CN107739655A - 一种微藻油脂提取与分离方法、设备及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微藻油脂提取与分离方法，包括：S1用水热法对微藻原料进行提取处理，得到第一液相物流、第一气相物流和藻渣；S2对所述第一液相物流和第一气相物流进行第一级闪蒸处理，得到高活性物质、第二液相物流和第二气相物流；S3对所述第二液相物流进行第二级闪蒸处理，得到油脂产品和第三气相物流；S4对所述第二气相物流和第三气相物流进行第三级闪蒸处理，得到液相产品和气相产品。本发明方法通过控制蒸汽破壁条件获得高品质组分及油脂，通过控制闪蒸温度和压力实现高活性物质、油脂、藻渣的分离。利用本发明方法，不仅可实现高活性物质和油脂的分离，并且得到的高活性物质的油脂的纯度高。

Description

一种微藻油脂提取与分离方法、设备及应用

技术领域

本发明涉及一种微藻油脂提取与分离方法，具体涉及一种通过水热法和多级闪蒸对微藻进行处理，提取高活性物质和油脂的方法，属于微藻营养物质与油脂提取利用领域。

背景技术

微藻的高生长率、高油脂产量等特点使其成为生物能源的主要生物原料。而且，藻细胞中还含有大量可降低高血压、降低心脏病多不饱和脂肪酸、叶绿素、甾醇类营养物质，这为微藻综合利用奠定了基础。

但是由于微藻细胞个体小，细胞壁较厚，提取油脂常需要采用破壁处理才能达到有效的油脂提取效果。目前国内外微藻油脂提取技术主要包括热化学破壁提取技术、机械超微粉碎破壁技术、化学法酶法提取油脂、超临界流体提取技术、亚临界流体提取技术、超声、微波辅助提取法、脉冲电磁场法等。这些方法由于能量消耗大、工艺复杂、油脂提取率低、产物品质不佳等问题，从而无法实现广泛的工业应用。

微藻水热油脂提取技术由于不需要脱除微藻水分，而且在亚临界状态，不仅油脂与水相分离，而且碳水化合物、蛋白质也水解并部分转化为水相不溶物进入油相，产油率明显高于其他油脂提取技术，而且能够实现大规模的产业化应用，成为最有发展前景的油脂提取技术。但是，油相组分复杂，不仅含有油脂及转化的脂肪酸等物质，而且还含有维生素、甾醇、叶绿素等生物活性物质。采用传统的溶剂萃取技术，提取纯度低、由于萃取剂易挥发容易形成污染，另外，萃取剂回收过程能耗较大。因此，微藻水热油品的组分分离技术成为微藻综合利用的瓶颈技术。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种采用蒸汽-闪蒸技术来提取微藻油脂并分离高附加值营养组分的分离方法。本发明方法通过控制蒸汽破壁条件获得高品质组分及油脂，通过控制闪蒸温度和压力实现高活性物质、油脂、藻渣的分离。利用本发明方法，不仅可实现高活性物质和油脂的分离，并且得到的高活性物质的油脂的纯度高。

本发明的一个目的在于提供一种微藻油脂提取与分离方法，包括用水热法对微藻原料进行提取处理，然后进行闪蒸处理，得到高活性物质和油脂产品。

根据本发明的优选实施例，所述闪蒸处理包括至少三级闪蒸处理。

根据本发明的一些实施方式，所述方法包括如下步骤：

S1用水热法对微藻原料进行提取处理，得到第一液相物流、第一气相物流和藻渣；

S2对所述第一液相物流和第一气相物流进行第一级闪蒸处理，得到高活性物质、第二液相物流和第二气相物流；

S3对所述第二液相物流进行第二级闪蒸处理，得到油脂产品和第三气相物流；

S4对所述第二气相物流和第三气相物流进行第三级闪蒸处理，得到液相产品和气相产品。

微藻水热技术主要影响因素包括：反应温度、反应时间、微藻种类、藻浆浓度、催化剂使用、气氛等，这些因素相互影响，共同联合影响着产油率和粗油品成分。其中，温度是水热液化重要参数。温度过低，藻细胞中的可用有机物质无法完全转换成藻油；温度过高，产油率下降，原油将分解成轻油和气态物质。温度也影响着产物的性质。温度升高，可以使生物原油中氧含量降低，氢碳比例升高，高位热值增加，但氮含量升高因蛋白质类物质的降解。热值增加会显著提升生物原油的品质，但并不就能弥补为升温而多输入的能量。

停留时间指温度达到设定反应温度持续时间，停留时间影响着净能量的输出，停留时间越长，能耗越大，净能量输出越低。更快的加热速率和更短的反应时间能够获得较高的原油。

根据本发明的一些实施例，所述水热法的反应温度为260-325℃、优选270-300℃，压力为6-10MPa、优选6-8MPa，停留时间为5-10min、优选5min。

