CN111575110A - 一种含有多不饱和脂肪酸的微生物油脂的纯化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种含有多不饱和脂肪酸的微生物油脂的纯化方法。该纯化方法包括如下步骤：在所述微生物油脂与溶剂接触前，分离所述微生物油脂中影响所述微生物油脂澄清度的物质。本发明的提纯方法操作简单，不需要额外添加反应助剂，得到的油脂稳定且低温下澄清度好，便于规模化生产。

Description

一种含有多不饱和脂肪酸的微生物油脂的纯化方法
技术领域
本发明涉及油脂提取技术领域，更具体地，涉及一种含有多不饱和脂肪酸的微生物油脂的纯化方法。
背景技术
微生物油脂为甘油脂肪酸酯的混合物，富含多不饱和脂肪酸的微生物油脂在较低温度下储放时容易出现絮状沉淀物，需要对这样的微生物油脂进行进一步的纯化。纯化的原理是利用油脂中各脂肪酸酯熔点的差异，逐级降温使熔点较高的饱和脂肪酸酯结晶析出后将其去除，提高微生物油脂的不饱和度以及在低温下的澄清水平。
目前降温纯化的主要有两种，第一种工艺采用低温沉降法，需要添加溶剂到提取得到的毛油中，增加油脂在低温下的沉降效果，然后通过吸取上清液或过滤收集滤液的方法得到去除饱和脂肪酸酯后的冬化油脂，再进行后续生产，该工艺直接将粗提得到的微生物油脂进行低温沉降工艺，虽然能够有效提升多不饱和脂肪酸的含量，但是生产工艺中，毛油中容易溶有部分裂解的微生物细胞碎片、蛋白、其他脂类等杂质，且每一批次的粗提微生物油脂(简称毛油)中多不饱和脂肪酸质量及所含杂质的含量并不相同，经过低温沉降工艺后，部分杂质容易被除去，但余下部分杂质即使经过后续生产处理依然会对产品的稳定性造成影响，并且得到的冬化油脂在后续生产中不饱和脂肪酸含量会降低，这些因素影响最终产品在低温下的澄清度水平，使得不同批次的油脂低温下澄清度稳定水平差异较大。
第二种工艺是整个冬化过程中不添加溶剂，直接将油脂降温，使大部分饱和甘油脂肪酸酯结晶析出后过滤去除，滤液再进行后续生产，该冬化工艺在过滤过程中需要卸料去除过滤器中的滤饼，耗时较长，且过滤过程中还可能出现滤布破损，影响过滤效果，滤液可能达不到澄清度要求。
发明内容
为了解决富含多不饱和脂肪酸的微生物油脂在现有的降温纯化工艺得到的油脂稳定性和低温下澄清度与操作要求不能兼顾的问题，本发明提供了一种提纯方法，该提纯方法操作简单，不需要额外添加反应助剂，得到的油脂稳定且低温下澄清度好，便于规模化生产。
在本发明中，含有多不饱和脂肪酸的微生物油脂中至少含有至少一种长链多不饱和脂肪酸和至少一种其他物质，其中，其他物质为影响微生物油脂低温下澄清度的物质，包括但不限于多糖、蛋白、游离脂肪酸和/或其他细胞碎片，此外，细胞中的磷脂不仅影响油脂低温下的感官澄清度，并且如果被引入后续脱臭工序，会在高温下因氧化而使油脂呈焦褐色，影响感官，故也需要在前期去除。
在本发明一个优选实施方式中，本发明的微生物油脂可以是由真菌发酵得到的含有多不饱和脂肪酸的微生物油脂，其中真菌优选包括但不限于如藻类、酵母、霉菌等。在本发明中，以裂殖壶菌发酵得到的富含二十二碳六烯酸等多不饱和脂肪酸的微生物油脂和高山被孢霉发酵得到的富含花生四烯酸等多不饱和脂肪酸的微生物油脂为例。
在本发明一个优选实施方式中，所述多不饱和脂肪酸包括但不限于二十碳二烯酸、二高-γ-亚麻酸、蜂蜜酸、二十碳四烯酸、花生四烯酸、二十碳五烯酸、二十二碳四烯酸、二十二碳五烯酸、二十二碳六烯酸中的一种或多种。
该含有多不饱和脂肪酸的微生物油脂的纯化方法包括如下步骤：在所述微生物油脂与溶剂接触前，分离所述微生物油脂中影响所述微生物油脂低温下澄清度的物质。即在本发明的纯化方法中，最核心的是向微生物油脂中加入溶剂之前分离微生物油脂中影响其低温下澄清度的物质。在现有技术中，通常是在微生物油脂与溶剂接触后再进行除杂等步骤，这样部分杂质会溶于溶剂中，引入后续生产工序中，而本发明经过大量的实验创新，发现在微生物油脂与溶剂接触前将微生物油脂中的影响低温下澄清度的物质分离出来可以有效的提高得到的产品的冬化效率。
在本发明一个优选实施方式中，溶剂为本领域中常用的纯化用有机溶剂，优选包括但不限于丙酮、丁烷、己烷中的一种或多种，优选为己烷。
