CN103045353A

CN103045353A - 一种微藻油脂的提取方法

Info

Publication number: CN103045353A
Application number: CN2011103138293A
Authority: CN
Inventors: 张霖; 师文静; 李晓姝; 王领民
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2011-10-17
Filing date: 2011-10-17
Publication date: 2013-04-17

Abstract

本发明公开一种微藻油脂的提取方法，包括如下内容：以藻泥或干粉形态的微藻为原料，在采用微波辐射破碎预处理后的微藻的同时利用有机溶剂进行萃取，萃取结束后分离各物质得到微藻油脂。所述的微波频率可选择2450MHz、915MHz、896MHz中的一种，设置微波功率为1kW/L～50kW/L。本发明方法具有操作过程简单、提取时间短、能耗低、所用原料适应性强、微藻油脂收率高等优点。

Description

一种微藻油脂的提取方法

技术领域

本发明涉及一种微藻油脂的提取方法。

背景技术

微藻指微型藻类，属于水生植物，它们具有分布广泛、生物量大、光合作用效率高、环境适应能力强、生长周期短、生物量收率高等特点。微藻可以利用光合作用反应系统，通过CO₂的固定，将光能转化为化学能，以油脂或淀粉等有机物的形式储存在体细胞内，其太阳能转化效率可达到3.5％。微藻是用于生产药品、精细化工品以及新型燃料的潜在资源，随着人类社会资源短缺和环境问题日益严峻，利用微藻进行生物柴油及部分化石能源替代产品的开发，既可以克服石油资源不可再生的缺点，又可以减少CO₂ 的排放，净化废气和污水，已成为目前研究的热点。

通过微藻进行生物柴油生产是一个复杂的系统工程，涵盖多个技术环节，包括微藻藻种的筛选和培育、微藻的规模培养和诱导产油脂、油脂的收集和加工等几个方面。微藻作为生物柴油原料的研究始于20世纪60年代，近年来，随着生物技术的发展，微藻已经实现了规模化培养，并能够获取高附加值脂肪酸，如二十碳五烯酸( EPA)、花生四烯酸(ARA)、二十二碳六烯酸(DHA)等的重要原料。

微藻作为一种新型生物质能源，其优势是显而易见的，但是在其利用上，从目前的研究进展来看，还处于起步阶段。目前的研究主要集中在筛选优势藻种、提高油藻生长强度、增加油脂含量等方面，而对提高油脂收率、适合工业化的提取方法方面的研究还很少，但是，对油藻的研究，其最终目的是要面向石油化工领域，解决替代能源的问题，所以探索高效的、适于大规模生产应用的油脂提取方法的研究应该成为今后一个时期研究的方向。

微藻的油脂含量差别很大，在不同种类，甚至同一种类的不同品系之间也存在较大差别，一些易于规模化培养的藻种，其油脂含量一般占细胞干重的20%～50%，远远低于常规的油料作物，因此一些经典的油脂提取方法不适用于微藻油脂的提取。

CN03109314.0公开了一种利用微藻快速热解制备生物柴油的方法，其通过微藻在快速热解装置中快速热解，经气、固分离后，气体被冷凝成液体，即为生物柴油。CN200910223330.6公开了一种微藻催化裂解制取低碳烯烃的方法，其利用催化剂将微藻进行催化裂解制取低碳烯烃。虽然这些方法过程简单，但无论是热解方法还是催化裂化方法，其能耗较大，对设备要求较高，并且由于微藻成分复杂，以至于副产物很多，产品收率较低。微藻油脂的利用方向是进行生物柴油的制备，因此油脂提取工艺的水平高低成为提高微藻生物柴油制备的关键。