根据本发明的优选实施方式，在所述水热法中，水热反应保持在亚临界状态，水热填充气体为惰性气体和/或氢气，所述惰性气体优选为氮气。

根据本发明的具体实施例，所述微藻原料的含水率为5-15％。

由于微藻生长在水环境中，收获微藻中含有大量水分，热解工艺制取生物燃料需要进行预先干燥处理，消耗大量能量。本发明使用水热法可直接处理含水微藻，具有明显的节能优势。

根据本发明的一些具体实施例，所述微藻为蓝藻门、红藻门、褐藻门和绿藻门中的一种或多种的微藻，优选为微拟球藻、金藻和小球藻中的一种或多种。这些微藻的各项性能如增长率、营养偏好、水中分离难度、水热液化难度、生物油热值等的综合情况较优，均可作为水热提油的优质原料，稳定获得高品质油脂。

在本发明的一个优选的实施方式中，在步骤1)的油脂提取中，根据微藻组成特点及水热pH控制，可选择是否使用碱性催化剂和/或有机酸催化剂，

所述碱性催化剂优选为氨水，有机酸催化剂优选为甲酸和/或乙酸。

催化剂对产率影响较小但可改善生物粗油品质，减少粘度。碱性催化剂氨水可以提升溶液pH值，抑制生物质分子脱羧和脱羟基反应。有机酸甲酸或乙酸做催化剂，其生物油产率更高，沸点更低，流动性更好，但氧含量增加。

根据本发明的优选实施例，所述pH值控制在6-8之间最好。

根据本发明的优选实施方式，所述第一液相物流包括水相和有机相，所述有机相包括油脂、蛋白质和碳水化合物中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，所述第一级闪蒸处理的处理温度为260-280℃、优选265-275℃，压力为1-3MPa、优选1.5-2.5MPa，停留时间为5-10min、优选5-8min。

第一液相物流和第一气相物流进入闪蒸塔进行闪蒸分离，由于压力骤然降低，水迅速蒸发，在水中有一定溶解性的糠醛、吡咯，吡啶，哌嗪、苯酚、醛、醇、胺等小分子物质与水蒸气形成第二气相物流；甾醇、维生素E、EPA、DHA等高活性物质粘度高，密度大，沉于闪蒸塔的底部，与第二液相物流分离。

在一些具体实施例中，所述高活性物质包括甾醇、维生素E、EPA和DHA中的至少一种。

EPA二十碳五烯酸，是鱼油的主要成分。DHA为二十二碳六烯酸，是大脑营养必不可少的高度不饱和脂肪酸。

根据一些优选实施例，所述第二液相物流包括油脂分解的脂肪酸、碳氢、醇、醛等类油脂物质，蛋白质、碳水化合物分解物以及其相互反应形成的不溶于水的有机物。

根据本发明的优选实施方式，所述第二级闪蒸处理的处理温度为120-160℃、优选130-150℃，压力为0.1-0.3MPa、优选0.15-0.25MPa，停留时间为5-10min、优选5-8min。

第二液相物流进入闪蒸塔进行第二级闪蒸处理，由于温度、压力进一步降低，小分子有机物气化形成第三气相物流，类油脂物质冷凝在塔底。

根据一些具体实施例，所述第三气相物流包括水蒸气，醇、醛、胺(糠醛，苯酚，吡啶，吡咯，哌嗪)。

根据本发明的一些实施方式，所述第二气相物流和第三气相物流合并，进行第三级闪蒸处理，所述第三级闪蒸处理的处理温度为90-110℃、优选95-105℃，压力为0.1MPa，停留时间为5-10min、优选5-8min。

所述第二气相物流和第三气相物流包括水蒸气和小分子有机物质，经过第三级闪蒸处理，水蒸气和小分子有机物质得到分离；气相产品包括水蒸气，可对其加热后送至原料池以加热微藻原料，也可外排；小分子有机物质冷凝形成液相产品。

本发明的另一个目的在于提供一种微藻油脂提取与分离设备，包括：

原料池，用于贮存微藻原料；

水热反应塔，其进口连接所述原料池的出口，用于接收来自原料池的微藻原料并利用水热法对其进行提取处理，得到第一液相物流、第一气相物流和藻渣；

第一级闪蒸塔，其进口连接所述水热反应塔的出口，用于接收所述第一液相物流和第一气相物流并对其进行第一级闪蒸处理，得到高活性物质、第二液相物流和第二气相物流；

第二级闪蒸塔，其进口连接所述第一级闪蒸塔的出口，用于接收所述第二液相物流并对其进行第二级闪蒸处理，得到油脂产品和第三气相物流；

第三级闪蒸塔，其进口连接所述第二级闪蒸塔的出口，用于接收所述第二气相物流和第三气相物流并对其进行第三级闪蒸处理，得到液相产品和气相产品。

根据本发明的优选实施方式，所述水热反应塔内的反应温度为260-325℃、优选270-310℃，压力为6-10MPa、优选6-8MPa，停留时间为5-10min、优选5-8min。

