JP2015124239A - Method of extracting lipid from algae - Google Patents

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紗輝 濱田
Saki Hamada
紗輝 濱田
宏幸 小西
Hiroyuki Konishi
宏幸 小西
隆史 植松
Takashi Uematsu
隆史 植松
渡邉 高明
Takaaki Watanabe
高明 渡邉
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make it possible to break the cell wall of microalgae and efficiently recover lipid from algae.SOLUTION: A method of extracting lipid from algae comprises: a process of dissolving carbon dioxide into dispersion liquid containing microalgae; and a process of breaking microalgae by adding shear force to microalgae by a high-pressure dispersion apparatus after the process of dissolving carbon dioxide. The process of dissolving carbon dioxide is performed at the temperature of 0°C or higher and 45°C or lower and the pressure of 0.08 MPa or more and 0.5 MPa or less in absolute pressure.

Description

本開示は、藻類から脂質を抽出する方法に関する。   The present disclosure relates to a method for extracting lipids from algae.

近年、地球温暖化を始めとする環境問題に対する意識や関心が高まっている。このため、二酸化炭素の排出量を低減することや、二酸化炭素の固定化により大気中の二酸化炭素濃度を低減することについて様々な検討が行われている。例えば、化石燃料に代えてカーボンニュートラルな資源であるバイオマスをエネルギー源として利用する試みが活発になされている。   In recent years, awareness and interest in environmental issues such as global warming has increased. For this reason, various investigations have been conducted on reducing carbon dioxide emissions and reducing the concentration of carbon dioxide in the atmosphere by fixing carbon dioxide. For example, attempts to use biomass, which is a carbon neutral resource instead of fossil fuel, as an energy source have been actively made.

藻類は、脂質を産生することが知られている。藻類が産生した脂質を効率良く抽出することができれば、化石燃料に代わるエネルギー源となり得る。しかし、藻類から脂質を抽出するには、細胞壁が大きな障害となる。一般に藻類の細胞壁は、硬く且つ柔軟性を有するため、容易に破砕することができない。   Algae are known to produce lipids. If lipids produced by algae can be extracted efficiently, it can be an energy source to replace fossil fuels. However, cell walls are a major obstacle to extracting lipids from algae. In general, algae cell walls are hard and flexible and cannot be easily crushed.

藻類の細胞壁を破砕する方法として、例えば、特許文献1に、ヘマトコッカス藻を5%〜85%エタノール水溶液に懸濁し、調整したスラリーをポンプにより加圧して間隙を通過させることによりヘマトコッカス藻を破砕する方法が記載されている。   As a method for crushing the cell wall of algae, for example, in Patent Document 1, hematococcus algae is suspended in a 5% to 85% ethanol aqueous solution, and the adjusted slurry is pressurized by a pump and passed through a gap to thereby remove hematococcus algae. A method of crushing is described.

また、特許文献2に、菌体の培養液を、超臨界状態又は擬臨界状態の溶解溶剤と混合した後、圧力を瞬時に下げることを特徴とする菌体の粉砕方法が記載されている。   Patent Document 2 describes a method for pulverizing bacterial cells, characterized in that the bacterial cell culture solution is mixed with a dissolving solvent in a supercritical state or a pseudocritical state, and then the pressure is instantaneously reduced.

特開2009−131219号公報JP 2009-131219 A 特開昭62-285777号公報JP 62-285777 A

しかし、特許文献1では、十分な細胞破砕率が得られず、細胞内の成分を効率よく回収するのが困難という問題がある。また、特許文献2では、この方法の対象とできる菌体の一例として、糸状菌が挙げられているが、硬い細胞壁を有する微細藻類に適用できるかどうかは明らかでない。   However, Patent Document 1 has a problem that a sufficient cell crushing rate cannot be obtained, and it is difficult to efficiently recover intracellular components. Moreover, in patent document 2, although filamentous fungi are mentioned as an example of the microbial cell which can be the object of this method, it is not clear whether it can be applied to microalgae having a hard cell wall.

本開示の課題は、微細藻類の細胞壁を破砕し、効率的に藻類から脂質を回収できるようにすることである。   An object of the present disclosure is to disrupt cell walls of microalgae so that lipids can be efficiently recovered from algae.

本開示に係る藻類から脂質を抽出する方法は、微細藻類を含む分散液に二酸化炭素を溶解させる工程と、二酸化炭素を溶解させる工程よりも後で、微細藻類に高圧分散装置により剪断力を加えることにより、微細藻類を破砕する工程とを備え、二酸化炭素を溶解させる工程は、温度が0℃以上、45℃以下で、圧力が絶対圧で0.08MPa以上、0.5MPa以下で行う。   The method for extracting lipids from algae according to the present disclosure applies a shearing force to a microalgae using a high-pressure dispersion device after the steps of dissolving carbon dioxide in a dispersion containing microalgae and dissolving the carbon dioxide. Thus, the step of crushing microalgae and dissolving carbon dioxide is performed at a temperature of 0 ° C. or higher and 45 ° C. or lower and a pressure of 0.08 MPa or higher and 0.5 MPa or lower in absolute pressure.

本開示の藻類から脂質を抽出する方法によれば、微細藻類の細胞壁を破砕し、効率的に藻類から脂質を回収できる。   According to the method for extracting lipid from algae of the present disclosure, the cell wall of microalgae can be crushed and lipids can be efficiently recovered from algae.

<微細藻類>
本開示において、微細藻類とは、酸素を発生する光合成を行う生物の中からコケ植物、シダ植物、及び種子植物を除いた残りのうちの、細胞サイズが直径1μm〜100μmのものをいう。なお、細胞サイズは、光学顕微鏡を用いて観察倍率400倍で測定した細胞の長軸径である。微細藻類としては、例えば、緑藻植物門、紅色植物門、不等毛植物門、ハプト植物門、渦鞭毛植物門、及びユーグレナ植物門等が挙げられる(渡邉信著、「藻類ハンドブック」、株式会社エヌ・ティー・エス、p.493)。
<Microalgae>
In the present disclosure, the microalgae refers to those having a cell size of 1 μm to 100 μm in diameter, except for moss plants, ferns, and seed plants from organisms performing photosynthesis that generate oxygen. The cell size is the major axis diameter of a cell measured with an optical microscope at an observation magnification of 400 times. Examples of microalgae include green algae plant gate, red plant gate, unequal hair plant gate, hapto plant gate, dinoflagellate plant gate, and Euglena plant gate (Nobu Watanabe, “Algae Handbook”, Inc. NTS, p.493).

緑藻植物門の微細藻類の具体例としては、Chlorophyceae綱、Trebouxiophyceae綱、Cyanophyceae綱、及びPrasinophyceae綱等が挙げられる。Chlorophyceae綱の微細藻類の具体例としては、Ankistrodesmus属、Chlorococcum属、Dunaliella属、Haematococcus属、Scenedesmus属、及びDesmodesmus属等が挙げられる。Trebouxiophyceae綱の微細藻類の具体例としては、Botryococcus属、Chlorella属、及びOocystis属等が挙げられる。Cyanophyceae綱の微細藻類の具体例としては、Spirulina属が挙げられる。Prasinophyceae綱の微細藻類の具体例としては、Tetraselmis属が挙げられる。不等毛植物門の微細藻類の具体例としてはBacillariophyceae綱、及びEustigmatophyceae綱等が挙げられる。Bacillariophyceae綱の微細藻類の具体例としては、Chaetoceros属、Nitzschia属、及びSkeletonema属等が挙げられる。Eustigmatophyceae綱の微細藻類の具体例としては、Nannochloropsis属が挙げられる。ハプト植物門の微細藻類の具体例としては、Pavlovophyceae綱、Pavlova属、及びPrymnesiophyceae綱Isochrysis属等が挙げられる。渦鞭毛植物門の微細藻類の具体例としては、Crypthecodinium属、及びSymbiodinium属等が挙げられる。このうち、脂質の生産性及び脂質の回収性の観点から、好ましくはChlorella属、Nannochloropsis属、Symbiodinium属であり、更に好ましくはNannochloropsis属である。微細藻類は、沼や池等に生息するものを採取したものでも、培養したものでもよく、更には商業的に入手したものでもよい。   Specific examples of the microalgae of the green algal plant include Chlorophyceae class, Trebaux phyceae class, Cyanophyceae class, and Prasinophyceae class. Specific examples of the microalgae of the Chlorophyceae class include the Antrotrodesmus genus, the Chlorococcum genus, the Dunaliella genus, the Haematococcus genus, the Scenedesmus genus, the Desmodesmus genus, and the like. Specific examples of the microalgae of the Trebouxiophyceae class include the genus Botryococcus, the genus Chlorella, and the genus Oocystis. Specific examples of microalgae of the Cyanophyceae class include the Spirulina genus. Specific examples of the microalgae of the Prasinophyceae class include the genus Tetraselmis. Specific examples of the microalgae of the trichomes are Bacillarophyceae class, Eustigmatophyceae class, and the like. Specific examples of the microalgae of the class Bacillarophyceae include the genus Chaetoceros, the genus Nitzschia, the genus Skeletonema, and the like. Specific examples of the microalgae of the Eustigmatophyceae class include the genus Nanonochloropsis. Specific examples of the microalgae of the haptophyta include the Pavlovhyceae class, the Pavlova genus, the Prymnesiophyceae class Isochrysis genus, and the like. Specific examples of the microalgae of the dinoflagellate plant include the genus Crypthecodinium and the genus Symbiodinium. Among these, from the viewpoint of lipid productivity and lipid recoverability, Chlorella, Nannochloropsis, and Symbiodinium are preferable, and Nannochloropsis is more preferable. The microalgae may be collected from swamps, ponds, etc., cultured, or commercially obtained.