CN200810240949.3公开了一种从微藻中同时提取油脂和蛋白质的方法，该方法以湿藻泥为原料，调节 pH值至碱性或弱碱性，通过蒸汽进行微藻细胞的破壁、油脂和蛋白质的溶出，所得微藻溶浆经过滤去除细胞残渣后得到油脂和蛋白混合物，然后利用旋液分离器进行油水分离，获得微藻油脂。因为微藻细胞的比表面积很大，而细胞膜上的磷脂成分含量很高，因此该方法虽然制备工艺简单，但是由于采用了过滤的预处理方式，增加了油脂成分的损失率。CN200910060589.3公开了一种微生物油脂及其短链醇脂肪酸酯的提取方法，其主要是利用微波辐射降低培养物含水量，以及在碱性催化剂的作用下部分醇解微生物体内油脂，同时萃取油脂，并经蒸发回收短链醇后得到微生物油脂与短链醇脂肪酸酯的混合物。该方法描述的并不是进行油脂提取，而是化学催化法制备生物柴油的过程，反应中由于存在大量细胞溶解物，其成分复杂，副反应较多。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种微藻油脂的提取方法。该方法具有操作过程简单、提取时间短、能耗低、所用原料适应性强、微藻油脂收率高等优点。

一种微藻油脂的提取方法，包括如下内容：以藻泥或干粉形态的微藻为原料，在采用微波辐射破碎预处理后的微藻的同时利用有机溶剂进行萃取，萃取结束后分离各物质得到微藻油脂。

本发明方法中，根据萃取体系内的物质组成，利用微波发生器对反应体系进行微波辐射，其辐射过程中，可以选择持续低功率辐射及间歇高功率辐射两种模式。微波频率可选择2450MHz、915MHz、896MHz中的一种，设置微波功率为1kW/L～50kW/L。辐射时间为1h～3h。

本发明方法中，利用有机溶剂对微藻油脂进行萃取，所选择的有机溶剂为正己烷、石油醚等有机溶剂的一种或几种混合。有机溶剂的添加量与微藻干重比为10:1～100:1（v:w，单位为ml:g），萃取温度控制在60℃～90℃。

本发明方法中，微藻可以来自于任何具有积累油脂、脂肪酸能力的藻类，如绿藻、硅藻、葡萄藻。

本发明方法中所述的微藻原料预处理，对于藻泥形态的微藻原料，可以通过离心的方式进一步降低其含水量，以适于后期油脂的提取，离心过程的参数设计为离心转数5000rpm～10000rpm，离心时间3min～15min。对于干粉形态的微藻原料，需要加入一定量的水或极性短链醇有机溶剂，以增强后期油脂提取过程中微波热效应，其添加量与微藻干粉比为10:1～50:1（v:w，单位为ml:g）。优选加入极性短链醇有机溶剂，所述的极性短链醇有机溶剂包括甲醇、乙醇、丙醇等。

本发明方法中萃取反应结束后，冷却至室温，静置10min～30min，分别提取有机溶剂层（油相）和水层（水相）。通过蒸馏的方式可以将油相中的有机溶剂回收同时得到微藻油脂。

与现有技术相比，本发明一种微藻油脂的提取方法具有如下优点：

（1）本发明方法在进行油脂成分萃取的过程中，利用微波辐射作用，一方面对反应体系加热，通过有机分子在气-液两相的不断转化，提高与细胞内油脂成分的接触频率，能够提高萃取的效率，另一方面微波辐射可以使极性分子迅速极化，从而能够破坏细胞结构的完整性，利于油脂成分扩散，因此利用微波辐射和有机溶剂萃取协同作用方式进行油脂提取能够缩短萃取反应时间，极大提高藻泥形态的微藻油脂的提取效率；

（2）本发明方法对微藻原料的适应性强，不仅可以干藻粉为原料也可以含有一定水分的藻泥形态的微藻原料，从而减少了微藻干燥的工艺环节，节省了能量消耗，非常适合与工业放大生产；

（3）对于干粉形态的微藻原料，可以添加极性有机溶剂，以适用于微波处理，由于极性有机溶剂可以作为介质，能够快速传播微波辐射能量，缩短萃取反应时间，因此其油脂提取的效果要优于传统的以干藻粉为原料单纯萃取方法。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明发法的具体过程及效果进行说明，但不局限于以下实施例。

实施例1

选取一种小球藻（chlorella vulgaris），经10L罐，培养15天，在微藻培养的后期，根据建立的OD与细胞干重的关系，计算出微藻浓度为1.02g/L（干重计）。

