CN110519992A - 一种从含有脂质和蛋白质的生物质中分离脂质部分和蛋白质部分的方法 - Google Patents

一种从含有脂质和蛋白质的生物质中分离脂质部分和蛋白质部分的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种从含有脂质和蛋白质的生物质的水性介质中同时回收脂质部分和蛋白质部分的方法，所述方法包括从生物质中提取脂质和蛋白质部分的提取步骤，其特征在于，精制步骤包括使生物质与pH为1‑6的至少一种有机酸的水溶液接触，其中所述有机酸的浓度至少为0.1M，并且该方法还包括：对如此处理的生物质进行相分离并回收相对于生物质中含有的脂质的总重量含有至少65％的第一脂质相和含有一种或多种沉淀的蛋白质的第二相。

Description

一种从含有脂质和蛋白质的生物质中分离脂质部分和蛋白质 部分的方法
根据第一项权利要求的前序部分，本发明涉及一种从含有脂质和蛋白质的生物质的水性介质中同时回收脂质部分和蛋白质部分的方法，其中该方法包括从所述生物质中提取脂质和蛋白质部分的精制步骤。
昆虫形成一种有趣的食物来源，潜在地营养丰富，富含蛋白质，脂质，矿物质和维生素。尽管它们具有高营养价值，但大多数人不喜欢昆虫消费。提高它们作为食物成分的可接受性的手段可涉及提取昆虫蛋白质和脂质并使用这些提取物作为食物成分。源自昆虫的蛋白质，脂质，矿物质和维生素的其他可能应用包括它们在木材工业中作为粘合剂中的结构元素的用途，以及它们在通常用于技术应用的复合制剂中的用途。
从动物残余物(例如动物组织)中分离脂肪通常通过称为干法炼制(dryrendering)的过程进行。通过煮沸组织和排出游离脂肪来去除脂肪(Verhé等，2004)。鱼油可以以类似的方式生产。然而，炼制过程存在缺点，即它需要在相对高的温度下进行，结果动物组织中包含的蛋白质变性并且损失其部分或全部功能。得到具有营养价值但没有功能或有限功能的蛋白质水解产物部分。脂质与生物质的分离也可以通过干燥和压制进行(Hu等人，2010)。同样，在升高的温度下进行的干燥步骤导致蛋白质变性。在脂质分离后获得的压滤饼可用作例如动物饲料中的蛋白质来源(Kroeckel等人，2012)。根据另一种方法，可以通过干燥和溶剂提取从生物质中提取脂质(Herrera，2012；Tzompa-Soza等人，2014)。残留的压滤饼被视为化学废物。
蛋白质可具有多种功能。例子包括：介入维持细胞形状的结构蛋白，结构蛋白构成脊椎动物中软骨和骨骼等结缔组织中的结构元件白；催化细胞中生化反应的酶；用作监测器的蛋白质，其响应代谢或外部信号改变其形状和活性，细胞可以分泌各种蛋白质，这些蛋白质成为细胞外基质的一部分或参与细胞间通讯。蛋白质的化学组成和结构通常随其功能的性质而变化。此外，工业蛋白质功能如胶凝，发泡，乳化......对食品，饲料，化妆品，消费品和化学工业都很重要。生物活性功能如抗微生物，抗氧化，防污，抗高血压，饱和，......也可以区分蛋白质和多肽。
Yi等人(2013)研究了昆虫是否可以用作未来食物中的蛋白质来源，并评估昆虫蛋白质的特性和功能。因此，将冷冻干燥的昆虫(包括外骨骼)与2g抗坏血酸在1200ml软化水中的溶液混合，得到约0.01M溶液。观察到形成单独的脂质相。将昆虫悬浮液过筛，并进行离心，得到三个部分：上清液，残余物和粒料。将每个部分冷冻干燥，并使用凝胶电泳进一步分析蛋白质部分的分子量分布，并关于它们的发泡和凝胶形成性质作为代表蛋白质官能度的参数。使用己烷进行脂肪提取。从添加量可以推断，添加抗坏血酸作为抗氧化剂，并且添加量不足以增强蛋白质和脂质之间的相分离。
US4455302公开了一种产生中度蛋白质水解产物的方法，包括未成熟动物蛋白质的可溶性多肽。根据该方法，将原料洗涤并粉碎，在70-90°F(21-32℃)的温度下与稀醋酸溶液接触过夜，同时搅拌。然后，制备pH为3.6-6.5的第二醋酸溶液，并将原料在其中加热至130-140°F(54-60℃)的温度保持30-40分钟。滗析溶解的混合物，通过离心机除去大部分脂肪和颗粒物质。将蛋白质相再次加热至100-120°F，以便可以泵送。然后，可以将溶液喷雾干燥以产生用于伤口愈合的干燥蛋白质粉末。
根据US20110020864，乳酸和有机酸可以用作胶原蛋白提取的溶胀剂，这意味着提取功能性蛋白质并因此最小化水解。
Ullah等人，2010公开了使用HCl作为高浓度的强酸以促进脂质与剩余生物质的相分离，主要用于分析目的。通过蛋白质的变性促进分离以消除其乳化性质。
