CN104946408B - 一种从微藻湿生物质中直接提取脂肪酸甲酯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种从微藻湿生物质中通过酸碱联合转酯化提取脂肪酸甲酯的方法，属于生物化工领域。本方法从含水量在90%以下的微藻湿生物质中，通过碱性催化剂和酸性催化剂的合理配比、联合催化获得脂肪酸甲酯的粗提液，再通过蒸馏方法提取脂肪酸甲酯。具体操作步骤：1）收集微藻湿生物质；2）碱催化；3）酸催化；4）中和反应；5）蒸馏。本发明优点：设计科学、工艺合理，微藻转移过程中不沾壁，样品无损失，无须进行预先破壁，无须特殊机械设备，在常压、较低反应温度下和同一个反应釜中即可完成全部过程，脂肪酸甲酯的得率在95%以上。
Description
技术领域
本发明涉及生物化工技术领域，具体地说是一种从微藻湿生物质中直接提取脂肪酸甲酯的方法。
背景技术
微藻富含油脂，脂肪酸组分丰富，不仅是n-3高不饱和脂肪酸（DHA和EPA等）的重要来源，而且可以提炼出生物柴油（主要成分为脂肪酸甲酯或乙酯），以补充日益紧张的石化能源。然而，微藻生物量通常伴有大量水分，开放式培养密度一般低于1 g/L，封闭式高密度培养也仅能达到30g/L，导致收获和脱水成本极高，占其生产成本（包括培养和采收）的20%∼30%。微藻种类繁多，细胞壁组成复杂，主要包含纤维素、半纤维素、木质素等组分，目前微藻油脂抽提技术主要有超微粉碎技术、热化学提取技术（湿热法、蒸汽爆破法、挤压膨化法）、化学法、超临界流体提取技术、亚临界流体提取技术、超声波、微波辅助提取法、脉冲电磁场法、高压均质法、离子液体法等，这些方法的能源投入较高，导致微藻的生产成本较高。因此，亟需开发一种可以减少收获、脱水和提炼等能源投入成本的油脂提取技术。
发明内容
本发明的目的在于解决已有技术存在的产品成本高的不足，提供一种通过酸碱联合转酯化提取脂肪酸甲酯的方法。该方法以微藻湿生物质为原料，直接从中提取脂肪酸甲酯，避免了对微藻湿生物质继续干燥所带来的成本增加；另一方面，采用常见的两种酸碱催化剂在常压下和较低的反应温度下进行转酯化反应，减少了能源投入和活性物质（如高不饱和脂肪酸）的氧化。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种从微藻湿生物质中直接提取脂肪酸甲酯的方法, 其特别之处在于采用以下操作步骤：
1）、收集微藻湿生物质：将收集的微藻湿生物质直接用于下面的反应。
2）、碱催化：取步骤1）中收集的微藻湿生物质样品放入容器中，向容器内加入正己烷和氢氧化钠甲醇溶液，微藻湿生物质样品、正己烷、氢氧化钠甲醇溶液的重量比为1：5-10：10-15，搅拌混匀后转移至密封的反应釜中，加热反应釜进行碱催化反应，反应结束后使反应釜冷却至常温。
3）、酸催化：打开反应釜，加入乙酰氯甲醇溶液，微藻湿生物质样品与乙酰氯甲醇溶液重量比为1：10-15，密封后再次加热反应釜进行酸催化反应，反应结束后使反应釜冷却至常温。
4）、中和反应：打开反应釜，加入碳酸钾溶液和正己烷进行中和反应，反应结束进行振荡分层，吸取上层液体转移至容器中，即为脂肪酸甲酯的正己烷溶液。
5）、蒸馏：将步骤4）制得的脂肪酸甲酯的正己烷溶液转移至蒸馏器中，加热至68℃，使正己烷分馏出去，剩下的液体即为脂肪酸甲酯。
所述的微藻为光合作用微型藻类。
步骤1）中所述收集微藻湿生物质是采用过滤或离心的方法，微藻湿生物质含水量要求在90%以下。
