CN102504999A

CN102504999A - 微藻处理方法

Info

Publication number: CN102504999A
Application number: CN2011104358892A
Authority: CN
Inventors: 宋成才; 张玉宝; 程乐明; 赵晓; 宋庆峰; 王青; 杜娟; 谷蔚; 曹雅琴
Original assignee: ENN Science and Technology Development Co Ltd
Current assignee: ENN Science and Technology Development Co Ltd
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2031-12-22
Also published as: CN102504999B

Abstract

本发明提供一种微藻处理方法，包括：调节微藻藻液的pH值；通入气体对调节pH值后的微藻藻液进行加压；对加压后的微藻藻液进行加热；保持加压加热状态；使加压加热后的微藻藻液进入常温常压环境，并与常温常压环境中设置的多孔挡板发生碰撞。本发明提供的方法具有工艺流程简单，能耗低，一步完成微藻的破壁、干燥和收集，可以将微藻藻液中的水分降低约50％，操作压力和温度不高，油脂活性组分不易破坏，藻油提取率最优达到95％以上的优点。

Description

微藻处理方法

技术领域

本发明涉及微藻加工领域，具体而言，涉及微藻的处理方法。

背景技术

微藻是一类个体微小的光能自养和/或异养型单细胞生物，具有分布广泛、种类繁多、光合效率高、生长速度快、适应性强等特点。微藻每年固定的CO₂约占全球净光合产量的40％，再加上其富含脂类、烃类、蛋白、可溶性多糖，以及虾青素、β-胡萝卜素等高价值天然色素，因此在环保、能源和健康等问题备受瞩目的今天，微藻越来越受到人们的关注。

微藻养殖完成后，要对其进行收集、干燥、破壁与提取等处理以获得微藻藻油。微藻收集一直是制约微藻产业发展的瓶颈。由于微藻个体微小、生物量浓度较低，且细胞密度与水体相当，传统的收集方法为离心、过滤与絮凝沉淀法。

传统的微藻处理需要经过收集、干燥、破壁与提取等步骤，处理工艺复杂，能耗高，环境有好些差，对有效成分保护不够。

传统的收集方法为离心、过滤、絮凝沉淀法与溶气气浮法等，以上方法或存在着能耗高、效率低，或存在收集装置结构复杂，或存在环境友好性差等问题。

微藻藻油提取的传统方法多为有机溶剂法、压榨法与超临界萃取法，以上方法要求对微藻先进行干燥处理。传统的干燥方法多为冷冻干燥与喷雾干燥，以上干燥方法能耗很高。

由于微藻具有纤维素性细胞壁，某些种类的微藻细胞壁厚、质地坚硬，在对微藻藻油进行提取前需进行破壁处理以提高藻油提取率。传统的微藻破壁方法很多，如传统上的机械粉碎、冻融、超声波、胶体磨等物理方法和生物酶解方法等。近几年先后提出了气爆法、高压均质法和超高速气体粉碎法等。但上述方法都存在明显的缺点，或用时较长、或温度较高、或粉碎效果不佳、或没有有效保护生物活性成分。结果导致细胞壁破壁效率低下以及生物活性成分损失严重。

其中中国科学院海洋研究所刘建国等人提出了一种微藻细胞破壁方法(CN02153296.6-海藻细胞壁的汽爆破壁方法)，该方法先将微藻物料通过人工添加保护剂形成均质保护层，然后将微藻加压到400bar，再让物料瞬间失压至常压状态，使失压的物料以3倍以上的音速快速喷出，在降压过程中，微藻粒子由于受到撞击效应、剪切效应和空穴效应的联合作用而迅速破壁。该方法具有操作压力高、需要添加保护剂、破壁前进行低温预处理等缺点。

发明内容

本发明针对以上缺点，提出了藻液破壁与干燥的新方法，该方法将微藻收集、破壁与干燥一步完成。

具体而言，本发明提供了一种微藻处理方法，包括：调节微藻藻液的pH值；通入气体对调节pH值后的微藻藻液进行加压；对加压后的微藻藻液进行加热；保持加压加热状态；使加压加热后的微藻藻液进入常温常压环境，并与常温常压环境中设置的多孔挡板发生碰撞。

