JP2016124998A - Algae fat extraction method, and ultrasonic processor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an algae fat extraction method which enables high-quality algae fat to be easily obtained in high yield, and an ultrasonic processor.SOLUTION: An algae fat extraction method 1) for extracting algae fat contained in alga is provided that comprises steps of: dissolving oxygen in an algae-containing liquid containing the algae; and obtaining an algae-crushed liquid by crushing the algae by providing the algae-containing liquid containing the algae, in which oxygen is dissolved, with ultrasonic waves. An ultrasonic processor 2) is also provided that comprises: a processing tank for storing the algae-containing liquid containing the algae; and ultrasonic wave generating means for obtaining the liquid containing algae-crushed liquid by providing the algae-containing liquid in the processing tank with ultrasonic waves.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は藻類油脂の抽出方法、及び超音波処理装置に関する。   The present invention relates to a method for extracting algal fats and oils and an ultrasonic treatment apparatus.

近年、化石燃料の代替燃料として、藻類を用いた燃料生産が提案されている。微細藻類は、高い集光能力及び炭酸固定能力を有している。そのため、該微細藻類を用いた燃料生産では単位面積当たりの油脂生産性が高く、大変優れた油脂生産技術として注目されている。   In recent years, fuel production using algae has been proposed as an alternative fuel for fossil fuels. Microalgae have a high light collecting ability and carbonic acid fixing ability. Therefore, in the fuel production using the microalgae, the oil and fat productivity per unit area is high, and is attracting attention as an excellent oil and fat production technology.

しかし、既存の手法では、藻類から油脂を抽出するにあたり、2段階以上の複数の工程で精製を行っており、その処理コストの高騰が問題となっている。
藻類からのTAG(トリアシルグリセロール)を抽出するための従来法の一例としては、まず藻類を培養した藻類培養液を静置後、固液分離を行って藻類を濃縮又は乾燥させる(1段階目)。次いで、得られた藻類の濃縮物に対して、ホモジナイザー等を用いた物理的抽出や、溶剤抽出等による化学的抽出などを行うことにより、藻類の濃縮物から油脂分を抽出する(2段階目)。だが、従来法で得られた油脂分はTAGの精製度が低いため、さらにカラム分離操作などを行う必要がある(3段階目)(非特許文献1〜2)。
現状では、油脂精製コストが、バイオディーゼル生産コストのかなりの部分を占めており、バイオディーゼル燃料実用化に向けての障害の一つとなっている。このような経緯から、新たな藻類油脂の抽出法の開発が求められている。
However, in the existing method, when extracting fats and oils from algae, refining is performed in a plurality of steps of two or more stages, and the increase in processing costs is a problem.
As an example of a conventional method for extracting TAG (triacylglycerol) from algae, first, the algae culture solution in which algae is cultured is allowed to stand, and then solid-liquid separation is performed to concentrate or dry the algae (first stage) ). Next, the obtained algae concentrate is subjected to physical extraction using a homogenizer or the like, or chemical extraction such as solvent extraction to extract oils and fats from the algae concentrate (second stage). ). However, since the fats and oils obtained by the conventional method have a low degree of purification of TAG, it is necessary to further perform a column separation operation or the like (third stage) (Non-Patent Documents 1 and 2).
At present, the oil refining cost accounts for a significant part of the biodiesel production cost, which is one of the obstacles to the practical application of biodiesel fuel. For this reason, the development of a new method for extracting algal fats and oils has been demanded.

宇野 博志「バイオマス資源としての微細藻類」、三井物産戦略研レポート、三井物産戦略研究所、2011年12月5日、インターネット〈URL:http://mitsui.mgssi.com/issues/report/list_report11.php〉Hiroshi Uno “Microalgae as Biomass Resources”, Mitsui Strategic Research Institute Report, Mitsui Strategic Research Institute, December 5, 2011, Internet <URL: http://mitsui.mgssi.com/issues/report/list_report11. php> 松本光史「微細藻類を用いたバイオ原料・燃料用オイル生産技術開発への挑戦」、環境バイオテクノロジー学会誌、2012年、12巻、1号、9−14ページMitsufumi Matsumoto “Challenge to develop oil production technology for bio raw materials and fuels using microalgae”, Journal of Environmental Biotechnology, 2012, Vol. 12, No. 1, pages 9-14

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡便に、高品質の藻類油脂を高収率に得ることを可能とする藻類油脂の抽出方法、及び超音波処理装置の提供を課題とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a method for extracting algal fats and oils and an ultrasonic treatment device that can easily obtain high-quality algal fats and oils in a high yield. To do.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果、酸素を溶存させた藻類含有液に超音波を与えて藻類を破砕することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。   As a result of diligent research to solve the above problems, the present inventors have found that the above problems can be solved by crushing the algae by applying ultrasonic waves to the algae-containing liquid in which oxygen is dissolved, thereby completing the present invention. I let you.

すなわち、本発明は、下記の特徴を有する藻類油脂の抽出方法、及び超音波処理装置を提供するものである。   That is, the present invention provides an algal fat extraction method and an ultrasonic treatment apparatus having the following characteristics.

