CN104450524B - 一种加压升温射流的产油微生物细胞破碎方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种加压升温射流的产油微生物细胞破碎方法，属于细胞破碎技术领域。一种加压升温射流的产油微生物细胞破碎方法，对产油微生物细胞加压后，经由管道以6~10倍音速喷出，同时管道温度升高至100~200摄氏度，接着所述喷出的产油微生物细胞以15~165度角撞击在两块平行相对的坚硬平板的内侧壁，反复撞击3~10次。本发明能够一次性、高效率地实现产油微生物细胞的破碎，且操作过程简单，无需对原料进行预处理，无需添加任何化学或生化试剂，整个破碎过程环境友好，无污染，破碎率为100%，可广泛应用于产油微生物细胞的破碎技术领域。

Description

一种加压升温射流的产油微生物细胞破碎方法

技术领域

本发明属于细胞破碎技术领域，具体涉及一种加压升温射流的产油微生物细胞破碎方法。

背景技术

目前细胞破碎方法主要有：物理破碎法、化学和生物化学法。

物理破碎法又包括高压均质、珠磨、冻融破碎和微波、超声破碎等方法，其特点是处理量大、破碎效率高、速度快，处理过程中，细胞壁无法经受强大的机械剪切力而破碎，从而致使胞质外流。机械破碎法主要依赖较高的功率来实现机械剪切力，而且对于细胞壁较厚的产油微生物来说通常不能一次性或者短时间内达到预期的破碎效果，存在能耗高的问题。

化学和生物化学法主要包括：酸碱处理、化学试剂处理、酶溶等方法。与物理法相比，化学和生物化学法处理效率低，破碎效率差，且化学或生化试剂的添加会形成新的污染，给后续的分离纯化以及环境保护带来麻烦。化学和生物化学法处理效率低、需要添加化学或生化试剂的特点，还决定了其必须占用较多的具有一定防腐蚀能力的设备来达到预期的处理效率，设备成本随之增加。

专利申请号200410082921.3提供了一种微藻细胞的破碎方法，该方法主要依靠物料在高速运动过程中颗粒之间的摩擦力来达到细胞破碎的目标，高速运动的颗粒之间撞击需要较长的特种管道作为保障、效果相对较差，而且为了保障不损伤胞内活性物质，需要添加保护剂、冷冻、避光，这些措施大大提高了设备的使用条件，间接增加了设备成本，不适合于产油微生物细胞的破碎。专利申请号96198826.6提供了一种使用冲击射流装置破碎细胞的方法，该方法依靠高速射流使动物细胞摩擦破碎，也不适合产油微生物这种具有较厚细胞壁细胞的破碎。专利申请号为200910188094.9公开了一种快速破碎微藻细胞的方法，待破碎的微藻与液氮混合处理后，再经机械研磨破碎得到细胞破碎的微藻，经光照后用于油脂的提取，该方法成本高，随环境影响较大，不适合大规模应用。专利申请号201110435889.2提供了一种微藻处理方法，该方法需要先对物料进行pH调节等预处理后，再进行物料撞击，添加的化学试剂对环境不友好，而且仅仅适用于含水量达到85%以上的微藻溶液。

综上，要解决产油微生物细胞破碎的问题，需要实现破碎效率高、可一次性、短时间达到细胞破碎的目标；同时不引入新的杂质，比如化学或者生化试剂、保护剂等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种一次性、高效率地实现产油微生物细胞破碎的方法，该方法不引入新的杂质，环境友好，且不受外界因素的影响。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种加压升温射流的产油微生物细胞破碎方法，对产油微生物细胞加压后，经由管道以6~10倍音速喷出，同时管道温度升高至100~200摄氏度，接着所述喷出的产油微生物细胞以15~165度角撞击在两块平行相对的坚硬平板的内侧壁，反复撞击3~10次。