US3.941.764公开了一种从油籽中制备蛋白质和油的方法，根据该方法，在室温下将1g粉碎的油籽与3至12ml己烷和乙酸的混合物混合并搅拌2-4分钟，从而形成在含油的单相混合物中的残渣悬浮液并将混合物与残渣分离，得到蛋白质残渣和含有混合物。然而，与己烷的接触可导致蛋白质变性。
EP0848911公开了一种从动物源中回收肌肉蛋白的方法，根据该方法，研磨鱼类或肉类肌肉组织并用足量的水洗涤，之后用水和柠檬酸将不溶性部分磨碎，以形成在pH值为5.3-5.5的水溶液中的均匀的小颗粒悬浮液。在随后的步骤中，进一步降低pH，并将如此处理的肌肉组织与pH低于3.5的水性液体混合，水性液体体积与组织重量的比例为至少7:1。这种进一步的pH降低用于将蛋白质组分溶解在水性液体中，同时避免组合物的凝胶化。为了将大部分蛋白质保持在溶液中，应该降低溶液温度和蛋白质在溶液中的时间，特别是当蛋白质溶液的pH达到2.0或更低的较低pH时。据称大多数蛋白质保留在溶液中，而脂质，脂肪，油，骨，皮肤，膜组织等形成不溶或分离的相，其可以容易地从低pH蛋白质水溶液中分离出来以便丢弃。因此，EP0849911公开的方法不寻求回收或最大化肌肉组织的分离的脂质部分。
现有技术出版物均没有公开可以同时提取和分离脂质部分和蛋白质部分的生物质的处理，使得一方面是脂质部分并且另一方面是蛋白质部分适合以后更高的价值。
因此，本发明试图提供一种方法，该方法允许从生物质同时分离适用于进一步增值的脂质部分和蛋白质部分，不需要用有机溶剂处理生物质，所述有机溶剂在得到适合于进一步使用的脂质部分或蛋白质部分或其部分或两者。
根据本发明，这通过示出第一项权利要求的特征部分的技术特征的方法来实现。
因此，本发明涉及一种从含有脂质和蛋白质的生物质的水性介质中同时回收脂质部分和蛋白质部分的方法，其中该方法包括从生物质中提取脂质和蛋白质部分的精制步骤。本发明的方法的特征在于所述精制步骤包括使生物质与pH值为1-6的至少一种有机酸的水溶液接触，并且该方法还包括将如此处理的生物质进行相分离，并从该相分离中回收含有相对于生物质中所含脂质的总重量至少65％的第一脂质相和含有上清液中溶解的蛋白质、一种或多种沉淀的蛋白质和/或不溶性物质的第二蛋白质相。
发明人已经观察到使生物质与至少一种有机酸的水溶液接触，其中所述溶液的pH为1至6，可以在相对短时间内获得大量生物质中包含的蛋白质和脂质的提取物。已经观察到，使生物质与有机酸水溶液接触足以实现脂质和蛋白质从生物质中几乎瞬时释放，并且可以省去进一步混合或搅拌指定时间段。因此，在相分离期间，形成至少第一部分，其通常含有在分开的相中的提取的脂质。该第一部分可以是液相，高粘性相或固相的形式，这取决于温度。该第一部分相对于第二液相的第二部分形成单独的相，并且可以容易地从其中分离。第二部分通常含有上清液的液相，残余部分是溶解的有机酸，以及生物质中包含的可能的其他溶解物质，例如生物质中包含的蛋白质部分。此外，形成第三相，其通常沉淀在底部，含有一种或多种沉淀的蛋白质。蛋白质和脂质部分可以使用本领域技术人员认为合适的任何技术彼此分离，例如通过沉降或离心，但也可以使用任何其他合适的技术。脂质部分通常形成有机酸处理的生物质的上层相，而含蛋白质的部分通常形成有机酸处理的生物质的下层相。
本发明的方法具有以下优点：与现有技术方法相比，本发明可以在不使用有机溶剂如己烷的情况下从生物质中分离或回收比迄今为止更大部分的脂质。特别地，脂质部分通常含有生物质中存在的脂质总量的至少65％，通常至少70％，优选至少72.5％，更优选至少75％，通常至少80％，甚至更多。在特定的情况下，可以提取生物质中包含的至少90重量％的脂质，甚至至少95重量％。由此，可以以高纯度获得脂质，通常为85％或更高。如上所述，本发明可以高产率地提取脂质，而且本发明的方法可以获得高纯度的脂质。特别地，基于脂质部分的重量，已发现脂质部分的脂质纯度为至少70.0重量％，优选至少75.0重量％。
此外，与现有技术方法相比，本发明可以从生物质中回收比迄今为止可以实现的更大部分的蛋白质，蛋白质保持其功能性。特别地，基于生物质中存在的蛋白质总量，第二蛋白质部分含有至少25重量％，优选至少30重量％。为此，可能需要使溶解在第二液相中的蛋白质经受进一步处理以引起蛋白质沉淀。当如上所述对生物质进行有机酸处理时获得的第二相通常包含处于沉淀状态的蛋白质和含有一种或多种处于溶解状态的蛋白质的液相。