(1)藻類に含有される藻類油脂を抽出する藻類油脂の抽出方法であって、
前記藻類を含む藻類含有液に酸素を溶存させる工程と、
酸素が溶存された前記藻類含有液に超音波を与えて前記藻類を破砕し、藻類破砕液を得る工程と、
を有することを特徴とする藻類油脂の抽出方法。
(2)前記藻類破砕液から、有機溶媒を用いて前記藻類油脂を回収する工程をさらに有する前記(1)に記載の藻類油脂の抽出方法。
(3)前記超音波の周波数が500kHz以上である前記(1)又は(2)に記載の藻類油脂の抽出方法。
(4)前記超音波の周波数が1MHz以上2.5MHz未満の範囲である前記(1)〜(3)のいずれか一つに記載の藻類油脂の抽出方法。
(5)前記超音波の周波数が1.3MHz以上2MHz以下の範囲である前記(1)〜(4)のいずれか一つに記載の藻類油脂の抽出方法。
(6)前記藻類含有液中の一重項酸素濃度が、20μM〜270μMとなるように前記藻類含有液に酸素を添加する前記(1)〜(5)のいずれか一つに記載の藻類油脂の抽出方法。
(7)前記藻類含有液中のヒドロキシルラジカル濃度が、10μM〜100μMとなるように前記藻類含有液に酸素を添加する前記(1)〜(6)のいずれか一つに記載の藻類油脂の抽出方法。
(8)前記藻類含有液への酸素の添加が、藻類含有液へ酸素含有気体をバブリングにより送り込むものである前記(1)〜(7)のいずれか一つに記載の藻類油脂の抽出方法。
(9)藻類を培養して前記藻類含有液を得る培養工程を有する前記(1)〜(8)のいずれか一つに記載の藻類油脂の抽出方法。
(10)藻類を含む藻類含有液を溜めるための処理槽と、
前記処理槽中の藻類含有液に超音波を与えて前記藻類を破砕し、藻類破砕液を得るための超音波発生手段と、を備えたことを特徴とする超音波処理装置。
(11)前記超音波の周波数が500kHz以上の範囲に選定されている前記(10)に記載の超音波処理装置。
(12)前記超音波の周波数が1MHz以上2.5MHz未満の範囲に選定されている前記(10)又は(11)に記載の超音波処理装置。
(13)前記超音波の周波数が1.3MHz以上2MHz以下の範囲に選定されている前記(10)〜(12)のいずれか一つに記載の超音波処理装置。
(14)前記藻類含有液に酸素含有気体を送り込むための送込管を備えた前記(10)〜(13)のいずれか一つに記載の超音波処理装置。
(15)前記処理槽中の前記藻類含有液へと前記超音波発生手段より発せられた超音波を伝播する作用液を溜めるための作用液槽を備え、
前記処理槽が、前記作用液槽内部に配置された前記(10)〜(14)のいずれか一つに記載の超音波処理装置。
(16)更に、前記藻類破砕液から藻類油脂を回収するための有機溶媒をためる有機溶媒貯蔵槽を備えた前記(10)〜(15)のいずれか一つに記載の超音波処理装置。
(1) A method for extracting algal fats and oils that extracts algal fats and oils contained in algae,
Dissolving oxygen in the algae-containing liquid containing the algae;
Crushing the algae by applying ultrasonic waves to the algae-containing liquid in which oxygen is dissolved to obtain an algae crushing liquid;
A method for extracting algal fats and oils, comprising:
(2) The method for extracting algal fats and oils according to (1), further including a step of recovering the algal fats and oils from the algal crushing liquid using an organic solvent.
(3) The method for extracting algal fats and oils according to (1) or (2) above, wherein the ultrasonic frequency is 500 kHz or more.
(4) The method for extracting algal fats and oils according to any one of (1) to (3), wherein the ultrasonic frequency is in a range of 1 MHz to less than 2.5 MHz.
(5) The method for extracting algal fats and oils according to any one of (1) to (4), wherein a frequency of the ultrasonic wave is in a range of 1.3 MHz to 2 MHz.
(6) The algal fat or oil according to any one of (1) to (5), wherein oxygen is added to the algae-containing liquid so that a singlet oxygen concentration in the algae-containing liquid is 20 μM to 270 μM. Extraction method.
(7) Extraction of algal fats and oils according to any one of (1) to (6), wherein oxygen is added to the algae-containing liquid so that the hydroxyl radical concentration in the algae-containing liquid is 10 μM to 100 μM. Method.
(8) The method for extracting algal fat according to any one of (1) to (7), wherein the addition of oxygen to the algae-containing liquid feeds an oxygen-containing gas into the algae-containing liquid by bubbling.
(9) The method for extracting algal fats and oils according to any one of (1) to (8), including a culture step of culturing algae to obtain the algae-containing liquid.
(10) a treatment tank for storing algae-containing liquid containing algae;
An ultrasonic processing apparatus comprising: ultrasonic generation means for applying ultrasonic waves to the algae-containing liquid in the treatment tank to crush the algae and obtain an algae crushing liquid.
(11) The ultrasonic processing apparatus according to (10), wherein a frequency of the ultrasonic wave is selected in a range of 500 kHz or more.
(12) The ultrasonic processing apparatus according to (10) or (11), wherein a frequency of the ultrasonic wave is selected in a range of 1 MHz or more and less than 2.5 MHz.
(13) The ultrasonic processing apparatus according to any one of (10) to (12), wherein a frequency of the ultrasonic wave is selected in a range of 1.3 MHz to 2 MHz.
(14) The ultrasonic processing apparatus according to any one of (10) to (13), further including a feeding pipe for feeding an oxygen-containing gas into the algae-containing liquid.
(15) A working liquid tank for storing a working liquid that propagates ultrasonic waves emitted from the ultrasonic wave generation means to the algae-containing liquid in the treatment tank,
The ultrasonic processing apparatus according to any one of (10) to (14), wherein the processing tank is disposed inside the working liquid tank.
(16) The ultrasonic processing apparatus according to any one of (10) to (15), further including an organic solvent storage tank that stores an organic solvent for recovering algal fat from the algal crushing liquid.