<分散液>
本開示において微細藻類を分散させる液体は、特に限定されないが、分散性の観点と経済性の観点から水が好ましい。水は精製されていても、不純物を含んでいてもよい。また、海水であってもよい。分散液は、塩化ナトリウム等の塩、窒素若しくはリンを含む化合物、微量金属、無機系凝集剤、有機系凝集剤、キレート剤、及び緩衝剤等のいずれか1つ又は2つ以上からなる添加物を含んでいてもよい。
<Dispersion>
In the present disclosure, the liquid for dispersing the microalgae is not particularly limited, but water is preferable from the viewpoint of dispersibility and economical efficiency. The water may be purified or may contain impurities. Moreover, seawater may be sufficient. The dispersion is an additive comprising any one or more of a salt such as sodium chloride, a compound containing nitrogen or phosphorus, a trace metal, an inorganic flocculant, an organic flocculant, a chelating agent, and a buffer. May be included.

水を主成分とする培養液により微細藻類を培養した場合には、微細藻類の培養液をそのまま処理することができる。この場合には、分散液が通常の培養液に含まれる種々の成分を含んでいてかまわない。また、培養液に他の成分を添加してから処理してもよく、培養液を水又は所定の添加物を含む水溶液で希釈してから処理してもよく、培養液を水又は所定の添加物を含む水溶液に置換してから処理してもよい。   When microalgae are cultured with a culture solution containing water as a main component, the culture solution of microalgae can be treated as it is. In this case, the dispersion may contain various components contained in a normal culture solution. Further, the treatment may be performed after adding other components to the culture broth, or the culture broth may be diluted with water or an aqueous solution containing a predetermined additive and then treated. You may process after replacing with the aqueous solution containing a thing.

分散液中の微細藻類の濃度は、使用する微細藻類の種類にもよるが、処理速度の向上及び脂質の回収性の観点から、1g/L以上が好ましく、10g/L以上がより好ましく、30g/L以上が更に好ましい。また、脂質の回収性及び分散液の流動性の観点から、220g/L以下が好ましく、180g/L以下がより好ましく、120g/L以下が更に好ましく、80g/L以下がより更に好ましい。濃度の調整方法は特に限定されない。濃縮方法としては例えばろ過、遠心分離、重力沈降、凝集沈降、又は乾燥等の方法が挙げられる。希釈方法としては例えば水等の液体を添加する方法が挙げられる。なお、分散液中の微細藻類の濃度は、実施例に記載された方法により測定された値である。   The concentration of the microalgae in the dispersion depends on the type of microalgae used, but is preferably 1 g / L or more, more preferably 10 g / L or more, from the viewpoint of improving the processing speed and lipid recovery. / L or more is more preferable. Moreover, from the viewpoint of lipid recovery and dispersion fluidity, it is preferably 220 g / L or less, more preferably 180 g / L or less, still more preferably 120 g / L or less, and even more preferably 80 g / L or less. The method for adjusting the density is not particularly limited. Examples of the concentration method include filtration, centrifugation, gravity sedimentation, coagulation sedimentation, and drying. Examples of the dilution method include a method of adding a liquid such as water. In addition, the density | concentration of the micro algae in a dispersion liquid is the value measured by the method described in the Example.

<脂質>
本開示において、脂質には、単純脂質、複合脂質及び誘導脂質が含まれる。単純脂質には、油脂又は脂肪酸エステルなどの脂肪酸と各種アルコールとのエステル等が含まれる。複合脂質には、脂肪酸、アルコール及びリン酸を含むリン脂質、並びに脂肪酸、アルコール及び糖を含む糖脂質等が含まれる。誘導脂質には、単純脂質又は複合脂質の加水分解生成物であり、水に不溶性の脂肪酸、高級アルコール、ステロール、テルペン、及び脂溶性ビタミン等が含まれる。脂質の回収性の観点から、単純脂質又は複合脂質が好ましく、単純脂質がより好ましく、油脂が更に好ましい。
<Lipid>
In the present disclosure, lipids include simple lipids, complex lipids and derived lipids. Simple lipids include esters of fatty acids such as fats and oils or fatty acid esters and various alcohols. The complex lipid includes a phospholipid containing a fatty acid, alcohol and phosphoric acid, and a glycolipid containing a fatty acid, alcohol and sugar. Derived lipids are hydrolysis products of simple lipids or complex lipids, and include water-insoluble fatty acids, higher alcohols, sterols, terpenes, and fat-soluble vitamins. From the viewpoint of lipid recoverability, simple lipids or complex lipids are preferred, simple lipids are more preferred, and fats and oils are even more preferred.

−油脂−
油脂とは、脂肪酸とグリセリンとのエステルを意味し、具体的には、モノグリセリド、ジグリセリド、及びトリグリセリドのような中性脂質をいう。油脂を構成する脂肪酸は、単一でなくてよい。
-Oil-
Oils and fats mean esters of fatty acids and glycerin, specifically, neutral lipids such as monoglycerides, diglycerides, and triglycerides. The fatty acid which comprises fats and oils may not be single.

−脂肪酸−
脂肪酸は、炭素数が2〜4の短鎖脂肪酸、炭素数が5〜12の中鎖脂肪酸、及び炭素数が12以上の長鎖脂肪酸のいずれであってもよい。また、飽和脂肪酸でも不飽和脂肪酸でもよい。飽和脂肪酸の具体例としては、デカン酸、ドデカン酸、テトラデカン酸、ヘキサデカン酸、オクタデカン酸、及びイコサン酸が挙げられる。一価の不飽和脂肪酸の具体例としては、9−ヘキサデセン酸、及び9−オクタデセン酸等が挙げられる。多価の不飽和脂肪酸の具体例としては、9,12−オクタデカジエン酸、6,9,12−オクタデカトリエン酸、5,8,11,14−イコサテトラエン酸、9,12,15−オクタデカトリエン酸、5,8,11,14,17−イコサペンタエン酸、及び4,7,10,13,16,19−ドコサヘキサエン酸が挙げられる。
-Fatty acid-
The fatty acid may be any of short chain fatty acids having 2 to 4 carbon atoms, medium chain fatty acids having 5 to 12 carbon atoms, and long chain fatty acids having 12 or more carbon atoms. Moreover, saturated fatty acid or unsaturated fatty acid may be sufficient. Specific examples of the saturated fatty acid include decanoic acid, dodecanoic acid, tetradecanoic acid, hexadecanoic acid, octadecanoic acid, and icosanoic acid. Specific examples of the monovalent unsaturated fatty acid include 9-hexadecenoic acid and 9-octadecenoic acid. Specific examples of the polyunsaturated fatty acid include 9,12-octadecadienoic acid, 6,9,12-octadecatrienoic acid, 5,8,11,14-icosatetraenoic acid, 9,12,15-octa Decatrienoic acid, 5,8,11,14,17-icosapentaenoic acid, and 4,7,10,13,16,19-docosahexaenoic acid.

−脂肪酸エステル−
脂肪酸エステルとは、油脂以外の、脂肪酸とアルコールとのエステルであり、長鎖脂肪酸と1価又は2価の高級アルコールとのエステルである蝋、中鎖脂肪酸と低級又は高級アルコールとのエステルである中鎖脂肪酸エステル等を含む。
-Fatty acid ester-
Fatty acid esters are esters of fatty acids and alcohols other than fats and oils, waxes that are esters of long-chain fatty acids and mono- or divalent higher alcohols, and esters of medium-chain fatty acids and lower or higher alcohols. Includes medium chain fatty acid esters and the like.

