CN102181320A - 一种生物发酵dha藻油的提取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种生物发酵DHA藻油的提取方法，包括以下步骤：a)将微藻发酵液固液分离后得到的固体物干燥，得到干燥菌体；b)以超临界二氧化碳为萃取剂对所述干燥菌体进行萃取，得到二氧化碳流体；c)对所述二氧化碳流体进行减压分离，得到DHA藻油。本发明以超临界二氧化碳为萃取剂萃取DHA藻油，萃取效率高，得到的DHA藻油纯度高、产率高、质量稳定。实验表明，采用本发明提供的方法得到的DHA藻油中，DHA的含量大于40％。同时，本发明提供的方法无需进行絮凝、生物酶破壁等操作，将微藻发酵液固液分离、干燥后即可直接进行萃取，萃取完毕后直接进行减压分离即可得到DHA藻油，无需复杂的后处理工艺。

Description

一种生物发酵DHA藻油的提取方法
技术领域
本发明属于DHA藻油技术领域，尤其涉及一种生物发酵DHA藻油的提取方法。
背景技术
二十二碳六烯酸，英文名称为Docosahexaenoic Acid，简称DHA，分子式为C22H32O2，是一种长链Omega-3多不饱和脂肪酸。DHA是神经系统细胞生长及功能维持的主要元素，是大脑和视网膜的重要构成成分，研究表明，DHA在人体大脑皮层中的含量约为20％，在视网膜中的含量高达50％。DHA对婴幼儿大脑及视力发育具有显著的促进作用，缺乏DHA时可引发生长发育迟缓、智力障碍等一系列症状。但是，人体自身合成DHA极少，需要从食物中获取，因此，向食物，尤其是婴幼儿食品中添加DHA尤为必要。
DHA多以富含DHA和EPA的深海鱼油为原料通过分子蒸馏工艺制得，以DHA和EPA的混合形式存在。其中，EPA的化学名称为二十碳五烯酸，英文名称为Eicosapentaenonic Acid，简称EPA。大量研究表明，EPA具有抑制儿童和青少年生长发育、影响胎儿生长、破坏血小板造成血液不易凝固等副作用，因此，大多数从鱼油中提取的DHA产品不适于处于生长发育期的儿童、青少年和处于怀孕和哺乳期的妇女食用。其次，为便于提取和保存，从鱼油中提取的DHA需要皂化或酯化成乙酯形式，属于半化学合成品。人体食用该DHA产品后，首先需要分解为醇，吸收量较大时会使心脏病人产生不适或不良反应，而且该DHA产品分解后的残留产物会对人体肾脏产生损害。另外，因生物链富集作用，鱼油DHA产品中存在重金属污染，会对食用人群的身体健康产生危害。
微藻可以通过自身发酵合成DHA，现有技术也公开了以微藻，如裂壶藻、吾肯氏壶藻或寇氏隐甲藻等为原料，通过发酵、分离、提纯等工艺生产微藻DHA的工艺。与鱼油DHA产品相比，微藻DHA产品具有DHA含量高、EPA含量低、抗氧化能力强、不存在重金属污染等优点，因此，微藻DHA更适于处于生长发育期的儿童、青少年和处于怀孕和哺乳期的妇女食用。欧盟和美国食品与药品管理局(Food and Drug Administration，FDA)确认微藻DHA为GRAS级(Generally Recognized As Safe)，即纯天然安全级，并将微藻DHA定为唯一可添加于婴幼儿食品的DHA产品。