进一步发现，通过本发明，可以将从生物质中提取的一种或多种蛋白质变性的风险降低到最小，并且蛋白质可以保持其功能性。这可以从图2中观察到，表明基于生物质中包含的蛋白质的总重量，使用pH为约4至6的水溶液可以提取至少20％的蛋白质，pH值为7时至少25％，pH值为8时至少为40％，pH值为10时至少为60％，pH值为2时至少为45％。当使用炼制作为蛋白质提取方法，得到的变性蛋白质在整个pH范围内仅溶解10％。由此，相对于蛋白质总重量来计，至少20重量％的蛋白质可溶于pH为4-6的水溶液中，至少25重量％的蛋白质可溶于pH为7的水溶液中，至少40重量％的蛋白质可溶于pH为8的水溶液中，至少60重量％的蛋白质可溶于pH为10的水溶液中，至少45重量％的蛋白质可溶于pH为2的水溶液中。
添加到生物质中的有机酸水溶液的量可以在宽范围内变化，并且技术人员能够选择添加的量从而使得生物质中存在的蛋白质与生物质中存在的脂质的分离最大化。当使用乳酸作为有机酸时，浓度低于0.1M时，几乎不能从生物质中获得任何相分离和/或脂质和/或蛋白质提取。尽管可以容许添加一些过量的有机酸，并且通常不会对蛋白质的结构和功能性产生不利影响，但是过多的有机酸风险会损害该方法的经济可行性。因此，有机酸水溶液的体积与生物质的重量的比率可以为至少3.0，优选至少5.0，更优选至少6.0，最优选至少10.0，或甚至至少11.0。出于实际原因，要避免太大量的有机酸水溶液，因此有机酸水溶液的体积与生物质的重量的比率通常最大为15，尽管它也可以更低。
尽管添加至少一种有机酸通常会导致至少部分蛋白质沉淀，但具有不同等电点的蛋白质可能仍然溶解在液体水性上清液中。然而，这些蛋白质的分离或回收以及工艺产率的提高可以使用本领域技术人员熟知的技术实现，以实现蛋白质沉淀，例如通过将pH值改变为对应于蛋白质等电点的值，但也可以使用其他技术。
通过使用pKa为1.0至6.0，优选pKa为1.5至6.0，更优选pKa为2.0至6.0，或pKa为2.5至6.0，特别是pKa为2.5至5.0，优选2.5至4.5，更特别是3.25至4.5的弱有机酸，可以使至少一种蛋白质的功能受到影响的风险最小化。
在一个优选的实施方案中，所述至少一种有机酸水溶液的pH为1.0至6.0，优选1.5至6.0，更优选2.0至6.0，最优选2.5至6.0，特别是2.5至5.0，优选2.5至4.5，更特别是3.25至4.5。使生物质与至少一种有机酸的水溶液接触可以使有机酸水溶液的pH升高，从而获得pH值为3.0至6.0，优选3.3至5.0的生物质和有机酸水溶液的液体混合物。
所述至少一种有机酸可以是单羧酸或二羧酸，多羧酸。优选地，有机酸是单羧酸或多羧酸有机布朗斯台德酸，更优选是α-羟基酸，或两种或更多种这些酸的混合物。用于本发明的优选有机酸包括未取代、含有一个或多个取代基的有机酸，例如一个或多个OH基团，特别是相对于羧酸基团的α位，或一个或多个-COOH基团，或一个或多个NH2基团或任何其他合适的取代基。含有至少两个碳原子的有机酸的使用是优选的，因为它们的相容性和易于与生物质相互作用可以改善蛋白质提取，以及它们与待提取蛋白质的相容性。
特别地，用于本发明方法的有机酸包括一种或多种选自以下的有机酸：甲酸，乙酸，丙酸，丁酸，戊酸，己酸，乳酸，乙醇酸，苹果酸，扁桃酸，抗坏血酸，琥珀酸，壬二酸，巴比妥酸，二苯乙醇酸，肉桂酸，戊二酸，葡萄糖酸，苹果酸，叶酸，丙炔酸，鞣酸，尿酸，没食子酸，乙酰水杨酸，C8-C12脂肪酸，或两种或多种前述酸的混合物。然而，也可以考虑使用苯甲酸，己二酸，偏苯三酸，在溶液中作为唯一的有机酸组分或与一种或多种前述有机酸的混合物。特别优选的是选自乙醇酸，乳酸，柠檬酸和扁桃酸的α羟基酸或这些酸中两种或多种的混合物。虽然不是特别优选，可用于本发明的其它有机酸包括草酸，柠檬酸，丙二酸，酒石酸，谷氨酸，邻苯二甲酸，富马酸和水杨酸。取决于待提取的蛋白质的性质，可以使用两种或更多种有机酸的混合物来促进多种蛋白质的沉淀，或者仅选择性地沉淀选定的蛋白质组。通过改变混合物中含有的有机酸的性质以及组合物中每种有机酸的浓度，考虑到从生物质中提取并实现相互分离的脂质和蛋白质的性质，本领域技术人员可以调节有机酸混合物的组成。
进行本发明方法的温度，特别是生物质与至少一种有机酸溶液接触的温度，以及根据本发明优选实施方案进行任何其它处理的温度，优选地对生物质中包含的蛋白质的结构和功能性产生不利影响的风险最小并且脂质的氧化或水解的风险最小。另一方面，可以选择温度以考虑生物质中包含的脂肪的性质。因此，优选选择使得生物质中包含的大部分脂肪处于流体状态。因此，不饱和脂肪的浓度越高，处理温度越低。为此，生物质的温度优选保持在0至50℃，特别是5至40℃，更优选10至30℃，最优选20至25℃或室温。
