CN109161435B - 一种从微生物制备雄烯二酮下脚料中回收油脂和固形物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种从微生物制备雄烯二酮下脚料中回收油脂和固形物的方法,包括以下步骤:1)亚临界破乳:采用夹带乙醇的丙烷为亚临界破乳剂,对微生物制备雄烯二酮下脚料进行亚临界破乳,得到破乳液;2)回收丙烷:降低体系压力使丙烷气化,并加以回收;3)分离:对回收丙烷后的破乳液进行固液分离,得到液体部分和固体部分;4)获得油脂:将分离得到的液体部分进行脱溶脱水,得到油脂;5)获得固形物:将分离得到的固体部分进行脱溶脱水,得到固形物。本发明解决了微生物制备雄烯二酮下脚料处理难的问题,回收的油脂可以重复使用或作为工业原料,回收的固形物亦可得到利用,既降低了综合生产成本又实现了副产物的增值,具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种从微生物制备雄烯二酮下脚料中回收油脂和固形物的方法。
背景技术
雄烯二酮是重要的甾体药物中间体,其制备主要有两种方法,一种是化学合成法,即从野生中药材“穿地龙”、黄姜等植物中提取薯蓣皂素,进而采用化学合成的方法生产雄烯二酮。另外一种方法是微生物转化法,即以自然界中含量充足的植物甾醇为原材料,使用微生物转化技术把甾醇侧链选择性切除而得到产物。微生物法制备雄烯二酮具备如下优势:1)充分利用和发挥资源优势,脱离了因原材料黄姜、穿地龙供应地域、季节、气候的制约;2)微生物的生长、转化反应的环境条件比较温和;3)提高了甾醇回收率,减少了副反应发生;4)减少了化学合成步骤的数量,降低工业生产周期。正因为微生物转化法生产雄烯二酮与化学合成法相比具有许多优势,因此目前雄烯二酮主要以自然界中含量丰富的植物甾醇为原材料,利用微生物转化技术来实现工业生产。
微生物转化甾体的生产工艺通常可以分成两个阶段,其中第一个阶段是微生物的生长繁殖阶段,该阶段的主要工作是促进菌体的生长繁殖,使菌体浓度达到一定的数量;第二个阶段是微生物转化阶段,该阶段的主要工作是添加发酵底物,转移发酵产物。由于发酵底物具有良好的疏水性,不溶于水,因此通常将发酵底物与甲醇、乙醇、丙酮混合添加使产物溶解。但这些有机溶剂会使菌体中毒,影响发酵效率,因此近几年来人们提出了大量的理论和操作工艺用来提高底物在培养液中的溶解度,增加发酵效率。
目前主要采用的方法有:水相体系和双液相体系中甾体的微生物转换。这两种方法各有优缺点,底物在水中的溶解度很低,为了加大底物的溶解度,增加底物与微生物的接触机会,现阶段主要是添加一些表面活性剂来增加底物在水相的溶解度如Tween、TritonX-100、TritonX-114等,但这些物质添加会产生大量泡沫,不利于操作。两相体系是指有水和有机溶剂组成的发酵系统中,有机溶剂作为辅助溶剂存在,微生物进行的反应发生在两相系统的交界面。有机溶剂的主要作用有:1)作为原料的存储库;2)有机溶剂也可以溶解发酵产物,避免产物进一步被分解,减少产物的抑制作用。Stefanov等利用聚丙烯乙二醇、硅油、豆油和葵花籽油来增加培养液对甾醇中间体的溶解度,使得微生物对底物的转化率有明显提高。赵俊平比较了大豆油、菜籽油、葵花油、聚丙二醇2000、聚乙二醇400等不同的有机相与水相组成的两相发酵系统,发现了有机相为豆油时转化率最高,达到85.7%。并且豆油在以上物质中价格较为低廉,适宜使用。目前甾醇药物中间体的生产主要是采用微生物发酵植物甾醇,使用豆油作为辅助相的两相发酵系统来生产的。
发酵液分离雄烯二酮后的下脚料是一个组成复杂的混合体系,除了含油75-80%外,还含有甲醇、水、蛋白质、淀粉等物质,由于组成复杂形成了超稳定的乳化体系,导致很难回收其中的油脂和固形物(蛋白质、淀粉等),不仅造成浪费增加生产成本,而且下脚料处置不当会造成环境污染。常规的方法很难在获得油脂高回收率的同时获得品质好的固形物产品,下脚料的回收利用问题一直困扰着生产企业。因此亟需开发一种从微生物转化植物甾醇下脚料中回收油脂和固形物的技术。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足,本发明的目的是提供一种从微生物制备雄烯二酮下脚料中回收油脂和固形物的方法。该方法解决了微生物制备雄烯二酮下脚料处理难的问题,回收的油脂可以重复使用或作为工业原料,固形物亦可得到利用,既降低了综合生产成本又实现了副产物的增值,具有良好的应用前景。