现有技术公开了许多发酵法生产微藻DHA的工艺，如公开号为CN101168501B的中国专利文献公开了一种从隐甲藻中提取并精制富含DHA脂肪酸的方法，首先将隐甲藻发酵液进行絮凝处理，然后进行固液分离，通过碱破壁后将细胞机械破碎，再对破碎的菌体采用有机溶剂进行萃取，得到DHA粗油，所述DHA粗油经过脱胶、碱炼、脱色、脱臭后得到DHA精油。申请号为200810047859.2的中国专利文献公开了一种生物酶法破壁用于二十二碳六烯酸油脂的生产方法，向寇氏隐甲藻发酵液中加入酶进行破壁后，加入乙醇进行固液分离，然后加入有机溶剂进行萃取，再经过水化、碱炼、脱色、脱臭后得到DHA精炼油。该两种方法均能够提取得到DHA精油，但是以有机溶剂为萃取剂进行萃取时，不仅萃取率低、需要复杂的后处理工艺，而且存在萃取剂残留问题，使得到的DHA产品受到有机溶剂的污染。
申请号为200910159368.1的中国专利文献公开了一种从双鞭甲藻发酵液中提取DHA的方法，将双鞭甲藻发酵液经过絮凝、生物酶破壁后，用高速离心机进行三相分离至基本无油相，合并得到的油相后进行五级连续分子蒸馏，前级的重组分直接进入后级进行蒸馏，蒸馏完毕后得到DHA含量为40％～50％的不饱和脂肪酸。此种方法无需使用有机溶剂进行萃取，得到的DHA产品不易受有机溶剂的污染，但是，该方法需要首先进行生物酶破壁，再进行五级分子蒸馏，整个提取工艺路线长、流程复杂、能耗较高。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种生物发酵DHA藻油的提取方法，本发明提供的提取方法流程简单、工艺路线较短、能耗较低，得到的DHA藻油中DHA含量较高。
本发明提供了一种生物发酵DHA藻油的提取方法，包括以下步骤：
a)将微藻发酵液固液分离后得到的固体物干燥，得到干燥菌体；
b)以超临界二氧化碳为萃取剂对所述干燥菌体进行萃取，得到二氧化碳流体；
c)对所述二氧化碳流体进行减压分离，得到DHA藻油。
优选的，所述步骤b)中，所述萃取的温度为35℃～60℃，所述萃取的压力为15MPa～20MPa。
优选的，所述步骤b)中，以乙醇为助萃取剂对所述干燥菌体进行萃取。
优选的，所述乙醇与所述干燥菌体的质量比为2～5∶100。
优选的，所述步骤c)包括：
c1)对所述二氧化碳流体进行第一级减压分离，得到DHA藻油；
c2)对所述经过第一级减压分离的二氧化碳流体进行第二级减压分离，得到DHA藻油。
优选的，所述第一级减压分离的压力为9MPa～12MPa，所述第一级减压分离的温度为35℃～50℃。
优选的，所述第二级减压分离的压力为5MPa～8MPa。
优选的，所述第二级减压分离的温度为30℃～40℃。
优选的，所述微藻发酵液为裂壶藻发酵液、破囊壶菌发酵液、吾肯氏壶藻发酵液或隐甲藻发酵液。
优选的，还包括：
d)对所述DHA藻油进行脱色、脱臭处理。
与现有技术相比，本发明首先将微藻发酵液固液分离后得到的固体物干燥，得到干燥菌体，然后以超临界二氧化碳为萃取剂对所述干燥菌体进行萃取，然后对得到的二氧化碳流体进行减压分离后，即可得到DHA藻油。本发明以超临界二氧化碳为萃取剂萃取DHA藻油，萃取效率高，得到的DHA藻油纯度高、产率高、质量稳定。实验表明，采用本发明提供的方法得到的DHA藻油中，DHA的含量大于40％。
同时，本发明提供的方法无需进行絮凝、生物酶破壁等操作，将微藻发酵液固液分离、干燥后即可直接进行萃取，萃取完毕后直接进行减压分离即可得到DHA藻油，无需复杂的后处理工艺，流程简单、工艺路线短、能耗低。另外，本发明未使用有机溶剂进行萃取，得到的DHA产品不会受到有机溶剂的污染。进一步的，本发明提取DHA藻油后得到的残渣的主要成分是细胞碎片，富含蛋白质、氨基酸和多糖，且在萃取及分离过程中未发生质变，可加工成饲料获得应用。