所述产油微生物为产油藻类或产油酵母。

所述产油微生物为小球藻或圆红冬孢酵母。

所述产油微生物细胞呈悬浮状液体或均匀的干粉状态。

所述产油微生物细胞由管道以7~8倍音速喷出。

所述管道温度升高至130~150摄氏度。

所述喷出的产油微生物细胞以120~150度角撞击在两块平行相对的坚硬平板的内侧壁，反复撞击5~6次。

所述坚硬平板为不锈钢板。

本发明的有益效果如下：

①本发明将产油微生物细胞高速喷出，撞击在两块平行相对的坚硬平板的内侧壁，反复撞击3~10次，这样通过高速地反复撞击，达到一次性破碎细胞的效果，工作时间短，效率高；物料离开输送管道后横向挤压力迅速降低造成空穴效应使细胞膨胀，撞击到平板以后，更容易破碎，大大提高了破碎效率。

②本发明的细胞破碎方法，不需要添加任何化学或者生物化学试剂来破碎或辅助破碎细胞，环境友好；且产油微生物在反复撞击过程中，温度升高100~200摄氏度，获得的最终产品的温度较高，但由于油脂耐高温，不需要添加任何保护剂，也不会对下游提取造成负担。

③一般情况下产油微生物细胞培养结束即为悬浮液状态，无需对物料进行任何低温、调节pH等预处理，节约了处理时间，减少了不必要的能耗，提高了工作效率。

④本发明的细胞破碎方法适用范围广，避免了因微生物种类不同或者含水量不同而需要采用不同的细胞破碎方法进行处理的弊端。

⑤在细胞破碎的同时，管道温度升高100~200摄氏度使微生物细胞挥发掉50~70%的水分，减轻下游油脂提取时萃取、离心的处理负担，节省整体的处理时间，提高工作效率。

⑥利用本发明的细胞破碎方法，经高速反复撞击，细胞破碎率高，油脂提取率达到98%以上，甚至达到99%以上。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

图1：本发明的破碎过程示意图；

其中，1-管道；2-钢板。

具体实施方式

为了更详细地进一步阐明而不是限制本发明，结合附图给出下列实施例。

细胞的破碎情况可以利用显微镜观察，并用计数板计数的方法确定。

油脂提取率计算方法：取产油微生物物料，在烘箱中100摄氏度烘至衡重，测重量为M₀。采用本发明的方法进行细胞破碎后第一次提取油脂，测油脂重量，记为M₁，取第一次提取油脂后的残渣再次用本发明实施细胞破碎并提取油脂，测油脂重量，记为M₂，取第二次提取油脂后的残渣用本发明实施细胞破碎并提取油脂，测油脂重量，记为M₃，反复进行以上操作数次，直到M_n为0，那么，总的油脂重量为M=M₁+M₂+……+M_n，则本发明中油脂提取率的计算公式为c（%）=M₁/M×100%。

下述实施例所采取的油脂提取方法和条件均相同，且为现有技术，不再赘述。

如图1所示，产油微生物物料从A处进入管道1，由管道1高速喷出，沿轨迹线AB撞击在钢板2的B处，由于受到钢板2的阻力发生反弹，并再次撞击在钢板2的C处，再次受到钢板2的阻力发生反弹，继续撞击钢板2，然后反弹，反复3~10次；其中，α角为由管道1高速喷出的产油微生物物料与钢板2的撞击角度，β角是产油微生物物料受钢板2的阻力反弹后，再次与钢板2撞击的角度。其中，所述钢板均为不锈钢板，下述实施例与之相同。

下面的实施例可以使本领域技术人员更好地理解本发明，但是不应以实施例限制本发明的应用。

实施例一

取含水量为95%的产油异养小球藻1L，由高压泵对物料施加压力，并经由输送管道以6倍音速的速度喷出，同时管道温度升高至100摄氏度，接着喷出的小球藻物料以110度角撞击在钢板上，高速运动的小球藻在遇阻后发生反弹，并再次撞击在另一块钢板上，连续撞击3次，出料，然后对破碎后的小球藻物料进行油脂提取。

