CN102994220A - 微波辅助绿色溶剂微藻湿法提油方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微藻湿法提油的方法，其包括在微藻泥中加入中等极性溶剂并进行微波加热萃取。所述方法中微藻破壁提油同时进行，过程简单，易操作，可一步法快速提取湿微藻油脂，便于实现工业化；适用于自养、异养养殖所生产藻的油脂提取，均能达到较高的提油率，不受养殖方式限制；得到油的品质较好，有利于微藻高附加值活性成分的保持；采用具有溶油能力的微毒性或低毒性的有机溶剂进行提取，对环境无害，其中异丙醇更是FDA推荐的植物油提取溶剂，可用于微藻高营养油脂的提取和加工。

Description

微波辅助绿色溶剂微藻湿法提油方法

技术领域

本发明涉及植物成分分离领域，尤其涉及一种微波辅助的微藻湿法提油方法。

背景技术

微波萃取是利用微波能来提高萃取率的一种最新发展起来的新技术。它的原理是在微波场中，吸收微波能力的差异使得基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热，从而使得被萃取物质从基体或体系中分离，进入到介电常数较小、微波吸收能力相对差的萃取剂中；微波萃取以下优点：

1、传统热萃取是以热传导、热辐射等方式由外向里进行，而微波辅助提取是里外同时加热。没有高温热源，消除了热梯度，从而使提取质量大大提高，有效地保护食品、药品以及其他化工物料中的功能成分；

2、由于微波可以穿透式加热，提取的时间大大节省。根据大量的现场数据统计，常规的多功能萃取罐8小时完成的工作，用同样大小的微波动态提取设备只需几十分钟便可完成；

3、微波能有超常的提取能力，同样的原料用常规溶剂方法两、三次提油率和微波场下可一次提油相当。大大简化工艺流程；

4、微波提取没有热惯性，易控制，所有参数均可数据化，和制药现代化接轨；

5、微波提取物纯度高，可水提、醇提、脂提。适用广泛；

7、提取温度低，不易糊化，分离容易，后处理方便。节省能源；

8、溶剂用量少（可较常规方法少50％～90％）；

9、微波设备是用电设备，不需配备锅炉，无污染、安全、属于绿色工程；

10、生产线组成简单，节省投资；目前已经开发出来的微波提取设备完全适应于我国各类大、中、小企业的食品和制药工程。

用微波辅助植物成分的分离和提取的技术已经有二十多年的历史。

1991年，美国专利（US5002784（1991）工艺为含水量介于40-90%的植物组织粉碎，与吸收微波能力较弱的有机溶剂（如苯、石油醚等）混合后，置于频率为2000-30000MHZ，功率为200-1000W的微波加热器中提取10-100秒，最后进行固液分离，再回收溶剂。

CN97123380.2用微波破碎细胞及其胞内产物的分离，将含水量≥30%的微生物菌体及其植物组织置于频率为800-30000MHZ，电场强度为1*10⁴~1*10⁶V/m的微波场处理10-200秒。然后选择对目标产物溶解最好的溶剂，常温下搅拌提取5-15分钟，可得到目标产物。

刘四光等人（海洋微藻多糖微波提取法研究，海洋通报，2007年第4期）研究了利用自养小球藻粉微波法提取胞内粗多糖，在70°C，提取时间30min、pH为7和功率为600W条件下粗多糖的产率最高。

符嫦娥等在绿藻中花生四烯酸的微波辅助萃取及提纯（华东理工大学学报（自然科学版），2006年04期）研究发现利用混合萃取剂V（乙醇溶液（W=0.35））：V（正己烷）=1:2作溶剂，微波辐射时间为80s、微波功率为750W、溶剂用量为200mL时，绿藻粉中AA的提取率最高达到88.1%。

