CN111032878B - 用于营养油纯化的双重离心过程 - Google Patents

Abstract

此发明涉及一种使用两步连续离心过程从发酵肉汤中提取营养油的方法，这种新颖的方法可在保持产品质量的同时防止油品产率损失。

Description

用于营养油纯化的双重离心过程

相关申请的交叉引用

此申请要求保护2017年8月10日提交的美国临时专利申请号62/543,659的申请日的权益，其内容通过提述在此并入本文。

发明背景

营养油已被公认为是日常饮食中的包含物所必需的，以实现多种所需的健康功效。此类营养油中的一种是含有多不饱和脂肪酸的油(PUFA)。这些类型的油的来源多种多样，包括鱼类、微生物(酵母和藻类)以及可能的经遗传修饰的植物。还众所周知的是，由于所需的不饱和度，这些油可易于氧化，由此对热和长时间的处理敏感。如果这些油确实氧化，则氧化副产物具有极差的味道，且消费者回避该产品。进一步地，期望使用连续或半连续的制造过程以降低生产成本。在此，半连续制造过程是指在发酵过程结束时分批处理发酵培养基。在此，连续制造过程是指连续处理发酵培养基，同时对已处理的发酵培养基进行连续补充。然而，连续或半连续制造过程的挑战在于将所有工艺步骤置于合理的时间范围内，从而允许使用连续或半连续过程。连续或半连续制造过程中的主要子过程之一是从已经经发酵并裂解的产油微生物中提取所需油后，将所需油分离并纯化，以使油产率最大化。

分离和纯化这些类型的油具有挑战性，因为这些油旨在供人类食用，所以必须将氧化副产物的生成降至最低，并且必须避免使用某些有毒添加剂来促进这些油的分离和纯化。

分离和纯化这些类型的油的方法是已知的，并且在许多方法中，在发酵和细胞裂解之后，出于产物分离和纯化的目的，通常存在油产物的水去除步骤。在水去除步骤期间，通常将水相与油相分离并分离出所需的油最终产物，同时去除细胞碎片、消化酶和其他加工助剂。然而，由于存在稳定的乳液(这是由于发酵的微生物产生的以及在消化和细胞壁破裂过程中释放的天然乳化剂)，因此在两种互不相容的流体的界面处进行精确分离是复杂的。将会出现产率损失的问题或产率差的问题。

为了提高油产率，在油制造商方面已经尝试了额外步骤。然而，这将大大增加最终产物的成本。进一步地，考虑到营养油对氧化的敏感性，添加额外的处理步骤将导致所需的油的氧化。此类氧化的油产物产生如使用者认为的非常不受欢迎的气味。

所需要的是，但大概是缺乏的，一种将提供比现有方法更高的产品产率，同时仍使最终油产物的进一步氧化最小化并且不损害油质量的制造过程。考虑到制造的产物的体积非常大，每次产率改善(诸如以1％的增量)将在营养油的制造中节省大量成本。

发明概述

通过使用两步连续离心过程，避免了在获取高质量的油但损失油产率与获取高产率的油但损失油质量之间选择的难题。

在传统的单步离心过程中，在一个离心步骤之后，从轻相中收集最终油产物。收集具有高质量油的油，或者收集具有高收率的油，但不能同时满足两者。例如，如果需要高质量的油，则将分离馏分制成轻相，从而远离轻相和重相之间的界面。这就流失了一些含油流体，其与重相产物一起被丢弃，这导致油收率的损失。如果需要高油产率，则将分离馏分制成接近轻相和重相的界面的重相，以便收集尽可能多的油。通过此类方法收集的油包括分离出的油中的杂质，因此危及油质量。