实验测得，小球藻的细胞破碎率为100%，油脂提取率为98.6%。

实施例二

取含水量为95%的产油异养小球藻1L，由高压泵对物料施加压力，并经由输送管道以7倍音速的速度喷出，同时管道温度升高至130摄氏度，接着喷出的小球藻物料以140度角撞击在钢板上，高速运动的小球藻在遇阻后发生反弹，并再次撞击在另一块钢板上，连续撞击5次，出料，然后对破碎后的小球藻物料进行油脂提取。

实验测得，小球藻的细胞破碎率为100%，油脂提取率为99.7%。

实施例三

取含水量为95%的产油异养小球藻1L，由高压泵对物料施加压力，并经由输送管道以8倍音速的速度喷出，同时管道温度升高至160摄氏度，接着喷出的小球藻物料以120度角撞击在钢板上，高速运动的小球藻在遇阻后发生反弹，并再次撞击在另一块钢板上，连续撞击6次，出料，然后对破碎后的小球藻物料进行油脂提取。

实验测得，小球藻的细胞破碎率为100%，油脂提取率为99.6%。

实施例四

取含水量为43%的产油小球藻泥1Kg，通过增压器的活塞对通入增压器内的氮气施加压力，然后沿输送管道高速移动的氮气将物料以10倍音速的速度喷出，同时管道温度升高至120摄氏度，接着喷出的小球藻泥物料以60度角撞击在钢板上，高速运动的小球藻泥在遇阻后发生反弹，并再次撞击在另一块钢板上，连续撞击4次，出料，然后对破碎后的小球藻泥物料进行油脂提取。

实验测得，小球藻泥的细胞破碎率为100%，油脂提取率为99.7%。

实施例五

取含水量为43%的产油小球藻泥1Kg，通过增压器的活塞对通入增压器内的氮气施加压力，然后沿输送管道高速移动的氮气将物料以8倍音速的速度喷出，同时管道温度升高至140摄氏度，接着喷出的小球藻泥物料以150度角撞击在钢板上，高速运动的小球藻泥在遇阻后发生反弹，并再次撞击在另一块钢板上，连续撞击5次，出料，然后对破碎后的小球藻泥物料进行油脂提取。

实验测得，小球藻泥的细胞破碎率为100%，油脂提取率为99.5%。

实施例六

取含水量为43%的产油小球藻泥1Kg，通过增压器的活塞对通入增压器内的氮气施加压力，然后沿输送管道高速移动的氮气将物料以5倍音速的速度喷出，同时管道温度升高至100摄氏度，接着喷出的小球藻泥物料以15度角撞击在钢板上，高速运动的小球藻泥在遇阻后发生反弹，并再次撞击在另一块钢板上，连续撞击10次，出料，然后对破碎后的小球藻泥物料进行油脂提取。

实验测得，小球藻泥的细胞破碎率为100%，油脂提取率为99.8%。

实施例七

取含水量为2.6%的圆红冬孢酵母粉1Kg，通过增压器的活塞对通入增压器内的氮气施加压力，然后沿输送管道高速移动的氮气将物料以7倍音速的速度喷出，同时管道温度升高至200摄氏度，接着喷出的酵母粉物料以100度角撞击在钢板上，高速运动的酵母粉在遇阻后发生反弹，并再次撞击在另一块钢板上，连续撞击3次，出料，然后对破碎后的酵母粉物料进行油脂提取。

实验测得，圆红冬孢酵母粉的细胞破碎率为100%，油脂提取率为99.2%。

实施例八

取含水量为2.6%的圆红冬孢酵母粉1Kg，通过增压器的活塞对通入增压器内的氮气施加压力，然后沿输送管道高速移动的氮气将物料以8倍音速的速度喷出，同时管道温度升高至150摄氏度，接着喷出的酵母粉物料以130度角撞击在钢板上，高速运动的酵母粉在遇阻后发生反弹，并再次撞击在另一块钢板上，连续撞击6次，出料，然后对破碎后的酵母粉物料进行油脂提取。