<微細藻類からの脂質の抽出>
本開示の藻類から脂質を抽出する方法は、微細藻類を含む分散液に二酸化炭素を溶解させる工程と、二酸化炭素を溶解させる工程よりも後で、微細藻類に高圧分散装置により剪断力を加えることにより、微細藻類の細胞壁を破砕する工程とを備えている。二酸化炭素を溶解させる工程は、温度が0℃以上、45℃以下で、圧力が絶対圧で0.08MPa以上、0.5MPa以下で行う。
<Extraction of lipids from microalgae>
The method for extracting lipids from algae of the present disclosure includes applying a shearing force to the microalgae using a high-pressure dispersion apparatus after the steps of dissolving carbon dioxide in the dispersion containing the microalgae and dissolving the carbon dioxide. And crushing the cell wall of microalgae. The step of dissolving carbon dioxide is performed at a temperature of 0 ° C. or higher and 45 ° C. or lower and a pressure of 0.08 MPa or higher and 0.5 MPa or lower in absolute pressure.

本開示の藻類から脂質を抽出する方法は、微細藻類を含む分散液に二酸化炭素を溶解させた後、微細藻類に高圧分散装置により剪断力を加えている。高圧分散装置により剪断力を加える際には、二酸化炭素の発泡等による力も微細藻類に加わっていると考えられる。このため、微細藻類の破砕効率を向上させることができると考えられる。   In the method for extracting lipids from algae according to the present disclosure, carbon dioxide is dissolved in a dispersion containing microalgae, and then a shearing force is applied to the microalgae using a high-pressure dispersion device. When a shearing force is applied by a high-pressure dispersing device, it is considered that a force due to carbon dioxide foaming is also applied to the microalgae. For this reason, it is thought that the crushing efficiency of microalgae can be improved.

細胞壁が破砕されることにより微細藻類中の脂質は、分散液中に溶出する。分散液中に溶出した脂質は容易に回収することができる。   When the cell wall is crushed, the lipids in the microalgae are eluted in the dispersion. The lipid eluted in the dispersion can be easily recovered.

−二酸化炭素の溶解−
分散液へ二酸化炭素を溶解させるガス溶解処理は、例えば、二酸化炭素と分散液とを混合して行えばよい。二酸化炭素と分散液とを混合することにより、二酸化炭素を分散液に溶解させ、分散液中の二酸化炭素濃度を上昇させることができる。二酸化炭素と分散液との混合は、分散液を開放容器に入れて二酸化炭素を通気させても、分散液を密閉容器内に入れて二酸化炭素を通気させてもよい。二酸化炭素と分散液とを密閉容器内に入れて圧力をかけることにより混合してもよい。また、二酸化炭素の溶解処理において、分散液と二酸化炭素との接触面積が増えるように攪拌等を行ってもよい。また、分散液に二酸化炭素を直接溶解させるのではなく、二酸化炭素が高濃度に溶解した別の液体を分散液と混合することにより、ガス溶解処理を行ってもよい。
-Dissolution of carbon dioxide-
The gas dissolution treatment for dissolving carbon dioxide in the dispersion may be performed, for example, by mixing carbon dioxide and the dispersion. By mixing carbon dioxide and the dispersion, carbon dioxide can be dissolved in the dispersion and the concentration of carbon dioxide in the dispersion can be increased. Mixing of carbon dioxide and the dispersion may be performed by putting the dispersion in an open container and venting carbon dioxide, or by putting the dispersion in a sealed container and venting carbon dioxide. Carbon dioxide and the dispersion liquid may be mixed in a sealed container by applying pressure. In the carbon dioxide dissolution treatment, stirring or the like may be performed so that the contact area between the dispersion and carbon dioxide increases. Further, instead of directly dissolving carbon dioxide in the dispersion, gas dissolution treatment may be performed by mixing another liquid in which carbon dioxide is dissolved at a high concentration with the dispersion.

二酸化炭素と分散液とを混合する際の温度は、脂質の回収性の観点から、45℃以下、好ましくは30℃以下、より好ましくは15℃以下、更に好ましくは10℃以下、より更に好ましくは8℃以下であり、作業性及び経済性の観点から、0℃以上、好ましくは2℃以上、より好ましくは3℃以上とすることができる。   The temperature at which the carbon dioxide and the dispersion are mixed is 45 ° C. or less, preferably 30 ° C. or less, more preferably 15 ° C. or less, still more preferably 10 ° C. or less, and still more preferably, from the viewpoint of lipid recoverability. It is 8 ° C. or lower, and from the viewpoint of workability and economy, it can be 0 ° C. or higher, preferably 2 ° C. or higher, more preferably 3 ° C. or higher.

二酸化炭素と分散液との混合は、脂質の回収性及び作業性の観点から、分散液の圧力を絶対圧で、0.08MPa以上、好ましくは0.09MPa以上、より好ましくは0.095MPa以上、更に好ましくは0.098MPa以上とすることができる。また、設備コスト及び加圧コストを抑える等の経済性の観点から、絶対圧で0.5MPa以下、好ましくは0.3MPa以下、より好ましくは0.2MPa以下、更に好ましくは0.11MPa以下とすることができる。二酸化炭素を分散液と混合する際の圧力は絶対圧で、0.08MPa〜0.5MP、好ましくは0.09〜0.3MPa、より好ましくは0.095〜0.2MPa、更に好ましくは0.098〜0.11MPa、特に好ましくは大気圧(0.1MPa)とすることができる。本実施形態の方法は、二酸化炭素を低圧で溶解させている。このため、高圧で二酸化炭素を溶解させる技術に用いる大型の加圧ポンプや耐圧容器等に伴う設備コスト及び加圧コストが不要であるため、本実施形態の方法は、容易かつ安価に工業的なスケールで実施できる点でも優れている。   The mixing of the carbon dioxide and the dispersion is, from the viewpoint of lipid recovery and workability, the absolute pressure of the dispersion, 0.08 MPa or more, preferably 0.09 MPa or more, more preferably 0.095 MPa or more, More preferably, it can be 0.098 MPa or more. Further, from the viewpoint of economy such as suppressing the equipment cost and pressurization cost, the absolute pressure is 0.5 MPa or less, preferably 0.3 MPa or less, more preferably 0.2 MPa or less, and further preferably 0.11 MPa or less. be able to. The pressure when mixing the carbon dioxide with the dispersion is an absolute pressure of 0.08 MPa to 0.5 MP, preferably 0.09 to 0.3 MPa, more preferably 0.095 to 0.2 MPa, and still more preferably 0.8. The pressure can be 098 to 0.11 MPa, particularly preferably atmospheric pressure (0.1 MPa). In the method of this embodiment, carbon dioxide is dissolved at a low pressure. For this reason, since the equipment cost and pressurization cost accompanying a large-sized pressurization pump, a pressure vessel, etc. used for the technique which dissolves carbon dioxide at high pressure are unnecessary, the method of this embodiment is industrially easy and inexpensive. It is also excellent in that it can be implemented on a scale.

二酸化炭素と分散液とを混合する混合時間は、脂質の回収性の観点から、1分以上、好ましくは10分以上、より好ましくは20分以上とすることができる。また、経済性の観点から、120分以下、好ましくは60分以下、より好ましくは40分以下とすることができる。   The mixing time for mixing the carbon dioxide and the dispersion can be 1 minute or longer, preferably 10 minutes or longer, more preferably 20 minutes or longer, from the viewpoint of lipid recovery. Moreover, from an economical viewpoint, it can be 120 minutes or less, Preferably it is 60 minutes or less, More preferably, it can be 40 minutes or less.

二酸化炭素と分散液との混合を、二酸化炭素を分散液に通気して行う場合には、単孔ノズル、マルチノズル、多孔パイプ、スパージャー、エアストーン、又はチューブ等の一般的な機器を使用したバブリングにより行うことができる。また、密閉容器内において二酸化炭素と分散液とを攪拌する場合には、攪拌翼等を用いて混合したり、密閉容器を回転又は振とうさせて混合したりすることができる。これらの中では、二酸化炭素の溶解性の観点から、二酸化炭素を分散液に通気して行うのが好ましく、更に攪拌しながら二酸化炭素を分散液に通気して行うのがより好ましい。   When mixing carbon dioxide and dispersion liquid by aeration of carbon dioxide through the dispersion liquid, use general equipment such as single-hole nozzle, multi-nozzle, perforated pipe, sparger, air stone, or tube. Can be performed by bubbling. In addition, when carbon dioxide and the dispersion liquid are stirred in a closed container, they can be mixed using a stirring blade or the like, or mixed by rotating or shaking the closed container. Among these, from the viewpoint of the solubility of carbon dioxide, it is preferable to conduct carbon dioxide through the dispersion, and it is more preferred to conduct carbon dioxide through the dispersion while stirring.