本发明将调节pH值后的微藻藻液通过高压泵直接输送到高压罐中，同时将一定量的气体也加入到高压罐中，并使高压罐升高到一定的压力。然后对高压罐中物料进行加热，加热的同时进行搅拌。停留一段时间后，让微藻藻液瞬间失去压力至常压状态，失压的物料高速喷出，在管道出口与多孔挡板发生撞击，微藻细胞在撞击、膨胀、加热、水解等作用下发生破壁。同时在常压罐中气体将大部分水携带出，与破壁的微藻、藻油分离，藻油、破壁后的微藻与小部分水留在罐中，在一个工艺中实现微藻的收集、干燥与破壁等过程。

根据本发明的具体实施方式，将含水量在80％以上的微藻藻液加入到高压罐中，并在高压罐中加入少量碱使藻液pH＝7～9，或者加入少量的酸使藻液pH＝5～7，然后向高压罐中充入N₂或者CO₂气体使高压罐中使压力升到1～20MPa，优选8～12MPa。然后将高压罐进行加热到80～120℃，优选80～100℃，此时，高压罐中的压力上升到10～15MPa，并保持加压加热状态10min～120min，优选10min～30min，同时对物料进行搅拌。然后打开高压罐后阀门使物料瞬间失压至常压状态，失压的物料以高速喷出，与管线出口的多孔挡板发生撞击。大部分水被气体携带到常压罐后的收集罐中，常压罐的温度为室温。破壁后的微藻以及藻油留在常压罐。经过以上过程实现微藻破壁，藻油提取率在90％以上，同时藻液中的水、微藻内的水被携带出，从而与微藻、藻油实现分离，藻液含水量达到45％以下，达到微藻部分干燥的效果。

本文中所述的微藻藻液是指微藻及其培养液，含水量在85％以上。

上述方法中的微藻优选小球藻(chlorella)。

上述方法中用于调节pH值的酸优选硫酸、盐酸、醋酸中的至少一种。

上述方法中用于调节pH值的碱优选氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。

上述方法中所述的常温为室温，常压为大气压。

相比于现有技术，本发明具有以下优点：

1)不需要添加保护剂和低温预处理等工艺步骤，工艺流程简单，能耗低。

2)用于加压的气体还可以在将藻液泄放到常压的步骤中起到带走水分的作用，一步完成微藻的破壁、干燥和收集，可以将微藻藻液中的水分由90％左右降低到40％左右，降低约50％。

3)操作压力和温度不高，能耗低，油脂活性组分不易破坏。

4)在本发明的工艺步骤中，综合利用了酸或碱催化水解、加热膨胀、压力差、以及撞击多孔挡板等手段进行微藻破壁，微藻细胞在撞击、膨胀、加热、水解等作用下发生破壁，破壁效率高，藻油提取率在90％以上，甚至达到95％以上。

附图说明

图1为根据本发明的实施例的微藻破壁、干燥示意装置图。

具体实施方式

下面对本发明的各个方面和特点作进一步的描述。

图1为根据本发明的实施例的微藻破壁、干燥示意装置图。其中1为高压泵，2为高压泵，3为高压罐，4为加热炉，5为常压罐。图1示出的流程为将藻液、藻泥与一定量的酸或者碱混合液通过高压泵直接输送到高压罐中，同时将一定量的气体(N₂或CO₂)也加入到高压罐中，并使高压罐压力升高到一定压力。然后将高压罐进行加热到一定温度，同时使压力升高到。以上温度、压力条件下的物料在高压罐中停留一段时间，同时对物料搅拌进行搅拌。然后打开高压罐后阀门使物料瞬间失压至常压状态，失压的物料以高速喷出，与管线出口的多孔挡板发生撞击(利于破壁)。大部分水被气体携带到常压罐外，常压罐的温度为室温。破壁后的微藻以及藻油留在常压罐。

破壁后藻油提取率的测试方法如下：取少量未处理藻泥置烘箱105℃下烘干，按GC第二法测定脂肪本底值C_藻；取提油后藻渣置烘箱105℃下烘干，按GC第二法测定脂肪含量C_渣，设m_藻为提取用藻的干重质量，m_渣为提取后藻渣的干重质量(g)，根据公式提取率＝(C_藻×m_藻C_渣×m_渣)/C_藻×m_藻计算提取率。