本発明の藻類油脂の抽出方法によれば、従来よりも簡略化された処理にも関わらず、高品質の藻類油脂を高収率に得られる。
本発明の超音波処理装置によれば、簡便に、高品質の藻類油脂を高収率に得ることを可能とする。
According to the method for extracting algal fats and oils of the present invention, high-quality algal fats and oils can be obtained in a high yield despite the treatment simplified as compared with the conventional method.
According to the ultrasonic processing apparatus of the present invention, it is possible to easily obtain a high-quality algal fat in a high yield.

酸素が溶存された水に超音波を与えた際に生じると考えられる化学反応の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the chemical reaction considered to occur when an ultrasonic wave is given to water in which oxygen is dissolved. 本発明の一実施形態に係る超音波処理装置の概略構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an ultrasonic processing apparatus according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る超音波処理装置の概略構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an ultrasonic processing apparatus according to an embodiment of the present invention. 実施例において、1.65MHzで10秒間の超音波処理をされた培養液中に含まれる藻類細胞の観察結果を示す写真である。In an Example, it is a photograph which shows the observation result of the algal cell contained in the culture solution which was ultrasonicated for 10 seconds at 1.65 MHz. 実施例において、1.65MHzで20秒間の超音波処理をされた培養液中に含まれる藻類細胞の観察結果を示す写真である。In an Example, it is a photograph which shows the observation result of the algal cell contained in the culture solution which was ultrasonicated for 20 seconds at 1.65 MHz. 実施例において、1.65MHzで30秒間の超音波処理をされた培養液中に含まれる藻類細胞の観察結果を示す写真である。In an Example, it is a photograph which shows the observation result of the algal cell contained in the culture solution which was ultrasonicated for 30 seconds at 1.65 MHz. 実施例において、1.65MHzで60秒間の超音波処理をされた培養液中に含まれる藻類細胞の観察結果を示す写真である。In an Example, it is a photograph which shows the observation result of the algal cell contained in the culture solution which was ultrasonically treated at 1.65 MHz for 60 seconds. 実施例において、超音波処理をされる前の培養液中に含まれる藻類細胞の観察結果を示す写真である。In an Example, it is a photograph which shows the observation result of the algal cell contained in the culture solution before being ultrasonicated. 実施例において、1.65MHzで10分間の超音波処理をされた培養液中に含まれる藻類細胞の観察結果を示す写真である。In an Example, it is a photograph which shows the observation result of the algal cell contained in the culture solution which was ultrasonicated for 10 minutes at 1.65 MHz. 実施例において、47kHzで10分間の超音波処理をされた培養液中に含まれる藻類細胞の観察結果を示す写真である。In an Example, it is a photograph which shows the observation result of the algal cell contained in the culture solution which was ultrasonicated for 10 minutes at 47 kHz. 実施例において、47kHzで30分間の超音波処理をされた培養液中に含まれる藻類細胞の観察結果を示す写真である。In an Example, it is a photograph which shows the observation result of the algal cell contained in the culture solution which was ultrasonicated for 30 minutes at 47 kHz. 超音波処理後の藻類培養液中に含まれる粒子の平均粒子径を測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the average particle diameter of the particle | grains contained in the algal culture solution after ultrasonication. 実施例において、藻類培養液への超音波処理時間によるTAG回収率の差を示すグラフである。In an Example, it is a graph which shows the difference of the TAG collection | recovery rate by the ultrasonic treatment time to an algal culture solution. 実施例において、サンプルに超音波処理を行い、バブリング処理の有無によるサンプル中の一重項酸素濃度及びヒドロキシルラジカル濃度を比較した結果を示すグラフである。In an Example, it is a graph which shows the result of having performed the ultrasonic treatment to the sample and comparing the singlet oxygen concentration and the hydroxyl radical concentration in the sample by the presence or absence of the bubbling treatment. 実施例において、本発明に係る藻類油脂の抽出方法により抽出された藻類油脂に対する、薄層クロマトグラフィーの結果を示す写真である。In an Example, it is a photograph which shows the result of the thin layer chromatography with respect to the algal fat extracted by the extraction method of the algal fat according to the present invention. 実施例において、藻類から抽出されたTAGの回収率を示すグラフである。In an Example, it is a graph which shows the collection | recovery rate of TAG extracted from algae.

≪藻類油脂の抽出方法≫
本発明の藻類油脂の抽出方法は、藻類に含有される藻類油脂を抽出する藻類油脂の抽出方法であって、前記藻類を含む藻類含有液に酸素を溶存させる工程と、酸素が溶存された前記藻類含有液に超音波を与えて前記藻類を破砕し、藻類破砕液を得る工程と、を有するものである。
本発明において「藻類油脂を抽出する」とは、藻類の体内に存在する油脂を藻類体外へ取り出すこと、又は藻類体外へと放出させることを意味する。藻類油脂の抽出に伴い、藻類は破砕されてもよい。
以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。
≪Method of extracting algal fats and oils≫
The method for extracting algal fats and oils of the present invention is an extraction method for algal fats and oils that extracts algal fats and oils contained in algae, wherein the step of dissolving oxygen in the algae-containing liquid containing the algae and the step of dissolving oxygen is performed. And applying an ultrasonic wave to the algae-containing liquid to crush the algae to obtain an algae crushing liquid.
In the present invention, “extracting algal fats and oils” means that the fats and oils present in the algal bodies are taken out of the algal bodies or released out of the algal bodies. With the extraction of the algal fat, the algae may be crushed.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.

本実施形態の藻類油脂の抽出方法は、藻類に含有される藻類油脂を抽出する藻類油脂の抽出方法であって、藻類を培養して前記藻類含有液を得る培養工程と、前記藻類を含む藻類含有液に酸素を溶存させる工程と、酸素が溶存された前記藻類含有液に、超音波を与えて前記藻類を破砕し、藻類破砕液を得る工程とを有する。   The method for extracting algal fats and oils of the present embodiment is a method for extracting algal fats and oils that extracts algae fats and oils contained in algae, comprising culturing algae to obtain the algae-containing liquid, and algae containing the algae. A step of dissolving oxygen in the containing solution, and a step of applying ultrasonic waves to the algae-containing solution in which oxygen is dissolved to crush the algae to obtain an algae crushing solution.