步骤2）中所用氢氧化钠甲醇溶液的质量分数要求为2%，加热反应釜温度为70-80℃，反应时间为20-60 min。
步骤3）中所用乙酰氯甲醇溶液的质量分数要求为10%，再次加热反应釜温度为70-80℃，反应时间为20-60 min。
步骤4）中所用碳酸钾溶液的质量分数要求为6%。
本发明与已有技术对比具有以下特点:
设计科学、工艺合理，充分利用了微藻湿生物质在碱液中易混匀的特性，微藻转移过程中不沾壁，样品无损失，保证了脂肪酸甲酯的得率，提高了操作的简易性。
②无需进行预先破壁，无需特殊机械设备，在常压和较低反应温度下即可完成全部过程，保证了高不饱和脂肪酸不被氧化。
③通过选择合理的碱性催化剂和酸性催化剂，合理搭配二者的比例，充分利用了碱性催化剂水解油脂获得游离脂肪酸，酸性催化剂转酯化游离脂肪酸的特性，能够处理含水量在90%以下的微藻生物质，脂肪酸甲酯的得率在95%以上。
本发明的适用于各种微藻种类，与其他提取方法相比脂肪酸甲酯的得率可以超过或达到相同水平。
本发明可以耐受的微藻湿生物质的水分含量为90%，微藻湿生物质的水分含量超过90%时提取率显著下降，在90%以下时无显著影响。
附图说明：
图1：为本发明操作程序示意图；
图2：为采用不同提取方法所获得脂肪酸甲酯得率的比较示图；
图3：为微藻湿生物质水分含量与脂肪酸甲酯转化率关系示图；
图4：为实施例3所获得的脂肪酸甲酯的气相色谱图；
图中：a峰为十七烷酸甲酯，b峰为标准十九烷酸甲酯的峰。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施方式，用来对本发明的构成进行进一步说明。
实施例1
以4000rpm离心10min收集细胞密度为107个/mL的三角褐指藻藻液100 mL，去上清后获得微藻湿生物质约0.1 g左右，经测定其含水量为88%，向离心管中加入0.5mL正己烷和1mL质量分数为2%的氢氧化钠甲醇溶液，转移至密封的试管中，加热至80℃，恒温20min，反应结束后冷却5min至常温，再加入1mL质量分数为10%的乙酰氯甲醇溶液，加热至80℃，恒温20min，反应结束后冷却5min至常温，加入0.5mL的正己烷和1mL质量分数为6%的碳酸钾溶液，振荡静置，出现分层后将上层液体全部转移到旋转蒸发器中，加热至68℃，将正己烷蒸馏出去，剩下的液体即为脂肪酸甲酯，经气相色谱法测定，脂肪酸甲酯在液体中的含量在95%左右，脂肪酸甲酯的得率可达98%。
实施例2
以4500rpm离心10min收集细胞密度为107个/mL的球等鞭金藻藻液100 mL，去上清后获得微藻湿生物质约0.1 g左右，经测定其含水量为90%，向离心管中加入0.5mL正己烷和1mL质量分数为2%的氢氧化钠甲醇溶液，转移至密封的试管中，加热至80℃，恒温20min，反应结束后冷却5min至常温，再加入1mL质量分数为10%的乙酰氯甲醇溶液，加热至80℃，恒温20min，反应结束后冷却5min至常温，加入0.5mL的正己烷和1mL质量分数为6%的碳酸钾溶液，振荡静置，出现分层后将上层液体全部转移到旋转蒸发器中，加热至68℃，将正己烷蒸馏出去，剩下的液体即为脂肪酸甲酯，经气相色谱法测定，脂肪酸甲酯在液体中的含量在92%左右，脂肪酸甲酯的得率可达95%。
实施例3
