CN104293475A - 一种从产油微生物中提取油脂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种从产油微生物中提取油脂的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：（1）将含有产油微生物的水浆液与酸性金属盐或其水溶液接触，在水热条件下搅拌，使产油微生物细胞中的油脂溶出，得到含有油脂的产油微生物溶浆；（2）从产油微生物溶浆中分离出油脂。本发明提供的从产油微生物中提取油脂的方法，将含有产油微生物的水浆液与酸性金属盐或其水溶液接触，在较低温度的水热条件下通过搅拌即可使产油微生物细胞中的油脂溶出，且得到的产油微生物溶浆的水相和油相易分离，可极大地降低能耗，提高油脂提取率。

Description

一种从产油微生物中提取油脂的方法
技术领域
本发明涉及产油微生物工程技术领域，具体地，涉及一种从产油微生物中提取油脂的方法。
背景技术
由于微生物细胞增殖快，生产周期短，微生物生长所需原料来源广泛，价格便宜，且微生物生长不受季节、气候变化限制，能连续大规模生产，生产成本低，而且产油微生物中含油率高，因此，利用产油微生物生产油脂已经成为一种缓解全球能源危机的重要手段。
微藻是一种水生光合自养微生物，它利用光能，以CO2和H2O作为底物进行细胞的生长，并在细胞中合成大量的甘油三酯（TAGs）、多糖、蛋白质等物质。其中，甘油三酯（TAGs）包括不饱和甘油酯（DHA，EPA）不但可以作为重要的营养保健品，而且可作为生物液体燃料的重要油脂原料来源。特别是随着世界能源如石油的日渐短缺，以动植物油脂（包括微藻油脂）为原料生产生物燃料受到广泛关注，并竞相开展微藻生物柴油的研究。
微藻油脂的提取一直是生物柴油炼制的关键技术。大多数种类的微藻具有纤维素性细胞壁，某些种类的微藻细胞壁还有大量难以消化分解的其他成分，细胞壁厚、质地坚韧，非常不利于细胞内油脂及营养物质的提取，需要对微藻进行破壁处理。
目前微藻油脂的提取通常采用水热法。水热法通常是在碱性条件下通过高温高压进行细胞破壁、油脂溶出，一般温度高达100-300℃，所得微藻溶浆通过离心进行油水分离，如CN100460513C，但由于破壁需要在高温条件下进行，能耗较高，而且得到的微藻溶浆为含有藻渣的乳状液，油相和水相混合均匀，难以分离，通过离心进行油水分离能耗较高、油脂提取率较低。
因此，高效且经济的从产油微生物中提取油脂的技术成为研究的重点。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中从产油微生物中提取油脂提取率低、能耗高的缺陷，提供一种高效且经济的从产油微生物中提取油脂的方法。
本发明的发明人在研究中意外发现，将含有产油微生物的水浆液与酸性金属盐或其水溶液接触，在较低温度的水热条件下通过搅拌即可使产油微生物细胞中的油脂溶出，且得到的产油微生物溶浆的水相和油相易分离，可极大地降低能耗，提高油脂提取率。
因此，为了实现上述目的，本发明提供了一种从产油微生物中提取油脂的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
（1）将含有产油微生物的水浆液与酸性金属盐或其水溶液接触，在水热条件下搅拌，使产油微生物细胞中的油脂溶出，得到含有油脂的产油微生物溶浆；
（2）从产油微生物溶浆中分离出油脂。
优选地，以产油微生物的干重计，相对于1g产油微生物，所述酸性金属盐的用量为3-75g。
优选地，所述酸性金属盐选自三氯化铁、硫酸铁、三氯化铝、硫酸铝、氯化锌、硫酸锌、氯化镁和硫酸镁中的一种或多种。
优选地，步骤（1）中，水热条件包括：温度为60-100℃。
优选地，步骤（1）中，搅拌的条件包括：相对于每立方米被搅拌的物料，搅拌功率为0.15-1.5kW；搅拌时间为5-120分钟。
优选地，步骤（2）中，从产油微生物溶浆中分离出油脂的方法包括离心分离，所述离心分离的条件包括：转速3000-8000rpm，时间2-10分钟。
优选地，步骤（2）中，从产油微生物溶浆中分离出油脂的方法包括将所述产油微生物溶浆与萃取剂接触，萃取出油脂。
优选地，以产油微生物的干重计，相对于1g产油微生物，所述萃取剂的用量为5-20mL。
优选地，所述萃取剂选自甲醇、乙醇、己烷、丁烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷和甲苯中的一种或多种。
优选地，所述产油微生物为微藻。
本发明提供的从产油微生物中提取油脂的方法，将含有产油微生物的水浆液与酸性金属盐或其水溶液接触，在较低温度的水热条件下通过搅拌即可使产油微生物细胞中的油脂溶出，且得到的产油微生物溶浆的水相和油相易分离，可极大地降低能耗，提高油脂提取率。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种从产油微生物中提取油脂的方法，该方法包括如下步骤：