藻類としては、特に限定されず、ほぼ全ての藻類を用いることができ、微細藻類であることが好ましく、単細胞性緑藻であることが好ましい。係る藻類としては、ナンノクロロプシス属、クラミドモナス属、ボトリオコッカス属、シュードコリシスチス属、フェオダクチラム属、オステレオコックス属、シアニディオシゾン属、クレブソルミディウム属、クロロキブス属、スピロギラ属、カラ属、コレオケーテ属、クロレラ属等に属する藻類が挙げられ、なかでもナンノクロロプシス属、クラミドモナス属、ボトリオコッカス属が好ましい。より具体的には、シュードコリシスチス エリプソイディア(Pseudochoricystis ellipsoidea)、ボトリオコッカス ブラウニー(Botryococcus braunii)、シアニディオシゾン メロラエ(Cyanidioschyzon merolae)、クラミドモナス レインハードチイ(Chlamydomonas reinhardtii;以下、クラミドモナスともいう。)等が挙げられる。   Algae is not particularly limited, and almost all algae can be used. Microalgae is preferable, and unicellular green algae is preferable. As such algae, Nannochloropsis genus, Chlamydomonas genus, Botryococcus genus, Pseudocollistis genus, Feodactylum genus, Osterococcus genus, Cyanidiosizone genus, Klebsolmidium genus, Chlorochibus genus, Spirogilla genus, Examples include algae belonging to the genus Kara, Correokete, Chlorella, etc. Among them, Nannochloropsis, Chlamydomonas and Botryococcus are preferable. More specifically, Pseudochoristis ellipsoida, Botryococcus braunii, Cyanidizon melolae, and C. ) And the like.

藻類油脂としては、トリアシルグリセロールのほか、糖脂質、リン脂質、脂肪酸、炭化水素であってもよく、トリアシルグリセロールが好ましい。   As algal fats and oils, in addition to triacylglycerol, glycolipids, phospholipids, fatty acids, and hydrocarbons may be used, and triacylglycerol is preferred.

藻類含有液は、油脂の抽出対象となる藻類を含む液である。藻類含有液としては、後に詳述する超音波処理に係る観点から、水を含有するものであることが好ましく、水若しくは水溶液に藻類が含有又は分散されてなる混合物であることが好ましい。上記混合物としては、藻類を培養して得られ、藻類を含有する藻類培養液を好適に用いることができる。本実施形態の藻類油脂の抽出方法は、藻類培養液を、該培養液の固液分離等の操作を経ることなく用いることなく処理することが可能であるので、従来法と比べて少ない操作で油脂抽出を行うことができる。
上記藻類含有液中には藻類の培養のための塩類やビタミン、炭水化物等の各種栄養素が含まれていてもよい。また、藻類含有液中には、塩が含まれていることが好ましい。藻類含有液中に塩が含まれている場合、藻類含有液中に塩が含まれてない場合と比べて、藻類含有液中のヒドロキシルラジカルおよび一重項酸素の生成量を増加させることが可能となる。そのため、藻類から藻類油脂を高効率に抽出することができる。上記塩としては、金属塩であることが好ましく、遷移金属の金属塩であることがより好ましい。
The algae-containing liquid is a liquid containing algae to be extracted with fats and oils. The algae-containing liquid preferably contains water from the viewpoint of ultrasonic treatment described in detail later, and is preferably a mixture in which algae are contained or dispersed in water or an aqueous solution. As the mixture, an algae culture solution obtained by culturing algae and containing algae can be preferably used. Since the method for extracting algal fats and oils of the present embodiment can treat the algae culture solution without using the operation of solid-liquid separation of the culture solution, etc., it requires fewer operations than the conventional method. Oil extraction can be performed.
The algae-containing liquid may contain various nutrients such as salts, vitamins, and carbohydrates for culturing algae. Moreover, it is preferable that the algae-containing liquid contains a salt. When the salt is contained in the algae-containing liquid, it is possible to increase the production amount of hydroxyl radicals and singlet oxygen in the algae-containing liquid compared to the case where the algae-containing liquid does not contain salt. Become. Therefore, algal fats and oils can be extracted from algae with high efficiency. The salt is preferably a metal salt, and more preferably a metal salt of a transition metal.

藻類を培養して、藻類含有液を得る方法は、培養する藻類の種類に応じて、適切な培養条件等を適宜選択すればよい。藻類に油脂を多量に蓄積させるために、藻類を培養する培養液からリンイオンを低減させることを行ってもよい。   The method for culturing algae to obtain an algae-containing solution may be selected appropriately according to the type of algae to be cultured. In order to accumulate a large amount of fats and oils in algae, phosphorus ions may be reduced from a culture solution for culturing algae.