两步连续离心过程有助于解决上述问题。在第一离心步骤之后，在重相中接近轻相界面处进行分割。保留了轻相中最大量的油，因此确保了高油产率。从第一离心过程中收集的油(油产率高但油质量低)被转移到第二个离心机。在第二次离心之后，通过在轻相中不同于轻相和重相的界面处进行分割来获得高质量油。还通过将来自第二次离心的重相产物再循环到准备好进行处理的下一批发酵肉汤中，来改善油脂产量。上述富含油的再循环产物进一步增强了下一批发酵肉汤中的破乳作用。本发明公开的技术防止了产率损失，同时保持了产品质量。

在一个实施方案中，本发明涉及一种改善营养油产物产率的方法，其中该方法包括对发酵肉汤进行至少两个离心步骤。

在上述方法的一个实施方案中，将在第一离心步骤后产生的轻相产物进料至第二离心步骤的离心机中，且将在第一离心步骤后产生的重相产物丢弃。在分离由第一次离心得到的轻相和重相时，在重相侧中靠近轻相和重相的界面处进行分割，以便尽可能多地收集油。

在上述方法的进一步实施方案中，保留在第二离心步骤后产生的轻相产物，且使在第二离心步骤后产生的重相产物再循环至发酵肉汤，其将在使用上述两个离心步骤的下一轮处理中被处理。在分离由第二次离心得到的轻相和重相时，在轻相侧中靠近轻相和重相之间的界面处进行分割，以便避免收集来自重相的杂质。

在一个实施方案中，营养油是多不饱和脂肪酸(PUFA)油。

在另一个实施方案中，营养油产物的产率大于88％、92％或甚至95％。

附图简述

图1是本申请中公开的双重离心过程的示意图。

图2是表1中数据的图形描述，其比较了使用不同轮次离心制备的样品之间的油产率％。

发明详述

除非另有定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。通常，本文使用的命名法和实验室程序是本领域公知的并且是通常采用的。这些程序使用常规方法，诸如本领域和各种通用参考文献中提供的方法。当术语以单数形式提供时，发明人还涵盖了该术语的复数形式。本文所用的命名法和下文所述的实验室程序是本领域公知的并且是通常采用的。

通过阅读以下详细描述，本领域普通技术人员可以更容易地理解本发明的特征和优点。应当理解，出于清楚的原因，在单独的实施方案的上下文中在上下文描述的本发明的某些特征也可以组合成其子组合。

本文中鉴定为示例性的实施方案旨在说明而非限制。

在本说明书和所附的权利要求中，将参考多个术语，这些术语应定义为具有以下含义：

除非本文另有指示或与上下文明显矛盾，在描述本发明的上下文中(特别是在所附权利要求的上下文中)术语“一(a、an)”和“该、所述(the)”以及类似指示物的使用应被解释为涵盖单数和复数。

除非另有说明，否则术语“包含(comprising)”、“具有(having)”、“包括(including)”和“含有(containing)”应被解释为开放式术语(即，意思是“包括但不限于”)。除非本文另外指示，否则本文中数值范围的列举仅旨在用作分别指代落入该范围内的每个单独值的速记方法，并且每个单独值都被并入说明书中，如同其在本文中被单独叙述一样。

“任选的”或“任选地”意指随后描述的事件或情况可以发生或不能发生，并且该描述包括事件或情况发生的情况以及事件或情况没有发生的情况。

如本文所用的，“油”是指营养油。在一个实施方案中，它是指PUFA油。

如本文所用，“水性”是指单独的水或与其他水溶性组分组合的水，包括该水溶性组分以增强产品促进产品制造过程。

如本文所用的“油相”是指油可溶的水/油混合物的部分。

如本文所用的，“水相”是指水可溶的水/油混合物的部分。

如本文所用的“轻相”或“轻相产物”是指离心产物的上部。它是一种浅色溶液，因为它主要含有油。它在此申请中也被称为油相。

如本文所用的，“重相”或“重相产物”是指离心产物的下部。它是一种深色溶液或淤渣，因为它主要含有细胞碎片。因为它是水溶性的，因此在本申请中也称为水相。

如本文所用的，“发酵肉汤”是指在其中生长产生所需的油的微生物的培养基。

如本文所用的，“乳化剂”是指由产油微生物自然产生的成分，其导致在发酵肉汤的水相和有机相之间形成乳液。

如本文所用的，“两个离心步骤”是指提取营养油的过程，其中在保留最终油产物之前进行两个离心步骤。该短语在本申请中与短语“双重离心”可互换地使用，两者具有相同的含义。

