取物的方法，其特征在于步骤e)气体产品的回收通过冷凝进行。

10.根据权利要求1-8任一项所述的获取藻类提取物的方法，其特征在于步骤e)液体产品回收是通过离心和/或过滤分离液体和固体相进行。

11.根据权利要求1-8任一项所述的获取藻类提取物的方法，其特征在于步骤e)固体产品回收是通过离心和/或过滤分离液体和固体相进行。

12.根据前述权利要求任一项所述的获取藻类提取物的方法，其特征在于包括一个或多个处理步骤e)回收的产物的步骤。

13.根据前述权利要求任一项所述的获取藻类提取物的方法，其特征在于藻类样品是微藻或硅藻。

14.至少一种根据前述权利要求任一项所述方法获得的藻类提取物在食品、化妆品或药品中的应用。

15.至少一种根据权利要求1-13任一项所述方法获得的藻类提取物在生物乙醇环保燃料的生产中的应用。

16.至少一种根据权利要求1-13任一项所述方法获得的藻类提取物在环保染料脂肪酸酯的生产中的应用。

17.至少一种根据权利要求1-13任一项所述方法获得的藻类提取物作为农业肥料或水产养殖营养成分的应用。