本実施形態の藻類油脂の抽出方法は、前記藻類を含む藻類含有液に酸素を溶存させる工程と、酸素が溶存された前記藻類含有液に超音波を与えて前記藻類を破砕し、藻類破砕液を得る工程を有する。
超音波によって細胞や組織を破砕することは、超音波破砕法として、超音波ホモジナイザーを用いる等により従来行われてきた。
しかし、発明者らが詳細に検討したこところ、藻類含有液に酸素を溶存させる工程を行い、酸素が溶存された前記藻類含有液に超音波を与えることで、油脂の収率及び純度の点からも、非常に好ましい状態で藻類が破砕された藻類破砕液が得られることが判明した。この藻類破砕液中に放出された藻類油脂は、高収率、高純度のまま前記藻類破砕液から、回収することも可能である。以下、前記各工程について説明する。
The method for extracting algal fats and oils of the present embodiment includes a step of dissolving oxygen in the algae-containing liquid containing the algae, crushing the algae by applying ultrasonic waves to the algae-containing liquid in which oxygen is dissolved, The process of obtaining.
The disruption of cells and tissues by ultrasonic waves has been conventionally performed by using an ultrasonic homogenizer as an ultrasonic disruption method.
However, as the inventors have studied in detail, the process of dissolving oxygen in the algae-containing liquid is performed, and ultrasonic waves are applied to the algae-containing liquid in which oxygen is dissolved, so that the yield and purity of fats and oils are improved. From the above, it was found that an algae crushing liquid in which algae were crushed in a very favorable state was obtained. The algal fats and oils released into the algal crushing liquid can be recovered from the algal crushing liquid with high yield and high purity. Hereinafter, each process will be described.

超音波によって細胞を破砕することは、従来行われてきた方法ではあるが、従来行われてきた超音波による細胞破砕は、主に物理的に細胞を破砕するものである。
物理的に藻類を破砕する場合、藻類含有液に超音波を与えることで、藻類含有液中を超音波が伝播し、液中に含まれる藻類が破砕される。また、超音波が比較的低周波である場合には、主に物理的な細胞の破砕が生じる。具体的には、液に振動を与えることによる圧力の発生による藻類の物理的な破砕、微細な泡の発生によるキャビテーションによる藻類の物理的な破砕が挙げられる。
Although disrupting cells by ultrasonic waves is a conventional method, conventional ultrasonic cell disruption mainly involves physically disrupting cells.
When physically crushing algae, by applying ultrasonic waves to the algae-containing liquid, the ultrasonic waves propagate through the algae-containing liquid, and the algae contained in the liquid are crushed. In addition, when the ultrasonic wave has a relatively low frequency, physical cell disruption mainly occurs. Specifically, physical crushing of algae by generation of pressure by applying vibration to the liquid, and physical crushing of algae by cavitation by generation of fine bubbles can be mentioned.

一方、本実施形態の藻類油脂の抽出方法では、藻類含有液に酸素を溶存させる工程と、酸素が溶存された前記藻類含有液に超音波を与えて前記藻類を破砕し、藻類破砕液を得る工程を有しているため、本実施形態に係る藻類の破砕は、化学的に藻類を破砕するものである。   On the other hand, in the method for extracting algal fats and oils of the present embodiment, a step of dissolving oxygen in the algae-containing liquid, and an ultrasonic wave is applied to the algae-containing liquid in which oxygen is dissolved to crush the algae to obtain an algae crushing liquid. Since it has a process, the crushing of algae according to the present embodiment chemically crushes algae.

図1は、酸素が溶存された水に超音波を与えた際に生じると考えられる化学反応の一例を示す図である。図1に示すように、超音波が水に伝達されると水は超音波によって分解され、ヒドロキシルラジカル(OH・)及び水素原子(水素ラジカル(H・)と呼ばれる場合がある)が生成される。
ここで、藻類含有液に酸素を溶存させる工程を行うことで、ヒドロキシルラジカルが溶存酸素と反応してハイドロトリオキシドラジカル(HOOO・)を中間体として生成し、さらに反応が進行する事でヒドロキシルラジカルと一重項酸素()が生成する。ここで生成したヒドロキシルラジカルもまた溶存酸素と反応し、結果として一重項酸素の濃度が高まる。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a chemical reaction that is considered to occur when ultrasonic waves are applied to water in which oxygen is dissolved. As shown in FIG. 1, when ultrasonic waves are transmitted to water, the water is decomposed by the ultrasonic waves to generate hydroxyl radicals (OH.) And hydrogen atoms (sometimes called hydrogen radicals (H.)). .
Here, by performing a step of dissolving oxygen in the algae-containing liquid, hydroxyl radicals react with dissolved oxygen to generate hydrotrioxide radicals (HOOO.) As intermediates, and further the reaction proceeds to generate hydroxyl radicals. And singlet oxygen ( 1 O 2 ) is generated. The hydroxyl radicals produced here also react with dissolved oxygen, resulting in an increase in the concentration of singlet oxygen.

酸素が溶存された水に超音波を与えた際に生じる反応が起きている液中に藻類をおくことで、当該反応生成物と藻類が反応し、油脂抽出の観点から非常に好ましい状態で藻類を破砕することができる。特に、ヒドロキシルラジカル、一重項酸素、及び藻類細胞が一反応系に共存していることが重要である。上記反応生成物のなかでも、一重項酸素及びヒドロキシルラジカルは強力な酸化分解作用を有しており、酸化分解作用により藻類細胞が破砕されると考えられる。   By placing algae in a solution in which a reaction that occurs when ultrasonic waves are applied to water in which oxygen is dissolved, the algae reacts with the reaction product, and the algae is in a very favorable state from the viewpoint of oil extraction. Can be crushed. In particular, it is important that hydroxyl radicals, singlet oxygen, and algal cells coexist in one reaction system. Among the above reaction products, singlet oxygen and hydroxyl radical have a strong oxidative degradation action, and it is considered that algal cells are crushed by the oxidative degradation action.

このように、本実施形態では、藻類含有液に酸素を溶存させる工程を行うことで、藻類含有液中に発生する一重項酸素及びヒドロキシルラジカルの量を増加させ、より効果的に藻類細胞を破砕することができる。   Thus, in this embodiment, by performing the step of dissolving oxygen in the algae-containing liquid, the amount of singlet oxygen and hydroxyl radicals generated in the algae-containing liquid is increased, and the algal cells are more effectively crushed. can do.