在本发明中，如图1中所示，在从发酵肉汤中分离营养油产物的过程中进行两个或更多个离心步骤。在第一步离心过程中，形成轻相和重相。为了使油产率最大化，在重相中形成分离，从而收集了轻相以及少量不需要的重相。剩余的不需要的水相被丢弃。然后将第一次离心收集的产物进料至第二步离心机，其再次将产物分离为轻相和重相。从轻相中收集高质量油。使重相连同少量轻相再循环至下一批发酵肉汤，用于进行进一步处理，以破坏乳液并随后提取油。可替换地，在进一步的加工步骤中处理重相和一部分的轻相以破坏乳液。

在一个实施方案中，营养油的非限制性实例是不饱和脂肪酸，诸如EPA、DHA、ARA和DPA。

在一个实施方案中，重相组分的非限制性实例是水、盐、脂肪酸、细胞碎片和其他离子材料。

在本文的教导下，应当理解，本领域普通技术人员可以调节这些过程以提供期望的效果，诸如处理速度、纯度、产率等，并且因此，可以涵盖的是，本文未明确定义但可以基于以上公开内容常规地进行的多个处理步骤被认为是此教导的一部分。

在具体的实施方案中，涵盖了双重离心过程。因此，此实施方案可以总结为：

称量水/油混合物，并置于具有搅拌器的加热容器中，该搅拌器选自轴向或径向叶轮及其任意组合。

a.向容器添加发酵肉汤；

b.添加组分以促进乳液形成的破坏。

c.加热所述容器；

d.将所述发酵肉汤泵入第一离心机；

e.离心连续过程中的混合物并丢弃重相；

f.将剩余的混合物泵入第二离心机；

g.离心混合物；

h.保留步骤g中新的轻相中的油产物，且通过泵回至步骤a)中的容器中使新的重相和剩余的轻相再循环，其中添加新一轮的发酵肉汤。

在一个实施方案中，步骤c中的容器被加热至至少70℃。

可以涵盖的是，本申请中描述的双重离心方法既可以用于浴过程中，其中在加入下一批发酵肉汤之前清空破坏乳液容器中的发酵肉汤，也可以用于半连续过程，其中随着发酵肉汤被离心过程消耗，新的发酵肉汤被连续添加至破坏溶液容器中。因此，在一个实施方案中，步骤a)至h)是分批进行的。在另一个实施方案中，步骤a)至h)是连续进行的。

在一个实施方案中，步骤c)中的容器被加热至至少40℃、至少50℃、至少60℃、至少70℃、至少75℃、至少80℃、至少85℃、至少90℃或至少95℃。

在另一个实施方案中，修改了制造方法，使其在特别针对涉及液体离心过程而设计的液体处理设备中实施。BD系列的Alfa Laval离心机就是一个实例。<参考：http://www.alfalaval.com/products/separation/centrifugal-separators/separators/BD-series/>。根据设备制造商的说明以及本领域普通技术人员在接受本文中的教导之后所具有的专门知识，对本文中公开的制造实施方案进行调整。

在另一个实施方案中，两阶段离心过程用于任何发酵肉汤过程中，其中油产物与生物粗料(biomeal)以物理和化学方法分离，并且油与生物粗料互不相容。

在一个实施方案中，使用两个离心步骤提取营养油的方法再被重复一次。在另一个实施例中，该方法再被重复两次。在又另一个实施例中，该方法被重复三次。

在一些实施方案中，油产率大于88％、89％、90％、91％、92％、93％、、94％或95％。

尽管已经使用特定的术语、设备和方法描述了本发明的各种实施方案，但是此类描述仅出于说明的目的。所用的词语是描述性而非限制性的词语。应当理解，本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下做出改变和变化，本发明的精神或范围在所附权利要求中阐明。此外，应该理解，各种实施方案和优选范围的方面可以全部或部分地互换和/或以任何方式组合。因此，所附权利要求书的精神和范围不应限于其中所包含的优选版本的描述。