本实施例以甘油十七烷酸酯为测试样品，微藻中的脂肪酸大部分以三酰基甘油酯的形式存在，而甘油十七烷酸酯是其中之一，因此通过测定甘油十七烷酸酯转化为十七烷酸甲酯的转化率，可进一步佐证本发明的准确性。取0.5mL甘油十七烷酸酯的甲苯溶液（含0.1mg甘油十七烷酸酯，相当于约0.1mg的十七烷酸甲酯）于试管中，向其中加入0.5mL正己烷和1mL质量分数为2%的氢氧化钠甲醇溶液，密封后加热至80℃，恒温20min，反应结束后冷却5min至常温，再加入1mL质量分数为10%的乙酰氯甲醇溶液，加热至80℃，恒温20min，反应结束后冷却5min至常温，加入0.5mL的十九烷酸甲酯正己烷溶液（含0.1mg十九烷酸甲酯）和1mL质量分数为6%的碳酸钾溶液，振荡静置，出现分层后吸取上层液体，经气相色谱法测定，如图4所示，从图中可以看出十七烷酸甲酯（a峰）与标准十九烷酸甲酯（b峰）的峰面积和峰高相等，证明甘油十七烷酸酯可全部转化为十七烷酸甲酯。
在本发明中使用碱性催化剂，其与采用有机试剂（例如甲苯）转移微藻湿生物质比较：加入甲苯后微藻湿生物质的状态，可见微藻沉淀在底部，使用移液枪转移沉淀在底部的微藻，可见转移后微藻挂壁明显，样品不易一次性转移。而本发明加入碱性催化剂后的微藻湿生物质，可见已有部分微藻悬于上层液体，当加入碱性催化剂简单搅拌后，可见微藻已完全重悬于上层液体，方便进行一次性转移。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，均属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种从微藻湿生物质中直接提取脂肪酸甲酯的方法，其特征在于采用以下操作步骤：
1)、收集微藻湿生物质：将收集的微藻湿生物质直接用于下面的反应；
2)、碱催化：取步骤1)中收集的微藻湿生物质样品放入容器中，向容器内加入正己烷和氢氧化钠甲醇溶液，微藻湿生物质样品、正己烷、氢氧化钠甲醇溶液的重量比为1：5-10：10-15，搅拌混匀后转移至密封的反应釜中，加热反应釜进行碱催化反应，反应结束后使反应釜冷却至常温；
3)、酸催化：打开反应釜，加入乙酰氯甲醇溶液，微藻湿生物质样品与乙酰氯甲醇溶液重量比为1：10-15，密封后再次加热反应釜进行酸催化反应，反应结束后使反应釜冷却至常温；
4)、中和反应：打开反应釜，加入碳酸钾溶液和正己烷进行中和反应，反应结束进行振荡分层，吸取上层液体转移至容器中，即为脂肪酸甲酯的正己烷溶液；
5)、蒸馏：将步骤4)制得的脂肪酸甲酯的正己烷溶液转移至蒸馏器中，加热至68℃，使正己烷分馏出去，剩下的液体即为脂肪酸甲酯；
步骤2)中所用氢氧化钠甲醇溶液的质量分数为2％，加热反应釜温度为70-80℃，反应时间为20-60min；
步骤3)中所用乙酰氯甲醇溶液的质量分数为10％，再次加热反应釜温度为70-80℃，反应时间为20-60min；
步骤4)中所用碳酸钾溶液的质量分数为6％。
2.按照权利要求1所述的从微藻湿生物质中直接提取脂肪酸甲酯的方法，其特征在于所述的微藻为光合作用微型藻类。
3.按照权利要求1或2所述的从微藻湿生物质中直接提取脂肪酸甲酯的方法，其特征在于所述微藻湿生物质采用过滤或离心的方法收集。
4.按照权利要求1或2所述的从微藻湿生物质中直接提取脂肪酸甲酯的方法，其特征在于步骤1)中所述微藻湿生物质含水量在90％以下。
5.按照权利要求3所述的从微藻湿生物质中直接提取脂肪酸甲酯的方法，其特征在于步骤1)中所述微藻湿生物质含水量在90％以下。
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