二酸化炭素を分散液に通気する場合には、脂質の回収性の観点から、分散液1L当たり、50mL/min以上、好ましくは100mL/min以上、より好ましくは150mL/min以上とすることができる。また、経済性の観点から、1000mL/min以下、好ましくは500mL/min以下、より好ましくは250mL/min以下とすることができる。   In the case where carbon dioxide is passed through the dispersion, from the viewpoint of lipid recoverability, it can be 50 mL / min or more, preferably 100 mL / min or more, more preferably 150 mL / min or more per liter of the dispersion. Moreover, from an economical viewpoint, it can be 1000 mL / min or less, Preferably it is 500 mL / min or less, More preferably, it can be 250 mL / min or less.

二酸化炭素は、純粋な二酸化炭素であってもよく、不純物を含んでいてもよく、他の気体との混合気体であってもよい。   Carbon dioxide may be pure carbon dioxide, may contain impurities, or may be a mixed gas with other gases.

−微細藻類の破砕−
微細藻類を破砕する破砕処理は、高圧分散装置を用いることにより行うことができる。高圧分散装置は、基本的に、固体粒子や液滴粒子等の分散質を含む原料液を加圧した状態で狭い流路を通過させ、その後急激に減圧することで固体粒子や液滴粒子等の分散質を更に分散又は粉砕する装置である。原料液の加圧には高圧ポンプを用いることができる。原料液の通過させる流路の隙間は、加圧する圧力等によって可変するので一概には言えないが、直管の直径を1μm〜2000μmにしてもよく、1μm〜2000μmの穴を有するオリフィスを直管の流路の途中に配置して形成してもよく、1μm〜2000μmの隙間を有するスリットを直管の流路の途中に配置して形成してもよい。また、バルブの先端とバルブ受けの隙間に流路を形成させ、バルブの開度を調整することで、前記隙間の間隔を1μm〜2000μmとしてもよい。更に、1μm〜2000μmの隙間の流路を対向させて配置し、原料液同士を衝突させてもよい。流路の方向を例えば直角に曲げるなど急激に変化させて、流路の壁面に原料液を衝突させてもよい。
−Fracture of microalgae−
The crushing process for crushing microalgae can be performed by using a high-pressure dispersion apparatus. The high-pressure disperser basically passes through a narrow channel in a pressurized state with a raw material liquid containing dispersoids such as solid particles and droplet particles, and then rapidly decompresses the solid particles, droplet particles, etc. Is a device for further dispersing or pulverizing the dispersoid. A high pressure pump can be used to pressurize the raw material liquid. The gap of the flow path through which the raw material liquid passes varies depending on the pressure applied, etc., but it cannot be generally stated, but the diameter of the straight pipe may be 1 μm to 2000 μm, and the orifice having a hole of 1 μm to 2000 μm is straight pipe Alternatively, a slit having a gap of 1 μm to 2000 μm may be disposed and formed in the middle of the straight channel. Further, the gap may be set to 1 μm to 2000 μm by forming a flow path in the gap between the tip of the valve and the valve receiver and adjusting the opening of the valve. Furthermore, the flow paths in the gap of 1 μm to 2000 μm may be arranged to face each other, and the raw material liquids may collide with each other. For example, the direction of the flow path may be suddenly changed, for example, by bending it at right angles, and the raw material liquid may collide with the wall surface of the flow path.

高圧分散装置としては、圧力式ホモジナイザー(株式会社エスエムテー)、高圧ホモゲナイザー(株式会社イズミフードマシナリ)、ミニラボ8.3H型(Rannie社)、マイクロフルイダイザー(Microfluidics社)、ナノヴェイタ(エス・ジーエンジニアリング株式会社、吉田機械工業株式会社)、スターバースト(スギノマシン株式会社)、アルティマイザー(スギノマシン株式会社)、ジーナスPY(白水化学株式会社)、DeBEE2000(日本ビーイーイー株式会社)などが挙げられる。これらのうち、工業化においては大量処理が可能である観点から圧力式ホモジナイザーが好ましい。   As the high-pressure disperser, pressure homogenizer (SMT Co., Ltd.), high-pressure homogenizer (Izumi Food Machinery Co., Ltd.), minilab 8.3H type (Rannie), microfluidizer (Microfluidics), Nanovaita (S-G Engineering Co., Ltd.) Company, Yoshida Machine Industry Co., Ltd.), Starburst (Sugino Machine Co., Ltd.), Optimizer (Sugino Machine Co., Ltd.), Genus PY (Hakusui Chemical Co., Ltd.), DeBEE2000 (Japan BEE Co., Ltd.), and the like. Among these, a pressure type homogenizer is preferable from the viewpoint of mass processing in industrialization.

具体的に、破砕処理は、分散液に高い圧力を加えた後、間隙となった狭い流路を通過させて急速に大気圧近くまで減圧して、分散液中の微細藻類に高い剪断力を加えることにより行うことができる。更に、間隙を通過した微細藻類を壁面等に衝突させてもよい。分散液に加える圧力(入口圧)は、藻類の破砕性及び脂質の回収性の観点から、ゲージ圧で10MPa以上、好ましくは30MPa以上、より好ましくは50MPa以上、更に好ましくは80MPa以上とすることができ、経済性の観点から、好ましくは200MPa以下、より好ましくは150MPa以下、更に好ましくは120MPa以下とすることができる。藻類の破砕性、脂質の回収性の観点及び経済性の観点から、減圧後の圧力(出口圧)は大気圧(絶対圧で0.1MPa)とすることができる。流路の構造等により完全に大気圧まで減圧されなくてもよく、出口圧は絶対圧で0.3MPa以下であっても、0.2MPa以下であっても、0.15MPa以下であっても、0.11MPa以下であってもよい。   Specifically, in the crushing process, after applying a high pressure to the dispersion, it is passed through a narrow channel that becomes a gap and rapidly reduced to near atmospheric pressure, and a high shear force is applied to the microalgae in the dispersion. This can be done by adding. Further, the microalgae that have passed through the gap may collide with the wall surface or the like. The pressure applied to the dispersion (inlet pressure) is 10 MPa or more, preferably 30 MPa or more, more preferably 50 MPa or more, and still more preferably 80 MPa or more in terms of gauge pressure from the viewpoint of algal crushability and lipid recovery. From the viewpoint of economy, it is preferably 200 MPa or less, more preferably 150 MPa or less, and still more preferably 120 MPa or less. From the viewpoint of algal crushability, lipid recoverability, and economic efficiency, the pressure (exit pressure) after depressurization can be set to atmospheric pressure (0.1 MPa in absolute pressure). Depending on the structure of the flow path and the like, the pressure may not be completely reduced to atmospheric pressure, and the outlet pressure may be 0.3 MPa or less, 0.2 MPa or less, 0.15 MPa or less in absolute pressure. 0.11 MPa or less.

微細藻類の破砕操作前の温度と、破砕操作後の温度との温度差は、装置及びその操作条件等によって異なるが、藻類の破砕性及び脂質の回収性の観点から、例えば10℃以上、好ましくは15℃以上、より好ましくは20℃以上とすることができる。また、コストの観点から好ましくは80℃以下、より好ましくは60℃以下、更に好ましくは40℃以下とすることができる。破砕操作前の温度とは、破砕を行う装置に投入される直前の分散液の温度であり、破砕操作後の温度とは、破砕を行う装置から排出された直後の分散液の温度である。   Although the temperature difference between the temperature before the crushing operation of the microalgae and the temperature after the crushing operation varies depending on the apparatus and the operating conditions thereof, it is preferably 10 ° C. or higher, for example, from the viewpoint of algal crushability and lipid recovery. Can be 15 ° C. or higher, more preferably 20 ° C. or higher. Further, from the viewpoint of cost, it is preferably 80 ° C. or lower, more preferably 60 ° C. or lower, and further preferably 40 ° C. or lower. The temperature before the crushing operation is the temperature of the dispersion immediately before being input to the crushing apparatus, and the temperature after the crushing operation is the temperature of the dispersion immediately after being discharged from the crushing apparatus.

微細藻類の破砕処理は、1回でもよく、複数回行ってもよい。破砕処理を複数回行う場合は、最初の破砕処理の前にだけ二酸化炭素の溶解処理を行ってもよく、すべての破砕処理の前に二酸化炭素の溶解処理を行ってもよく、いくつかの破砕処理の前に二酸化炭素の溶解処理を行ってもよい。   The microalgae crushing process may be performed once or a plurality of times. When crushing is performed multiple times, the carbon dioxide dissolution process may be performed only before the first crushing process, or the carbon dioxide dissolution process may be performed before all the crushing processes. A carbon dioxide dissolution treatment may be performed before the treatment.