本実施形態においては、藻類含有液に与える超音波の周波数は、500kHz以上であることが好ましい。このことは、50kHz〜500kHz程度の低周波数帯の超音波を藻類含有液に照射した場合、藻類の破砕は、上記化学的な細胞破砕よりも、振動による物理的な細胞破砕が主となるためである。藻類含有液に与える超音波の周波数の上限としては、技術的に達成可能である周波数を上限値とすればよい。藻類含有液に与える超音波の周波数としては、500kHz以上5MHz以下であることが好ましく、600 kHz以上5MHz以下であることがより好ましい。
また、発明者らは、1.65 MHzの高周波数帯の超音波を水に照射したときに、25〜100 kHzの低周波数帯の超音波を水に照射したときに比べて100倍近い濃度のヒドロキシルラジカル(OH・)が生成するとの知見を得た。そして、後述する実施例において示されるように、発明者らは、1.65 MHzの高周波数帯の超音波を藻類含有液に与えることにより、純度の高い高品質な油脂を高収率に得ることができることを見出した。上記の知見を考慮し、藻類含有液に与える超音波の周波数としては、1MHz以上5MHz以下であることが好ましく、1MHz超5MHz以下であることが好ましく、1.3MHz以上5MHz以下であることがより好ましい。
また、発明者らは、2.5MHzの高周波数帯の超音波を水に照射したときには、1.65 MHzの高周波数帯の超音波を水に照射したときに比べてヒドロキシルラジカル(OH・)の生成が低下するとの知見を得た。これらの知見を考慮し、藻類含有液に与える超音波の周波数としては、2.5MHz未満であることが好ましく、500kHz以上2.5MHz未満であることがさらに好ましく、600 kHz以上2.5MHz未満であることがさらに好ましく、1MHz以上2.5MHz未満であることがさらに好ましく、1MHz超2.5MHz未満であることがさらに好ましく、1.3MHz以上2.5MHz未満であることがさらに好ましく、1.3MHz以上2MHz以下であることがさらに好ましく、1.5MHz以上2MHz以下であることが特に好ましく、1.5MHz以上1.8MHz以下であることが特に好ましい。
In this embodiment, it is preferable that the frequency of the ultrasonic wave given to the algae-containing liquid is 500 kHz or more. This is because when algae-containing liquid is irradiated with ultrasonic waves in a low frequency band of about 50 kHz to 500 kHz, the disruption of algae is mainly due to physical cell disruption by vibration rather than the above chemical cell disruption. It is. As the upper limit of the frequency of the ultrasonic wave applied to the algae-containing liquid, a frequency that can be technically achieved may be set as the upper limit. The ultrasonic frequency applied to the algae-containing liquid is preferably 500 kHz to 5 MHz, and more preferably 600 kHz to 5 MHz.
In addition, the inventors have a concentration nearly 100 times higher than when water is irradiated with ultrasonic waves in a low frequency band of 25 to 100 kHz when water is irradiated with ultrasonic waves of a high frequency band of 1.65 MHz. It was found that the hydroxyl radical (OH.) Of was generated. And as shown in the Example mentioned later, inventors give a high-quality oil and fat with high purity by giving an ultrasonic wave of a 1.65 MHz high frequency band to algae content liquid at high yield. I found that I can do it. Considering the above knowledge, the frequency of the ultrasonic wave applied to the algae-containing liquid is preferably 1 MHz or more and 5 MHz or less, preferably 1 MHz or more and 5 MHz or less, and more preferably 1.3 MHz or more and 5 MHz or less. preferable.
In addition, when the inventors irradiate water with ultrasonic waves in a high frequency band of 2.5 MHz, compared to when the water is irradiated with ultrasonic waves in a high frequency band of 1.65 MHz, the hydroxyl radical (OH.) The knowledge that the production | generation of is reduced was acquired. In consideration of these findings, the frequency of the ultrasonic wave applied to the algae-containing liquid is preferably less than 2.5 MHz, more preferably 500 kHz or more and less than 2.5 MHz, and 600 kHz or more and less than 2.5 MHz. More preferably, it is 1 MHz or more and less than 2.5 MHz, more preferably more than 1 MHz and less than 2.5 MHz, more preferably 1.3 MHz or more and less than 2.5 MHz, and 1.3 MHz The frequency is more preferably 2 MHz or less, particularly preferably 1.5 MHz or more and 2 MHz or less, and particularly preferably 1.5 MHz or more and 1.8 MHz or less.

藻類含有液に酸素を溶存させる工程は、藻類含有液に超音波を与える際に、該藻類含有液中の溶存酸素濃度を高めることが目的である。したがって、前記藻類を含む藻類含有液に酸素を溶存させる工程の後に、酸素が溶存された前記藻類含有液に、超音波を与えて前記藻類を破砕し、藻類破砕液を得る工程を行なってもよい。ただし、溶存させた酸素は、時間の経過とともに藻類含有液から放出されるものと考えらえる。したがって、前記藻類を含む藻類含有液に酸素を溶存させる工程と同時に、酸素が溶存された前記藻類含有液に、超音波を与えて前記藻類を破砕し、藻類破砕液を得る工程を行うことが好ましい。例えば、前記藻類を含む藻類含有液に酸素を添加しながら、該藻類含有液に超音波を与えて前記藻類を破砕し、藻類破砕液を得る工程とすることが好ましい。   The step of dissolving oxygen in the algae-containing liquid is intended to increase the dissolved oxygen concentration in the algae-containing liquid when ultrasonic waves are applied to the algae-containing liquid. Therefore, after the step of dissolving oxygen in the algae-containing liquid containing the algae, the step of obtaining ultrasonic waves in the algae-containing liquid in which oxygen is dissolved to crush the algae to obtain an algae-crushing liquid Good. However, dissolved oxygen is considered to be released from the algae-containing liquid over time. Accordingly, simultaneously with the step of dissolving oxygen in the algae-containing liquid containing the algae, performing a step of crushing the algae by applying ultrasonic waves to the algae-containing liquid in which oxygen is dissolved to obtain an algal crushing solution. preferable. For example, it is preferable to set the step of obtaining an algae crushing solution by adding ultrasonic waves to the algae-containing solution containing algae and applying ultrasonic waves to the algae-containing solution to crush the algae.

