一种藻油DHA的制备方法
技术领域
本发明涉及保健食品技术领域,尤其涉及一种藻油DHA的制备方法。
背景技术
DHA在中枢神经系统、心血管系统和视觉神经系统等方面重要的生理功 能,已得到广泛的社会认可,世界多国已规定DHA可作为营养强化剂和食品 添加剂使用。目前,DHA已经被用于婴幼儿食品、乳品、饮料、豆奶及食 用油脂等方面,市场需求很大,因此,DHA的生产蕴藏着巨大商机。
DHA的来源主要是鱼油和藻油。鱼油有较大的鱼腥味和高含量EPA,在 食品添加上有一定的困难,食用人群也受到限制,并且鱼油资源有限。而大 规模、高密度培养的微藻异养发酵,可以解决上述问题。寇氏隐甲藻是生产 DHA的高产菌株,且脂肪酸组成简单,EPA较少,没有鱼腥味,具有非常广 阔的应用前景。目前,世界很多国家已有藻油商业生产的成功先例,但在我 国,对隐甲藻的研究还多停留在高产DHA藻株的筛选及发酵条件的优化上,大规模的工业化生产较少且多为外资企业。因此,利用寇氏隐甲藻高密度发 酵生产DHA的研究,具有很大的经济效益和社会效应。
目前,现有微藻提取DHA的制备工艺较为落后,生产效率低,良品率低, 不能够高效的实现大规模的工厂化生产制备。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种藻油DHA的制备方法。
为实现上述目的,本发明提供的一种藻油DHA的制备方法,所述方法包 括如下步骤:
(1)选定微藻进行培养和发酵;所述培养和发酵为藻种培养和异养发酵, 得到微藻原料;
(2)干燥;将步骤(1)得到的微藻原料进行干燥处理,得到微藻粉末;
(3)破壁预处理;将步骤(2)得到的微藻粉末采用超声处理法进行微藻破 壁预处理,得到微藻干粉。
(4)藻油提取;取步骤(3)得到的微藻干粉,以质量分数为60-100% 乙醇作为萃取剂,利用加速溶剂萃取仪进行萃取,萃取液置于真空旋转蒸发 器将有机溶解蒸发,蒸发后所得剩余物即为藻油;
(5)尿素包合富集纯化;按藻油质量、尿素质量和95%乙醇体积比为1: 2:8~12的比例称量,先将尿素加入到95%乙醇溶液中,50~55℃水浴搅拌至 尿素完全溶解,然后加入藻油,充氮气保护,继续搅拌回流30~40min,自然 冷却至25℃后,低温放置,抽滤分离得滤液和晶体;
(6)滤液浓缩得到藻油DHA成品。
优选地,所述步骤(5)之后还包括:
(7)脱色除臭;将尿素包合富集纯化所得的微藻DHA藻油加入占油体 质量3%的活性白土进行脱色,脱色温度为80℃,脱色时间为45分钟,同时 抽真空并适度搅拌,过滤除去白土,对油脂进行水蒸气气提除臭,汽提温度 为85℃,真空度为0.30Kpa,脱臭时间为1小时,然后维持真空状态下缓慢 冷却,离心得藻油DHA成品。
优选地,所述步骤(6)之后还包括:
(8)回收尿素
将步骤(5)和(6)的水相溶液合并,于2~6℃放置结晶2~4h,抽滤, 滤液浓缩至1/4体积后,2~6℃放置二次结晶2~4h,抽滤,合并两次抽滤所得 固体,干燥得到尿素晶体,循环使用;
步骤(5)中的低温放置条件为:①25℃~5℃,降温速率为0.2℃/min;② 5℃保持3~4h;③5℃~-5℃,降温速率为0.1℃/min;④-5℃保持3~4h。
优选地,所述步骤(4)中的工艺参数为:所述的萃取温度为55~120℃, 萃取时间25~85min,萃取次数为2~5次;萃取结束后将萃取液置于真空旋转 蒸发器将有机溶解蒸发,蒸发后所得剩余物即为藻油。