本发明提供一种从微生物制备雄烯二酮下脚料中回收油脂和固形物的方法,工艺流程如图1所示,包括以下步骤:
1)亚临界破乳:采用夹带乙醇的丙烷为亚临界破乳剂,对微生物制备雄烯二酮下脚料进行亚临界破乳,同时萃取下脚料中的油脂、甲醇和水,得到破乳液,所述亚临界破乳剂中乙醇体积占比为8%~25%,亚临界破乳时料液体积比为1:0.8~1:2,压力为4MPa~7MPa,温度为20℃~70℃,时间为30min以上;
2)回收丙烷:降低体系压力使丙烷气化,并加以回收;
3)分离:对回收丙烷后的破乳液进行固液分离,得到液体部分和固体部分;
4)获得油脂:将分离得到的液体部分进行脱溶脱水,得到油脂;
5)获得固形物:将分离得到的固体部分进行脱溶脱水,得到固形物。
进一步地,亚临界破乳时料液体积比为1:1~1:2,压力为4.5MPa~6.5MPa,温度为25℃~60℃,时间为30min~50min。
进一步地,所述亚临界破乳剂中乙醇体积占比为10%~20%。
进一步地,回收丙烷的压力为常压,温度为25℃~50℃。
根据本发明,可采用离心分离或沉降分离的方式进行固液分离。具体优选地,所述离心分离的转速为2000rpm~5000rpm,时间为5min~20min。所述沉降分离的温度接近破乳温度,时间为60min~240min。
根据本发明,优选地,步骤4)中所述脱溶脱水的温度为105℃~120℃,采用常压或真空条件,脱溶脱水至溶剂残留小于0.1%,水分残留小于1%。
根据本发明,优选地,步骤5)中所述脱溶脱水的温度为105℃~120℃,采用常压或真空条件,脱溶脱水至溶剂残留小于0.1%,水分残留小于1%。
本发明中,所述微生物制备雄烯二酮下脚料的概念为本领域技术人员公知,是指微生物发酵制备雄烯二酮的发酵液分离雄烯二酮后所得的乳化液。其包括油脂(75-80%)、甲醇、水、蛋白质、淀粉等物质。本发明的方法适用于任何微生物发酵制备雄烯二酮后得到的下脚料,本发明对具体发酵方法和条件没有特别限定,可采用本领域常规。
本发明的关键为采用丙烷夹带乙醇的亚临界萃取技术,仅一步就能有效破坏下脚料的超稳定乳化状态,能同时萃取出油脂、甲醇和水,既能保证油脂回收率高,同时得到的固形物亦可作为饲料或进一步提取蛋白产品的原料,实现下脚料的全回收利用。
本发明的有益效果在于:
1)采用亚临界破乳技术,不仅油脂回收率高(大于93%),而且能获得品质好的固形物;
2)回收的油脂可循环用于雄烯二醇的生产,可显著降低生产成本;亦可进一步作为工业用油脂原料实现副产物的增值;
3)获得的固形物中蛋白含量高达48%,可用作饲料或进一步提取蛋白的原料,极大地实现了副产物的增值;
4)本发明为微生物制备雄烯二酮下脚料的处理提供了有效解决方法,减少了其潜在的环境污染威胁。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述,本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。
图1示出了本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式,然而应该理解,可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
实施例1
