CN103571610A

CN103571610A - 一种微藻油脂的提纯方法

Info

Publication number: CN103571610A
Application number: CN201210257888.8A
Authority: CN
Inventors: 李晓姝; 金平; 王领民; 张霖; 师文静; 乔凯; 黎元生
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: 2012-07-25
Filing date: 2012-07-25
Publication date: 2014-02-12

Abstract

本发明公开了一种微藻油脂的提取方法，包括如下步骤：（1）将收集的微藻与C1-C6的短链醇溶剂、萃取剂搅拌混合；（2）将混合液送入到超重力破碎装置内进行微藻细胞的破碎和油脂的萃取；（3）微藻细胞的破碎和油脂的萃取结束后，将超重力破碎装置内的流出液冷却至室温，静置、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。同现有技术相比，本发明具有操作过程简单、提取时间短、微藻油脂收率高、适于从藻泥中直接提取油脂等优点。

Description

一种微藻油脂的提纯方法

技术领域

本发明涉及一种微藻油脂的提纯方法，具体地说涉及一种采用超重力技术提取微藻油脂的方法。

背景技术

微藻是一类在水中生长的，种类繁多且分布极其广泛的低等植物。这类生物具有高效的光合作用反应系统，可以通过CO₂的固定，将光能转化为化学能，并以油脂或淀粉等有机物的形式储存在体细胞内。随着人类社会资源短缺的压力和环境问题日益严峻，利用微藻进行生物柴油及其部分化石能源替代产品的开发，已成为目前研究的热点。

利用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，通过对藻种的生物改造，已获得丰富的具有高产油能力的微藻资源，因此这种新型的生物柴油生产模式非常具有应用前景。

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、增加油脂含量方面，而对提高油脂收率、建立工业化的提取工艺方法等方面的研究还很少。然而，对于微藻的研究，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。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，包括：调节水分：以得到包括含油脂微生物的含水量为20～90％的湿培养物；微波处理：对湿培养物进行微波辐射破胞并使含水量降至5％～40％；短链醇处理：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；回收溶剂：作固液分离，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。该方法在微藻进行微波处理破胞后加入短链醇溶剂进行处理，虽然该短链醇溶剂对破胞后的细胞膜磷脂层具有一定的溶解作用，但其醇溶解的效果有限，短链醇主要是参与碱催化反应。

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。该方法通过超重力作用极大强化溶剂与微藻油脂间传递，具有操作过程简单、提取时间短、能耗低、微藻油脂收率高、适于从藻泥中直接提取油脂等优点。

一种微藻油脂的提取方法，包括如下步骤：

（1）将收集的微藻与C1-C6的短链醇溶剂、萃取剂搅拌混合；

（2）将步骤（1）混合液送入到超重力破碎装置内进行微藻细胞的破碎和油脂的萃取，超重力破碎装置的超重力水平为15-670g（g为重力加速度＝9.8m/s²），温度控制为 50℃-90℃，混合液在超重力破碎装置中的平均停留时间0.1-5s；

（3）微藻细胞的破碎和油脂的萃取结束后，将步骤（2）超重力破碎装置内的流出液冷却至室温，静置、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。

本发明方法步骤（1）中收集的微藻干重与C1-C6的短链醇溶剂、萃取剂添加量的比为1:10~100:10~100（g：ml：ml）。微藻与C1-C6的短链醇溶剂、萃取剂混合过程在搅拌的条件下进行，搅拌时间为3-20min。

本发明方法步骤（1）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、葡萄藻，尤其是绿藻中的小球藻。所述的收集的微藻可以是微藻藻粉也可以是微藻藻泥。微藻藻泥的收集可用如下方法：首先在微藻培养的后期，调整微藻培养液pH至11～12，然后利用离心的方式进一步收集微藻，控制离心转数5000rpm～10000rpm，离心时间3min～15min。所述的C1-C6的短链醇溶剂可以是直链的醇溶剂，也可以是带有支链的醇溶剂。在所有的短链醇溶剂中优选甲醇溶剂。所述的萃取剂为正己烷、石油醚等有机溶剂。

本发明方法步骤（2）中所述的超重力破碎装置包括超重力旋转填充床、折流式、螺旋通道式、旋转碟片式及定-转子式等常规的超重力旋转装置，优选超重力旋转填充床。超重力水平是指超重力破碎装置中转子旋转产生的离心加速度的大小，通常用重力加速度g的倍数表示，主要和转子的转速及转子的内外径有关。超重力破碎装置内的流出液可重新进入超重力破碎装置进行循环操作，这样能够增加油脂的收率。

本发明方法步骤（3）中所述的静置时间为10min～30min。

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）本发明方法首次将超重力技术应用于微藻油脂的提取过程中，将微藻细胞的破碎及油脂的萃取置于超重力条件下进行，极大强化传质过程，微观混合过程，有力利于细胞的破碎及细胞内油脂成分扩散，缩短破胞时间，提高油脂收率；