破砕処理は、連続処理としても、バッチ処理としてもよい。また、ガス溶解処理と破砕処理とを連続して行ってもよい。但し、ガス溶解処理と破砕処理との間に、分散液を一旦貯蔵する工程があってもよい。分散液の貯蔵温度は、分散液中の二酸化炭素濃度を維持する観点から、ガス溶解処理の際の温度以下であることが好ましい。また、分散液の凍結を避けるために0℃以上であることが好ましい。また、密閉した容器内で貯蔵することが好ましく、容器内に二酸化炭素が封入されていてもよい。   The crushing process may be a continuous process or a batch process. Moreover, you may perform a gas dissolution process and a crushing process continuously. However, there may be a step of temporarily storing the dispersion between the gas dissolution treatment and the crushing treatment. From the viewpoint of maintaining the carbon dioxide concentration in the dispersion, the storage temperature of the dispersion is preferably equal to or lower than the temperature during the gas dissolution treatment. Moreover, in order to avoid freezing of a dispersion liquid, it is preferable that it is 0 degreeC or more. Moreover, it is preferable to store in a sealed container, and carbon dioxide may be enclosed in the container.

−脂質の回収−
脂質の回収方法は、微細藻類の破砕物を含む分散液から脂質を分取することができれば特に限定されない。例えば、溶媒抽出、遠心分離、静置処理、カラムクロマトグラフィー等が挙げられる。これらの1種又は2種以上を組み合わせて適用することができる。中でも、脂質の回収性の観点から、溶媒抽出、遠心分離及び静置処理から選ばれる1種又は2種以上の組み合わせが好ましく、中でも溶媒抽出と遠心分離との組み合わせ、又は溶媒抽出と静置処理との組み合わせが好ましい。
-Recovery of lipids-
The lipid recovery method is not particularly limited as long as the lipid can be separated from the dispersion containing the crushed fine algae. For example, solvent extraction, centrifugation, stationary treatment, column chromatography and the like can be mentioned. These 1 type (s) or 2 or more types can be combined and applied. Among these, from the viewpoint of lipid recoverability, one or a combination of two or more selected from solvent extraction, centrifugation, and stationary treatment is preferable, and in particular, a combination of solvent extraction and centrifugation, or solvent extraction and stationary treatment. The combination with is preferable.

溶媒抽出は、微細藻類を破砕した後の分散液に抽出用の溶媒を添加して混合すればよい。溶媒を添加した後、攪拌を行ってもよい。微細藻類から溶出した脂質は、溶媒に溶解するため、溶媒相と水相とを相分離させて、溶媒相を回収することにより、脂質を回収することができる。   Solvent extraction may be performed by adding an extraction solvent to the dispersion after the microalgae are crushed. Stirring may be performed after adding the solvent. Since the lipid eluted from the microalgae is dissolved in the solvent, the lipid can be recovered by separating the solvent phase from the aqueous phase and recovering the solvent phase.

溶媒抽出に用いる溶媒としては、例えば、酢酸メチル、及び酢酸エチル等のエステル類;テトラヒドロフラン、及びジエチルエーテル等の鎖状並びに環状エーテル類;ポリエチレングリコール等のポリエーテル類;ジクロロメタン、クロロホルム、及び四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素類;ヘキサン、シクロヘキサン、及び石油エーテル等の炭化水素類;ベンゼン、及びトルエン等の芳香族炭化水素類;ピリジン類;ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、及びイソプロピルアルコール(2−プロパノール)等のアルコール類;ブチレングリコール等の多価アルコール類;メチルエチルケトン等のケトン類;超臨界二酸化炭素等が挙げられる。これらは単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   Examples of the solvent used for solvent extraction include esters such as methyl acetate and ethyl acetate; chain and cyclic ethers such as tetrahydrofuran and diethyl ether; polyethers such as polyethylene glycol; dichloromethane, chloroform, and tetrachloride. Halogenated hydrocarbons such as carbon; hydrocarbons such as hexane, cyclohexane, and petroleum ether; aromatic hydrocarbons such as benzene and toluene; pyridines; butanol, pentanol, hexanol, and isopropyl alcohol (2- Alcohols such as propanol); polyhydric alcohols such as butylene glycol; ketones such as methyl ethyl ketone; and supercritical carbon dioxide. These may be used alone or in combination of two or more.

これらの溶媒の中でも、脂質の回収性の観点から、非極性溶媒が好ましい。非極性溶媒の具体例として、ハロゲン化炭化水素類、炭化水素類、又は芳香族炭化水素類が挙げられ、中でも、炭化水素類が好ましく、ヘキサンがより好ましい。また、メタノール、エタノール、プロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、及びアセトン等の水と相溶性のある溶媒を非極性溶媒に補助的に添加して用いることもできる。また、超臨界二酸化炭素等を用いた超臨界抽出を用いることもできる。更に、浸漬、煎出、浸出、還流抽出、又は亜臨界抽出等を用いることもできる。例えば、「生物化学実験法24 植物脂質代謝実験法」(山田晃弘 編著、株式会社学会出版センター、p3−4)に記載の方法を参考にすることができる。   Among these solvents, nonpolar solvents are preferable from the viewpoint of lipid recoverability. Specific examples of the nonpolar solvent include halogenated hydrocarbons, hydrocarbons, or aromatic hydrocarbons. Among them, hydrocarbons are preferable, and hexane is more preferable. Further, a solvent compatible with water such as methanol, ethanol, propanol, ethylene glycol, propylene glycol, and acetone can be supplementarily added to the nonpolar solvent. Further, supercritical extraction using supercritical carbon dioxide or the like can also be used. Further, dipping, decoction, leaching, reflux extraction, subcritical extraction, or the like can be used. For example, the method described in “Biochemical Experimental Method 24 Plant Lipid Metabolism Experimental Method” (edited by Yasuhiro Yamada, Society Publishing Center, p. 3-4) can be referred to.

溶媒抽出の温度は特に限定されないが、脂質の回収性の観点から、好ましくは10℃以上、より好ましくは20℃以上である。また、上記観点及び溶媒を加温する等の経済性の観点から、好ましくは60℃以下、より好ましくは50℃以下、更により好ましくは40℃以下である。   The temperature for solvent extraction is not particularly limited, but is preferably 10 ° C. or higher, more preferably 20 ° C. or higher, from the viewpoint of lipid recoverability. Moreover, from the viewpoints of economics such as the above viewpoint and heating of the solvent, it is preferably 60 ° C. or lower, more preferably 50 ° C. or lower, and even more preferably 40 ° C. or lower.

また、溶媒抽出は1回でもよく、2回以上行ってもよい。溶媒抽出を2回以上行う場合は、同じ溶媒により行っても、異なる溶媒により行ってもよい。   Moreover, solvent extraction may be performed once and may be performed twice or more. When solvent extraction is performed twice or more, it may be performed with the same solvent or different solvents.

遠心分離は、分離板型、円筒型、又はデカンター型等の一般的な機器を使用することができる。この場合の遠心力は、脂質の回収性の観点から、好ましくは500G以上、より好ましくは1000G以上とすることができる。また、経済性の観点から、好ましくは10000G以下、より好ましくは5000G以下、更に好ましくは2000G以下とすることができる。   Centrifugation can be performed using a general apparatus such as a separation plate type, a cylindrical type, or a decanter type. The centrifugal force in this case is preferably 500 G or more, more preferably 1000 G or more, from the viewpoint of lipid recoverability. Moreover, from an economical viewpoint, Preferably it is 10,000 G or less, More preferably, it is 5000 G or less, More preferably, it can be 2000 G or less.

遠心分離の処理時間は、脂質の回収性の観点から、好ましくは1分以上、より好ましくは5分以上、更に好ましくは10分以上とすることができる。また、経済性の観点から、好ましくは80分以下、より好ましくは40分以下、更に好ましくは20分以下とすることができる。   The treatment time for centrifugation is preferably 1 minute or longer, more preferably 5 minutes or longer, and even more preferably 10 minutes or longer from the viewpoint of lipid recovery. Moreover, from a viewpoint of economical efficiency, Preferably it is 80 minutes or less, More preferably, it is 40 minutes or less, More preferably, it can be 20 minutes or less.

遠心分離の際の温度は特に限定されないが、脂質の回収性及び経済性の観点から、好ましくは10℃以上、より好ましくは15℃以上であり、好ましくは50℃以下、より好ましくは40℃以下である。   The temperature at the time of centrifugation is not particularly limited, but is preferably 10 ° C. or higher, more preferably 15 ° C. or higher, preferably 50 ° C. or lower, more preferably 40 ° C. or lower, from the viewpoint of lipid recovery and economy. It is.

溶媒抽出と遠心分離とを組み合わせる場合には、溶媒相と水相との分離を遠心分離により迅速に行うことができる。   When combining solvent extraction and centrifugation, the solvent phase and aqueous phase can be separated quickly by centrifugation.