在本发明中，可以使用本领域中常用的手段来分离微生物油脂中影响所述微生物油脂澄清度的物质，只要上述步骤在与溶剂接触前进行即可。本领域技术人员可以根据实际情况来选择用何种手段来分离所述微生物油脂中影响所述微生物油脂澄清度的物质。
在本发明一个优选实施方式中，先分离微生物油中的磷脂和细胞碎片杂质，再分离所述微生物油脂中的其他影响所述微生物油脂澄清度的物质。在本发明中，更优选地是，“分离所述微生物油脂中影响所述微生物油脂澄清度的物质”的具体步骤包括：将所述微生物油脂与水和/或酸反应，以沉降所述微生物油脂中的磷脂和细胞碎片杂质，再分离微生物油脂中的其他影响所述微生物油脂澄清度的物质。其中，酸可以为盐酸、柠檬酸等本领域中常见的酸，优选为柠檬酸。优选地是，所述酸的加入量为所述微生物油脂的1wt％～5wt％，所述水的加入量为所述微生物油脂的3wt％～10wt％。
其中，所述“分离所述微生物油脂中的其他影响所述微生物油脂澄清度的物质”的具体步骤优选包括：通过中和反应分离所述微生物油脂中的其他影响所述微生物油脂澄清度的物质；所述中和反应中碱的加入量为所述微生物油脂的1wt％～4wt％。更优选地是，在60～90℃条件下，以微生物油脂的1wt％～4wt％加入碱，反应30～120min。在本发明中，碱优选为一价碱。
在本发明一个优选实施方式中，所述“分离所述微生物油脂中影响所述微生物油脂澄清度的物质”的具体步骤包括：将所述微生物油脂先与酸反应，再与水反应，最后进行中和反应。
在本发明一个优选实施方式中，后续步骤包括：即将微生物油脂中的影响微生物油脂澄清度的物质去除后，将微生物油脂与溶剂接触。微生物油脂与溶剂的体积比(w/w)为1:0.25～1:3，进一步优选为1:2。
在本发明一个优选实施方式中，还包括：将分离了影响澄清度的物质的微生物油脂与溶剂接触后，降温结晶至-10℃～0℃，降温沉降12h～72h，取上层清液脱溶后即得到冬化油脂。更优选地是，降温结晶至-7℃，降温沉降36h。
其中，优选地是，经冷媒降温结晶至-10℃～0℃。该冷媒种类包括但不限于水、乙二醇、低温导热油等，根据不同的降温阶段切换使用，优选乙二醇。
其中，降温沉降可以选用本领域常用的沉降步骤，在本发明中，具体步骤优选为：微生物油脂加溶剂后升温至40℃至完全溶解，先通过循环水降温至25℃，再切换至乙二醇降温至0℃及更低温度。降温沉降的时间优选为36h。
其中，脱溶可以选用本领域常用的脱溶步骤，即在真空度为-0.085Mpa，75℃下脱溶至少120min。
得到的冬化油脂可以经过后续处理得到成品油或是半成品油储存。后续处理可以包括在170～230℃高温负压下加热至少180min。
本发明的另一目的在于由上述纯化方法得到的冬化油脂。
本发明提供的纯化方法操作简单，不需要额外添加反应助剂，得到的油脂稳定且低温下澄清度较好，冬化收率高，得到的冬化油脂不饱和度更高，便于规模化生产。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明中的实施例1-7和对比例1-2以裂殖壶菌发酵得到的DHA油脂为例。本发明中的实施例8和对比例3-4以高山被孢霉发酵得到的ARA油脂为例。
冷冻实验参照《GB/T 35877-2018粮油检验动植物油脂冷冻试验》进行，即0℃澄清5.5h以上。
裂殖壶菌、高山被孢霉发酵液经毛油提取，分别得到含有DHA的微生物油脂和含有ARA的微生物油脂，分批按照不同工艺进行冬化，具体如下。
其中，实施例1～6以及对比例2中冬化原料油的制备方法如下：向上述由不同批次的裂殖壶菌发酵液得到的含有DHA的微生物油脂中加酸(柠檬酸)量为油量的4％，80℃反应60min，加水量为油量的5％，80℃反应60min，加碱(氢氧化钠)量为油量的3％，80℃反应60min后，油脂沉降4h以上，过滤分离油脂，得到冬化原料油。
实施例1
取冬化原料油2000kg，添加己烷2000kg，逐级降温至-5℃(先循环水降温，将至25℃左右切换至乙二醇降温)，-5℃保温沉降24h，吸取上清液脱溶得冬化油脂，收率60.0％，取冬化油脂进行冷冻试验，在0℃时经5.5h不混浊。
实施例2
取冬化原料油2000kg，添加己烷4000kg，逐级降温至-5℃(先循环水降温，将至25℃左右切换至乙二醇降温)，-5℃保温沉降24h，吸取上清液脱溶得冬化油脂，收率72.5％，取冬化油脂进行冷冻试验，在0℃时经5.5h不浑浊。