（2）本发明方法中，在对微藻细胞破碎过程中，采用了醇溶解和超重力处理相结合的方法，一方面醇溶解的作用能快速瓦解细胞膜上磷脂双分子层结构，使膜表面出现孔洞，超重力环境下促进油脂从孔洞渗出；另一方面超重力环境下能进一步破坏细胞结构，有利于醇溶剂的渗透及细胞内油脂成分的扩散，提高醇溶解效率，因此，醇溶解和超重力的协同作用能够明显提高破碎效果及油脂的收率；

（3）本发明方法中在超重力的作用下，微藻细胞的破碎和油脂的萃取同时进行，油脂能被快速的萃取出来，提高微藻细胞的破碎效果。

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）。取5L微藻培养液，用NaOH调节微藻培养液pH至11.5，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。

（1）将上述收集的藻泥和甲醇、正己烷搅拌混合，其比例为：1:30:50（g干重计：ml：ml），搅拌时间为 5min；

（2）将步骤（1）的混合液送入到超重力旋转填充床中，超重力水平为20g，温度控制为 60℃，混合液在超重力旋转填充床中的平均停留时间1s；

（3）微藻细胞的破碎和油脂的萃取结束后，将步骤（2）超重力旋转填充床中内的流出液冷却至室温，静置15min、混合液分为三层，即油相、水相及沉淀，分离后经计算油脂的收率为28.7%。

油脂产出率=（初始微藻细胞干重-萃取后残渣干重）/初始微藻细胞干重×100%。

实施例2

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1.43g/L（干重计）。取3L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，10000rpm，离心时间10min。

（1）将上述收集的藻泥和甲醇、正己烷搅拌混合，其比例为：1:20:40（g干重计：ml：ml），搅拌时间为 10min ；

（2）将步骤（1）的混合液送入到超重力旋转填充床中，超重力水平为50g，温度控制为 65℃，混合液在超重力旋转填充床中的平均停留时间3s，循环操作2次；

（3）微藻细胞的破碎和油脂的萃取结束后，将步骤（2）超重力旋转填充床中的流出液冷却至室温，静置15min、混合液分为三层，即油相、水相及沉淀，分离后经计算油脂的收率为30.2%。

实施例3

将培养结束的硅藻离心，得到的藻泥在60℃烘箱中干燥12h。

（1）称取硅藻干藻粉5g，将藻粉与甲醇、石油醚搅拌混合，其比例为：1:30:60（g干重计：ml：ml），搅拌时间：15min；

（2）将步骤（1）的藻和溶剂的混合液送入到超重力旋转填充床中，超重力水平为80g，温度控制为70℃，混合液在超重力旋转填充床中的平均停留时间4s；

（3）微藻细胞的破碎和油脂的萃取结束后，将步骤（2）超重力旋转填充床中内的流出液冷却至室温，静置20min、混合液分为三层，即油相、水相及沉淀，分离后经计算油脂的收率为29.4%。

比较例1

混合液不经过超重力破碎装置，混合液在温度为60℃，搅拌条件下进行微藻细胞的破碎和油脂的萃取，时间为4h，其余同实施例1。油脂的收率为 21.6%。

Claims

1.一种微藻油脂的提取方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）将收集的微藻与C1-C6的短链醇溶剂、萃取剂搅拌混合；

（2）将步骤（1）混合液送入到超重力破碎装置内进行微藻细胞的破碎和油脂的萃取，超重力破碎装置的超重力水平为15-670g（g为重力加速度＝9.8m/s²），温度控制为50℃-90℃，混合液在超重力破碎装置中的平均停留时间0.1-5s；

（3）微藻细胞的破碎和油脂的萃取结束后，将步骤（2）超重力破碎装置内的流出液冷却至室温，静置、分别提取有机溶剂层和水层，通过蒸馏的方式将有机溶剂层中的有机溶剂回收同时得到微藻油脂。

2.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于：步骤（1）中收集的微藻干重与C1-C6的短链醇溶剂、萃取剂添加量的比为1:10~100:10~100（g：ml：ml）。

3.根据权利要求1或2所述的提取方法，其特征在于：收集的微藻与C1-C6的短链醇溶剂、萃取剂搅拌混合时间为3-20min。

4.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于：步骤（1）中所述的微藻为绿藻、葡萄藻。

5.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于：步骤（1）中所述的收集的微藻为微藻藻粉或微藻藻泥。

6.根据权利要求5所述的提取方法，其特征在于：微藻藻泥的收集采用如下方法：首先在微藻培养的后期，调整微藻培养液pH至11～12，然后利用离心的方式进一步收集微藻，控制离心转数5000rpm～10000rpm，离心时间3min～15min。

7.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于：步骤（1）中所述的C1-C6的短链醇溶剂为甲醇溶剂，所述的萃取剂为正己烷或石油醚。

8.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于：步骤（2）中所述的超重力破碎装置包括超重力旋转填充床、折流式、螺旋通道式、旋转碟片式及定-转子式超重力旋转装置。

9.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于：步骤2中超重力破碎装置内的流出液可重新进入超重力破碎装置进行循环操作。

10.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于：步骤（3）中所述的静置时间为10min～30min。