优选地,所述的微藻包括裂殖壶藻、等鞭金藻、寇式隐甲藻、微绿球藻、 绿色巴夫藻、布朗葡萄藻、三角褐指藻、菱形藻、小球藻、栅藻或者杜氏藻。
优选地,所述步骤(3)的具体执行过程如下:
(31)将一定量微藻粉末置于烧杯中,加入少量提取溶剂,放入超声水浴 中,在一定超声功率下进行超声预处理一定时间;
(32)超声预处理之后,把烧杯中的微藻抽滤;
(33)微藻粉末装入滤纸筒,滤液倒入圆底烧瓶,作为索氏抽提的提取溶 剂,安装索氏提取器。
优选地,所述步骤1)包含准备培养基以及异氧发酵的过程;
所述准备培养基包含,
步骤11)固体培养基:
培养基组成:葡萄糖30g,味精30g,酵母膏6g,氯化钠10g,磷酸二氢 钾3g,硫酸镁8g,无水氯化钙0.8g,碳酸氢钠0.4g,A5溶液1ml,土浸液 2ml,纯净水1000ml;琼脂2%;
步骤12)一级种子培养基:
培养基组成:葡萄糖40g,味精35g,酵母膏6g,氯化钠8g,磷酸二氢 钾5g,硫酸镁6g,无水氯化钙1g,碳酸氢钠0.5g,A5溶液1ml,土浸液2ml, 纯净水1000ml;
步骤13)二级种子培养基:
培养基组成:培养基组成:葡萄糖50g,味精40g,酵母膏6g,氯化钠 10g,磷酸二氢钾3g,硫酸镁8g,无水氯化钙0.8g,碳酸氢钠0.3g,A5溶液 1ml,土浸液2ml,纯净水1000ml;
步骤14)发酵培养基:
培养基组成:葡萄糖30g,味精30g,酵母膏6g,氯化钠10g,磷酸二氢 钾4g,硫酸镁6g,无水氯化钙1g,碳酸氢钠0.4g,A5溶液1ml,土浸液2ml, 纯净水1000ml;
步骤15)菌种保藏培养基:
所述固体培养基或发酵培养基中添加有青霉素,添加量为50~100mg/L, 并低温保藏。
优选地,所述异养发酵包含如下步骤,
(S21)一级种子培养:
从固体培养基的平板上取一定量纯的寇氏隐甲藻,接种到一级种子培养 基,置于摇床上,28℃、120rpm条件下培养48小时,得到一级种子;
(S22)二级种子培养:
将一级种子按20%的接种量转接到二级种子培养基,28℃、150rpm条件 下培养48小时,得到二级液体种子;
(S23)发酵培养:
取5L标准发酵罐,自动调控温度、pH、溶氧、搅拌速度、通风量和流加 速度;发酵条件为:将二级液体种子按4%接种量接种于发酵培养基中,在 25℃和4L/min的通气量下培养;每12h取样,测定葡萄糖浓度、生物量;每 24h测定脂肪酸和DHA含量;通过流加2mol/LHCl或2mol/LNaOH自动控制 发酵液pH。
本发明藻油DHA的制备方法包括(1)选定微藻进行培养和发酵;所述 培养和发酵为藻种培养和异养发酵,得到微藻原料;(2)干燥;将步骤(1) 得到的微藻原料进行干燥处理,得到微藻粉末;(3)破壁预处理;将步骤(2) 得到的微藻粉末采用超声处理法进行微藻破壁预处理,得到微藻干粉。(4) 藻油提取;取步骤(3)得到的微藻干粉,以质量分数为60-100%乙醇作为萃 取剂,利用加速溶剂萃取仪进行萃取,萃取液置于真空旋转蒸发器将有机溶 解蒸发,蒸发后所得剩余物即为藻油;(5)尿素包合富集纯化;按藻油质量、 尿素质量和95%乙醇体积比为1:2:8~12的比例称量,先将尿素加入到95% 乙醇溶液中,50~55℃水浴搅拌至尿素完全溶解,然后加入藻油,充氮气保护, 继续搅拌回流30~40min,自然冷却至25℃后,低温放置,抽滤分离得滤液和 晶体;(6)滤液浓缩得到藻油DHA成品。