根据本发明的优选实施方式，所述水热反应塔保持在亚临界状态，水热填充气体为惰性气体和/或氢气，所述惰性气体优选为氮气。

根据本发明的优选实施例，所述第一液相物流包括水相和有机相，所述有机相包括油脂、蛋白质和碳水化合物中的至少一种。

根据本发明的一些实施方式，所述水热反应塔的进口位于其侧壁上部的一侧，出口位于其侧壁上部的另一侧；在所述水热反应塔的底部开有出料口，其通过管道与藻渣池连通，用于将水热反应后得到的藻渣排至藻渣池。

根据本发明的一些实施例，所述第一级闪蒸塔内的处理温度为260-280℃、优选265-275℃，压力为1-3MPa、优选1.5-2.5MPa，停留时间为5-10min、优选5-8min。

第一液相物流和第一气相物流进入闪蒸塔进行闪蒸分离，由于压力骤然降低，水迅速蒸发，在水中有一定溶解性的糠醛、吡咯，吡啶，哌嗪、苯酚、醛、醇、胺等小分子物质与水蒸气形成第二气相物流；甾醇、维生素E、EPA、DHA等高活性物质粘度高，密度大，沉于闪蒸塔的底部，与第二液相物流分离。

在一些具体实施例中，所述高活性物质包括甾醇、维生素E、EPA和DHA中的至少一种。

根据本发明的一些实施方式，所述第一级闪蒸塔的进口位于其侧壁上部的一侧，出口位于其侧壁上部的另一侧；在所述第一级闪蒸塔的底部开有出料口，其通过管道与高活性物质收集罐相连，用于将第一级闪蒸处理后得到的高活性物质收集；在所述第一级闪蒸塔的顶部开有出气口，用于排出所述第二气相物流。

根据本发明的优选实施方式，所述第二级闪蒸塔内的处理温度为120-160℃、优选130-150℃，压力为0.1-0.3MPa、优选0.15-0.25MPa，停留时间为5-10min、优选5-8min。

第二液相物流进入第二级闪蒸塔进行第二级闪蒸处理，由于温度、压力进一步降低，小分子有机物气化形成第三气相物流，类油脂物质冷凝在塔底。

根据本发明的一些实施例，所述类油脂物质包括油脂分解的脂肪酸、碳氢、醇、醛等物质。

根据本发明的一些实施方式，所述第二级闪蒸塔的进口位于其侧壁上部的一侧，出口位于其侧壁上部的另一侧；在所述第二级闪蒸塔的底部开有出料口，其通过管道与油脂产品收集罐相连，用于将第二级闪蒸处理后得到的油脂产品收集；在所述第二级闪蒸塔的顶部开有出气口，用于排出所述第三气相物流。

根据本发明的优选实施例，所述第三级闪蒸塔内的处理温度为90-110℃、优选95-105℃，压力为0.1MPa，停留时间为5-10min、优选5-8min。

第二气相物流和第三气相物流包括水蒸气和小分子有机物质，经过第三级闪蒸处理，水蒸气和小分子有机物质得到分离；气相产品包括水蒸气，其加热后回流至原料池以加热微藻原料；小分子有机物质冷凝形成液相产品。

根据本发明的具体实施例，所述小分子有机物质包括糠醛、吡咯，吡啶，哌嗪、苯酚、醛、醇、胺等。

根据本发明的一些实施方式，所述第三级闪蒸塔的进口位于其侧壁下部的一侧，出口位于其另一侧的侧壁上部；在所述第三级闪蒸塔的底部开有出料口，其通过管道与小分子物质收集罐相连，用于将第三级闪蒸处理后得到的小分子物质收集。

所述第三级闪蒸塔的进口通过管道与所述第一级闪蒸塔的出气口和第二级闪蒸塔的出气口相连，用于接收所述第二气相物流和第三气相物流。所述第三级闪蒸塔的出口可通过管道与所述原料池相连，用于将所述气相产品送至原料池。

根据本发明的优选实施方式，通过向所述第一级闪蒸塔、第二级闪蒸塔和第三级闪蒸塔内通入热蒸汽，以控制和维持其内的处理温度。

根据本发明的一些实施例，所述设备还可包括换热器，其进口通过管道与所述第三级闪蒸塔的出口相连，出口与所述原料池相连，即可对所述第二气相物流和第三气相物流进行换热降温后，再送至所述第三级闪蒸塔；而得到的热量可或送至所述第一级闪蒸塔、第二级闪蒸塔或原料池，用于加热。

本发明微藻油脂提取与分离设备的工作过程和原理如下：

微藻原料(含水率为5％-15％)有原料池进入水热反应塔，水热反应塔内保持在亚临界状态，填充气体为氮气惰性气体以排除氧气对水热反应的影响；水热反应塔的温度为270-280℃，压力6.5-7.5Mpa，原料停留时间为5min，得到第一液相物流、第一气相物流和藻渣；其中，固相藻渣沉积在塔底部，同时含有一定量的胶质及大分子营养物质，通过底部出料口排至藻渣池；

