CN102199485B - 一种提取裂壶藻油脂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提取裂壶藻油脂的方法。该方法是以裂壶藻泥为原料,经均质、碱提、酶解、离心、有机溶剂萃取得到裂壶藻油。本发明对所用原料先经柠檬酸钠缓冲液稀释并均质后进行高温处理,再经碱提并依次采用中性蛋白酶和碱性蛋白酶进行酶解,离心后分离清油并采用有机溶剂萃取乳油大大提高了提油率,高达90%以上。本发明的工艺简单,操作安全,污染少,适合大规模生产;利用均质处理使细胞破碎完全;高温处理防止细胞内各种酶对油脂的降解;增加了对乳油的处理,通过有机溶剂萃取、静置分层等方式增加了提油率。
Description
技术领域
本发明涉及一种提取裂壶藻油脂的方法。
背景技术
微藻具有生长周期短,繁殖速度快,可塑性强,对营养要素要求简单等特点,而且部分可以通过生物工程方法和培养条件的控制达到高密度发酵培养。目前已发现多种微藻中富含多不饱和脂肪酸(PUFAs),如裂壶藻、隐甲藻等。微藻是海洋食物链中多不饱和脂肪酸的最初生产者,有些藻细胞中多饱和脂肪酸DHA、EPA含量较高,其相对含量高达细胞干重的5%~6%,而且所含的多不饱和脂肪酸种类比较单纯,进行单一成分的分离提纯相对容易一些,因而利用海洋微藻生产多不饱和脂肪酸是一个非常有前景的商业领域。微藻油因多富含多不饱和脂肪酸,已被广泛应用于医药、食品、化妆品、饲料等领域。由于微藻油脂通常与其他大分子(蛋白质和碳水化合物)结合存在,构成脂蛋白、脂多糖等复合体,只有将微藻的细胞结构及油脂复合体破坏,才能取出其中的油脂,进一步提取多不饱和脂肪酸。
目前,国内外提取微藻油的方法主要为压榨法、溶剂浸出法及CO2超临界萃取等。压榨法收率低、劳动强度大、成本高、动力消耗大。而有机溶剂萃取设备多、投资大、毛油成分复杂,需要严格精炼处理,有机溶剂的使用增加了工艺的烦琐性、降低了生产的安全性、造成环境污染。CO2超临界萃取成本较高,不利于大规模生产。水酶法提油以其能耗低、污染少、油品质高等特点,日益引起科研界和工业界的重视。水酶法主要原理是在机械破碎的基础上,采用对油料细胞中脂多糖、脂蛋白等复合体具有降解作用的酶(如纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶、淀粉酶、葡聚糖酶、蛋白酶等)处理油料。酶对细胞壁的破坏,以及对脂多糖、脂蛋白的分解作用,可增加油料组织中油的流动性,从而提高出油率。因此,采用水酶法不仅有较高的游离油得率,并且可得到高品质的油。
国内外的许多学者已在实验室范围内把此工艺广泛应用于多种油料种籽的提油,但对于水酶法提取裂壶藻油脂,还未见相关报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种提取裂壶藻油脂的方法。该方法在确定水酶法提油工艺路线的基础上,对工艺进行优化,以获得较高的提油率。
本发明所提供的提取裂壶藻油脂的方法,包括下述步骤:
1)对裂壶藻泥依次进行碱提、中性蛋白酶酶解、碱性蛋白酶酶解处理,得到酶解液;
2)对酶解液进行离心,得到游离油和乳状液,所述游离油即为裂壶藻油脂。
其中,所述碱提的条件为:pH值9.5-10,温度58-62℃,提取0.5-2h。
所述中性蛋白酶酶解的条件为:加酶量为0.01-0.1g/g裂壶藻泥干重,pH值6.9-7.1,温度54-56℃,酶解时间1.5-4h。所用的中性蛋白酶具体可为:杰能科细菌中性蛋白酶Protex 7L,酶活力为1600AU/g。
所述碱性蛋白酶酶解的条件为:加酶量为0.01-0.1g/g裂壶藻泥干重,pH值9.4-9.6,温度59-61℃,酶解时间1.5-6h。所用的碱性蛋白酶具体可为:杰能科细菌碱性蛋白酶Protex 6L,酶活力为580000DU/g。
对酶解液进行离心的转速可为1500-18000g。
所述方法还包括在步骤1)前对裂壶藻泥进行下述处理的步骤:将裂壶藻泥经柠檬酸钠缓冲液稀释后进行均质处理,再对得到的均质液进行高温灭菌。
所述柠檬酸钠缓冲液的浓度可为0.05-0.1mol/L、pH值为4.6-5.0;稀释时,裂壶藻泥与柠檬酸钠缓冲液的料液比可为1g∶(1.5-3)ml;所述高温灭菌的条件为:115-125℃处理10-20min。