油产率的计算

通过两种方法计算该产率。在需要核算所有损失(包括过程损失和转移损失)的生产环境中，首选第一种方法。在只关注过程损失的实验室或中试环境中，首选第二种方法。

方法1–整体质量平衡

通过标准分析方法(诸如FAME)测量来自第二离心机的产物流中含有的油的分数。所得的分数乘以产物流的总质量。然后将此结果除以通过分析方法测得的进料混合物中的油分数乘以进料混合物的总质量的乘积。将结果乘以100，可得出％产率。

方法2–来自损失的产率的计算

假定来自第一离心机的重相和喷出物(shot)中的油分数是唯一的过程损失。通过标准分析方法(诸如FAME)测量重相和喷出物中的此油分数。从第一离心机得到的重相中的油分数乘以重相的总质量。来自第一个离心机的喷出物中的所得的油分数乘以喷出物的总质量。将这些结果加在一起，然后除以离心机进料流中的油分数(通过标准分析方法(诸如FAME)进行测量)乘以离开第一台离心机的流(即，轻相，重相和喷出物)的总量的乘积。该结果是过程中油损失的分数。从1中减去该数字，并将结果乘以100，得出％产率。

实施例

实施例1

在此实施例中，描述了本发明的设备设置。以下实施例来自如表1中所示的AEX-O-753。在3000升容器中包含2400kg的肉汤(其是细胞材料、油、水和发酵所需的其他化合物，且包括中间乳液层)，该容器提供充分的混合以使混合物几乎均匀。使用泵和控制回路将此容器中的混合物进料到碟片式离心机中进行流动。离心机以6升/分钟的速率进料，并经调整，以将混合物分离为三部分，一部分是重水相，一部分是来自转腔喷出物(bowl shot)中的高固体含量，另一部分是轻油相。这些相的比例为：1部分轻相/4.5部分重相/0.04部分喷出物。将离心机中的分离在轻相中控制为10％水分的设定点，实际上在轻相中导致大约9％水分。轻相中含有大约95％的油和任何中间层。如通过加热规模的水分分析仪上的典型水分分析所确定的，轻相中的水分可被控制为大约10％+/-3％。来自第一次分离的轻相是大约85％油、9％水和6％其他水性混合物的混合物。

将此混合物进料到第二盘叠式离心机中。将来自此第一次分离的轻相捕获在55加仑的转筒中，并在充分混合以保持均质的情况下进料至100升容器中。来自第一分离的此混合物通过第二次分离被分离成两相，轻相和重相。相的比例为72％轻相和28％重相。第二台离心机的设置是，轻相几乎完全是油，含有少于1％，甚至少于0.5％水分。轻相中的实际水分为0.4％。重相含有来自原始混合物的中间乳液层和几乎所有水。重相还含有大约85％油。使来自第二台离心机的重相再循环到下一批发酵肉汤中用于进一步处理。

使用方法2作为计算产率的方法，基于第一离心机重相损失的产率经计算为95.5％。

实施例2

在此实施例中，实施例1中所述的设备用于通过进行单次离心步骤，或通过进行本发明所涵盖的两个离心步骤，或通过进行两个离心步骤的一个或多个重复来提取营养油。

获得了在进行上述油提取过程之后获得的油样品，并进行比较以显示本发明的优点。

样品1是在进行单次离心步骤后从发酵肉汤获得的PUFA油。这代表了比较实施例。

样品2是在进行两个离心步骤之后从发酵肉汤获得的PUFA油。

样品3是在进行两个离心步骤，随后再进行一轮的两个离心步骤后从发酵液获得的PUFA油。来自上一轮双重离心的第二个离心步骤的丢弃的混合物被添加到下一轮双重离心的发酵肉汤。