为了实现生物质中所含蛋白质的最大提取，溶剂中有机酸的浓度通常为至少0.1摩尔/升，优选至少0.15摩尔/升，更优选至少0.20摩尔/升，最优选至少0.25摩尔/升，特别是至少0.30摩尔/升，更特别是至少0.40摩尔/升或至少0.50摩尔/升。低于0.25摩尔/升时，几乎没有观察到乳酸的任何影响。下限和上限可以根据有机酸的性质而变化，并且可以通过有机酸的pKa和生物质的类型来确定。尽管可以使用过量的有机酸，但优选将过量保持在所需的限度内，不仅是为了使溶液的pH值过低的风险最小化，而且出于工艺成本的角度，并使另外的纯化步骤以除去有机酸的成本最小化。最佳的有机酸浓度可取决于所用有机酸的性质，以及生物质中存在的蛋白质和脂质的性质和浓度，并且可由技术人员相应地容易地调整。
为了确保生物质中所含蛋白质的最大回收率，可以在与有机酸接触之前对生物质进行机械破碎处理。机械破碎处理的目的是多方面的，它可能是用于破坏生物质中包含的生物体的外骨骼以释放生物体的内容物，使得至少其中包含的蛋白质和脂质可用于根据本发明进行处理，或用于减小生物质颗粒的尺寸。可以使用本领域技术人员已知的各种机械处理，例如压碎，糖化，碾磨，研磨，粉碎等。这样机械处理的生物质可以分离成流体物质或汁液和含有任何外骨骼、生物质的纤维或固体材料的固相。或者换句话说，这样机械处理的生物质优选分离成含有脂质和蛋白质的部分以及含有微溶性或不溶性多糖，例如纤维或外骨骼部分的固相。机械处理优选使得蛋白质变性的风险或生物质中包含的脂质的氧化或水解的风险可以降低到最小。此外，机械处理优选使得剪切力降低到最小，并且将生物质加热到超出所需温度降低至最小。
取决于生物质的性质，机械处理还可以用于实现生物质的细胞壁的破坏并且使细胞中包含的功能化合物被释放。
然后可以将如此机械处理的生物质分离成含有脂质和蛋白质级分的第一物质(其中第一物质用有机酸处理)和固体残余物。固体残余物通常含有不溶性或微溶性多糖。然而，在本发明的范围内，还可以将机械处理的生物质全部用至少一种有机酸进行分级分离处理，特别是在固相含有过高浓度的所需组分的情况下，从而省去了分离多糖固体残余物。
优选地，机械处理的生物质中包含的任何固体残余物或任何固体颗粒与流体相分离，以最小化非蛋白质化合物对流体相的污染，并允许以尽可能高的纯度分离蛋白质。固体残余物的分离可以通过本领域技术人员已知的许多技术实现，例如筛分，离心，过滤和任何其他合适的技术。当生物质来自昆虫或具有外骨骼的其他生物体时，固体残余物通常含有几丁质。在蛋白质的许多应用中，几丁质的存在是不希望的。
当如本发明所述用有机酸处理生物质时，可以形成第二液相，其通常含有有机酸并且还可以含有一种或多种处于沉淀或溶解状态的蛋白质。如果设想所有蛋白质的最大回收率，则该含有至少一种有机酸并且在使生物质与有机酸接触时形成的第二液相可以进行单独的程序以回收溶解在其中的蛋白质。通过例如沉淀来回收溶解的蛋白质可以使用本领域技术人员通常已知的方法实现，例如使用盐析，等电沉淀，膜分离等。
本发明的方法适用于多种生物质，这些生物质可以是动物，植物，细菌或真菌来源或其两种或更多种的混合物。合适的动物来源的生物质包括昆虫，鱼类，家禽部分，哺乳动物部分等。植物来源的合适生物质包括：藻类，大豆，豌豆，鹰嘴豆，豆类，豆芽，蘑菇，各种种子如芝麻，亚麻籽(line seed)，奇亚籽(chia seed)，向日葵籽等，谷类，香蕉(banana’s)，鳄梨(avocado)等。真菌来源的合适的生物质包括真菌和酵母。然而，含有两种或更多种前述生物质的混合物也可用于本发明的方法中。可以使用活的生物质以及死的生物质或其混合物。本发明的方法适用于湿生物质，即含有生物质流体的生物质，以及用于已经过干燥或脱水(例如冷冻干燥)的生物质。优选地，干燥以这样的方式进行，即生物质中包含的脂质和蛋白质的化学组成、结构和功能的不利影响降至最低。此外，生物质可以部分脱水或干燥或完全脱水或干燥。当使用干燥或脱水的生物质作为起始产物时，尽管本发明的方法不需要，但在进行本发明的方法之前，生物质可以至少部分地再水合。
本发明的优点在于提供了一种温和的分离技术，用于分离脂质和蛋白质，这种技术可以在室温下进行，不需要使用有机溶剂如己烷。本发明的方法允许维持蛋白质的功能并使生物质中所含蛋白质变性的风险最小化。结果，用本发明方法获得的蛋白质可用于多种应用，其营养价值对于基于其氨基酸组成的食品和饲料非常有用，同时具有重要的工业功能(发泡，胶凝特性，乳化等......)，使它们非常适合作为食品成分或用于化学工业。蛋白质的其他性质，特别是它们的生物活性，例如它们的抗微生物活性，特别是它们减少在饲料中使用抗生素的需要的能力，它们的抗高血压性质，它们的抗氧化性质等......在设想的某些应用中也是重要的。