附图说明
图1为本发明提供的生物发酵DHA藻油的提取工艺流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种生物发酵DHA藻油的提取方法，包括以下步骤：
a)将微藻发酵液固液分离后得到的固体物干燥，得到干燥菌体；
b)以超临界二氧化碳为萃取剂对所述干燥菌体进行萃取，得到二氧化碳流体；
c)对所述二氧化碳流体进行减压分离，得到DHA藻油。
本发明以超临界二氧化碳为萃取剂进行生物发酵DHA藻油的提取，萃取效率高，得到的DHA藻油纯度高、产率高、质量稳定。
本发明以微藻发酵液为原料提取DHA藻油。在本发明中，所述微藻为可以合成DHA的微藻和藻状菌，如隐甲藻(Crypthecodiniumcohnii)、海洋小球藻(C.minutissima)、裂壶藻(Schizochytrium sp.)、破囊壶菌(Thraustochytrium reseum)或吾肯氏壶藻(Ulkenia amoeboida)等。这些微藻和藻状菌经过常规发酵后，得到含有DHA的发酵液。本发明对所述发酵过程没有特殊限制，可以为本领域技术人员熟知的斜面培养、摇床液种培养、种子罐培养、发酵罐培养等过程。按照本发明，所述微藻发酵液优选为裂壶藻发酵液、破囊壶菌发酵液、吾肯氏壶藻发酵液或隐甲藻发酵液。
将所述微藻发酵液进行固液分离，将得到的固体物干燥，得到干燥菌体。本发明对所述固液分离的方法没有特殊限制，可以先将微藻发酵液絮凝处理，然后静置、加入乙醇再离心处理实现固液分离，也可以将微藻发酵液絮凝处理后直接过滤实现固液分离。固液分离得到固体物后，将所述固体物按照本领域技术人员熟知的方法进行干燥，得到干燥菌体。
得到干燥菌体后，以超临界二氧化碳为萃取剂对所述干燥菌体进行萃取。当二氧化碳的温度T和压力P均高于它的临界温度Tc(31.1℃)和临界压力Pc(7.39MPa)时，称为超临界二氧化碳。超临界二氧化碳兼具气体性质和液体性质，具有较强的溶解能力，用作萃取剂时能够提高产品纯度，增加产率。
本发明以二氧化碳气体为原料，首先将二氧化碳气体冷凝为液体，然后通过控制温度和压力使二氧化碳处于超临界状态后，对所述干燥菌体进行萃取。按照本发明，进行萃取时的温度优选为35℃～60℃，更优选为40℃～55℃，最优选为45℃～50℃，进行萃取时的压力优选为15MPa～20MPa，更优选为17MPa～19MPa。
为了提高萃取效率，本发明优选以乙醇为助萃取剂对所述干燥菌体进行萃取。按照本发明，所述乙醇与所述干燥菌体的质量比优选为2～5∶100，更优选为3～4∶100。所述乙醇优选为无水乙醇或质量浓度为95％以上的乙醇水溶液。在萃取过程中，乙醇能够加速干燥菌体中的DHA藻油在超临界二氧化碳中的溶解，从而提高萃取效率。另外，由于乙醇作为助萃取剂，用量较少，不易产生残留，从而不会造成得到的DHA藻油的污染。
在萃取过程中，干燥菌体中的DHA藻油溶解于超临界二氧化碳中，与细胞碎片等分离，得到二氧化碳流体。得到二氧化碳流体后，对其进行减压分离即可得到DHA藻油。
所述减压分离过程优选包括以下步骤：
对所述二氧化碳流体进行第一级减压分离，得到DHA藻油；
对所述经过第一级减压分离的二氧化碳流体进行第二级减压分离，得到DHA藻油。
首先对所述二氧化碳流体进行第一级减压分离，得到DHA藻油。所述第一级减压分离的压力优选为9MPa～12MPa，更优选为10MPa～11MPa；所述第一级减压分离的温度优选为35℃～50℃，更优选为40℃～45℃。