样品4是在进行两个离心步骤，随后再进行两轮的两个离心步骤后从发酵肉汤获得的PUFA油。来自上一轮的双重离心的第二离心步骤的丢弃的混合物被添加至下一轮的双重离心的发酵肉汤。

样品5是在进行两个离心步骤，随后再进行三轮的两个离心步骤后从发酵肉汤获得的PUFA油。来自上一轮的双重离心的第二离心步骤的丢弃的混合物被添加至下一轮的双重离心的发酵肉汤。

表1示出了使用两个离心步骤的方法相对于使用单次离心步骤的常规方法的优点，并且在图2中还以图形方式示出了优点。样品1是比较样品，其示出了单次离心步骤的结果。样品1中的重相产物被丢弃而不是被再循环。样品2示出了在进行了一轮双重离心后的油产率。样品3示出了在进行了两轮双重离心后的油产率。在样品3的制备中，将来自第一轮双重离心的重相产物再循环到发酵肉汤，随后其在第二轮双重离心中被处理。

表1中的数据证明了，本申请中所述的双重离心方法导致比单离心方法更高的油收率。表1中的数据进一步证明了，通过将从第二次离心产生的重相混合物再循环到发酵肉汤以用于下一轮处理，进一步增加油产率。

油质量的进一步分析显示样品#1-5之间无变化。

表1–比较样品的产物产率％

Claims (10)

1.一种改善多不饱和脂肪酸油产物产率的方法，其中该方法包括对发酵肉汤进行至少两个离心步骤，

其中将在第一离心步骤后产生的轻相产物进料至第二离心步骤的离心机中，且将在第一离心步骤后产生的重相产物丢弃，

其中在第二离心步骤后产生的轻相产物被保留，且使在第二离心步骤后产生的重相产物再循环至发酵肉汤，其将在使用所述两个离心步骤的下一轮处理中被处理，

其中在所述第一离心步骤之后，在重相侧中且靠近轻相和重相的界面处进行分割，并且在所述第二次离心步骤之后，在轻相侧中且靠近轻相和重相之间的界面处进行分割。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多不饱和脂肪酸油产物的产率大于88％。

3.一种改善多不饱和脂肪酸油产物产率的方法，其包括以下步骤：

a.向容器中添加发酵肉汤；

b.添加酶或氢氧化钠以促进乳液形成的破坏；

c.加热所述容器；

d.将所述发酵肉汤泵入第一离心机；

e.离心混合物并丢弃重相产物；

f.将剩余的轻相泵入第二离心机；

g.离心步骤f的轻相且产生新的轻相和新的重相；

h.保留步骤g中新的轻相中的油产物，且通过泵回到容器中使新的重相和剩余新的轻相再循环，其中添加新一轮的发酵肉汤，

其中在步骤e中的离心步骤之后，在重相侧中且靠近轻相和重相的界面处进行分割；并且在步骤g中的离心步骤之后，在轻相侧中且靠近轻相和重相之间的界面处进行分割。

4.根据权利要求3所述的方法，其中步骤c中的容器被加热至至少40℃、至少50℃、至少60℃、至少70℃、至少75℃、至少80℃、至少85℃、至少90℃或至少95℃。

5.根据权利要求3-4任一项所述的方法，其中所述步骤a-h再被重复一次。

6.根据权利要求3-4任一项所述的方法，其中所述步骤a-h再被重复两次。

7.根据权利要求3-4任一项所述的方法，其中所述步骤a-h再被重复三次。

8.根据权利要求3-4任一项所述的方法，其中所述多不饱和脂肪酸油产物的产率大于88％。

9.根据权利要求3-4任一项所述的方法，其中所述多不饱和脂肪酸油产物的产率大于92％。

10.根据权利要求3-4任一项所述的方法，其中所述多不饱和脂肪酸油产物的产率大于95％。