CA2611533公开了利用微波实现植物油脂的萃取，利用两种方法来实现，1是自身可吸收微波的物料，微波穿过自身不吸收微波的非极性溶剂实现细胞破壁，待萃取油脂流出进入溶剂体系；2是利用可吸收微波的溶剂使体系升温，细胞内外产生压差实现细胞破壁，该专利中利用在物料中添加水分和无机盐溶液，实现对油脂的萃取。

Sundar Balasubramanian等人（Oil extraction from Scenedesmus obliquus usinga continuous microwave system--design,optimization,and quality characterization.Bioresour Technol.2011Feb;102(3):3396-403.）提出利用半连续微波系统提取微藻，基本过程是，含水量84.8%的湿藻泥，加入等体积水，泵入微波系统中，而后在70-100°C条件下处理微藻液，保持不同时间实现细胞破壁。放料加入等体积的正己烷，搅拌萃取5min，静置冷却至室温，滤布过滤获得混合油相，脱除溶剂获得藻油，油脂萃取率最高为77%。

但是对于微藻物料而言，湿藻物料中的含水高达70%以上，且多数的藻培养过程均需要添加无机盐作为培养基；微藻的细胞微小，一般介于3-15um之间，且细胞壁结构复杂，为适应野生环境，微藻的细胞壁厚基本能占整个细胞体积的30%，上文中所述的微藻油脂提取方法大多存在仅利用微波一种方法来实现微藻细胞破壁，破壁效率低，微藻细胞需要干燥脱水；破壁和提油过程分步进行，过程复杂，提取用溶剂对人和环境有害，设备造价高、提取后溶剂和油的分离成本高等问题。

因此，本领域中需要将微波法-溶剂法相结合，通过微波的造成的热破坏性和溶剂的渗透性共同作用来快速高效提取油脂，开发成本低，操作简便，环境友好的微藻湿法提油提取技术。

发明内容

本发明的目的在于提出一种新型的微藻湿法提油的方法，解决目前微藻油脂提取需要干燥脱水；破壁和提油过程分步进行，过程复杂，提取用溶剂对人和环境有害，设备造价高、提取后溶剂和油的分离成本高等问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种微藻湿法提油的方法，其特征在于，所述方法包括：在微藻泥中加入具有溶油能力的微毒性或低毒性的有机溶剂并进行微波加热萃取。

具体的，本发明的微藻湿法提油的方法可以包括：

a.在微藻泥中加入所述具有溶油能力的微毒性或低毒性的有机溶剂，震荡混匀；

b.微波加热萃取，之后冷却至5℃-20℃，优选地10℃-15℃，更优选地13℃；

c.采用静置分层、离心分层或过滤法收集上层液，优选静置分层；

d.将上层液并进行溶剂脱除，获得毛油。

本发明的微藻湿法提油的方法还可以包括在步骤c之后进行步骤c’:将分层获得的下层物质作为原料加入新的所述具有溶油能力的微毒性或低毒性的有机溶剂进行微波加热萃取，优选地，重复步骤c’两次或更多次。

在本发明的微藻湿法提油的方法中，所述具有溶油能力的微毒性或低毒性的有机溶剂为异丙醇、乙酸乙酯、乙醇、正己烷、环己烷、异己烷及其混合物。。

在本发明的微藻湿法提油的方法中，所述溶剂的加入量可以为微藻泥的0.5-5倍体积，优选地1-4倍体积，更优选地2-3倍体积。

在本发明的微藻湿法提油的方法中，所述微波加热萃取的条件可以为：微波频率890MHZ-30000MHZ，优选地2000MHZ-6000MHZ；微波功率为200-3000W，优选地500-1600W，更优选地700-1200W；优选地100s-200s，更优选地250s；微波间隔时间20s/10s；温度为70-150℃，优选地80-110℃，更优选地90℃。