第一液相物流和第一气相物流通过水热反应塔的出口排出，经由管道由第一级闪蒸塔的进口进入第一级闪蒸塔进行处理，温度为270-280℃，压力0.2-0.3Mpa，物料停留时间为5min；高活性物质由于分子量大，密度大，沸点高主要凝结在塔底部并含一定量的藻渣，经由底部出料口进入高活性物质收集罐收集；水迅速蒸发，在水中有一定溶解性的糠醛、吡咯，吡啶，哌嗪、苯酚、醛、醇、胺等小分子物质与水蒸气形成第二气相物流；油脂分解的脂肪酸、碳氢、醇、醛等类油脂物质，蛋白质、碳水化合物分解物以及其相互反应形成的不溶于水的有机物形成第二液相物流；

第二液相物流通过第一级闪蒸塔的出口排出，经由管道由第二级闪蒸塔的进口进入第二级闪蒸塔进行处理，温度为120-150℃，压力0.1-0.2，停留时间为5min；在此实现类油脂物质与小分子有机物的分离，得到的液相油脂产品主要含有碳、氢及少量的氧、氮等物质，是制备生物燃料的良好前驱物，经由底部出料口进入油脂产品收集罐收集；小分子有机物气化形成第三气相物流；

第二气相物流和第三气相物流通过第二级闪蒸塔的出口排出，经由管道由第三级闪蒸塔的进口进入到第三级闪蒸塔，第三级闪蒸塔为常压分离塔，温度为95-100℃，压力0.1Mpa，停留时间为5-10min；水蒸气和小分子有机物质得到分离；小分子有机物质冷凝形成液相产品，经由底部出料口进入液相产品收集罐收集；气相产品包括水蒸气，其通过第三级闪蒸塔的出口排出，可送至原料池，或外排。

本发明的另一个目的在于提供一种上述设备在微藻油脂提取与分离中的应用。

本发明的优点和有益效果在于：

1.本发明微藻油脂提取方法和设备采用水热液化技术，不需要传统方法的干燥过程，一方面油脂提取效率提高，另一方面降低了能耗，节约了溶剂；

2.本发明充分利用水热反应流出物的高温热量，使用多级闪蒸与精馏分离相结合的分离方法，通过反应流出物多级闪蒸实现多组分的高效分离，减少分离过程能量消耗；得到的类油脂物质主要含有碳、氢及少量的氧、氮等物质，是制备燃料的良好前驱物；得到的水合物进过进一步的闪蒸可得到糠醛类物质。

3.本发明在高效提取油脂的基础上，将微藻中高附加值的高活性物质有效的与其他物质分离，提高了微藻的利用价值；

4.本发明高活性物质甾醇、维生素E、类胡萝素、不饱和脂肪酸的提取率85-99％，其他物质含量5-10％，可进一步分离得到高纯度的甾醇、维生素E、类胡萝素和不饱和脂肪酸；油脂提取率90-98％，纯度95-99％。

5.本发明可适用于高、低油脂的微藻油脂提取，通过氨水调节水热反应过程的pH6-8，抑制碳水化合物分子脱羧和脱羟基反应，有效解决了碳水化合物的水热过程的结交积碳问题。

附图说明

图1为本发明微藻油脂提取与分离方法流程图；

图2为本发明微藻油脂提取与分离设备的结构示意图；

附图标记说明：1、原料池；2、水热反应塔；3、第一级闪蒸塔；4、第二级闪蒸塔；5、第三级闪蒸塔；6、藻渣池；7、高活性物质收集罐；8、油脂产品收集罐；9、小分子物质收集罐。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图2所示，本发明的微藻油脂提取与分离设备包括原料池1、水热反应塔2、第一级闪蒸塔3、第二级闪蒸塔4和第三级闪蒸塔5；水热反应塔2的进口连接原料池1的出口，用于接收来自于原料池的原料并对其进行水热提取处理，得到第一液相物流、第一气相物流和藻渣；水热反应塔2的进口位于其侧壁上部的一侧，出口位于其侧壁上部的另一侧，在其底部开有出料口，其通过管道与藻渣池6连通，用于将水热反应后得到的藻渣排至藻渣池；第一级闪蒸塔3的进口连接水热反应塔2的出口，用于对第一液相物流和第一气相物流进行第一级闪蒸处理，得到高活性物质、第二液相物流和第二气相物流；第一级闪蒸塔3的进口位于其侧壁上部的一侧，出口位于其侧壁上部的另一侧，在其底部开有出料口，其通过管道与高活性物质收集罐7相连，用于将第一级闪蒸处理后得到的高活性物质收集；第二级闪蒸塔4的进口连接第一级闪蒸塔3的出口，用于对第二液相物流进行第二级闪蒸处理，得到油脂产品和第三气相物流；第二级闪蒸塔4的进口位于其侧壁上部的一侧，出口位于其侧壁上部的另一侧，在其底部开有出料口，其通过管道与油脂产品收集罐8相连，用于将第二级闪蒸处理后得到的油脂产品收集；第三级闪蒸塔5的进口连接第二级闪蒸塔4的出口，对第二气相物流和第三气相物流进行第三级闪蒸处理，得到液相产品和气相产品；第三级闪蒸塔5的进口位于其侧壁上部的一侧，出口位于其侧壁上部的另一侧，在其底部开有出料口，其通过管道与小分子物质收集罐9相连，用于将第三级闪蒸处理后得到的小分子物质收集；第三级闪蒸塔5的出口连接原料池1，用于将第三级闪蒸塔产生的气相产品送至原料池1。