在不损失蛋白质功能的情况下从生物质中分级分离脂质和蛋白质是可以用本发明的技术实现的关键优势。用本发明方法获得的功能蛋白质适用于广泛的应用，例如食品，饲料和化学工业。因此，本发明还涉及用本发明方法获得的功能性蛋白质在人类食品，动物饲料和其它化学应用中的用途。因此，本发明还涉及含有一种或多种用本发明方法得到的蛋白质的人食品和含有一种或多种用本发明方法得到的蛋白质的动物饲料。本发明一般涉及含有用本发明方法获得的蛋白质部分、脂质部分或蛋白质和脂质部分的混合物的食品或饲料组合物。除食品和饲料工业外，可用本发明方法提取的蛋白质也可具有以下工业应用：例如，它们适用于可食用薄膜和用具有成膜和乳化性质的蛋白质涂覆。含有用本发明方法获得的蛋白质的微胶囊在制药工业中可用作控制药物释放装置，用于治疗和用于固定其它大分子。因此，本发明还涉及含有一种或多种用本发明方法获得的功能性蛋白质的控释制剂。本发明进一步涉及包含用本发明方法获得的一种或多种脂质和/或一种或多种功能性蛋白质的化妆品制剂。用本发明方法获得的蛋白质还可用于木材工业中的粘合剂和其它工业应用。它们也是用于头发和皮肤护理或护理的化妆品的有用成分。此外，脂质在食品和饲料中用作营养成分，但也用于油脂化学中，例如用于表面活性剂中。
在下面的实施例中进一步说明了本发明。
图1显示了当对实施例1的新鲜压碎的幼虫进行炼制或进行本发明处理时获得的上层以及第一和第二粒料的质量分数。
图2显示了在乳酸盐处理和炼制后从幼虫汁液中回收的蛋白质粒料1中包含的蛋白质部分的溶解度，作为溶液pH值的函数。
图3概述了当用根据本发明的不同有机酸和HCl处理昆虫汁液时不同部分的质量分布以及生物分子(蛋白质和脂肪)的分布。
图4显示了一种方案，根据该方案，可以根据本发明处理生物质或更具体的昆虫幼虫或昆虫，特别是仅处理幼虫汁液(选项1)，处理含有粒料的幼虫外骨骼和幼虫汁液的混合物(选项2)，以及单独处理幼虫汁液和含有粒料的幼虫外骨骼(选项3)。
图5显示了在对解冻的，压碎的湿昆虫幼虫上的乳酸盐试验的离心后的各部分的干重百分比。在不同的试验中，如实施例2中所述改变温度和固体:液体比率。
实施例1
将新鲜幼虫机械预处理成幼虫汁液和富含几丁质的部分。
将幼虫汁液在接受器中与乳酸0.5M和pH为1.8的水溶液混合。液体与干燥固体基于重量的比率为13.5。将混合物在室温(21℃)下在水平振荡器上以200rpm(转/分钟)的转速振荡30分钟。然后通过将混合物进行离心(例如4000g，30分钟)或沉降来进行相分离。由于相分离，形成了三层：
1.主要含有脂质的上层，
2.接着是一层含有溶解蛋白质的上清液。
3.最下面的层含有沉淀的蛋白质，称为粒料1。
下面给出的粒料和上层的结果通过重量分析和基于上层和干燥蛋白质的干重确定。
通过移液法回收上层，并在105℃下干燥48小时。通过重量分析确定脂质提取产率。
将蛋白质沉淀(粒料1)冷冻干燥直至稳定重量并通过重量分析测定提取产率。
在4℃，pH 4.5，用NaOH 1M通过pH沉淀回收第二层溶液中溶解的蛋白质并在4000g下离心15分钟。将沉淀的蛋白质(粒料2)冷冻干燥至稳定重量，并通过重量分析测定提取产率。
不同部分的蛋白质和脂质的组成示于表1中。从表1中可以看出，上层占40重量％的昆虫汁液干重(DW)。粒料1部分为22重量％的昆虫汁液干重，而粒料2部分为12重量％。相对于上层的重量，上层含有92重量％的脂质。相对于粒料部分的重量，粒料部分含有32至38重量％的脂质。
粒料1部分中含有的蛋白质在pH4-6下显示出最低的溶解度(相对于粒料1蛋白质总重量为22-23％)，在pH 10下显示出最高的溶解度63％(相对于粒料1中蛋白质总重量)。
实施例2
室温1小时期间，在液体和干燥固体比率分别为3和11情况下，用0.5M乳酸盐处理解冻的、压碎的、湿幼虫，在图4中称为“选项2”。离心15分钟后，形成4层，分别是：
1.主要含有脂质的上层(1)，
2.含有溶解的蛋白质的第二层上清液(2)。这些溶解的蛋白质通过改变pH的处理后不沉淀，如图4所示，得到“粒料2”。因此，“粒料2”蛋白质是这些测试中的上清液蛋白质部分。
3.第二层下面的层(3)含有沉淀的蛋白质(称为“粒料1”)，
4.并且底层(4)含有外骨骼颗粒。
上述粒料和上层的重量是重量分析并且基于干重而没有对各部分进行生化分析。通过上清液的总N分析确定上清液蛋白质的质量。在干燥之前洗涤脂质部分和两个粒料并称重以除去任何剩余的乳酸盐和其它水溶性化合物。所有部分的总和代表质量平衡，由于洗涤过程并且因为未测量部分中存在的碳水化合物和矿物质的量而低于100％。