在本发明的微藻湿法提油的方法中，可先对所述微藻泥进行酸预处理，优选地用藻干重0.3%-5%，更优选地1%-4%，最优选地2%-3%的酸进行预处理。

在本发明的微藻湿法提油的方法中，所述微藻泥的含水量在60%以上，优选地为70%以上。

在本发明的微藻湿法提油的方法中，所述溶剂脱除可以采用真空蒸发溶剂法进行溶剂脱除。

在本发明的微藻湿法提油的方法中，所述微藻可以为自养藻或异氧藻，其中自养藻优选为微绿球藻、菱形藻、栅藻、布朗葡萄藻等，异氧藻优选为裂壶藻、隐甲藻。

在本文中，所述“具有溶油能力的微毒性或低毒性的有机溶剂”是指有机溶剂的理化性质中可溶解油脂及毒性低或者微毒性的溶剂，如异丙醇、乙酸乙酯、乙醇、正己烷、环己烷、异己烷及其混合物

在本文中，术语“自养藻”是指利用太阳光为光源和外加有机碳源进行培养得到的微藻。这里自养藻指的是光自养体系的微绿球藻、菱形藻、栅藻、金藻、红球藻、杜氏藻、细柱藻、布朗葡萄藻、褐指藻、角毛藻、小球藻中的一种或多种。

在本文中，术语“异养藻”是指异养化培养得到的微藻，其中“异养化培养”是指在培养设备中让微藻利用添加在培养基中的有机碳源和(或)有机氮源而不依赖于光照进行生长增殖的过程,以达到较高的细胞密度和较大的生物量。这里的异养藻指的是异养化培养的裂壶藻、隐甲藻、小球藻等一种或多种。

本发明的有益效果：

1.本发明的方法采用微波辅助提油，微藻破壁提油同时进行，过程简单，易操作，可一步法快速提取湿微藻油脂，便于实现工业化；

2.适用于自养、异养养殖所生产藻的油脂提取，均能达到较高的提油率，不受养殖方式限制；

3.获得的油品质较好，有利于微藻高附加值活性成分的保持；

4.采用具有溶油能力的微毒性或低毒性的有机溶剂如异丙醇、乙酸乙酯、乙醇、正己烷、环己烷、异己烷及其混合物进行提取，对环境无害，其中异丙醇更是FDA推荐的植物油提取溶剂，可用于微藻高营养油脂的提取和加工。

附图说明

图1是本发明的微藻湿法提油方法的基本流程示意图。

具体实施方式

实施例1

养殖得到的拟微绿球藻藻泥40g（含水量69.2%），将藻泥放到蓝盖试剂瓶中，加入140mL异丙醇，旋紧瓶盖。放入微波炉中，微波2min，功率为250w，溶剂比为12:1(mL/g)，结束冷却到室温，收集混合油相并冷却至5度，保持5h，分相，将上层相异丙醇相转移，下层油相转移到旋转蒸发瓶中，旋转蒸发脱出溶剂获得藻毛油。将残留藻泥中加入异丙醇重复微波萃取，并用相同的方法得到藻毛油。最终共得到毛油5.01g，其中脂肪酸含量为60.788%，计算油脂提取率为88.1%。

微藻油脂提取率评价方法

在本发明中，采用“提取率”表示从微藻中提取油脂的效率。具体地，提取率通过下列公式计算：

油脂提取率=(提取出的油脂量/微藻中总油脂量)×100%

其中，所述提取出的油脂量为在步骤d中通过蒸发从混合油中提取的油脂的量。所述总油脂量为最初存在于微藻中的油脂的量。它们分别通过下列方法测量：

提取出的油脂量：

取50mg毛油，加入10％乙酰氯甲醇溶液6.0mL，充氮气后，旋紧螺旋盖，80℃下磁力搅拌2h，取出冷却至室温。将反应后的样液转移至50mL离心管中，分别用3.0mL6%碳酸钠溶液清洗玻璃管三次，合并碳酸钠溶液于50mL离心管中，混匀，5000r/min离心5min。取上层清液作为试液，用于气相色谱仪测定上Agilent7890GC-FID气相色谱仪测定，微藻中油脂含量以甘油三酯含量计。毛油中油脂含量乘以毛油重量即为提取出的油脂量。