实施例1

(1)选取微拟球藻藻浆(含水率为5％-15％)为原料，原料由原料池进入水热反应塔，水热保持在亚临界状态，填充气体为氮气惰性气体以排除氧气对水热反应的影响；水热反应塔的温度为270-280℃，压力6.5-7.5Mpa，停留时间为5min；得到第一液相物流、第一气相物流和藻渣；其中，第一液相物流包括水相和有机相，有机相包括油脂、蛋白、碳水化合物的湿热分解物质及其相互反应的生成的不溶于水的有机物，水相主要有亚临界水和溶解于水的醛、氨基酸等，第一气相物流为氨、二氧化碳等小分子气体，固相藻渣沉积在塔底部，同时含有一定量的胶质及大分子营养物质，定时通过底部出料口排至藻渣池。

(2)第一液相物流和第一气相物流从上部进入第一级闪蒸塔进行处理，温度为270-280℃，压力0.2-0.3Mpa，停留时间为5min；高活性物质包括色素、甾醇、维生素E、EPA、DHA等，其由于分子量大，密度大，沸点高主要凝结在塔底部并含一定量的藻渣；水迅速蒸发，在水中有一定溶解性的糠醛、吡咯，吡啶，哌嗪、苯酚、醛、醇、胺等小分子物质与水蒸气形成第二气相物流；油脂分解的脂肪酸、碳氢、醇、醛等类油脂物质，蛋白质、碳水化合物分解物以及其相互反应形成的不溶于水的有机物形成第二液相物流。

(3)第二液相物流从上部进入第二级闪蒸塔进行处理，温度为120-150℃，压力0.1-0.2，停留时间为5min；在此实现类油脂物质与小分子有机物的分离，得到的液相油脂产品主要含有碳、氢及少量的氧、氮等物质，是制备生物燃料的良好前驱物；小分子有机物气化形成第三气相物流。

(4)第二气相物流和第三气相物流从顶部通过真空泵抽提到第三级闪蒸塔，第三级闪蒸塔为常压分离塔，温度为95-100℃，压力0.1Mpa，停留时间为5-10min；水蒸气和小分子有机物质得到分离；小分子有机物质冷凝形成液相产品；气相产品包括水蒸气，其加热后送至原料池，用于加热藻浆。

定期清洗闪蒸塔的换热盘管，可使用二氯甲烷，正己烷，氯仿、石油醚中的一种或两种。

通过上述方法，油脂提取率达到95-98％，纯度为95-99％；高活性物质色素、甾醇、维生素E、EPA、DHA回收率高于90％，上述物质的含量高于95％，可采用溶剂技术进一步分离得到高纯度的甾醇，维生素E，不饱和脂肪酸。

利用溶剂法对高活性物质进行进一步提纯和分离，以无水乙醚为溶剂对第一级闪蒸塔得到的高活性物质进行萃取，得到上层有机相，35℃脱出乙醚后，用95％乙醇洗提冷凝，得到纯度高于95％的甾醇，80℃脱出乙醇后，得到浓缩的维生素E。油脂提取率达到98％，纯度为95％；高活性物质甾醇、维生素E回收率高于95％，纯度高于95％。

实施例2

(1)选取低蛋白高油脂的微藻(包括真眼点藻、黄丝藻、异样小球藻)藻浆(含水率为5％-15％)为原料，进入水热反应塔，水热保持在亚临界状态，填充气体为氮气惰性气体以排除氧气对水热反应的影响；水热反应塔的温度为260-270℃，压力6-6.5Mpa，停留时间为5min；得到第一液相物流、第一气相物流和藻渣；其中，第一液相物流包括水相和有机相，有机相包括油脂、蛋白、碳水化合物的湿热分解物质及其相互反应的生成的不溶于水的有机物，水相主要有亚临界水和溶解于水的醛、氨基酸等，第一气相物流为氨、二氧化碳等小分子气体，固相藻渣沉积在塔底部，同时含有一定量的胶质及大分子营养物质，定时排除。

(2)第一液相物流和第一气相物流从上部进入第一级闪蒸塔进行处理，温度为250-260℃，压力0.2-0.3Mpa，停留时间为5min；高活性物质包括色素、甾醇、维生素E、EPA、DHA等，其由于分子量大，密度大，沸点高主要凝结在塔底部并含一定量的藻渣；水迅速蒸发，在水中有一定溶解性的糠醛、吡咯，吡啶，哌嗪、苯酚、醛、醇、胺等小分子物质与水蒸气形成第二气相物流；油脂分解的脂肪酸、碳氢、醇、醛等类油脂物质，蛋白质、碳水化合物分解物以及其相互反应形成的不溶于水的有机物形成第二液相物流。