静置処理は、脂質と水相とが相分離するまで反応液を静止状態に置けばよい。溶媒抽出と組み合わせる場合には、溶媒相と水相とが相分離するまで静止状態とすればよい。   In the stationary treatment, the reaction solution may be placed in a stationary state until the lipid and the aqueous phase are separated. When combined with solvent extraction, it may be kept stationary until the solvent phase and the aqueous phase are separated.

本開示の藻類から脂質を抽出する方法によれば、このような簡便な操作により、体内に脂質を蓄積した微細藻類から高い回収率で脂質を抽出することができる。   According to the method for extracting lipids from algae according to the present disclosure, lipids can be extracted at a high recovery rate from microalgae in which lipids are accumulated in the body by such a simple operation.

微細藻類から抽出された脂質は、直接又は精製処理若しくは分解処理等を行ってバイオディーゼル燃料等のバイオ燃料として用いることができる。また、機能性食品又は医薬品等の原料、化成品の原料、化粧品の原料として用いることができる。   Lipids extracted from microalgae can be used as biofuel such as biodiesel fuel directly or after being subjected to purification treatment or decomposition treatment. Further, it can be used as a raw material for functional foods or pharmaceuticals, a raw material for chemical products, and a raw material for cosmetics.

本開示について実施例を用いて更に詳細に説明する。以下の実施例において体内にトリグリセリド(TAG)を蓄積したナンノクロロプシスを微細藻類の一例として説明するが、本開示はTAG及びナンノクロロプシスに限定されない。   The present disclosure will be described in further detail using examples. In the following examples, Nannochloropsis in which triglycerides (TAG) are accumulated in the body will be described as an example of microalgae, but the present disclosure is not limited to TAG and Nannochloropsis.

<分散液中の微細藻類の濃度(以下、藻体濃度ともいう。)の測定>
分散液をフィルター(日本ポール製Supor-450、孔径0.45μm)にて吸引ろ過し、等量の蒸留水で掛け洗いした。藻体を捕集したフィルターをアルミカップに移して105℃で2時間乾燥させた。乾燥後の重量を測定し、フィルターの風袋を差し引いた後、藻体濃度(g/L)とした。また、分散液がフィルターで吸引ろ過しにくい場合は、適当な濃度に分散液を希釈して、乾燥後の重量を測定し、フィルターの風袋を差し引いた後、希釈率を乗じて藻体濃度(g/L)とした。なお、希釈液には、ダイゴ人工海水SP(和光純薬工業製)を用いることができる。
<Measurement of concentration of microalgae in dispersion (hereinafter also referred to as algal body concentration)>
The dispersion was subjected to suction filtration with a filter (Nippon Pole Supor-450, pore size 0.45 μm) and washed with an equal amount of distilled water. The filter collecting the algal bodies was transferred to an aluminum cup and dried at 105 ° C. for 2 hours. The weight after drying was measured, the tare of the filter was subtracted, and then the algal body concentration (g / L) was obtained. Also, if the dispersion is difficult to filter by suction with a filter, dilute the dispersion to an appropriate concentration, measure the weight after drying, subtract the tare of the filter, and then multiply the dilution factor to obtain the algal body concentration ( g / L). In addition, Daigo artificial seawater SP (made by Wako Pure Chemical Industries) can be used for a dilution liquid.

<藻体中の脂質量の測定>
藻体の脂質の含量は、E.G.BlighとW.J.Dyerによって1959年に報告された生体材料からの脂質の抽出方法(Bligh & Dyer法)に従って分析した(E.G.Bligh、W.J.Dyer、Canadian journal of biochemistry and physiology、37(1959)、p.911-917)。
<Measurement of lipid content in algal cells>
The lipid content of algal cells was analyzed according to the method for extracting lipids from biomaterials (Bligh & Dyer method) reported in 1959 by EGBligh and WJDyer (EGBligh, WJDyer, Canadian journal of biochemistry and physiology, 37 (1959 ), P.911-917).

処理前の試料0.5mLに、内部標準として1mg/mLの7−ペンタデカノン(メタノール溶液)を100μL添加した。次に、2NのHClを10μL添加し、更にクロロホルム500μLとメタノール0.9mLを添加した。撹拌後、25℃にて30分間静置し、クロロホルム500μLと1.5%KClを500μL添加した。撹拌した後、遠心分離機、「himacCF7D2」(日立工機株式会社製)を用いて遠心分離(遠心力:1500G、回転数:3000r/min、温度:25℃、時間:15分間)した。次に、下層のクロロホルム相を採取し、窒素を用いて乾固した。次に、0.7mLの0.5N KOH−メタノール溶液(水酸化カリウム2.8g、メタノール100mL)を添加し、80℃で30分間保温してケン化を行った。更に1mLの14%三フッ化ホウ素溶液を添加し、80℃にて10分間保温してメチルエステル化を行い、溶媒と飽和食塩水をそれぞれ1mL添加して撹拌した後、25℃で30分間放置して溶媒相を取得した。溶媒にはヘキサンを用いた。得られた溶媒相を回収し、脂肪酸エステルの同定及び定量を下記の条件のガスクロマトグラフィー(GC)により行った。脂肪酸エステルの同定は、後述の標準物質とのリテンションタイムと同一かどうかにより判断した。またGC分析にて検出した脂肪酸エステルの量を、内部標準を基準にして算出し、その総量を乾燥藻体中の脂質量として求めた。   100 μL of 1 mg / mL 7-pentadecanone (methanol solution) was added as an internal standard to 0.5 mL of the sample before the treatment. Next, 10 μL of 2N HCl was added, and further 500 μL of chloroform and 0.9 mL of methanol were added. After stirring, the mixture was allowed to stand at 25 ° C. for 30 minutes, and 500 μL of chloroform and 500 μL of 1.5% KCl were added. After stirring, the mixture was centrifuged (centrifugal force: 1500 G, rotation speed: 3000 r / min, temperature: 25 ° C., time: 15 minutes) using a centrifuge, “himacCF7D2” (manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd.). Next, the lower chloroform phase was collected and dried using nitrogen. Next, 0.7 mL of 0.5 N KOH-methanol solution (2.8 g of potassium hydroxide, methanol 100 mL) was added, and the mixture was kept at 80 ° C. for 30 minutes for saponification. Add 1 mL of 14% boron trifluoride solution, incubate at 80 ° C. for 10 minutes for methyl esterification, add 1 mL each of solvent and saturated saline and stir, then leave at 25 ° C. for 30 minutes The solvent phase was obtained. Hexane was used as the solvent. The obtained solvent phase was recovered, and the fatty acid ester was identified and quantified by gas chromatography (GC) under the following conditions. The identification of the fatty acid ester was judged based on whether or not the retention time was the same as that of a later-described standard substance. The amount of fatty acid ester detected by GC analysis was calculated based on the internal standard, and the total amount was determined as the amount of lipid in the dry algal cells.

なお、このクロロホルム・メタノール溶媒抽出法は、単に藻体中の脂質量を測定するには有効であるが、使用する溶媒の安全性、回収性、リサイクル性の観点から、工業的な実用には適していない方法である。   This chloroform / methanol solvent extraction method is effective for simply measuring the amount of lipid in algal cells, but from the viewpoint of the safety, recoverability, and recyclability of the solvent used, it is not suitable for industrial practical use. This is not a suitable method.

−GC分析−
装置:Agilent technology 7890A
カラム:DB1−MS(J&W scientific製、20m×100μm×0.1μm)
オーブン温度:150℃(0.5min hold)−[40℃/min]−220℃(0min hold)−[20℃/min]−320℃(2min hold)−post run2min
キャリアガス:水素
メイクアップガス:ヘリウム
サンプル注入量:5μL
注入法:スプリットモード(スプリット比=75:1)
注入口温度:300℃
検出器:FID
カラム流量:0.28mL/minコンスタント
圧力(ゲージ圧):62.403psi
標準物質:SIGMA社製の下記脂肪酸エステルを用いた。
ラウリン酸メチル(C12)、ミリスチン酸メチル(C14)、パルミチン酸メチル(C16)、ステアリン酸メチル(C18)、パルミトレイン酸メチル(C16:1)、オレイン酸メチル(C18:1)、リノール酸メチル(C18:2)、リノレン酸メチル(C18:3)、エイコサペンタエン酸メチル(C20:5)、ドコサヘキサエン酸メチル(C22:6)
-GC analysis-
Equipment: Agilent technology 7890A
Column: DB1-MS (manufactured by J & W scientific, 20 m × 100 μm × 0.1 μm)
Oven temperature: 150 ° C. (0.5 min hold) − [40 ° C./min]−220° C. (0 min hold) − [20 ° C./min]−320° C. (2 min hold) -post run 2 min
Carrier gas: Hydrogen makeup gas: Helium sample injection amount: 5 μL
Injection method: split mode (split ratio = 75: 1)
Inlet temperature: 300 ° C
Detector: FID
Column flow rate: 0.28 mL / min Constant pressure (gauge pressure): 62.403 psi
Standard substance: The following fatty acid ester manufactured by SIGMA was used.
Methyl laurate (C12), methyl myristate (C14), methyl palmitate (C16), methyl stearate (C18), methyl palmitate (C16: 1), methyl oleate (C18: 1), methyl linoleate ( C18: 2), methyl linolenate (C18: 3), methyl eicosapentaenoate (C20: 5), methyl docosahexaenoate (C22: 6)