藻類含有液に酸素を溶存させる方法としては、藻類含有液に酸素を添加する方法が挙げられ、通常知られた方法を採用することができる。例えば、酸素含有気体を藻類含有液に接触させる方法、藻類含有液を攪拌機で撹拌して酸素含有気体と混合する方法、藻類含有液に酸素含有気体を吹き込む(バブリング)方法、藻類含有液に酸素発生剤を添加する方法、任意の液に酸素を添加して得られた液を藻類含有液と混合する方法などが挙げられる。酸素含有気体とは、酸素のみからなるものであってもよいが、入手容易性の観点から空気が好ましい。
上記方法のなかでは、簡便に効率よく藻類含有液に酸素を溶存させることができることから、バブリングにより藻類含有液へ酸素含有気体を送り込む方法がより好ましく、バブリングにより藻類含有液へ空気を送り込む方法がさらに好ましい。
Examples of the method for dissolving oxygen in the algae-containing liquid include a method of adding oxygen to the algae-containing liquid, and a generally known method can be employed. For example, a method of contacting an oxygen-containing gas with an algae-containing liquid, a method of stirring an algae-containing liquid with an agitator and mixing with the oxygen-containing gas, a method of blowing an oxygen-containing gas into the algae-containing liquid (bubbling), and oxygen in the algae-containing liquid Examples thereof include a method of adding a generator, and a method of mixing a liquid obtained by adding oxygen to an arbitrary liquid with an algae-containing liquid. The oxygen-containing gas may be composed only of oxygen, but air is preferable from the viewpoint of availability.
Among the above methods, oxygen can be easily and efficiently dissolved in the algae-containing liquid. Therefore, a method of sending an oxygen-containing gas to the algae-containing liquid by bubbling is more preferable, and a method of sending air to the algae-containing liquid by bubbling is preferable. Further preferred.

超音波処理そのものによっても、液の振動や泡の発生により、藻類含有液に酸素が添加され得るとも考えられるが、本実施形態における藻類含有液に酸素を溶存させる工程とは、藻類を破砕するための前記超音波処理以外の方法によるものとする。   Although it is considered that oxygen can be added to the algae-containing liquid by the vibration of the liquid or the generation of bubbles by the ultrasonic treatment itself, the step of dissolving oxygen in the algae-containing liquid in this embodiment is to crush the algae. Therefore, it shall be by a method other than the ultrasonic treatment.

超音波が与えられる藻類含有液中の一重項酸素濃度は、20μM以上、25μM以上、30μM以上、40μM以上、50μM以上、60μM以上、70μM以上、80μM以上、90μM以上、100μM以上であることが好ましく、20μM〜270μMであることが好ましく、25μM〜270μMであることがより好ましく、30μM〜200μMであることがさらに好ましく、80μM〜200μMであることが特に好ましい。なお、上記Mは、mol/mを表す。
藻類含有液中の一重項酸素濃度が上記範囲となるよう、藻類含有液への酸素の溶存及び超音波処理を行うことで、藻類の破砕の状態をより好ましいものとすることができる。
また例えば、超音波が与えられる藻類含有液中のヒドロキシルラジカル濃度が、10μM〜100μMであることが好ましく、40μM〜100μMであることが好ましく、25μM〜60μMであることがより好ましく、30μM〜50μMであることがさらに好ましい。
藻類含有液中のヒドロキシルラジカル濃度が上記範囲となるよう、藻類含有液への酸素の溶存及び超音波処理を行うことで、藻類の破砕の状態をより好ましいものとすることができる。
The singlet oxygen concentration in the algae-containing liquid to which ultrasound is applied is preferably 20 μM or more, 25 μM or more, 30 μM or more, 40 μM or more, 50 μM or more, 60 μM or more, 70 μM or more, 80 μM or more, 90 μM or more, 100 μM or more. 20 μM to 270 μM, preferably 25 μM to 270 μM, more preferably 30 μM to 200 μM, and particularly preferably 80 μM to 200 μM. Note that M represents mol / m 3 .
By performing dissolution of oxygen in the algae-containing liquid and ultrasonic treatment so that the singlet oxygen concentration in the algae-containing liquid falls within the above range, the state of crushing the algae can be made more preferable.
Further, for example, the hydroxyl radical concentration in the algae-containing liquid to which ultrasound is applied is preferably 10 μM to 100 μM, preferably 40 μM to 100 μM, more preferably 25 μM to 60 μM, and 30 μM to 50 μM. More preferably it is.
By performing dissolution of oxygen in the algae-containing liquid and ultrasonic treatment so that the hydroxyl radical concentration in the algae-containing liquid falls within the above range, the state of crushing the algae can be made more preferable.

なお、本発明において、藻類含有液中の一重項酸素濃度及びヒドロキシルラジカル濃度は、それぞれ、電子スピン共鳴装置(ESR)を用いて、後述の実施例で示す一重項酸素濃度及びヒドロキシルラジカル濃度の測定条件、又はそれと互換性のある条件で測定されたものとする。電子スピン共鳴装置(ESR)は市販のものを使用することができる。   In the present invention, the singlet oxygen concentration and the hydroxyl radical concentration in the algae-containing liquid are respectively measured by the singlet oxygen concentration and the hydroxyl radical concentration shown in Examples described later using an electron spin resonance apparatus (ESR). It shall be measured under conditions or compatible conditions. A commercially available electron spin resonance apparatus (ESR) can be used.