为了提高裂壶藻油脂的提油率,所述方法还包括对步骤2)得到的乳状液进行下述处理的步骤:将乳状液用有机溶剂进行萃取,收集有机层并除去有机溶剂,得到游离油,并与步骤2)中所述游离油合并。
萃取所用的有机溶剂具体可为石油醚;其用量可为乳状液体积的1/4-1/3。
本发明中所用的原料裂壶藻泥按照下述方法制备得到的:将裂壶藻进行发酵培养,对得到发酵液进行离心,收集沉淀即为所述裂壶藻泥。
所述裂壶藻是裂壶藻Schizochytrium sp.TIO1101,已于2011年02月23日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(简称CGMCC,地址:北京市朝阳区北辰西路1号院3号,中国科学院微生物研究所,邮编100101),保藏号为CGMCCNo.4603。
所述发酵培养中所用的培养基的制备方法如下:将葡萄糖100-130g、酵母浸膏15-30g、蛋白胨10-20g、磷酸二氢钾2-4g、硫酸镁1-3g、微量元素复合液8-11ml和维生素复合液4-8ml用0.5×海水定容至1L;所述0.5×海水是将1体积份海水与1体积份水混合得到的;
其中,所述微量元素复合液的制备方法如下:Na2·EDTA 6.0g,FeCl3·6H2O 0.29g,H3BO36.84g,MnCl2·4H2O 0.86g,ZnCl20.06g,CoCl2·6H2O 0.026g,NiSO4·6H2O 0.052g,CuSO4·5H2O 0.002g,NaMoO4·2H2O 0.005g,用水定容至1L。
所述维生素复合液的制备方法如下:维生素B1 100mg,维生素H 0.5mg,维生素B12 0.5mg,用水定容至1L。
所述发酵培养的参数为:温度25-30℃,pH值5.5-7.5,培养时间72-96小时;所述发酵培养的参数优选为温度25℃,pH值6.0,培养时间96h,溶氧10%。所述发酵中可采用200-400rpm的转速,优选采用300rpm的转速。所述裂壶藻TIO1101在所述发酵培养基中的接种浓度可为1.0×106个/mL。所述发酵的过程中,可进行分批补料。对于每6L发酵培养基,所述分批补料具体可为:从发酵12h的时刻开始流加葡萄糖溶液(由葡萄糖和水组成,葡萄糖的浓度为50g/L)和酵母膏溶液(由酵母膏和水组成,酵母膏的浓度为10g/L)直至发酵50h的时刻,葡萄糖溶液的流速为50mL/h、酵母膏溶液的流速为20mL/h。
本发明的有益效果:水酶法提油工艺与传统工艺相比优势主要体现在经济、环保和安全卫生等方面。具有优点如下:
1)工艺简单,操作安全,污染少,适合大规模生产;
2)利用均质处理使细胞破碎完全;
3)高温处理防止细胞内各种酶对油脂的降解;
4)增加了对乳油的处理,通过有机溶剂萃取、静置分层等方式增加提油率。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明,但本发明并不局限于此。
下述实施例中所述实验方法,如无特殊说明,均为常规方法;所述试剂和材料,如无特殊说明,均可从商业途径获得。
所用的中性蛋白酶为:杰能科细菌中性蛋白酶Protex 7L,酶活力为1600AU/g。
所用的碱性蛋白酶为:杰能科细菌碱性蛋白酶Protex 6L,酶活力为580000DU/g。
脂肪的测定:采用索氏抽提法(GB5009.6-85);
提油率:提油率=(总游离油质量/总脂肪质量)×100%
实施例中所用的裂壶藻泥是裂壶藻Schizochytrium sp.TIO1101经发酵培养,将得到的发酵液离心,收集沉淀,即得。具体制备方法如下:在10L发酵罐中加入6L发酵培养基,然后加入0.6L裂壶藻TIO1101菌液,使裂壶藻TIO1101在培养基中的浓度约为1.0×106个/mL;发酵培养条件为:温度25℃,pH值6.0,转速300rpm(200-400rpm均可),溶氧10%,培养96h;进行10L发酵罐分批补料培养:从发酵12h的时刻开始流加葡萄糖溶液(由葡萄糖和水组成,葡萄糖的浓度为50g/L)和酵母膏溶液(由酵母膏和水组成,酵母膏的浓度为10g/L)直至发酵50h的时刻,葡萄糖溶液的流速为50mL/h、酵母膏溶液的流速为20mL/h;发酵液经11000-18000g条件下离心,收集裂壶藻泥。