（1）将含有产油微生物的水浆液与酸性金属盐或其水溶液接触，在水热条件下搅拌，使产油微生物细胞中的油脂溶出，得到含有油脂的产油微生物溶浆；
（2）从产油微生物溶浆中分离出油脂。
本发明中，含有产油微生物的水浆液是指从产油微生物培养液中收集产油微生物获得的含产油微生物的液体。以产油微生物的干重计，含有产油微生物的水浆液中产油微生物的含量优选为2-40重量%，更优选为7-15重量%。
本发明中，以产油微生物的干重计，相对于1g产油微生物，酸性金属盐的用量优选为3-75g；更优选为8-20g。
本发明中，将含有微藻的水浆液与酸性金属盐的水溶液混合时，酸性金属盐的水溶液的浓度优选为60-90重量%，酸性金属盐的用量如上所述。
本发明中，酸性金属盐优选选自三氯化铁、硫酸铁、三氯化铝、硫酸铝、氯化锌、硫酸锌、氯化镁和硫酸镁中的一种或多种。
本发明中，水热条件是指在一定温度下保持液态的条件。本发明步骤（1）中，水热条件优选包括：温度为60-100℃；更优选包括：温度为80-100℃。
本领域技术人员应该理解的是，步骤（1）中，水热条件的压力只要使水能在上述温度下保持液态即可。
本发明步骤（1）中，对于搅拌的条件，只要使产油微生物细胞中的油脂溶出即可。例如，搅拌的条件可以包括：相对于每立方米被搅拌的物料，搅拌功率为0.15-1.5kW；搅拌时间为5-120分钟；优选地，搅拌的条件可以包括：相对于每立方米被搅拌的物料，搅拌功率为0.2-1kW；搅拌时间为30-60分钟。在上述搅拌条件下，可以使产油微生物细胞中的油脂溶出。
本发明中，产油微生物溶浆即是指含有产油微生物的水浆液中产油微生物细胞壁破坏，胞内结构解体，产油微生物油脂溶出得到的混合物。
本发明步骤（2）中，从产油微生物溶浆中分离出油脂，可以采用水热法提取产油微生物油脂中常用的方法，例如离心分离，但由于本发明方法得到的产油微生物溶浆的水相和油相易分离，因此，相对于传统的水热法，可以降低离心分离的能耗，离心分离的条件优选包括：转速3000-8000rpm，时间2-10分钟；更优选包括：转速4000-6000rpm，时间4-6分钟。
由于本发明方法得到的产油微生物溶浆的水相和油相易分离，因此，除了传统水热法中使用的离心分离方法外，从产油微生物溶浆中分离出油脂的方法还可以将产油微生物溶浆与萃取剂接触，萃取出油脂。
本发明中，将产油微生物溶浆与萃取剂接触，萃取出油脂的方法即是将产油微生物溶浆与萃取剂接触，充分混合，然后静置分层，收集萃取层，利用萃取剂沸点低于油脂的性质，蒸干萃取剂，从而得到油脂。
本发明中，以产油微生物的干重计，相对于1g产油微生物，萃取剂的用量优选为5-20mL，更优选为5-10mL。
本发明中，对于萃取剂无特殊要求，可以采用萃取油脂常用的萃取剂，例如，萃取剂可以选自甲醇、乙醇、己烷、丁烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷和甲苯中的一种或多种。
采用萃取剂萃取油脂的方法相对于离心分离，可进一步降低能耗。
本发明中，产油微生物可以为异养微生物，也可以为自养微生物，包括但不限于细菌、真菌、放线菌和微藻，例如可以为裂殖壶菌，又称裂壶藻。本发明中，产油微生物优选为微藻。对于微藻的种类没有特别的限制，优选为产油微藻，更优选为具有较大的产业利用价值的产油工程微藻，例如，微藻可以选自小球藻、栅藻、螺旋藻、金藻、或三角褐指藻中的至少一种。
实施例
以下的实施例将对本发明作进一步的说明，但并不因此限制本发明。
在下述实施例及对比例中：
用小球藻的干藻粉和去离子水配制成9重量%、11重量%及14重量%的含有小球藻的水浆液。
油脂提取率=提取的油脂的重量/干藻粉的重量。
实施例1
该实施例用于说明本发明的从产油微生物中提取油脂的方法。
（1）称取11重量%的含有小球藻的水浆液45g，置于机械搅拌反应釜中，加入675g三氯化铁，在温度为90℃的水热条件下，相对于每立方米被搅拌的物料，搅拌功率为0.6kW（采用山东省鄄城永兴仪器厂YXMD型模拟增力电动搅拌器进行搅拌，下同），搅拌40分钟，得到小球藻溶浆；
（2）将小球藻溶浆在5000rpm下离心分离5分钟，收集上层油相得到油脂0.76g，计算油脂提取率为15.4%。
实施例2
该实施例用于说明本发明的从产油微生物中提取油脂的方法。
（1）称取14重量%的含有小球藻的水浆液35g，置于机械搅拌反应釜中，加入700g硫酸铝，在温度为80℃的水热条件下，相对于每立方米被搅拌的物料，搅拌功率为0.2kW，搅拌60分钟，得到小球藻溶浆；
（2）将小球藻溶浆在6000rpm下离心分离4分钟，收集上层油相得到油脂0.69g，计算油脂提取率为14.1%。
实施例3
该实施例用于说明本发明的从产油微生物中提取油脂的方法。
（1）称取9重量%的含有小球藻的水浆液55g，置于机械搅拌反应釜中，加入440g氯化镁，在温度为100℃的水热条件下，相对于每立方米被搅拌的物料，搅拌功率为0.3kW，搅拌30分钟，得到小球藻溶浆；
（2）将小球藻溶浆在4000rpm下离心分离6分钟，收集上层油相得到油脂0.54g，计算油脂提取率为10.9%。
实施例4