色谱条件为：SP2560色谱柱;氮气载气;进样口温度：220℃;分流比：30：1;检测器温度：260℃;柱温箱温度：初始温度140℃，保持5min，以4℃/min升温至240℃，保持15min;载气流速：1.0mL/min。

微藻中总油脂量的测定方法：

冷冻干燥后的藻粉50mg，加入10％乙酰氯甲醇溶液6.0mL，充氮气后，旋紧螺旋盖，80℃下磁力搅拌2h，取出冷却至室温。将反应后的样液转移至50mL离心管中，分别用3.0mL6%碳酸钠溶液清洗玻璃管三次，合并碳酸钠溶液于50mL离心管中，混匀，5000r/min离心5min。取上层清液作为试液，用于气相色谱仪测定上Agilent7890GC-FID气相色谱仪测定，微藻中油脂含量以甘油三酯含量计。微藻中油脂含量乘以微藻重量即为微藻中总油脂含量。

色谱条件同上。

实施例2

养殖得到的拟微绿球藻藻泥36.64g（含水量69.2%），将藻泥放到蓝盖试剂瓶中，加入140mL异丙醇，旋紧瓶盖。放入微波炉中，微波2min，功率为250w，溶剂比为12:1(mL/g)，结束冷却至室温，将混合油相转移到旋转蒸发瓶中，旋转蒸发脱除溶剂。将残留藻泥中加入异丙醇重复微波萃取3次，并用相同的方法分离得到藻毛油。最终共得到毛油11.51g，其中脂肪酸含量为15.988%，计算油脂提取率为86.3%。

实施例3

养殖得到的裂壶藻藻泥70g（含水量为82%），将藻泥放到蓝盖试剂瓶中，加入140ml异丙醇，旋紧瓶盖，放入微波炉中。设定微波时间为1.5min，微波功率为450W，溶剂比为8:1（ml/g）,结束冷却到室温，收集混合油相并冷却至8度，保持6h，分相，将上层相即异丙醇相转移到旋转蒸发瓶中，旋转蒸发脱出溶剂。将残留藻泥中加入140mL异丙醇重复微波萃取2次，并用相同的方法分离得到藻毛油。最终共得到毛油7.23g，其中脂肪酸含量为63.658%，计算油脂提取率为92%。

实施例4

养殖得到的裂壶藻藻泥70g（含水为82%），将藻泥放到蓝盖试剂瓶中，加入100mL正己烷，溶剂比为8:1（ml/g）,旋紧瓶盖，放入微波炉中。设定微波时间为1.5min，微波功率为450W，溶剂比为8:1（ml/g）,结束冷却至室温，将上层液转移到旋转蒸发瓶中，旋转蒸发脱出溶剂。将残留藻泥中加入所述溶剂重复微波萃取三次，并用相同的方法分离得到藻毛油。最终共得到毛油0.7g，其中脂肪酸含量为65.75%，计算油脂提取率为22%。

实施例5

养殖得到的裂壶藻藻泥51g（含水为85%），将藻泥放到蓝盖试剂瓶中，加入100mL乙酸乙酯，溶剂比为13:1（ml/g）,旋紧瓶盖，放入微波炉中。设定微波时间为2min，微波功率为700W，结束冷却至室温，将上层液转移到旋转蒸发瓶中，旋转蒸发脱出溶剂。将残留藻泥中加入所述溶剂重复微波萃取2次，并用相同的方法分离得到藻毛油。最终共得到毛油7.45g，其中脂肪酸含量为68.75%，计算油脂提取率为89.3%