(1)本发明的方法获得的藻油DHA含量高达93%以上,几乎不含EPA, 尤其适合作为婴幼儿和孕产妇的营养食品、保健品的添加原料。产品纯度高, 不仅弥补了目前鱼油、微藻提取制备DHA资源的不足,而且可以作为药品、 保健品、食品添加及高级化工产品的原料。
(3)本发明利用尿素包合分离富集出藻油中DHA的同时,也从尿素包 合物中回收大量的饱和脂肪酸和尿素,尿素的回收率达到70%以上。该发明 达到资源再利用的效果,具有可观的经济价值。
具体实施方式
应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限 定本发明。
实施例1:
(1)选定裂殖壶藻进行培养和发酵;所述培养和发酵为藻种培养和异养 发酵,得到微藻原料;
(2)干燥;将步骤(1)得到的裂殖壶藻原料进行干燥处理,得到裂殖壶藻 粉末;
(31)将一定量裂殖壶藻粉末置于烧杯中,加入少量提取溶剂,放入超声水 浴中,在一定超声功率下进行超声预处理一定时间;
(32)超声预处理之后,把烧杯中的微藻抽滤;
(33)裂殖壶藻粉末装入滤纸筒,滤液倒入圆底烧瓶,作为索氏抽提的提取 溶剂,安装索氏提取器;
(4)藻油提取;取裂殖壶藻藻粉,以质量分数为60%乙醇作为萃取剂, 利用加速溶剂萃取仪进行萃取,萃取液置于真空旋转蒸发器将有机溶解蒸发, 蒸发后所得剩余物即为藻油;
(5)尿素包合富集纯化;按藻油质量、尿素质量和95%乙醇体积比为1: 2:8的比例称量,先将尿素加入到95%乙醇溶液中,50℃水浴搅拌至尿素完 全溶解,然后加入藻油,充氮气保护,继续搅拌回流30min,自然冷却至25℃ 后,低温放置,抽滤分离得滤液和晶体;
(6)脱色除臭;将尿素包合富集纯化所得的微藻DHA藻油加入占油体 质量3%的活性白土进行脱色,脱色温度为80℃,脱色时间为45分钟,同时 抽真空并适度搅拌,过滤除去白土,对油脂进行水蒸气气提除臭,汽提温度 为85℃,真空度为0.30Kpa,脱臭时间为1小时,然后维持真空状态下缓慢 冷却,离心得藻油DHA成品;
(7)回收尿素
将步骤(5)和(6)的水相溶液合并,于2~6℃放置结晶24h,抽滤,滤 液浓缩至1/4体积后,2~6℃放置二次结晶2h,抽滤,合并两次抽滤所得固体, 干燥得到尿素晶体,循环使用;
步骤(5)中的低温放置条件为:①25℃~5℃,降温速率为0.2℃/min;② 5℃保持3h;③5℃~-5℃,降温速率为0.1℃/min;④-5℃保持3h。
(8)滤液浓缩得到藻油DHA成品。
所述步骤(4)中的工艺参数为:所述的萃取温度为55℃,萃取时间50min, 萃取次数为3次;萃取结束后将萃取液置于真空旋转蒸发器将有机溶解蒸发, 蒸发后所得剩余物即为藻油。
实施例2:
(1)选定寇式隐甲藻进行培养和发酵;所述培养和发酵为藻种培养和异 养发酵,得到寇式隐甲藻原料;
(2)干燥;将步骤(1)得到的寇式隐甲藻原料进行干燥处理,得到寇式隐 甲藻粉末;
(31)将一定量寇式隐甲藻粉末置于烧杯中,加入少量提取溶剂,放入超声 水浴中,在一定超声功率下进行超声预处理一定时间;
(32)超声预处理之后,把烧杯中的微藻抽滤;
(33)寇式隐甲藻粉末装入滤纸筒,滤液倒入圆底烧瓶,作为索氏抽提的提 取溶剂,安装索氏提取器;
(4)藻油提取;取寇式隐甲藻藻粉,以质量分数为70%乙醇作为萃取剂, 利用加速溶剂萃取仪进行萃取,萃取液置于真空旋转蒸发器将有机溶解蒸发, 蒸发后所得剩余物即为藻油;
(5)尿素包合富集纯化;按藻油质量、尿素质量和95%乙醇体积比为1: 2:10的比例称量,先将尿素加入到95%乙醇溶液中,52℃水浴搅拌至尿素完 全溶解,然后加入藻油,充氮气保护,继续搅拌回流35min,自然冷却至25℃ 后,低温放置,抽滤分离得滤液和晶体;