该实施例用于说明本发明的从产油微生物中提取油脂的方法。
按照实施例1的方法从含有小球藻的水浆液中提取油脂，不同的是，在步骤（2）中，将30mL三氯甲烷加入到小球藻溶浆中，在搅拌下使小球藻溶浆与三氯甲烷充分混合，然后静置分层，收集萃取层，在70℃下蒸干三氯甲烷，得到油脂0.77g，计算油脂提取率为15.6%。
实施例5
该实施例用于说明本发明的从产油微生物中提取油脂的方法。
按照实施例2的方法从含有小球藻的水浆液中提取油脂，不同的是，在步骤（2）中，将49mL四氯甲烷加入到小球藻溶浆中，在搅拌下使小球藻溶浆与四氯甲烷充分混合，然后静置分层，收集萃取层，在100℃下蒸干四氯甲烷，得到油脂0.7g，计算油脂提取率为14.3%。
实施例6
该实施例用于说明本发明的从产油微生物中提取油脂的方法。
按照实施例3的方法从含有小球藻的水浆液中提取油脂，不同的是，在步骤（2）中，将40mL甲苯加入到小球藻溶浆中，在搅拌下使小球藻溶浆与甲苯充分混合，然后静置分层，收集萃取层，在120℃下蒸干甲苯，得到油脂0.52g，计算油脂提取率为10.5%。
对比例1
（1）称取11重量%的含有小球藻的水浆液45g，用NaOH调节含有小球藻的水浆液的pH值为8；
（2）将含有小球藻的水浆液置于机械搅拌反应釜中，在温度为200℃的水热条件下，相对于每立方米被搅拌的物料，搅拌功率为0.6kW，搅拌60分钟，得到小球藻溶浆。
（3）将小球藻溶浆在5000rpm下离心分离10分钟，收集上层油相得到油脂0.05g，计算油脂提取率为1%。
将实施例1与对比例1进行比较可以看出，本发明方法与传统的水热法相比，离心分离能耗低，油脂提取率高。
将实施例1与实施例4进行比较，将实施例2与实施例5进行比较，将实施例3与实施例6进行比较，可以看出，采用萃取剂萃取油脂，与离心分离相比，油脂提取率相差不大，且可进一步降低能耗。
本发明提供的从产油微生物中提取油脂的方法，将含有产油微生物的水浆液与酸性金属盐或其水溶液接触，在较低温度的水热条件下通过搅拌即可使产油微生物细胞中的油脂溶出，且得到的产油微生物溶浆的水相和油相易分离，可极大地降低能耗，提高油脂提取率。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (12)

1.一种从产油微生物中提取油脂的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤： 
（1）将含有产油微生物的水浆液与酸性金属盐或其水溶液接触，在水热条件下搅拌，使产油微生物细胞中的油脂溶出，得到含有油脂的产油微生物溶浆； 
（2）从产油微生物溶浆中分离出油脂。 
2.根据权利要求1所述的方法，其中，以产油微生物的干重计，所述含有产油微生物的水浆液中产油微生物的含量为2-40重量%。 
3.根据权利要求1所述的方法，其中，以产油微生物的干重计，相对于1g产油微生物，所述酸性金属盐的用量为3-75g。 
4.根据权利要求1或3所述的方法，其中，所述酸性金属盐选自三氯化铁、硫酸铁、三氯化铝、硫酸铝、氯化锌、硫酸锌、氯化镁和硫酸镁中的一种或多种。 
5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤（1）中，水热条件包括：温度为60-100℃。 
6.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤（1）中，搅拌的条件包括：相对于每立方米被搅拌的物料，搅拌功率为0.15-1.5kW；搅拌时间为5-120分钟。 
7.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤（2）中，从产油微生物溶浆中分离出油脂的方法包括离心分离，所述离心分离的条件包括：转速3000-8000rpm，时间2-10分钟。 
8.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤（2）中，从产油微生物溶浆中分离出油脂的方法包括将所述产油微生物溶浆与萃取剂接触，萃取出油脂。 
9.根据权利要求8所述的方法，其中，以产油微生物的干重计，相对于1g产油微生物，所述萃取剂的用量为5-20mL。 
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述萃取剂选自甲醇、乙醇、己烷、丁烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷和甲苯中的一种或多种。 
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述产油微生物为微藻。 
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述微藻选自小球藻、栅藻、螺旋藻、金藻和三角褐指藻中的至少一种。 
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