<細胞数の測定>
希釈した分散液2μLをバクテリアカウンター(サンリード硝子製)の計算室に注入した後、光学顕微鏡(Nikon製、ECLIPSE80i)を用いて観察倍率400倍で観察し、ブロック内の細胞数をカウントした。バクテリアカウンターの計算室のうち、0.05mm角のブロックを使用した。計算室には、0.05mm角のブロック16マス(縦4マス×横4マス)からなる集合体が、25個(縦5個×横5個)並んでいる。これらの集合体のうち、顕微鏡の観察画面の右上から左下までの対角線上に存在する5個の集合体中に含まれる細胞数をカウントした。すなわち、0.05mm角のブロックの80マス(16マス×5個)中の細胞数をカウントした。バクテリアカウンターの計算室の深さは0.020mmであり、0.05mm角のブロック1つあたりの体積は1/20000mm3である。カウントした細胞の総数を、該当するブロックの体積(1/20000mm3×80マス)で除し、更にカウントに用いた希釈液の希釈倍率をこれに乗ずることにより、希釈前のサンプル1mLあたりの細胞数を求めた。なお、希釈液には、ダイゴ人工海水SP(和光純薬工業製)を用いた。
<Measurement of cell number>
After injecting 2 μL of the diluted dispersion into the calculation room of a bacterial counter (manufactured by Sunlead Glass), the cells were observed using an optical microscope (Nikon, ECLIPSE80i) at an observation magnification of 400 times, and the number of cells in the block was counted. A 0.05 mm square block was used in the bacterial counter calculation room. In the calculation room, there are 25 aggregates (5 vertical x 5 horizontal) composed of 16 square blocks of 0.05 mm square (vertical 4 squares x lateral 4 squares). Among these aggregates, the number of cells contained in five aggregates present on the diagonal line from the upper right to the lower left of the observation screen of the microscope was counted. That is, the number of cells in 80 squares (16 squares × 5) of a 0.05 mm square block was counted. The depth of the calculation room of the bacteria counter is 0.020 mm, and the volume per block of 0.05 mm square is 1/20000 mm 3 . Divide the total number of cells counted by the volume of the corresponding block (1/20000 mm 3 × 80 squares), and multiply this by the dilution factor of the diluent used for counting to give cells per mL of sample before dilution. I asked for a number. In addition, Daigo artificial seawater SP (made by Wako Pure Chemical Industries) was used for the dilution liquid.

<細胞破砕率の算出>
前述の細胞数の測定方法により、分散液中の細胞数を測定した。破砕処理前の細胞数から破砕処理後の細胞数を引いて、破砕処理前の細胞数で除し、100を乗じた値を細胞破砕率(%)とした。
<Calculation of cell disruption rate>
The number of cells in the dispersion was measured by the aforementioned method for measuring the number of cells. The number of cells after the crushing treatment was subtracted from the number of cells before the crushing treatment, divided by the number of cells before the crushing treatment, and a value multiplied by 100 was taken as the cell crushing rate (%).

<脂質の回収率の測定>
脂質は以下に示す溶媒抽出により回収した。回収した脂質は、メチルエステル化した後、前述のGCにて脂質量を定量した。
<Measurement of lipid recovery rate>
Lipids were recovered by solvent extraction as shown below. The collected lipid was converted to methyl ester, and the amount of lipid was quantified by the above-mentioned GC.

−ヘキサン抽出−
処理後の試料0.5mLに、ヘキサン1mLを添加し、25℃にて3分間撹拌した後、遠心分離機、「himacCF7D2」(日立工機株式会社製)を用いて遠心分離(遠心力:1500G、回転数:3000r/min、温度:25℃、時間:15分間)した。次に、上層のヘキサン相を400μL採取し、内部標準として1mg/mLの7−ペンタデカノン(メタノール溶液)を40μL添加した後、窒素を用いて乾固した。次に、0.7mLの0.5N KOH−メタノール溶液(水酸化カリウム2.8g、メタノール100mL)を添加し、80℃で30分間保温してケン化を行った。更に1mLの14%三フッ化ホウ素溶液を添加し、80℃にて10分間保温してメチルエステル化を行い、溶媒と飽和食塩水をそれぞれ1mL添加して撹拌した後、25℃で30分間放置して溶媒相を取得した。溶媒にはヘキサンを用いた。得られた溶媒相を回収し、脂肪酸エステルの同定及び定量を前述の条件のGCにより行った。またGC分析にて検出した脂肪酸エステルの量を、内部標準を基準にして算出し、その総量をヘキサン中の脂質量として求めた。
-Hexane extraction-
1 mL of hexane is added to 0.5 mL of the treated sample, and the mixture is stirred for 3 minutes at 25 ° C., and then centrifuged (centrifugal force: 1500 G) using a centrifuge, “himacCF7D2” (manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd.). , Rotation speed: 3000 r / min, temperature: 25 ° C., time: 15 minutes). Next, 400 μL of the upper hexane phase was collected, 40 μL of 1 mg / mL 7-pentadecanone (methanol solution) was added as an internal standard, and then dried using nitrogen. Next, 0.7 mL of 0.5 N KOH-methanol solution (2.8 g of potassium hydroxide, methanol 100 mL) was added, and the mixture was kept at 80 ° C. for 30 minutes for saponification. Add 1 mL of 14% boron trifluoride solution, incubate at 80 ° C. for 10 minutes for methyl esterification, add 1 mL each of solvent and saturated saline and stir, then leave at 25 ° C. for 30 minutes The solvent phase was obtained. Hexane was used as the solvent. The obtained solvent phase was recovered, and the fatty acid ester was identified and quantified by GC under the above conditions. The amount of fatty acid ester detected by GC analysis was calculated based on the internal standard, and the total amount was determined as the amount of lipid in hexane.

−脂質の回収率の算出−
以下の式(1)によりヘキサン溶媒による脂質回収率を算出した。
脂質回収率(%)=ヘキサン中の脂質量/乾燥藻体中の脂質量×100・・・(1)
-Calculation of lipid recovery rate-
The lipid recovery rate with a hexane solvent was calculated by the following formula (1).
Lipid recovery rate (%) = lipid amount in hexane / lipid amount in dry alga body × 100 (1)

<実施例1>
微細藻類の分散液として500gの「ヤンマリンK−1」(クロレラ工業製、微細藻類:Nannochloropsis oculata、分散液を構成する液体:海水、藻体濃度:50g/L)をガラス容器に仕込み、二酸化炭素を溶解させた。二酸化炭素の溶解は、分散液の液温を5℃として、攪拌(50r/min)しながら、エアストーンである「セラミックストーン」(いぶき社製)を用いて200mL/minの流速で二酸化炭素をバブリングして行った。バブリングは、絶対圧で0.1MPa(大気圧)にて、30分間行った。次に、二酸化炭素を溶解させた分散液を圧力式ホモジナイザー(エスエムテー製LAB2000)に仕込み、一次(入口)圧がゲージ圧で100MPa、二次(出口)圧が絶対圧で0.1MPa(大気圧)にて1パス処理し、細胞破砕率を求めた。なお、圧力式ホモジナイザー処理前の液温は3℃、処理後の液温は32℃であった。細胞破砕率は、46%であった。破砕後の脂質回収率は32%であった。
<Example 1>
As a dispersion liquid of microalgae, 500 g of “Yanmarine K-1” (manufactured by Chlorella Kogyo Co., Ltd., microalgae: Nannochloropsis oculata, liquid constituting the dispersion liquid: seawater, alga body concentration: 50 g / L) is charged into a glass container, and carbon dioxide Was dissolved. Dissolution of carbon dioxide is performed at a flow rate of 200 mL / min using “Ceramic Stone” (manufactured by Ibuki Co., Ltd.) as an air stone while stirring the liquid temperature of the dispersion at 5 ° C. and stirring (50 r / min). Bubbling was done. Bubbling was carried out at an absolute pressure of 0.1 MPa (atmospheric pressure) for 30 minutes. Next, a dispersion in which carbon dioxide is dissolved is charged into a pressure homogenizer (LAB 2000 manufactured by SMT), and the primary (inlet) pressure is 100 MPa in gauge pressure, and the secondary (outlet) pressure is 0.1 MPa in absolute pressure (atmospheric pressure) ) To obtain a cell disruption rate. In addition, the liquid temperature before a pressure type homogenizer process was 3 degreeC, and the liquid temperature after a process was 32 degreeC. The cell disruption rate was 46%. The lipid recovery rate after crushing was 32%.