取适量微生物制备雄烯二酮下脚料,采用亚临界破乳技术破乳,破乳剂为夹带乙醇的丙烷(乙醇占比20%,体积比),料液比为1:2(体积比),压力为6.5MPa,温度为60℃,时间为50min。然后降低压力至常压,调整温度为50℃,回收丙烷。采用离心方式进行破乳后的固液分离,离心分离的转速为5000rpm,时间5min。分离获得的液体进行脱溶脱水后得到油脂,脱溶温度120℃,30KPa真空条件下,至溶剂残留小于0.1%,水分残留小于1%。分离获得的固体进行脱溶干燥后得到固形物,温度为120℃,30KPa真空条件下,至溶剂残留小于0.1%,水分残留小于1%。上述条件下,油脂回收率为98%,固形物中蛋白质含量为48%。
实施例2
取适量微生物制备雄烯二酮下脚料,采用亚临界破乳技术破乳,破乳剂为夹带乙醇的丙烷(乙醇占比10%,体积比),料液比为1:1(体积比),压力为4.5MPa,温度为25℃,时间为30min。然后降低压力至常压,调整温度为25℃,回收丙烷。采用离心方式进行破乳后的固液分离,离心分离的转速为2000rpm,时间20min。分离获得的液体进行脱溶脱水后得到油脂,脱溶温度105℃,常压条件下,至溶剂残留小于0.1%,水分残留小于1%。分离获得的固体进行脱溶干燥后得到固形物,温度为105℃,常压条件下,至溶剂残留小于0.1%,水分残留小于1%。上述条件下,油脂回收率为93%,固形物中蛋白质含量为43%。
实施例3
取适量微生物制备雄烯二酮下脚料,采用亚临界破乳技术破乳,破乳剂为夹带乙醇的丙烷(乙醇占比15%,体积比),料液比为1:1.5(体积比),压力为5MPa,温度为40℃,时间为40min。然后降低压力至常压,调整温度为40℃,回收丙烷。采用离心方式进行破乳后的固液分离,离心分离的转速为3000rpm,时间15min。分离获得的液体进行脱溶脱水后得到油脂,脱溶温度110℃,90KPa真空条件下,至溶剂残留小于0.1%,水分残留小于1%。分离获得的固体进行脱溶干燥后得到固形物,温度为110℃,90KPa真空条件下,至溶剂残留小于0.1%,水分残留小于1%。上述条件下,油脂回收率为95%,固形物中蛋白质含量为45%。
实施例4
取适量微生物制备雄烯二酮下脚料,采用亚临界破乳技术破乳,破乳剂为夹带乙醇的丙烷(乙醇占比10%,体积比),料液比为1:1.5(体积比),压力为4.5MPa,温度为60℃,时间为45min。然后降低压力至常压,调整温度为35℃,回收丙烷。采用沉降的方式进行破乳后的固液分离,沉降分离时温度与破乳温度相近,时间为240min。分离获得的液体进行脱溶脱水后得到油脂,脱溶温度120℃,常压条件下,至溶剂残留小于0.1%,水分残留小于1%。分离获得的固体进行脱溶干燥后得到固形物,温度为105℃,60KPa真空条件下,至溶剂残留小于0.1%,水分残留小于1%。上述条件下,油脂回收率为94%,固形物中蛋白质含量为44%。
实施例5
取适量微生物制备雄烯二酮下脚料,采用亚临界破乳技术破乳,破乳剂为夹带乙醇的丙烷(乙醇占比20%,体积比),料液比为1:2(体积比),压力为5.5MPa,温度为25℃,时间为30min。然后降低压力至常压,调整温度为25℃,回收丙烷。采用沉降的方式进行破乳后的固液分离,沉降分离时温度与破乳温度相近,时间为60min。分离获得的液体进行脱溶脱水后得到油脂,脱溶温度105℃,常压条件下,至溶剂残留小于0.1%,水分残留小于1%。分离获得的固体进行脱溶干燥后得到固形物,温度为105℃,常压条件下,至溶剂残留小于0.1%,水分残留小于1%。上述条件下,油脂回收率为97%,固形物中蛋白质含量为46%。
实施例6
取适量微生物制备雄烯二酮下脚料,采用亚临界破乳技术破乳,破乳剂为夹带乙醇的丙烷(乙醇占比15%,体积比),料液比为1:1.5(体积比),压力为4.5MPa,温度为50℃;时间为40min。然后降低压力至常压,调整温度为40℃,回收丙烷。采用沉降的方式进行破乳后的固液分离,沉降分离时温度与破乳温度相近,时间为120min。分离获得的液体进行脱溶脱水后得到油脂,脱溶温度115℃,120KPa真空条件下,至溶剂残留小于0.1%,水分残留小于1%。分离获得的固体进行脱溶干燥后得到固形物,温度为110℃,常压条件下,至溶剂残留小于0.1%,水分残留小于1%。上述条件下,油脂回收率为95%,固形物中蛋白质含量为45%。
对比例1