该实施例旨在减少液体的量，增加含脂质上层的质量和纯度并减少外骨骼粒料的质量。该实验还旨在增加含有沉淀的蛋白质的粒料1的质量。
结果表明，室温的温度足够高，可以允许分离脂质，清洁外骨骼粒料并实现蛋白质的沉淀。从图5中给出的结果可以观察到，通过增加溶剂的加入量并因此通过将液体:固体比率从3增加到11，可以改善前述化合物的分离。
当将温度升高到室温以上时，在该实施例中为45℃，获得“脏”粒料，可能是由于蛋白质变性阻塞在外骨骼上。
从图5中可以看出，在室温下液体与固体比率为11时，获得了可分离的脂质和蛋白质量的最佳结果。
对比实验A
使用实施例1的设置，不同之处在于幼虫汁液仅与水混合，不添加有机酸，并且在100℃下以200rpm振摇18小时以模拟实验室规模的炼制。结果如图1所示。
不同部分的蛋白质和脂质的组成示于表1中。表1的结果呈现在图1中。
表1：与炼制相比，通过乳酸盐处理过程的上层和粒料部分的蛋白质和脂质组成。
与生物质进行乳酸处理时上层包含40重量％相比，通过炼制获得的上层包含10重量％的昆虫汁干重。将脂质相水解成脂肪酸很可能导致脂质上层的产率降低。通过炼制得到的粒料1部分为相对于生物质的重量来计的57重量％。通过炼制得到的粒料2部分为相对于生物质的重量来计的1重量％。上层含有96％的脂质。粒料部分含有相对于各个粒料部分的质量来计的39至46重量％的脂质。
与实施例1相比，粒料部分2的重量低，表明粒料部分2中的水溶性蛋白质的含量低，很可能是由于在100℃温度处理过程中蛋白质的变性。通过测量不同蛋白质部分的水溶性进一步探索该假设，如图2所示。
在pH 2至10的范围内，粒料部分1的溶解度为相对于粒料部分1的重量来计的10-11重量％。
从对比实验A和实施例1的比较可以得出结论，与实施例1相比，使用炼制提取蛋白质产生具有较低水溶性的颗粒粒料1，表明在对比实验A中蛋白质的变性和功能性的丧失。
对比实验B
与实施例2类似，将称为“选项2”的解冻的、压碎的、湿的幼虫用pH2的HCl处理1小时。pH与实施例2中的相同。液体:固体比率分别使用3,6和11，实验在45℃下进行。液体:固体比率分别使用3和11，实验在室温下进行。在这些实验中没有形成脂质层，因此不能用HCl从生物质中提取脂质。用昆虫汁液代替完全压碎的幼虫重复相同的实验并在下一段(pH 2的HCl)中描述，因为仅昆虫汁液作为来源而没有几丁质部分，形成少量脂质上层。
实施例3-6：有机酸性质的影响
如实施例1中所述制备昆虫汁液并通过在室温下用乳酸(实施例3)，乙酸(实施例4)，柠檬酸(实施例5)处理汁液进行分级分离。另外，用乳酸进行实验，其中通过加入HCl将pH也保持在2(实施例6)。结果如图3和表2所示。
通过蛋白质和脂质的分析确定每个部分中包含的各组分的纯度。其余(“其他”)通过减去蛋白质和脂质来计算。例如，上层构成59重量％的生物质，包括超过48重量％的脂质和12重量％的蛋白质。由于引起分级分离而添加的有机酸对干重的贡献，所有干重部分的总和大于100。表2还显示了从计算中去除“其他”的质量平衡。这也可以计算产物产率和分离的部分中的脂质或蛋白质的纯度。
图3和表2中所示的数据表明，在所有处理中，上层的重量变化，并且上层含有相对纯的脂质部分。然而，在所有部分(上层，粒料1，粒料2和上清液)中发现蛋白质。某一部分中所含蛋白质的性质和数量取决于蛋白质的水溶性，蛋白质的沉淀行为和蛋白质与脂质的相互作用。
处理的总体目标是使上层中脂质的产率和纯度最大化，并使粒料1中蛋白质的产率和纯度最大化。另外，粒料2可以增加分离的蛋白质的产量或产率。
在表2中，可以看出用柠檬酸得到上层中脂质的最大产率(以相对于生物质的重量的脂质部分的重量％计，)(77.49％)，然后是pH 2的乳酸(68.44％)，再然后是乳酸本身(66.95％)。然而，上层脂质的纯度乳酸最高(89.63％)，而柠檬酸显示出显著较低的纯度(74.12％)。pH 2的乳酸处理的上层纯度处于中间(80.52％)。
评估不同酸处理性能的另一个鉴别因素是粒料1中蛋白质的提取产率和纯度。pH2的HCl获得最高的蛋白质产率(以相对于生物质重量的重量％计)(52.22wt％)，然而，由于脂质产率不足(35.20重量％)并且蛋白质变性可能导致高蛋白质产率，因此放弃该处理。用乙酸获得第二高的蛋白质产率(39.21重量％)，然后是乳酸(32.00重量％)。乳酸处理使得粒料1中的蛋白质纯度高于乙酸(31.43％相对于26.26％)。然而，乙酸相对于乳酸的脂质产率较低(53.95重量％相对于66.95重量％)，因此总体而言优选乳酸处理。由于pH 2的柠檬酸和乳酸获得最高的脂质产率，因此评估蛋白质产率和纯度。用柠檬酸处理得到的颗粒1仅产生19.94wt％的蛋白质，蛋白质纯度仅为21.41％。在pH 2的乳酸处理的颗粒1仅产生16.18重量％的蛋白质，蛋白质纯度为24.81％。这些值不如用乳酸处理获得的蛋白质产率和纯度(分别为32.00重量％和31.43％)。