发酵培养基的制备方法:葡萄糖120g、酵母浸膏20g、蛋白胨15g、磷酸二氢钾3g、硫酸镁2g、微量元素复合液10ml、维生素复合液5ml,用0.5×海水(用淡水稀释1倍的海水)定容至1L。海水:取自厦门海域。
微量元素复合液的制备方法:Na2·EDTA 6.0g,FeCl3·6H2O 0.29g,H3BO36.84g,MnCl2·4H2O 0.86g,ZnCl20.06g,CoCl2·6H2O 0.026g,NiSO4·6H2O 0.052g,CuSO4·5H2O0.002g,NaMoO4·2H2O 0.005g,蒸馏水补足1L。
维生素复合液的制备方法:维生素B1(thiamin)100mg,维生素H(biotin)0.5mg,维生素B12(cyanocobalamin)0.5mg,蒸馏水补足1L。
实施例1、提取裂壶藻油脂
称量湿重为100g(含水率为33%,含油脂约18g)的裂壶藻泥,加入0.05mol/L的pH值为4.8的柠檬酸钠缓冲液150ml,均质,高温(121℃)灭菌处理15min。用NaOH溶液调节均质液pH值为9.5,温度60℃,匀速搅拌碱提2h。碱提结束后,调节体系pH值7.0,温度55℃,加入裂壶藻泥干重2.5%的中性蛋白酶,匀速酶解2h;再调节pH值9.5,温度60℃,加入裂壶藻泥干重7.5%碱性蛋白酶,匀速酶解6h,冷却后,17696g离心20mim,离心得到游离油、乳状液、水解液和渣,乳状液用1/3体积的石油醚进行萃取,静置分层,取有机层旋转蒸干得游离油,合并所得的游离油16.8g,最终提油率为93.4%。
实施例2、提取裂壶藻油脂
称量湿重为100g(含水率为33%,含油脂约18g)的裂壶藻泥,加入0.05mol/L的pH为4.8的柠檬酸钠缓冲液150ml,均质,高温(121℃)灭菌处理15min。用NaOH溶液调节均质液pH值9.5,温度60℃,匀速搅拌碱提1h。碱提结束后,调节体系pH值7.0,温度55℃,加入裂壶藻泥干重2.5%的中性蛋白酶,匀速酶解2h;再调节pH值9.5,温度60℃,加入裂壶藻泥干重5%的碱性蛋白酶,匀速酶解6h,冷却后,17696g离心20mim,离心得到游离油、乳状液、水解液和渣,乳状液用1/3体积的石油醚进行萃取,静置分层,取有机层旋转蒸干得游离油,合并所得的游离油16.46g,最终提油率为91.44%。
实施例3、提取裂壶藻油脂
称量湿重为100g(或含水率为33%,含油脂约18g)的裂壶藻泥,加入0.05mol/l的pH为4.8的柠檬酸钠缓冲液150ml,均质,高温(121℃)灭菌处理15min。用NaOH溶液调节均质液pH值10,温度60℃,匀速搅拌碱提0.5h。碱提结束后,调节体系pH值7.0,温度55℃,加入裂壶藻泥干重2.5%的中性蛋白酶,匀速酶解2h;再调节pH值9.5,温度60℃,加入样品裂壶藻泥干重1%碱性蛋白酶,匀速酶解6h,冷却后,17696g离心20mim,离心得到游离油、乳状液、水解液和渣,乳状液用1/3体积的石油醚进行萃取,静置分层,取有机层旋转蒸干得游离油,合并所得的游离油13.88g,最终提油率为77.1%。
实施例4、提取裂壶藻油脂
称量湿重为100g(含水率为33%,含油脂约18g)的裂壶藻泥,加入0.05mol/l的pH为4.8的柠檬酸钠缓冲液250ml,均质,高温(121℃)灭菌处理15min。用NaOH溶液调节均质液pH值9.5,温度60℃,匀速搅拌碱提1h。碱提结束后,调节体系pH值7.0,温度55℃,加入裂壶藻泥干重2.5%的中性蛋白酶,匀速酶解2h;再调节pH值9.5,温度60℃,加入裂壶藻泥干重2.5%碱性蛋白酶,匀速酶解1.5h,冷却后,17696g离心20mim,离心得到游离油、乳状液、水解液和渣,乳状液用1/3体积的石油醚进行萃取,静置分层,取有机层旋转蒸干得游离油,合并所得的游离油11.77g,最终提油率为65.4%。
实施例5、提取裂壶藻油脂