实施例3
取冬化原料油2000kg，添加己烷4000kg，逐级降温至-7℃(先循环水降温，将至25℃左右切换至乙二醇降温)，-7℃保温沉降24h，吸取上清液脱溶得冬化油脂，收率67.5％，取冬化油脂进行冷冻试验，在0℃时经5.5h不混浊。
实施例4
取冬化原料油2000kg，添加己烷4000kg，逐级降温至-7℃(先循环水降温，将至25℃左右切换至乙二醇降温)，-7℃保温沉降36h，吸取上清液脱溶得冬化油脂，收率75.5％，取冬化油脂进行冷冻试验，在0℃时经5.5h不混浊。
实施例5
取冬化原料油2000kg，添加己烷4000kg，逐级降温至-7℃(先循环水降温，将至25℃左右切换至乙二醇降温)，-7℃保温沉降72h，吸取上清液脱溶得冬化油脂，收率76.8％，取冬化油脂进行冷冻试验，在0℃时经5.5h不混浊。
实施例6
取冬化原料油2000kg，添加己烷6000kg，逐级降温至-10℃(先循环水降温，将至25℃左右切换至乙二醇降温)，-10℃保温沉降72h，吸取上清液脱溶得冬化油脂，收率55.0％，取冬化油脂进行冷冻试验，在0℃时经5.5h不混浊。
实施例7
本实施例中的微生物油脂(由裂殖壶菌发酵液得到的含有DHA的微生物油脂)经过如下步骤处理：1)加酸(柠檬酸)量为油量的1％，80℃反应60min，加水量为油量的10％，80℃反应60min，加碱(氢氧化钠)量为油量的1％，60℃反应120min后，油脂沉降4h以上，过滤分离油脂，得到冬化原料油。
2)取步骤1)中的冬化原料油2000kg，添加己烷4000kg，逐级降温至-7℃(先循环水降温，将至25℃左右切换至乙二醇降温)，-7℃保温沉降36h，吸取上清液脱溶得冬化油脂，收率74.9％，取冬化油脂进行冷冻试验，在0℃时经5.5h不混浊。
实施例8
本实施例中的微生物油脂(由高山被孢霉发酵液得到的含有ARA的微生物油脂)经过如下步骤处理：加酸(柠檬酸)量为油量的4％，80℃反应60min，加水量为油量的5％，80℃反应60min，加碱(氢氧化钠)量为油量的3％，80℃反应60min后，油脂沉降4h以上，过滤分离油脂，得到冬化原料油。
取冬化原料油2000kg，添加己烷4000kg，逐级降温至-7℃(先循环水降温，将至25℃左右切换至乙二醇降温)，-7℃保温沉降36h，吸取上清液脱溶得冬化油脂，收率79.0％，取冬化油脂进行冷冻试验，在0℃时经5.5h不混浊。
对比例1
取由裂殖壶菌发酵液得到的含有DHA的微生物油脂2000kg，添加己烷2000kg，逐级降温至-5℃(先循环水降温，将至25℃左右切换至乙二醇降温)，-5℃保温沉降24h，吸取上清液脱溶(真空度-0.085Mpa，75℃，120min以上)，向脱溶油脂中加入酸(柠檬酸)，量为油量的4％，80℃反应60min，再加入加水量为油量的5％，80℃反应60min，加碱(氢氧化钠)量为油量的3％，80℃反应60min，沉降4h以上，吸取上清液，脱溶得冬化油脂，收率55％，取冬化油脂进行冷冻试验，在0℃时5.0h混浊。
对比例2
取冬化原料油2000kg，不添加溶剂，升温逐级降温至-3℃(先循环水降温，降至25℃左右切换至乙二醇降温)，用传统的板框过滤设备过滤收集滤液，脱溶得冬化油脂，收率47.5％，取冬化油脂进行冷冻试验，在0℃时经3.0h混浊。
对比例3
取由高山被孢霉发酵液得到的含有ARA的微生物油脂2000kg，添加己烷2000kg，逐级降温至-5℃(先循环水降温，将至25℃左右切换至乙二醇降温)，-5℃保温沉降24h，吸取上清液脱溶(真空度-0.085Mpa，75℃，120min以上)，向脱溶油脂中加入酸(柠檬酸)，量为油量的4％，80℃反应60min，再加入加水量为油量的5％，80℃反应60min，加碱(氢氧化钠)量为油量的3％，80℃反应60min，沉降4h以上，吸取上清液，脱溶得冬化油脂，收率60.5％，取冬化油脂进行冷冻试验，在0℃时4.5h混浊。
对比例4
取实施例8中的冬化原料油2000kg，不添加溶剂，升温逐级降温至-3℃(先循环水降温，降至25℃左右切换至乙二醇降温)，用传统的板框过滤设备过滤收集滤液，脱溶得冬化油脂，收率52.0％，取冬化油脂进行冷冻试验，在0℃时经2.0h混浊。