基于所有观察和目标，即分别获得粒料1和上层中的蛋白质和脂质的最大产率和纯度，用乳酸处理优于所有其他处理。
实施例7：通过用乳酸处理从碎肉中提取脂质和蛋白质
根据实施例1中描述的方法，通过用乳酸处理对作为替代原料的碎肉进行分级分离。用乳酸处理碎肉的结果示于表3中。上层脂质的产率为与实施例1相比较低，而脂质的纯度较高。显然，由于许多脂质存在于两种粒料中，因此该原料中脂质的分离效果较差。另外，与实施例1相比，用碎肉的粒料1中蛋白质的产率和纯度更高。该实施例表明必须根据待分级分离的原料对处理进行微调。
表3：用乳酸处理碎肉
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Claims (33)

1.一种从含有脂质和蛋白质的生物质的水性介质中同时回收脂质部分和蛋白质部分的方法，所述方法包括从所述生物质中提取脂质和蛋白质部分的精制步骤，其特征在于，精制步骤包括使所述生物质与pH为1-6的至少一种有机酸的水溶液接触，并且该方法还包括使如此处理的生物质经历相分离并从相分离中回收含有相对于生物质中含有的脂质的总重量的至少65％的第一脂质相和含有上清液中溶解的蛋白质、一种或多种沉淀的蛋白质和/或不溶性物质的第二蛋白质相。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述精制步骤在0至50℃，优选5至40℃，更优选10至40℃，最优选20至30℃的温度下进行。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述至少一种有机酸是弱的单羧酸或多羧酸，其pKa为1.0-6.0，优选1.5-6.0，优选2.0-6.0，更优选2.0-5.0，最优选2.5-4.5，尤其是3.25-4.5。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述生物质和有机酸水溶液的混合物的pH为3.0-6.0，优选3.3-5.0。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述有机酸水溶液的重量与生物质的重量的比率为至少3.0，优选至少5.0，更优选至少6.0，最优选至少10.0，或者甚至至少11.0。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述有机酸水溶液的重量与所述生物质的重量的比率最大为15。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，第二相中沉淀的蛋白质包括相对于生物质中包含的蛋白质的总重量的至少25重量％，优选至少30.0重量％的蛋白质。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述脂质部分的脂质纯度为基于脂质部分的重量的至少70.0重量％，优选至少75.0重量％。
9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，第二相中沉淀的蛋白质部分具有功能性蛋白的纯度为基于沉淀部分的重量的至少25重量％，优选至少30.0重量％。
10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述至少一种有机酸选自:单羧酸有机酸，多羧酸有机酸，优选α-羟基酸，或其中两种或更多种这类有机酸的混合物。
11.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述有机酸具有下式：
R-COOH
其中R可以是芳族部分或直链或支链烷烃部分，其可以是饱和的或可以含有一个或多个不饱和键，优选R是含有1至12个碳原子，优选2至12个碳原子的烷烃部分，
其中R可含有一个或多个取代基。
12.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，有机酸选自：甲酸，乙酸，丙酸，丁酸，戊酸，己酸，乳酸，扁桃酸，乙醇酸，苹果酸，柠檬酸，抗坏血酸，琥珀酸，壬二酸，巴比妥酸，二苯乙醇酸，肉桂酸，戊二酸，葡萄糖酸，苹果酸，叶酸，丙炔酸，鞣酸，尿酸，没食子酸，乙酰水杨酸，C8-C12脂肪酸，苯甲酸，己二酸，偏苯三酸，或两种或更多种前述酸的混合物。