下面的实施例可以使本领域技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1

取含水量为88.6％的小球藻(chlorella)(原藻含油率为29.145％(干基))藻液400ml，然后向小球藻藻液中滴加醋酸，调节Ph值为5。将调节好的藻液加入到高压罐中，然后向高压罐中加入高压氮气，使高压罐中压力维持在8MPa。将高压罐加热到80℃，同时压力上升到10MPa，在该条件下维持2h。然后将物料泄放到常温常压罐中，破壁后的微藻以及藻油留在常压罐，同时大量水被氮气携带出常压罐，达到部分微藻干燥的效果。然后对真空罐中收集得到的产品进行藻油提取率的测试，破壁后藻油提取率为86.8％。

实施例2

取含水量为88.6％的异氧小球藻(chlorella vulga)(原藻含油率为29.145％(干基))藻液400ml，然后向小球藻藻液中滴加氢氧化钠溶液，调节Ph值为9。将调节好的藻液加入到高压罐中，然后向高压罐中加入高压氮气，使高压罐中压力维持在12MPa。将高压罐加热到120℃，同时压力上升到15MPa，在该条件下维持10min。然后将物料泄放到常温常压罐中，破壁后的微藻以及藻油留在常压罐，同时大量水被氮气携带出常压罐，达到部分微藻干燥的效果。然后对真空罐中收集得到的产品进行藻油提取率的测试，破壁后藻油提取率为98.3％。

实施例3

取含水量为99.7％的异氧小球藻(chlorella vulga)(原藻含油率为29.145％(干基))藻液400ml，然后向小球藻藻液中滴加硫酸，调节Ph值为6。将调节好的藻液加入到高压罐中，然后向高压罐中加入高压氮气，使高压罐中压力维持在12MPa。将高压罐加热到110℃，同时压力上升到14.5MPa，在该条件下维持1h。然后将物料泄放到常温常压罐中，破壁后的微藻以及藻油留在常压罐，同时大量水被氮气携带出常压罐，达到部分微藻干燥的效果。然后对真空罐中收集得到的产品进行藻油提取率的测试，破壁后藻油提取率为95.3％。

实施例4

取含水量为99.7％的异氧小球藻(chlorella vulga)(原藻含油率为29.145％(干基))藻液400ml，然后向小球藻藻液中滴加氢氧化钾溶液，调节Ph值为8。将调节好的藻液加入到高压罐中，然后向高压罐中加入高压氮气，使高压罐中压力维持在11MPa。将高压罐加热到100℃，同时压力上升到13MPa，在该条件下维持30min。然后将物料泄放到常温常压罐中，破壁后的微藻以及藻油留在常压罐，同时大量水被氮气携带出常压罐，达到部分微藻干燥的效果。然后对真空罐中收集得到的产品进行藻油提取率的测试，破壁后藻油提取率为96.2％。

实施例1至实施例4的工艺条件和结果如表1所示。

表1工艺条件和结果

由表1可以看出，本发明提供的方法的破壁效率高，破壁后的藻油提取率达到85％以上，甚至达到95％以上，并且微藻藻液中的水分由90％左右降低到40％左右，降低了约50％。

本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种微藻处理方法，包括：

调节微藻藻液的pH值；

通入气体对调节pH值后的微藻藻液进行加压；

对加压后的微藻藻液进行加热；

保持加压加热状态；

使加压加热后的微藻藻液进入常温常压环境，并与常温常压环境中设置的多孔挡板发生碰撞。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述气体为氮气或二氧化碳，所述保持加压加热状态时的压力为10～15MPa。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将加压后的微藻藻液加热到80～120℃。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，将加压后的微藻藻液加热到80～100℃。

5.根据权利要求2中任一项所述的方法，其中，保持加热加压状态10min～120min。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，保持加热加压状态10min～30min。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，通过加入酸将微藻藻液的pH值调节到5～7，其中酸选自硫酸、盐酸、醋酸中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，通过加入碱将微藻藻液的pH值调节到7～9，其中碱选自氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。

9.根据权利要求1中任一项所述的方法，其中常温常压环境为室温和大气压环境。