(3)第二液相物流从上部进入第二级闪蒸塔进行处理，温度为120-150℃，压力0.1-0.2，停留时间为5min；在此实现类油脂物质与小分子有机物的分离，得到的液相油脂产品主要含有碳、氢及少量的氧、氮等物质，是制备生物燃料的良好前驱物；小分子有机物气化形成第三气相物流。

(4)第二气相物流和第三气相物流从顶部通过真空泵抽提到第三级闪蒸塔，第三级闪蒸塔为常压分离塔，温度为95-100℃，压力0.1Mpa，停留时间为10-15min；水蒸气和小分子有机物质得到分离；小分子有机物质冷凝形成液相产品；气相产品包括水蒸气，其通过锅炉加热后，回流至水热反应塔，以提供水热法的热量，用于加热微拟球藻的藻浆。

定期清洗闪蒸塔的换热盘管，可使用二氯甲烷，正己烷，氯仿、石油醚中的一种或两种。

通过上述方法，油脂提取率达到95-98％，纯度为95-99％；高活性物质色素、甾醇、维生素E、EPA、DHA回收率75-85％，可采用溶剂技术进一步分离得到高纯度的甾醇，维生素E。

实施例3

(1)选取金藻藻浆(含水率为5％-15％)为原料，进入水热反应塔，水热保持在亚临界状态，填充气体为氮气惰性气体以排除氧气对水热反应的影响；水热反应塔的温度为230-250℃，压力5.0-6.0Mpa，停留时间为5min；得到第一液相物流、第一气相物流和藻渣；其中，第一液相物流包括水相和有机相，有机相包括油脂、蛋白、碳水化合物的湿热分解物质及其相互反应的生成的不溶于水的有机物，水相主要有亚临界水和溶解于水的醛、氨基酸等，第一气相物流为氨、二氧化碳等小分子气体，固相藻渣沉积在塔底部，同时含有一定量的胶质及大分子营养物质，定时排除。

(2)第一液相物流和第一气相物流从上部进入第一级闪蒸塔进行处理，温度为250-260℃，压力0.2-0.3Mpa，停留时间为5min；高活性物质包括色素、甾醇、维生素E、EPA、DHA等，其由于分子量大，密度大，沸点高主要凝结在塔底部并含一定量的藻渣；水迅速蒸发，在水中有一定溶解性的糠醛、吡咯，吡啶，哌嗪、苯酚、醛、醇、胺等小分子物质与水蒸气形成第二气相物流；油脂分解的脂肪酸、碳氢、醇、醛等类油脂物质，蛋白质、碳水化合物分解物以及其相互反应形成的不溶于水的有机物形成第二液相物流。

(3)第二液相物流从上部进入第二级闪蒸塔进行处理，温度为120-150℃，压力0.1-0.2，停留时间为5min；在此实现类油脂物质与小分子有机物的分离，得到的液相油脂产品主要含有碳、氢及少量的氧、氮等物质，是制备生物燃料的良好前驱物；小分子有机物气化形成第三气相物流。

(4)第二气相物流和第三气相物流从顶部通过真空泵抽提到第三级闪蒸塔，第三级闪蒸塔为常压分离塔，温度为95-100℃，压力0.1Mpa，停留时间为10-15min；水蒸气和小分子有机物质得到分离；小分子有机物质冷凝形成液相产品；气相产品包括水蒸气，其通过锅炉加热后，回流至水热反应塔，以提供水热法的热量，用于加热微拟球藻的藻浆。

定期清洗闪蒸塔的换热盘管，可使用二氯甲烷，正己烷，氯仿、石油醚中的一种或两种。

通过上述方法，油脂提取率达到95-98％，纯度为95-99％；高活性物质色素、甾醇、维生素E、EPA、DHA回收率75-85％，可采用溶剂技术进一步分离得到高纯度的甾醇，维生素E。

利用溶剂法对高活性物质进行进一步提纯和分离，以100％乙醇为溶剂对高活性物质进行萃取，得到上层有机相，脱出乙醇后冷凝得到类胡萝卜素，高活性物质类胡萝卜素回收率80-90％。

实施例4

(1)选取低蛋白高油脂的微藻(包括真眼点藻、黄丝藻、异样小球藻)藻浆(含水率为5％-15％)为原料，进入水热反应塔，水热保持在亚临界状态，填充气体为氮气惰性气体以排除氧气对水热反应的影响；水热反应塔的温度为260-270℃，压力6-6.5Mpa，停留时间为5min；得到第一液相物流、第一气相物流和藻渣；其中，第一液相物流包括水相和有机相，有机相包括油脂、蛋白、碳水化合物的湿热分解物质及其相互反应的生成的不溶于水的有机物，水相主要有亚临界水和溶解于水的醛、氨基酸等，第一气相物流为氨、二氧化碳等小分子气体，固相藻渣沉积在塔底部，同时含有一定量的胶质及大分子营养物质，定时排除。