<実施例2>
微細藻類の分散液として500gの「ヤンマリンK−1」(クロレラ工業製、微細藻類:Nannochloropsis oculata、分散液を構成する液体:海水、藻体濃度:50g/L)をガラス容器に仕込み、二酸化炭素を溶解させた。二酸化炭素の溶解は、分散液の液温を25℃として、攪拌(50r/min)しながら、エアストーンである「セラミックストーン」(いぶき社製)を用いて200mL/minの流速で二酸化炭素をバブリングして行った。バブリングは、絶対圧で0.1MPa(大気圧)にて、30分間行った。次に、二酸化炭素を溶解させた分散液を圧力式ホモジナイザー(エスエムテー製LAB2000)に仕込み、一次(入口)圧がゲージ圧で100MPa、二次(出口)圧が絶対圧で0.1MPa(大気圧)にて1パス処理し、細胞破砕率を求めた。なお、圧力式ホモジナイザー処理前の液温は25℃、処理後の液温は41℃であった。細胞破砕率は、33%であった。
<Example 2>
As a dispersion liquid of microalgae, 500 g of “Yanmarine K-1” (manufactured by Chlorella Kogyo Co., Ltd., microalgae: Nannochloropsis oculata, liquid constituting the dispersion liquid: seawater, alga body concentration: 50 g / L) is charged into a glass container, and carbon dioxide Was dissolved. Dissolution of carbon dioxide is performed at a flow rate of 200 mL / min using “Ceramic Stone” (manufactured by Ibuki Co., Ltd.) as an air stone while stirring (50 r / min) at a liquid temperature of 25 ° C. Bubbling was done. Bubbling was carried out at an absolute pressure of 0.1 MPa (atmospheric pressure) for 30 minutes. Next, a dispersion in which carbon dioxide is dissolved is charged into a pressure homogenizer (LAB 2000 manufactured by SMT), and the primary (inlet) pressure is 100 MPa in gauge pressure, and the secondary (outlet) pressure is 0.1 MPa in absolute pressure (atmospheric pressure) ) To obtain a cell disruption rate. In addition, the liquid temperature before a pressure type homogenizer process was 25 degreeC, and the liquid temperature after a process was 41 degreeC. The cell disruption rate was 33%.

<比較例1>
微細藻類の分散液として500gの「ヤンマリンK−1」(クロレラ工業製、微細藻類:Nannochloropsis oculata、分散液を構成する液体:海水、藻体濃度:50g/L)を圧力式ホモジナイザー(エスエムテー製LAB2000)に仕込み、一次(入口)圧がゲージ圧で100MPa、二次(出口)圧が絶対圧で0.1MPa(大気圧)にて1パス処理し、細胞破砕率を求めた。なお、圧力式ホモジナイザー処理前の液温は25℃、処理後の液温は41℃であった。細胞破砕率は、20%であった。破砕後の脂質回収率は16%であった。
<Comparative Example 1>
500 g of “Yanmarine K-1” (manufactured by Chlorella Kogyo Co., Ltd., microalgae: Nannochloropsis oculata, liquid constituting the dispersion: seawater, alga body concentration: 50 g / L) as a microalgae dispersion is a pressure homogenizer (LAB2000 manufactured by SMT) ), The primary (inlet) pressure was 100 MPa as the gauge pressure, and the secondary (outlet) pressure was as absolute pressure as 0.1 MPa (atmospheric pressure) in one pass to determine the cell disruption rate. In addition, the liquid temperature before a pressure type homogenizer process was 25 degreeC, and the liquid temperature after a process was 41 degreeC. The cell disruption rate was 20%. The lipid recovery rate after crushing was 16%.

<比較例2>
微細藻類の分散液として50gの「ヤンマリンK−1」(クロレラ工業製、微細藻類:Nannochloropsis oculata、分散液を構成する液体:海水、藻体濃度:50g/L)を100mL容の圧力容器に仕込み、二酸化炭素ガスをゲージ圧で10MPaまで圧入し、45℃で30分間保持した後、容器を解放することで二酸化炭素ガスを抜出した。細胞破砕率は0%であった。
<Comparative Example 2>
As a dispersion liquid of microalgae, 50 g of “Yanmarine K-1” (manufactured by Chlorella Kogyo Co., Ltd., microalgae: Nannochloropsis oculata, liquid constituting the liquid dispersion: seawater, alga body concentration: 50 g / L) is charged into a 100 mL pressure vessel. Then, carbon dioxide gas was injected to a pressure of 10 MPa with a gauge pressure, held at 45 ° C. for 30 minutes, and then the container was released to extract the carbon dioxide gas. The cell disruption rate was 0%.

Figure 2015124239
Figure 2015124239

表1から、比較例1の高圧分散処理のみでは、微細藻類の破砕効率が低く、脂質回収率も低いことがわかる。また、比較例2の超臨界状態の二酸化炭素を溶解した後、圧力を瞬時に下げる処理においても、微細藻類がうまく破砕できないことがわかる。一方、超臨界状態のような高圧で二酸化炭素を溶解しないにも関わらず、実施例の低圧で二酸化炭素を溶解した後、高圧分散処理する本開示の方法では、効果的に微細藻類の細胞壁を破砕し、効率的に藻類から脂質を回収できることがわかる。   From Table 1, it can be seen that only the high-pressure dispersion treatment of Comparative Example 1 has a low microalgae crushing efficiency and a low lipid recovery rate. Moreover, it turns out that a micro algae cannot be crushed well also in the process which melt | dissolves the carbon dioxide of the supercritical state of the comparative example 2, and reduces a pressure instantaneously. On the other hand, in the method of the present disclosure in which carbon dioxide is not dissolved at a high pressure as in the supercritical state but carbon dioxide is dissolved at a low pressure in the embodiment, and then the high-pressure dispersion treatment is performed, the cell wall of the microalgae is effectively removed. It can be seen that lipids can be efficiently crushed and recovered from algae.

Claims (5)

微細藻類を含む分散液に二酸化炭素を溶解させる工程と、
前記二酸化炭素を溶解させる工程よりも後で、前記微細藻類に高圧分散装置により剪断力を加えることにより、前記微細藻類を破砕する工程とを備え、
前記二酸化炭素を溶解させる工程は、温度が0℃以上、45℃以下で、圧力が絶対圧で0.08MPa以上、0.5MPa以下で行う、藻類から脂質を抽出する方法。
Dissolving carbon dioxide in a dispersion containing microalgae;
A step of crushing the microalgae by applying a shearing force to the microalgae with a high-pressure dispersing device after the step of dissolving the carbon dioxide,
The step of dissolving carbon dioxide is a method for extracting lipid from algae, wherein the temperature is 0 ° C. or higher and 45 ° C. or lower, and the pressure is 0.08 MPa or higher and 0.5 MPa or lower in absolute pressure.
前記二酸化炭素を溶解させる工程において、温度を2℃以上、15℃以下とする、請求項1に記載の藻類から脂質を抽出する方法。   The method for extracting lipids from algae according to claim 1, wherein in the step of dissolving carbon dioxide, the temperature is 2 ° C. or higher and 15 ° C. or lower. 前記微細藻類を破砕する工程を行った直後の前記分散液の温度と、前記微細藻類を破砕する工程を行う直前の前記分散液の温度との差は、20℃以上、80℃以下である、請求項1又は2に記載の藻類から脂質を抽出する方法。   The difference between the temperature of the dispersion immediately after performing the step of crushing the microalgae and the temperature of the dispersion immediately before performing the step of crushing the microalgae is 20 ° C. or more and 80 ° C. or less. A method for extracting lipids from the algae according to claim 1 or 2. 前記微細藻類を破砕する工程において、ゲージ圧で10MPa以上の圧力を加えた後、ゲージ圧で0.3MPa以下に減圧する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の藻類から脂質を抽出する方法。   In the step of crushing the microalgae, lipid is extracted from the algae according to any one of claims 1 to 3, wherein a pressure of 10 MPa or more is applied at a gauge pressure, and then the pressure is reduced to 0.3 MPa or less with a gauge pressure. how to. 前記微細藻類を破砕する工程よりも後に、前記分散液から脂質を回収する工程を更に備えている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の藻類から脂質を抽出する方法。   The method for extracting lipids from algae according to any one of claims 1 to 4, further comprising a step of recovering lipids from the dispersion after the step of crushing the microalgae.
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