实施例6

养殖得到的珊藻藻泥70g（含水为80%），将藻泥放到蓝盖试剂瓶中，加入100mL异丙醇，溶剂比为7:1（ml/g）,旋紧瓶盖，放入微波炉中。设定微波时间为1.5min，微波功率为900W，结束冷却至室温，将上层液转移到旋转蒸发瓶中，旋转蒸发脱出溶剂。将残留藻泥中加入异丙醇重复微波萃取2次，并用相同的方法分离得到藻毛油。最终共得到毛油7.45g，其中脂肪酸含量为58.75%，计算油脂提取率为93.7%。

实施例7

养殖得到的裂壶藻藻泥藻泥52g（含水为85%），将藻泥放到蓝盖试剂瓶中，加入60mL正己烷，40ml的乙醇，溶剂比为13:1（ml/g）,旋紧瓶盖，放入微波炉中。设定微波时间为2min，微波功率为700W，结束冷却至室温，将上层液转移到旋转蒸发瓶中，旋转蒸发脱出溶剂。将残留藻泥中加入所述溶剂重复微波萃取3次，并用相同的方法分离得到藻毛油。最终共得到毛油3.78g，其中脂肪酸含量为69.92%，计算油脂提取率为66%

实施例8

养殖得到的裂壶藻藻泥62g（含水为95%），将藻泥放到蓝盖试剂瓶中，旋紧瓶盖，放入微波炉中。设定微波时间为2min，微波功率为700W，结束冷却至室温。加入100ml的正己烷，50度连续搅拌萃取40min，离心分离，将上层液转移到旋转蒸发瓶中，旋转蒸发脱出溶剂。将残留藻泥中加入正己烷重复微波萃取3次，并用相同的方法分离得到藻毛油。最终共得到毛油3.56g，其中脂肪酸含量为67.92%，计算油脂提取率为65%。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征以及方法，但本发明并不局限于上述详细结构特征以及方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征以及方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种微藻湿法提油的方法，其特征在于，所述方法包括：在微藻泥中加入具有溶油能力的微毒性或低毒性的有机溶剂并进行微波加热萃取。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：

a.在微藻泥中加入所述具有溶油能力的微毒性或低毒性的有机溶剂，震荡混匀；

b.微波加热萃取，之后冷却至5℃-20℃，优选地10℃-15℃，更优选地13℃；

c.采用静置分层、离心分层或过滤法收集上层液，优选静置分层；和

d.将上层液并进行溶剂脱除，获得毛油。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在步骤c之后进行步骤c’:将分层获得的下层物质作为原料加入新的所述中等极性溶剂进行微波加热萃取，优选地，重复步骤c’两次或更多次。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述具有溶油能力的微毒性或低毒性的有机溶剂为异丙醇、乙酸乙酯、乙醇、正己烷、环己烷、异己烷及其混合物。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述中等极性溶剂的加入量为微藻泥的0.5-5倍体积，优选地1-4倍体积，更优选地2-3倍体积。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述微波加热萃取的条件为：微波频率范围为890MHZ-30000MHZ，优选地2000MHZ-6000MHZ；微波功率为200-3000W，优选地500-1600W，更优选地700-1200W；处理时间10s-300s，优选地100s-200s，更优选地250s；间隔时间为20s/10s；温度为70-150℃，优选地80-110℃，更优选地90℃。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，先对所述微藻泥进行酸预处理，优选地用藻干重0.3%-5%，更优选地1%-4%，最优选地2%-3%的酸进行预处理。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于，所述微藻泥的含水量在60%以上，优选地为70%以上。

9.根据权利要求2-8中任一项所述的方法，其特征在于，所述溶剂脱除采用真空蒸发溶剂法进行。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其特征在于，所述微藻为自养藻或异氧藻，其中自养藻优选地为微绿球藻、菱形藻、、栅藻、金藻、红球藻、杜氏藻、细柱藻、布朗葡萄藻、褐指藻、角毛藻或小球藻；异养藻优选地为异养化培养的裂壶藻、隐甲藻或小球藻。