(2)第一液相物流和第一气相物流从上部进入第一级闪蒸塔进行处理，温度为250-260℃，压力0.2-0.3Mpa，停留时间为5min；高活性物质包括色素、甾醇、维生素E、EPA、DHA等，其由于分子量大，密度大，沸点高主要凝结在塔底部并含一定量的藻渣；水迅速蒸发，在水中有一定溶解性的糠醛、吡咯，吡啶，哌嗪、苯酚、醛、醇、胺等小分子物质与水蒸气形成第二气相物流；油脂分解的脂肪酸、碳氢、醇、醛等类油脂物质，蛋白质、碳水化合物分解物以及其相互反应形成的不溶于水的有机物形成第二液相物流。

(3)第二液相物流从上部进入第二级闪蒸塔进行处理，温度为120-150℃，压力0.1-0.2，停留时间为5min；在此实现类油脂物质与小分子有机物的分离，得到的液相油脂产品主要含有碳、氢及少量的氧、氮等物质，是制备生物燃料的良好前驱物；小分子有机物气化形成第三气相物流。

(4)第二气相物流和第三气相物流从顶部通过真空泵抽提到第三级闪蒸塔，第三级闪蒸塔为常压分离塔，温度为95-100℃，压力0.1Mpa，停留时间为20-30min，得到糠醛和水的共沸物，进一步闪蒸得到糠醛。

通过上述方法，油脂提取率达到98％，纯度为99％；高活性物质色素、甾醇、维生素E、EPA、DHA回收率高于85％，上述物质的含量高于95％，可采用溶剂技术进一步分离得到高纯度的甾醇，维生素E。进一步闪蒸，可得到高附件值的糠醛产品。

对比例1

(1)选取微拟球藻藻浆(含水率为5％-15％)为原料，进入水热反应塔，水热保持在亚临界状态，填充气体为氮气惰性气体以排除氧气对水热反应的影响；水热反应塔的温度低于260℃，压力4.0-4.5Mpa，停留时间为5-60min；得到第一液相物流、第一气相物流和藻渣；其中，第一液相物流包括水相和有机相，有机相包括油脂、蛋白、碳水化合物的湿热分解物质及其相互反应的生成的不溶于水的有机物，水相主要有亚临界水和溶解于水的醛、氨基酸等，第一气相物流为氨、二氧化碳等小分子气体，固相藻渣沉积在塔底部，同时含有一定量的胶质及大分子营养物质，定时排除。

(2)第一液相物流和第一气相物流从上部进入第一级闪蒸塔进行处理，温度为270-280℃，压力0.2-0.3Mpa，停留时间为5min；高活性物质包括色素、甾醇、维生素E、EPA、DHA等，其由于分子量大，密度大，沸点高主要凝结在塔底部并含一定量的藻渣；水迅速蒸发，在水中有一定溶解性的糠醛、吡咯，吡啶，哌嗪、苯酚、醛、醇、胺等小分子物质与水蒸气形成第二气相物流；油脂分解的脂肪酸、碳氢、醇、醛等类油脂物质，蛋白质、碳水化合物分解物以及其相互反应形成的不溶于水的有机物形成第二液相物流。

(3)第二液相物流从上部进入第二级闪蒸塔进行处理，温度为120-150℃，压力0.1-0.2，停留时间为5min；在此实现类油脂物质与小分子有机物的分离，得到的液相油脂产品主要含有碳、氢及少量的氧、氮等物质，是制备生物燃料的良好前驱物；小分子有机物气化形成第三气相物流。

(4)第二气相物流和第三气相物流从顶部通过真空泵抽提到第三级闪蒸塔，第三级闪蒸塔为常压分离塔，温度为95-100℃，压力0.1Mpa，停留时间为5-10min；水蒸气和小分子有机物质得到分离；小分子有机物质冷凝形成液相产品；气相产品包括水蒸气，其加热后送至原料池，用于加热藻浆。

定期清洗闪蒸塔的换热盘管，可使用二氯甲烷，正己烷，氯仿、石油醚中的一种或两种。

通过上述方法，油脂提取率为80-90％，纯度为90％，流动性差；高活性物质甾醇、维生素E部分存在藻渣中，部分在油脂中，进一步提取回收率80-85％，上述物质的含量高于95％。

对比例2

(1)选取微拟球藻藻浆(含水率为5％-15％)为原料，进入水热反应塔，水热保持在亚临界状态，填充气体为氮气惰性气体以排除氧气对水热反应的影响；水热反应塔的温度350-375℃，压力8.0-10Mpa，停留时间为5-60min；得到第一液相物流、第一气相物流和藻渣；其中，第一液相物流包括水相和有机相，有机相包括油脂、蛋白、碳水化合物的湿热分解物质及其相互反应的生成的不溶于水的有机物，水相主要有亚临界水和溶解于水的醛、氨基酸等，第一气相物流为氨、二氧化碳等小分子气体，固相藻渣沉积在塔底部，同时含有一定量的胶质及大分子营养物质，定时排除。