(6)脱色除臭;将尿素包合富集纯化所得的微藻DHA藻油加入占油体 质量3%的活性白土进行脱色,脱色温度为80℃,脱色时间为45分钟,同时 抽真空并适度搅拌,过滤除去白土,对油脂进行水蒸气气提除臭,汽提温度 为85℃,真空度为0.30Kpa,脱臭时间为1小时,然后维持真空状态下缓慢 冷却,离心得藻油DHA成品;
(7)回收尿素
将步骤(5)和(6)的水相溶液合并,于2~6℃放置结晶3h,抽滤,滤 液浓缩至1/4体积后,2~6℃放置二次结晶3h,抽滤,合并两次抽滤所得固体, 干燥得到尿素晶体,循环使用;
步骤(5)中的低温放置条件为:①25℃~5℃,降温速率为0.2℃/min;②5℃保持4h;③5℃~-5℃,降温速率为0.1℃/min;④-5℃保持4h。
(8)滤液浓缩得到藻油DHA成品。
所述步骤(4)中的工艺参数为:所述的萃取温度为70℃,萃取时间50min, 萃取次数为4次;萃取结束后将萃取液置于真空旋转蒸发器将有机溶解蒸发, 蒸发后所得剩余物即为藻油。
实施例3:
(1)选定等鞭金藻进行培养和发酵;所述培养和发酵为藻种培养和异养 发酵,得到等鞭金藻原料;
(2)干燥;将步骤(1)得到的等鞭金藻原料进行干燥处理,得到等鞭金藻 粉末;
(31)将一定量等鞭金藻粉末置于烧杯中,加入少量提取溶剂,放入超声水 浴中,在一定超声功率下进行超声预处理一定时间;
(32)超声预处理之后,把烧杯中的微藻抽滤;
(33)等鞭金藻粉末装入滤纸筒,滤液倒入圆底烧瓶,作为索氏抽提的提取 溶剂,安装索氏提取器;
(4)藻油提取;取等鞭金藻藻粉,以质量分数为800%乙醇作为萃取剂, 利用加速溶剂萃取仪进行萃取,萃取液置于真空旋转蒸发器将有机溶解蒸发, 蒸发后所得剩余物即为藻油;
(5)尿素包合富集纯化;按藻油质量、尿素质量和95%乙醇体积比为1: 2:12的比例称量,先将尿素加入到95%乙醇溶液中,55℃水浴搅拌至尿素完 全溶解,然后加入藻油,充氮气保护,继续搅拌回流40min,自然冷却至25℃ 后,低温放置,抽滤分离得滤液和晶体;
(6)脱色除臭;将尿素包合富集纯化所得的微藻DHA藻油加入占油体 质量3%的活性白土进行脱色,脱色温度为80℃,脱色时间为45分钟,同时 抽真空并适度搅拌,过滤除去白土,对油脂进行水蒸气气提除臭,汽提温度 为85℃,真空度为0.30Kpa,脱臭时间为1小时,然后维持真空状态下缓慢 冷却,离心得藻油DHA成品;
(7)回收尿素
将步骤(5)和(6)的水相溶液合并,于2~6℃放置结晶4h,抽滤,滤 液浓缩至1/4体积后,2~6℃放置二次结晶4h,抽滤,合并两次抽滤所得固体, 干燥得到尿素晶体,循环使用;
步骤(5)中的低温放置条件为:①25℃~5℃,降温速率为0.2℃/min;② 5℃保持4h;③5℃~-5℃,降温速率为0.1℃/min;④-5℃保持4h。
(8)滤液浓缩得到藻油DHA成品。
所述步骤(4)中的工艺参数为:所述的萃取温度为90℃,萃取时间60min, 萃取次数为5次;萃取结束后将萃取液置于真空旋转蒸发器将有机溶解蒸发, 蒸发后所得剩余物即为藻油。
在一些优选实施例中,上述步骤(1)包含准备培养基以及异氧发酵的过 程;
所述准备培养基包含,
步骤(11)固体培养基:
培养基组成:葡萄糖30g,味精30g,酵母膏6g,氯化钠10g,磷酸二氢 钾3g,硫酸镁8g,无水氯化钙0.8g,碳酸氢钠0.4g,A5溶液1ml,土浸液 2ml,纯净水1000ml;琼脂2%;