（1）微藻原料预处理：取1L微藻培养液，用NaOH调节微藻培养液pH至12，静置30min。取培养罐底层藻液进行离心，控制离心转数5000rpm，离心时间5min。

（2）油脂的提取：向藻泥中加入60ml正己烷，震荡混匀后，放入微波发生器内，开启微波发生器，采用间歇式微波处理，微波频率为2450MHz，设置微波功率为1000W，温度设置为65℃，时间为2h。

（3）溶剂的回收：萃取结束后，冷却至室温，反应液分层为油相和水相。分离水相和油相，随后将油相反应体系升温至70℃，将正己烷回收后得到微藻油脂混合物，经计算油脂产出率为24.2%，油脂产出率=

，以下相同。

实施例2 利用本发明方法对葡萄藻油脂的提取

选取一种葡萄藻（Botryococcus braunii），经10L罐，培养20天，在微藻培养的后期，根据建立的OD与细胞干重的关系，计算出微藻浓度为1.41g/L（干重计）。

（1）微藻细胞的收集：取1.5L微藻培养液，用NaOH调节微藻培养液pH至12，静置30min。取培养罐底层藻液进行离心，离心转数为10000rpm，离心时间10min。

（2）油脂的提取：向微泥中加入120ml石油醚，震荡混匀后，开启微波发生器，采用间歇式微波处理，微波频率为915MHz，设置微波功率为2000W，温度设置为70℃，时间为2h。（3）溶剂的回收：反应结束后，冷却至室温，反应液分层为油相和水相。随后将反应体系升温至80℃，将石油醚回收，最终到油脂混合物，经计算油脂产出率为21.3%。

实施例3 利用本发明对藻粉油脂的提取

（1）微藻干粉的预处理：称取经70℃烘箱处理24h的硅藻藻粉2.5g，冷却后加入甲醇30ml。

（2）油脂的提取：向藻粉及甲醇混合液中加入60ml正己烷，震荡混匀后，开启微波发生器，采用间歇式微波处理，微波频率为915MHz，设置微波功率为2000W，温度设置为60℃，时间为2h。

（3）溶剂的回收：反应结束后，分别将甲醇、正己烷回收，最终到油脂混合物，经计算油脂产出率为24.8%。

比较例1 利用常规萃取方法对小球藻油脂的提取

藻细胞的收集方法及藻泥用量与实施例1完全相同，首先利用微波对藻泥进行细胞破碎预处理，微波处理条件同实施例1，处理时间为2h，然后加入60ml正己烷进行萃取，萃取温度为65℃，萃取反应时间为2h。最终测得油脂产出率为12.6%。

比较例2 利用索氏提取方法对硅藻干粉油脂的提取

取实施例3中所使用硅藻干藻粉2.5g，按照索氏提取方法，取30ml甲醇、60ml正己烷，混合均匀后作为萃取相放入索氏提取器中，设置温度70℃，反应时间为2h。最终测得油脂产出率为12.8%。

Claims

1.一种微藻油脂的提取方法，其特征在于：包括如下内容：以藻泥或干粉形态的微藻为原料，在采用微波辐射破碎预处理后的微藻的同时利用有机溶剂进行萃取，萃取结束后分离各物质得到微藻油脂。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的微波辐射采用持续的低功率辐射或间歇高功率辐射。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的微波频率为2450MHz、915MHz、896MHz中的一种，微波功率为1kW/L～50kW/L。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的微波辐射时间为1h～3h。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的有机溶剂为正己烷、石油醚。

6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于：所述的有机溶剂的添加量与微藻干重比为10:1～100:1（v:w，单位为ml:g），萃取温度控制在60℃～90℃。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的微藻为绿藻、硅藻、葡萄藻。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的微藻原料预处理，对于藻泥形态的微藻原料，通过离心的方式降低其含水量，离心转数5000rpm～10000rpm，离心时间3min～15min。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的微藻原料预处理，对于干粉形态的微藻原料，加入与微藻干粉比为10:1～50:1（v:w，单位为ml:g）的水或极性短链醇有机溶剂。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的萃取反应结束后，冷却至室温，静置10min～30min，分别提取有机溶剂层和水层。