经过第一级减压分离后的二氧化碳流体中仍含有部分DHA藻油，对其进行第二级减压分离，得到DHA藻油。所述第二级减压分离的压力优选为5MPa～8MPa，更优选为6MPa～7MPa；所述第二级减压分离的温度优选为30℃～40℃，更优选为33℃～38℃。
经过两级减压分离后，DHA藻油大部分得到分离。为了使得到的DHA藻油具有更好的颜色和口感，本发明优选采用本领域技术人员熟知的方法对所述DHA藻油进行脱色、脱臭处理。
以下结合附图对本发明提供的生物发酵DHA藻油的提取方法进行说明。
参见图1，图1为本发明提供的生物发酵DHA藻油的提取工艺流程图，其中，1为储气罐，2为冷凝器，3为高压泵，4为预热器，5为萃取罐，6为第一分离罐，7为第二分离罐，8为排料阀。
首先将干燥菌体置于萃取罐5中，将萃取罐5封闭；
开启储气罐1，二氧化碳经过冷凝器2转化为液体，经由高压泵3加压和预热器4加热后成为超临界二氧化碳，进入萃取罐5中对其中的干燥菌体进行萃取；
萃取完毕后，溶解有DHA藻油的二氧化碳流体进入第一分离罐6，通过降压使二氧化碳和DHA藻油分离，DHA藻油由第一分离罐6上的排料阀8排出；
经过第一分离罐6的二氧化碳流体进入第二分离罐7，再次降压后使二氧化碳和DHA藻油分离，DHA藻油由第二分离罐7上的排料阀8排出，二氧化碳则可回收至冷凝器2重复使用。
萃取完毕后，萃取罐5中的残渣的主要成分为细胞碎片，富含蛋白质、氨基酸和多糖，且在萃取及分离过程中未发生质变，可加工成饲料获得应用。
得到DHA藻油后，对所述DHA藻油进行检测，其DHA含量大于40％。
本发明以超临界二氧化碳为萃取剂萃取DHA藻油，萃取效率高，得到的DHA藻油纯度高、产率高、质量稳定。同时，本发明提供的方法无需进行絮凝、生物酶破壁等操作，将微藻发酵液固液分离、干燥后即可直接进行萃取，萃取完毕后直接进行减压分离即可得到DHA藻油，无需复杂的后处理工艺，流程简单、工艺路线短、能耗低。另外，本发明未使用有机溶剂进行萃取，得到的DHA产品不会受到有机溶剂的污染。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的生物发酵DHA藻油的提取方法进行详细描述。
实施例1
将裂壶藻发酵液进行固液分离得到的固体物干燥，得到干燥菌体；
向萃取罐中加入100g所述干燥菌体，向所述干燥菌体上喷洒5g无水乙醇后封闭萃取罐；打开储气罐，保持二氧化碳的流量为4.8L/h，二氧化碳经冷凝器、高压泵和预热器后进入所述萃取罐，在20MPa、50℃的条件下进行萃取，萃取后的二氧化碳流体进入第一分离器，在10MPa、45℃的条件下进行第一级分离，得到第一份藻油；经过第一级分离后的二氧化碳流体继续进入第二分离器，在6MPa、40℃的条件下进行第二级分离，得到第二份藻油。
动态萃取2h后，从第一分离罐和第二分离罐共得到34.09gDHA藻油，萃取率为34.09％，占含油率的85.23％；所述DHA藻油中DHA的含量为41.20％。
实施例2
将裂壶藻发酵液进行固液分离得到的固体物干燥，得到干燥菌体；
向萃取罐中加入100g所述干燥菌体，向所述干燥菌体上喷洒4g无水乙醇后封闭萃取罐；打开储气罐，保持二氧化碳的流量为4.8L/h，二氧化碳经冷凝器、高压泵和预热器后进入所述萃取罐，在20MPa、50℃的条件下进行萃取，萃取后的二氧化碳流体进入第一分离器，在9MPa、50℃的条件下进行第一级分离，得到第一份藻油；经过第一级分离后的二氧化碳流体继续进入第二分离器，在5MPa、30℃的条件下进行第二级分离，得到第二份藻油。