步骤(12)一级种子培养基:
培养基组成:葡萄糖40g,味精35g,酵母膏6g,氯化钠8g,磷酸二氢 钾5g,硫酸镁6g,无水氯化钙1g,碳酸氢钠0.5g,A5溶液1ml,土浸液2ml, 纯净水1000ml;
步骤(13)二级种子培养基:
培养基组成:培养基组成:葡萄糖50g,味精40g,酵母膏6g,氯化钠 10g,磷酸二氢钾3g,硫酸镁8g,无水氯化钙0.8g,碳酸氢钠0.3g,A5溶液 1ml,土浸液2ml,纯净水1000ml;
步骤(14)发酵培养基:
培养基组成:葡萄糖30g,味精30g,酵母膏6g,氯化钠10g,磷酸二氢 钾4g,硫酸镁6g,无水氯化钙1g,碳酸氢钠0.4g,A5溶液1ml,土浸液2ml, 纯净水1000ml;
步骤(15)菌种保藏培养基:
所述固体培养基或发酵培养基中添加有青霉素,添加量为50~100mg/L, 并低温保藏。
在一些优选实施例中,所述菌种保藏培养基为用于保藏寇氏隐甲藻的固 体培养基。所述固体培养基的平板上保藏有寇氏隐甲藻。
在一些优选实施例中,所述异养发酵包含如下步骤,
(S21)一级种子培养:
从固体培养基的平板上取一定量纯的寇氏隐甲藻,接种到一级种子培养 基,置于摇床上,28℃、120rpm条件下培养48小时,得到一级种子;
(S22)二级种子培养:
将一级种子按20%的接种量转接到二级种子培养基,28℃、150rpm条件 下培养48小时,得到二级液体种子;
(S23)发酵培养:
取5L标准发酵罐,自动调控温度、pH、溶氧、搅拌速度、通风量和流加 速度;发酵条件为:将二级液体种子按4%接种量接种于发酵培养基中,在 25℃和4L/min的通气量下培养;每12h取样,测定葡萄糖浓度、生物量;每 24h测定脂肪酸和DHA含量;通过流加2mol/LHCl或2mol/LNaOH自动控制 发酵液pH。
我们在一些具体实施例中,还进行了培养基优化的工作;具体的,我们 运用Design-Expert软件,对发酵培养基的葡萄糖、味精和酵母膏进行优化, 其他无机盐和微量元素保持不变。运用Box-BehnkenDesign(BBD)实验设计方 法,考察的因素和因素的低值、高值分别为葡萄糖(g/L):20,100;味精(g/L): 10,50;酵母膏(g/L):2,10。选择的因变量为生物量、油脂产量和DHA产 量。
在一些实施例中,我们针对性的进行了发酵条件的具体实施例,其中对 温度和pH值进行不同的数值控制,获取更优选的技术方案效果;具体实施例 如下:
(1)关于温度的实施例:
微藻生长和油脂积累的最适温度因种而异,将二级种子接入到发酵培养 基之后,分别在15℃、20℃、25℃、30℃、35℃的温度条件下发酵,来研究 不同温度对隐甲藻生物量及油脂含量的影响。
(2)关于pH值的实施例:
培养基的初始pH值是影响微藻生长速度的重要因子之一。有许多研究者 发现,多种藻类在pH5-7左右生长速度最快,在极端酸性或碱性条件下较难 生长。用HCl或NaOH溶液调整发酵培养基初始pH值分别为4.5、5.5、6.5、 7.0、7.5,来研究不同初始pH值对隐甲藻生物量及油脂含量的影响。
以上仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是 利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用 在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。