(2)第一液相物流和第一气相物流从上部进入第一级闪蒸塔进行处理，温度为270-280℃，压力0.2-0.3Mpa，停留时间为5min；高活性物质包括色素、甾醇、维生素E、EPA、DHA等，其由于分子量大，密度大，沸点高主要凝结在塔底部并含一定量的藻渣；水迅速蒸发，在水中有一定溶解性的糠醛、吡咯，吡啶，哌嗪、苯酚、醛、醇、胺等小分子物质与水蒸气形成第二气相物流；油脂分解的脂肪酸、碳氢、醇、醛等类油脂物质，蛋白质、碳水化合物分解物以及其相互反应形成的不溶于水的有机物形成第二液相物流。

(3)第二液相物流从上部进入第二级闪蒸塔进行处理，温度为120-150℃，压力0.1-0.2，停留时间为5min；在此实现类油脂物质与小分子有机物的分离，得到的液相油脂产品主要含有碳、氢及少量的氧、氮等物质，是制备生物燃料的良好前驱物；小分子有机物气化形成第三气相物流。

(4)第二气相物流和第三气相物流从顶部通过真空泵抽提到第三级闪蒸塔，第三级闪蒸塔为常压分离塔，温度为95-100℃，压力0.1Mpa，停留时间为5-10min；水蒸气和小分子有机物质得到分离；小分子有机物质冷凝形成液相产品；气相产品包括水蒸气，其加热后送至原料池，用于加热藻浆。

定期清洗闪蒸塔的换热盘管，可使用二氯甲烷，正己烷，氯仿、石油醚中的一种或两种。

通过上述方法，油脂提取率80-90％，纯度为90％；高活性物质甾醇、维生素E部分存在藻渣中，部分在油脂中，进一步提取回收率60-75％。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims (10)

1.一种微藻油脂提取与分离方法，包括用水热法对微藻原料进行提取处理，然后经过闪蒸处理，提取得到高活性物质和油脂产品。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1用水热法对微藻原料进行提取处理，得到第一液相物流、第一气相物流和藻渣；

S2对所述第一液相物流和第一气相物流进行第一级闪蒸处理，得到高活性物质、第二液相物流和第二气相物流；

S3对所述第二液相物流进行第二级闪蒸处理，得到油脂产品和第三气相物流；

S4对所述第二气相物流和第三气相物流进行第三级闪蒸处理，得到液相产品和气相产品。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述水热法的反应温度为260-325℃、优选270-310℃，压力为6-10MPa、优选6-8MPa，停留时间为5-10min、优选5-8min。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，在所述水热法中，水热反应保持在亚临界状态，水热填充气体为惰性气体和/或氢气，所述惰性气体优选为氮气。

5.根据权利要求2-4中任意一项所述的方法，其特征在于，所述微藻原料的含水率为5-15％；和/或所述第一液相物流包括水相和有机相，所述有机相包括油脂、蛋白质和碳水化合物中的至少一种。

6.根据权利要求2-5中任意一项所述的方法，其特征在于，所述第一级闪蒸处理的处理温度为260-280℃、优选265-275℃，压力为1-3MPa、优选1.5-2.5MPa，停留时间为5-10min、优选5-8min；和/或所述高活性物质包括甾醇、维生素E、EPA和DHA中的至少一种。

7.根据权利要求2-6中任意一项所述的方法，其特征在于，所述第二级闪蒸处理的处理温度为120-160℃、优选130-150℃，压力为0.1-0.3MPa、优选0.15-0.25MPa，停留时间为5-10min、优选5-8min。

8.根据权利要求2-7中任意一项所述的方法，其特征在于，所述第三级闪蒸处理的处理温度为90-110℃、优选95-105℃，压力为0.1MPa，停留时间为5-10min、优选5-8min。

9.一种微藻油脂提取与分离设备，包括：

原料池，用于贮存微藻原料；

水热反应塔，其进口连接所述原料池的出口，用于接收来自原料池的微藻原料并利用水热法对其进行提取处理，得到第一液相物流、第一气相物流和藻渣；

第一级闪蒸塔，其进口连接所述水热反应塔的出口，用于接收所述第一液相物流和第一气相物流并对其进行第一级闪蒸处理，得到高活性物质、第二液相物流和第二气相物流；

第二级闪蒸塔，其进口连接所述第一级闪蒸塔的出口，用于接收所述第二液相物流并对其进行第二级闪蒸处理，得到油脂产品和第三气相物流；

第三级闪蒸塔，其进口连接所述第二级闪蒸塔的出口，用于接收所述第二气相物流和第三气相物流并对其进行第三级闪蒸处理，得到液相产品和气相产品。

10.权利要求9所述的设备在微藻油脂提取与分离中的应用。