动态萃取2h后，从第一分离罐和第二分离罐共得到33.63gDHA藻油，萃取率为33.63％，占含油率的84.08％；所述DHA藻油中DHA的含量为40.80％。
实施例3
将裂壶藻发酵液进行固液分离得到的固体物干燥，得到干燥菌体；
向萃取罐中加入100g所述干燥菌体，向所述干燥菌体上喷洒4g无水乙醇后封闭萃取罐；打开储气罐，保持二氧化碳的流量为4.8L/h，二氧化碳经冷凝器、高压泵和预热器后进入所述萃取罐，在18MPa、45℃的条件下进行萃取，萃取后的二氧化碳流体进入第一分离器，在12MPa、45℃的条件下进行第一级分离，得到第一份藻油；经过第一级分离后的二氧化碳流体继续进入第二分离器，在5MPa、30℃的条件下进行第二级分离，得到第二份藻油。
动态萃取2h后，从第一分离罐和第二分离罐共得到33.14gDHA藻油，萃取率为33.14％，占含油率的82.85％；所述DHA藻油中DHA的含量为40.52％。
实施例4
将裂壶藻发酵液进行固液分离得到的固体物干燥，得到干燥菌体；
向萃取罐中加入100g所述干燥菌体，向所述干燥菌体上喷洒3g无水乙醇后封闭萃取罐；打开储气罐，保持二氧化碳的流量为4.8L/h，二氧化碳经冷凝器、高压泵和预热器后进入所述萃取罐，在20MPa、35℃的条件下进行萃取，萃取后的二氧化碳流体进入第一分离器，在12MPa、35℃的条件下进行第一级分离，得到第一份藻油；经过第一级分离后的二氧化碳流体继续进入第二分离器，在8MPa、30℃的条件下进行第二级分离，得到第二份藻油。
动态萃取2h后，从第一分离罐和第二分离罐共得到32.28gDHA藻油，萃取率为32.28％，占含油率的80.70％；所述DHA藻油中DHA的含量为40.05％。
实施例5
将裂壶藻发酵液进行固液分离得到的固体物干燥，得到干燥菌体；
向萃取罐中加入100g所述干燥菌体，封闭萃取罐；打开储气罐，保持二氧化碳的流量为4.8L/h，二氧化碳经冷凝器、高压泵和预热器后进入所述萃取罐，在15MPa、60℃的条件下进行萃取，萃取后的二氧化碳流体进入第一分离器，在10MPa、50℃的条件下进行第一级分离，得到第一份藻油；经过第一级分离后的二氧化碳流体继续进入第二分离器，在6MPa、40℃的条件下进行第二级分离，得到第二份藻油。
动态萃取2h后，从第一分离罐和第二分离罐共得到31.28gDHA藻油，萃取率为31.28％，占含油率的78.20％；所述DHA藻油中DHA的含量为40.08％。
实施例6
将破囊壶菌发酵液进行固液分离得到的固体物干燥，得到干燥菌体；
向萃取罐中加入50kg所述干燥菌体，向所述干燥菌体上喷洒1kg无水乙醇后封闭萃取罐；打开储气罐，保持二氧化碳的流量为0.48m3/h，二氧化碳经冷凝器、高压泵和预热器后进入所述萃取罐，在20MPa、50℃的条件下进行萃取，萃取后的二氧化碳流体进入第一分离器，在10MPa、45℃的条件下进行第一级分离，得到第一份藻油；经过第一级分离后的二氧化碳流体继续进入第二分离器，在5MPa、40℃的条件下进行第二级分离，得到第二份藻油。
动态萃取6h后，从第一分离罐和第二分离罐共得到16.97kgDHA藻油，萃取率为33.94％，占含油率的84.85％；所述DHA藻油中DHA的含量为41.82％。
实施例7
将破囊壶菌发酵液进行固液分离得到的固体物干燥，得到干燥菌体；