称量湿重为100g(含水率为33%,含油脂约18g)的裂壶藻泥,加入0.05mol/l的pH值为4.8的柠檬酸钠缓冲液150ml,均质,高温(121℃)灭菌处理15min。用NaOH溶液调节均质液pH值9.5,温度60℃,匀速搅拌碱提2h。碱提结束后,调节体系pH值7.0,温度55℃,加入裂壶藻泥干重1%的中性蛋白酶,匀速酶解1.5h;再调节pH值9.5,温度60℃,加入裂壶藻泥干重10%碱性蛋白酶,匀速酶解6h,冷却后,17696g离心20mim,离心得到游离油、乳状液、水解液和渣,乳状液用1/3体积的石油醚进行萃取,静置分层,取有机层旋转蒸干得游离油,合并所得的游离油14.44g,最终提油率为80.2%。
实施例6、提取裂壶藻油脂
称量湿重为100g(含水率为33%,含油脂约18g)的裂壶藻泥,加入0.05mol/l的pH值为4.8的柠檬酸钠缓冲液150ml,均质,高温(121℃)灭菌处理15min。用NaOH溶液调节均质液pH值9.5,温度60℃,匀速搅拌碱提2h。碱提结束后,调节体系pH值7.0,温度55℃,加入裂壶藻泥干重7.5%的中性蛋白酶,匀速酶解4h;再调节pH值9.5,温度60℃,加入裂壶藻泥干重10%碱性蛋白酶,匀速酶解6h,冷却后,17696g离心20mim,离心得到游离油、乳状液、水解液和渣,乳状液用1/3体积的石油醚进行萃取,静置分层,取有机层旋转蒸干得游离油,合并所得的游离油15.35g,最终提油率为85.3%。
Claims (4)
1.一种提取裂壶藻油脂的方法,包括下述步骤:
1)对裂壶藻泥依次进行碱提、中性蛋白酶酶解、碱性蛋白酶酶解处理,得到酶解液;
2)对酶解液进行离心,得到游离油和乳状液,所述游离油即为裂壶藻油脂;
所述方法还包括在步骤1)前对裂壶藻泥进行下述处理的步骤:裂壶藻泥经柠檬酸钠缓冲液稀释后进行均质处理,再对得到的均质液进行高温灭菌;
步骤1)中所述碱提的条件为:pH值9.5-10,温度58-62℃,提取0.5-2h;
步骤1)中所述中性蛋白酶酶解的条件为:加酶量为0.01-0.1g/g裂壶藻泥干重,pH值6.9-7.1,温度54-56℃,酶解1.5-4h;所述碱性蛋白酶酶解的条件为:加酶量为0.01-0.1g/g裂壶藻泥干重,pH值9.4-9.6,温度59-61℃,酶解1.5-6h;
所述柠檬酸钠缓冲液的浓度为0.05-0.1mol/L、pH值为4.6-5.0;稀释时,裂壶藻泥与柠檬酸钠缓冲液的料液比为1g:(1.5-3)ml;所述高温灭菌的条件为:115-125℃处理10-20min;
所述方法还包括对步骤2)得到的乳状液用有机溶剂进行萃取,收集有机层并除去有机溶剂,得到游离油,并与步骤2)中所述游离油合并的步骤;
所述有机溶剂为石油醚;所述萃取中石油醚用量为所述乳状液体积的1/4-1/3;
所述裂壶藻是裂壶藻Schizochytrium sp.TIO1101,它的保藏编号为CGMCCNo.4603。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述裂壶藻泥是按照下述方法制备得到的:将裂壶藻进行发酵培养,对得到发酵液进行离心,收集沉淀即为所述裂壶藻泥。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于:所述发酵培养中所用的培养基的制备方法如下:将葡萄糖100-130g、酵母浸膏15-30g、蛋白胨10-20g、磷酸二氢钾2-4g、硫酸镁1-3g、微量元素复合液8-11ml和维生素复合液4-8ml用0.5×海水定容至1L;所述0.5×海水是将1体积份海水与1体积份水混合得到的;
其中,所述微量元素复合液的制备方法如下:Na2·EDTA 6.0g,FeCl3·6H2O 0.29g,H3BO3 6.84g,MnCl2·4H2O 0.86g,ZnCl2 0.06g,CoCl2·6H2O 0.026g,NiSO4·6H2O 0.052g,CuSO4·5H2O 0.002g,NaMoO4·2H2O 0.005g,用水定容至1L;
所述维生素复合液的制备方法如下:维生素B1 100mg,维生素H 0.5mg,维生素B12 0.5mg,用水定容至1L;
所述发酵培养的参数为:温度25-30℃,pH值5.5-7.5,培养时间72-96小时;溶氧10%。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:
所述发酵培养的参数为:温度25℃,pH值6.0,培养时间96h。
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