破乳剂为夹带乙醇的丙烷(乙醇占比5%,体积比),料液比为1:0.5(体积比),其它条件与实施例1相同。上述条件下,油脂回收率为71%,固形物中蛋白质含量为30%。
对比例2
破乳剂为夹带乙醇的丙烷(乙醇占比30%,体积比),其它条件与实施例1相同。上述条件下,油脂回收率为82%,固形物中蛋白质含量为35%。
对比例3
破乳压力为3.5MPa,其它条件与实施例1相同。上述条件下,油脂回收率为46%,固形物中蛋白质含量为24%。
对比例4
破乳时间为20min,其它条件与实施例1相同。上述条件下,油脂回收率为82%,固形物中蛋白质含量为37%。
对比例5
破乳温度为10℃,其它条件与实施例1相同。上述条件下,油脂回收率为84%,固形物中蛋白质含量为38%。
对比例6
破乳剂为夹带乙醇的丁烷,其它条件与实施例1相同。上述条件下,油脂回收率为79%,固形物中蛋白质含量为34%。
测试结果:
1、实施例1-6:油脂回收率均大于93%,固形物中蛋白质含量均大于43%。
2、对比例1:油脂回收率为71%,固形物中蛋白质含量为30%。
3、对比例2:油脂回收率为82%,固形物中蛋白质含量为35%。
4、对比例3:油脂回收率仅为46%,固形物中蛋白质含量仅为24%。
5、对比例4:油脂回收率为82%,固形物中蛋白质含量为37%。
6、对比例5:油脂回收率为84%,固形物中蛋白质含量为38%。
7、对比例6:油脂回收率为79%,固形物中蛋白质含量为34%。
以上已经描述了本发明的各实施例,上述说明是示例性的,并非穷尽性的,并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下,对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (7)
1.一种从微生物制备雄烯二酮下脚料中回收油脂和固形物的方法,所述微生物制备雄烯二酮下脚料为微生物发酵制备雄烯二酮的发酵液分离雄烯二酮后所得的乳化液,其油脂含量为75-80%,其特征在于,包括以下步骤:
1)亚临界破乳:采用夹带乙醇的丙烷为亚临界破乳剂,对微生物制备雄烯二酮下脚料进行亚临界破乳,同时萃取下脚料中的油脂、甲醇和水,得到破乳液,所述亚临界破乳剂中乙醇体积占比为10%~20%,亚临界破乳时料液体积比为1:1~1:2,压力为4.5MPa~6.5MPa,温度为25℃~60℃,时间为30min~50min;
2)回收丙烷:降低体系压力使丙烷气化,并加以回收;
3)分离:对回收丙烷后的破乳液进行固液分离,得到液体部分和固体部分;
4)获得油脂:将分离得到的液体部分进行脱溶脱水,得到油脂;
5)获得固形物:将分离得到的固体部分进行脱溶脱水,得到固形物。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,回收丙烷的压力为常压,温度为25℃~50℃。
3.根据权利要求1-2中任意一项所述的从微生物制备雄烯二酮下脚料中回收油脂和固形物的方法,其特征在于,采用离心分离或沉降分离的方式进行固液分离。
4.根据权利要求3所述的从微生物制备雄烯二酮下脚料中回收油脂和固形物的方法 ,其特征在于,所述离心分离的转速为2000rpm~5000rpm,时间为5min~20min。
5.根据权利要求3所述的从微生物制备雄烯二酮下脚料中回收油脂和固形物的方法,其特征在于,所述沉降分离的温度接近破乳温度,时间为60min~240min。
6.根据权利要求1-2中任意一项所述的从微生物制备雄烯二酮下脚料中回收油脂和固形物的方法,其特征在于,步骤4)中所述脱溶脱水的温度为105℃~120℃,采用常压或真空条件,脱溶脱水至溶剂残留小于0.1%,水分残留小于1%。
7.根据权利要求1-2中任意一项所述的从微生物制备雄烯二酮下脚料中回收油脂和固形物的方法,其特征在于,步骤5)中所述脱溶脱水的温度为105℃~120℃,采用常压或真空条件,脱溶脱水至溶剂残留小于0.1%,水分残留小于1%。
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