实验测得，圆红冬孢酵母粉的细胞破碎率为100%，油脂提取率为99.7%。

实施例九

取含水量为2.6%的圆红冬孢酵母粉1Kg，通过增压器的活塞对通入增压器内的氮气施加压力，然后沿输送管道高速移动的氮气将物料以5倍音速的速度喷出，同时管道温度升高至150摄氏度，接着喷出的酵母粉物料以30度角撞击在钢板上，高速运动的酵母粉在遇阻后发生反弹，并再次撞击在另一块钢板上，连续撞击5次，出料，然后对破碎后的酵母粉物料进行油脂提取。

实验测得，圆红冬孢酵母粉的细胞破碎率为100%，油脂提取率为99.5%。

对比例一

取含水量为95%的产油异养小球藻1L，在烘箱中烘干，超声破碎，破碎功率为500W，破碎时间为45分钟，破碎间隔时间为15秒，破碎温度为室温，破碎结束后，测得小球藻细胞的破碎率为70.2%，取破碎后的物料进行油脂提取，油脂提取率为65.2%。

对比例二

取含水量为43%的产油小球藻泥1Kg，在烘箱中烘干，然后加入研钵中，向研钵中加入2g石英砂，研磨1.5小时，测得小球藻细胞的破碎率为23.1%，取破碎后的物料进行油脂提取，油脂提取率为15.2%。

对比例三

取含水量为95%的产油异养小球藻1L，在烘箱中烘干，然后加入研钵中，向研钵中加入液氮，加入液氮量为覆盖住藻体，在常温常压下反应0.5h，待藻解冻后，用杵研磨3分钟，蒸馏水冲洗，测得小球藻细胞的破碎率为92.5%，后在太阳光下照射1h，进行油脂提取，油脂提取率为85.6%。

通过本发明实施例与对比例一、对比例二和对比例三的实施过程及效果，可以看出，采用本发明的方法细胞破碎率均达到100%，且平均油脂提取率均大于99%，比常规的超声破碎、研磨及冻干加研磨的方法破碎效率均高，而且既适合于湿料提取，也适合于干料提取，基本不受含水量的限制，应用范围更广，且操作过程及其简单，无需任何预处理，即可直接进行细胞的破碎处理。

综上所述，本发明一种加压升温射流的产油微生物细胞破碎方法所述及的各项权利要求及技术支撑已经明确，凡依据本发明的技术支撑实质所作的任何修改与变化仍属于本发明技术支撑的范围内。

Claims (8)

1.一种加压升温射流的产油微生物细胞破碎方法，其特征在于：对产油微生物细胞加压后，经由管道以6~10倍音速喷出，同时管道温度升高至130~200摄氏度，接着所述喷出的产油微生物细胞以15~165度角撞击在两块平行相对的坚硬平板的内侧壁，反复撞击3~10次。

2.如权利要求1所述的产油微生物细胞破碎方法，其特征在于：所述产油微生物为产油藻类或产油酵母。

3.如权利要求1所述的产油微生物细胞破碎方法，其特征在于：所述产油微生物为小球藻或圆红冬孢酵母。

4.如权利要求1所述的产油微生物细胞破碎方法，其特征在于：所述产油微生物细胞呈悬浮状液体或均匀的干粉状态。

5.如权利要求1所述的产油微生物细胞破碎方法，其特征在于：所述坚硬平板为不锈钢板。

6.如权利要求1~5任一项所述的产油微生物细胞破碎方法，其特征在于：所述产油微生物细胞由管道以7~8倍音速喷出。

7.如权利要求1~5任一项所述的产油微生物细胞破碎方法，其特征在于：所述管道温度升高至130~150摄氏度。

8.如权利要求1~5任一项所述的产油微生物细胞破碎方法，其特征在于：所述喷出的产油微生物细胞以120~150度角撞击在两块平行相对的坚硬平板的内侧壁，反复撞击5~6次。