实施例和对比例得到的冬化油脂工艺参数及对应脂肪酸组成数据如下表1。
表1冬化油脂工艺参数及对应脂肪酸组成数据表(DHA)
Figure BDA0002510583460000081
表2冬化油脂工艺参数及对应脂肪酸组成数据表(ARA)
Figure BDA0002510583460000082
由上表可见，与传统无溶剂冬化工艺相比，本发明提供的纯化方法可以进一步提升油脂不饱和度(非pufa含量)，且收率明显提升。
对比例1的冬化工艺，因杂质较多，在相同工艺下，其收率较实施例1偏低，澄清度水平也低于实施例1。
对比例2的无溶剂冬化工艺，油脂无法降至较低温度(以DHA为例，仅-3℃)，否则油脂凝固无法过滤，即使可以过滤，收率也很低，部分不饱和脂肪酸酯被饱和脂肪酸酯包裹，无法过滤，且澄清度水平低于对比例1。
本发明的方法中，溶剂比优选1:2，目标温度优选-7℃，沉降时间优选36h(实施例4)，如溶剂比偏低，沉降后上清较少，收率偏低(如实施例1)，如目标温度偏高，可能导致部分饱和脂肪酸酯结晶效果不理想，悬浮在上清液中，影响冬化油脂的不饱和度(如实施例2)，如沉降时间不足，沉降后上清较少，收率偏低(如实施例3)，沉降36h后继续增加沉降时间，对收率和不饱和度影响不大(如实施例5)，继续降低目标温度，会降低收率，对收率和不饱和度影响不大，且增加生产成本(如实施例6)，在保护范围内，调整酸碱使用量，对最终冬化产物的收率和品质影响不大(如实施例7)，对于其他油脂(如ARA)，本发明的方法同样有效(如实施例8和对比例3,4)。
最后，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含有多不饱和脂肪酸的微生物油脂的纯化方法，其特征在于，包括如下步骤：
在所述微生物油脂与溶剂接触前，分离所述微生物油脂中影响所述微生物油脂澄清度的物质。
2.根据权利要求1所述的纯化方法，其特征在于，所述多不饱和脂肪酸包括但不限于二十碳二烯酸、二高-γ-亚麻酸、蜂蜜酸、二十碳四烯酸、花生四烯酸、二十碳五烯酸、二十二碳四烯酸、二十二碳五烯酸、二十二碳六烯酸中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的纯化方法，其特征在于，所述溶剂包括但不限于丙酮、丁烷、己烷中的一种或多种，优选为己烷。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的纯化方法，其特征在于，所述“分离所述微生物油脂中影响所述微生物油脂澄清度的物质”的具体步骤包括：
将所述微生物油脂与水和/或酸反应，以沉降所述微生物油脂中的磷脂和细胞碎片杂质，再分离所述微生物油脂中的其他影响所述微生物油脂澄清度的物质。
5.根据权利要求4所述的纯化方法，其特征在于，所述酸的加入量为所述微生物油脂的1wt％～5wt％，所述水的加入量为所述微生物油脂的3wt％～10wt％。
6.根据权利要求4或5所述的纯化方法，其特征在于，所述“分离所述微生物油脂中的其他影响所述微生物油脂澄清度的物质”的具体步骤包括：通过中和反应分离所述微生物油脂中的其他影响所述微生物油脂澄清度的物质；所述中和反应中碱的加入量为所述微生物油脂的1wt％～4wt％。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的纯化方法，其特征在于，所述“分离所述微生物油脂中影响所述微生物油脂澄清度的物质”的具体步骤包括：
将所述微生物油脂先与酸反应，再与水反应，最后进行中和反应。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的纯化方法，其特征在于，所述微生物油脂与溶剂以体积比为1:0.25～1:3的比例接触；所述体积比优选为1:2。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的纯化方法，其特征在于，还包括：所述微生物油脂与溶剂接触后，降温结晶至-10℃～0℃，降温沉降12h～72h，取上层清液脱溶后即得到冬化油脂。
10.权利要求1至9中任一项所述的纯化方法得到的冬化油脂。
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