向萃取罐中加入50kg所述干燥菌体，向所述干燥菌体上喷洒1kg无水乙醇后封闭萃取罐；打开储气罐，保持二氧化碳的流量为0.48m3/h，二氧化碳经冷凝器、高压泵和预热器后进入所述萃取罐，在18MPa、50℃的条件下进行萃取，萃取后的二氧化碳流体进入第一分离器，在12MPa、45℃的条件下进行第一级分离，得到第一份藻油；经过第一级分离后的二氧化碳流体继续进入第二分离器，在5MPa、40℃的条件下进行第二级分离，得到第二份藻油。
动态萃取6h后，从第一分离罐和第二分离罐共得到16.78kgDHA藻油，萃取率为33.56％，占含油率的83.90％；所述DHA藻油中DHA的含量为41.30％。
实施例8
将破囊壶菌发酵液进行固液分离得到的固体物干燥，得到干燥菌体；
向萃取罐中加入50kg所述干燥菌体，向所述干燥菌体上喷洒1.5kg无水乙醇后封闭萃取罐；打开储气罐，保持二氧化碳的流量为0.48m3/h，二氧化碳经冷凝器、高压泵和预热器后进入所述萃取罐，在15MPa、60℃的条件下进行萃取，萃取后的二氧化碳流体进入第一分离器，在10MPa、50℃的条件下进行第一级分离，得到第一份藻油；经过第一级分离后的二氧化碳流体继续进入第二分离器，在5MPa、40℃的条件下进行第二级分离，得到第二份藻油。
动态萃取6h后，从第一分离罐和第二分离罐共得到16.65kgDHA藻油，萃取率为33.30％，占含油率的83.25％；所述DHA藻油中DHA的含量为40.72％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种生物发酵DHA藻油的提取方法，包括以下步骤：
a)将微藻发酵液固液分离后得到的固体物干燥，得到干燥菌体；
b)以超临界二氧化碳为萃取剂对所述干燥菌体进行萃取，得到二氧化碳流体；
c)对所述二氧化碳流体进行减压分离，得到DHA藻油。
2.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，所述步骤b)中，所述萃取的温度为35℃～60℃，所述萃取的压力为15MPa～20MPa。
3.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，所述步骤b)中，以乙醇为助萃取剂对所述干燥菌体进行萃取。
4.根据权利要求3所述的提取方法，其特征在于，所述乙醇与所述干燥菌体的质量比为2～5∶100。
5.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，所述步骤c)包括：
c1)对所述二氧化碳流体进行第一级减压分离，得到DHA藻油；
c2)对所述经过第一级减压分离的二氧化碳流体进行第二级减压分离，得到DHA藻油。
6.根据权利要求5所述的提取方法，其特征在于，所述第一级减压分离的压力为9MPa～12MPa，所述第一级减压分离的温度为35℃～50℃。
7.根据权利要求5所述的提取方法，其特征在于，所述第二级减压分离的压力为5MPa～8MPa。
8.根据权利要求5所述的提取方法，其特征在于，所述第二级减压分离的温度为30℃～40℃。
9.根据权利要求1～8任意一项所述的提取方法，其特征在于，所述微藻发酵液为裂壶藻发酵液、破囊壶菌发酵液、吾肯氏壶藻发酵液或隐甲藻发酵液。
10.根据权利要求1～8任意一项所述的提取方法，其特征在于，还包括：
d)对所述DHA藻油进行脱色、脱臭处理。
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