13.如权利要求10-12中任一项所述的方法，其中，所述α羟基酸选自：乙醇酸，乳酸，柠檬酸，扁桃酸，或两种或更多种前述酸的混合物。
14.如权利要求12或13所述的方法，其中，水溶液中乳酸的浓度为至少0.20摩尔/升，优选至少0.25摩尔/升，更优选至少0.30v，最优选至少0.40摩尔/升，特别是至少0.50摩尔/升。
15.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二相包含处于沉淀状态的蛋白质以及含有一种或多种处于溶解状态的蛋白质的液相，并且其中溶解在第二液相中的蛋白质经进一步处理以产生其沉淀。
16.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在与有机酸接触之前，所述生物质经机械破碎处理，使得生物质的细胞破裂。
17.如权利要求16所述的方法，其中，将如此机械处理的生物质分离成待经处理的流体物质和固体残余物。
18.如前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下步骤：回收第一脂质相，包含溶解在有机酸水溶液中的蛋白质的上清液的层，和包含沉淀的蛋白质的下层。
19.如前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下步骤：使有机酸水溶液和生物质的混合物经机械分离，特别是离心，并回收第一脂质相，包含溶解在有机酸水溶液中的蛋白质的上清液的第二层，沉淀的蛋白质的层和/或不溶性物质的层。
20.如权利要求16-19中任一项所述的方法，还包括回收包含固体生物质外骨骼的层的步骤。
21.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，相对于脂质部分的重量，脂质部分含有生物质中存在的脂质总量的至少60％，优选至少70％，更优选至少72.5％，最优选至少75％，通常至少80％，或甚至至少90％。
22.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，相对于蛋白质部分的重量，蛋白质部分含有生物质中存在的蛋白质总量的至少25％，优选至少30％，更优选至少50％，最优选至少60％，通常至少80％，或甚至至少90％。
23.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述生物质来源于动物，植物，细菌或真菌，或两种或更多种前述生物质的混合物。
24.如权利要求23所述的方法，其中，所述生物质是动物来源并且选自昆虫，鱼，家禽部分，哺乳动物部分。
25.如权利要求23所述的方法，其中，所述生物质是选自以下的植物生物质：藻类，大豆，豌豆，鹰嘴豆，豆类，豆芽，蘑菇，各种种子，例如芝麻，亚麻籽，奇亚籽，向日葵籽，谷类，香蕉，鳄梨，或选自真菌和酵母的真菌来源，或细菌来源。
26.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述生物质是活的生物质，死的生物质或其混合物。
27.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述生物质来自以下一种或多种或者两种或更多种的混合物：新鲜生物质，部分脱水生物质，完全脱水生物质，或者是在接触至少一种有机酸水溶液之前再水合的生物质。
28.如权利要求27所述的方法，其中，所述部分或完全脱水的生物质通过在最高60℃的温度下冷冻干燥或干燥方法得到。
29.如权利要求27或28所述的方法，其中，在与有机酸接触之前，所述生物质用水或至少一种有机酸的水溶液润湿。
30.一种食物或饲料组合物，其含有用权利要求1-29中任一项所述的方法获得的蛋白质部分，脂质部分或其组合。
31.一种用于技术应用的组合物，尤其是粘合剂组合物，其含有用权利要求1-29中任一项所述的方法获得的蛋白质部分，脂质部分或其组合。
32.如权利要求30或31所述的组合物，其中，相对于蛋白质总重量的至少20重量％的蛋白质可溶于pH为约4至6的水溶液中。
33.如权利要求32所述的组合物，其中，相对于蛋白质总重量来说，至少25重量％的蛋白质可溶于pH为7的水溶液中，至少40重量％的蛋白质可溶于pH为8的水溶液中，至少60重量％的蛋白质可溶于pH为10的水溶液中，至少45重量％的蛋白质可溶于pH为2的水溶液中。
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