藻類含有液に酸素を添加する添加量は、適宜定めることができるが、目安として、藻類含有液1mLに対して1mL/分以上500mL/分以下であることが好ましく、20mL/分以上200mL/分以下であることが好ましく、50mL/分以上150mL/分以下であることが好ましい。   The amount of oxygen added to the algae-containing liquid can be determined as appropriate, but as a guide, it is preferably 1 mL / min to 500 mL / min, and 20 mL / min to 200 mL / min with respect to 1 mL of the algae-containing liquid. Or less, preferably 50 mL / min or more and 150 mL / min or less.

藻類含有液に超音波が与えられる時間は、一例として、藻類含有液1mLに対して、10秒〜30分が好ましく、30秒〜10分がより好ましく、60秒〜10分がさらに好ましい。上記範囲の時間で超音波処理を行うことにより、高純度の油脂を効率的に抽出可能であると考えられる。   As an example, the time for which ultrasonic waves are applied to the algae-containing liquid is preferably 10 seconds to 30 minutes, more preferably 30 seconds to 10 minutes, and even more preferably 60 seconds to 10 minutes with respect to 1 mL of the algae-containing liquid. It is considered that high-purity fats and oils can be efficiently extracted by performing ultrasonic treatment for a time in the above range.

超音波が与えられる藻類含有液の温度は、特に制限されないが、目安として、0℃〜80℃程度とすることが挙げられ、10℃〜40℃程度とすることが好ましい。   The temperature of the algae-containing liquid to which ultrasonic waves are applied is not particularly limited, but as a guide, it may be about 0 ° C. to 80 ° C., and preferably about 10 ° C. to 40 ° C.

超音波が与えられる藻類含有液に含まれる藻類細胞の密度は、1cell/mL〜2×10cells/mLとすることが好ましく、1cell/mL〜2 × 10cells/mLとすることがより好ましい。 The density of algal cells contained in the algae-containing liquid to which ultrasound is applied is preferably 1 cell / mL to 2 × 10 9 cells / mL, more preferably 1 cell / mL to 2 × 10 7 cells / mL. preferable.

藻類の多くは、油脂をオイルボディと呼ばれる細胞内小器官に蓄積している。したがって、藻類から高収率に油脂を取り出すためには、藻類細胞の細胞壁を破壊し、オイルボディを取り出す必要がある。
しかし、従来の藻類油脂の抽出方法における藻類細胞の破砕は物理的な藻類細胞の破砕であり、おそらく細胞の破砕程度が高すぎるため、目的とする油脂成分以外に色素等の不純物の混入が生じることが問題であった。
Many algae accumulate fats and oils in intracellular organelles called oil bodies. Therefore, in order to extract fats and oils from algae in a high yield, it is necessary to destroy the cell walls of algal cells and take out the oil body.
However, the algal cell disruption in the conventional extraction method of algal fat is a physical algal cell disruption, and the degree of disruption of the cell is probably too high, so that impurities such as pigments are mixed in addition to the target oil and fat component. That was the problem.

これに対して、本実施形態においては、好ましくは600kHz以上の周波数の超音波を藻類含有液に与えることにより、油脂を抽出することに非常に適した状態で藻類細胞を破砕することができ、抽出された油脂中の不純物の混入を格段に低減させつつ、高い収率で油脂を得ることができる。また、藻類含有液に酸素を溶存させる工程を行うことで、抽出された油脂の純度を高いレベルとしたまま、さらに高効率に高純度な油脂を得ることができる。したがって、本実施形態の藻類油脂抽出方法によれば、従来必要とされていた油脂成分の精製を不要としながらも、高品質の油脂を高い収率で取得することができる。
このように、本実施形態の藻類油脂抽出方法は、短時間で且つ低コストに高純度の油脂抽出を可能とする画期的な方法である。
On the other hand, in this embodiment, preferably, by applying ultrasonic waves having a frequency of 600 kHz or higher to the algae-containing liquid, algal cells can be crushed in a state very suitable for extracting oil and fat, The fats and oils can be obtained in a high yield while greatly reducing the contamination of impurities in the extracted fats and oils. Moreover, by performing the step of dissolving oxygen in the algae-containing liquid, it is possible to obtain highly purified oil and fat with higher efficiency while keeping the purity of the extracted oil and fat at a high level. Therefore, according to the method for extracting algal fats and oils of the present embodiment, high-quality fats and oils can be obtained in a high yield while eliminating the purification of fats and oils components that have been conventionally required.
Thus, the algal fat extraction method of this embodiment is an epoch-making method that enables high-purity fat extraction in a short time and at low cost.

本実施形態の藻類油脂の抽出方法では、上記前記藻類破砕液から、前記藻類油脂を回収する工程を、更に有していてもよい。
上記前記藻類破砕液から、前記藻類油脂を回収する方法は、特に限定されず、例えば、適当な溶剤を藻類破砕液に接触させ、藻類破砕液に溶剤を重層させて静置し、溶剤を回収する方法が挙げられる。溶剤としては有機溶媒が好ましく、上記方法は一般的に溶媒抽出法として知られる方法である。前記有機溶媒としては、炭素数6〜10の直鎖状、分岐鎖状、又は環状の飽和炭化水素であることが好ましく、ヘキサンがさらに好ましい。
溶媒抽出法は、溶剤を藻類破砕液に重層さえることのみで、油脂を回収できることから、油脂回収コストを低く抑えることができる点においても、好ましい。しかし、従来の油脂抽出方法に溶媒抽出法を採用した場合には、溶媒中に目的の油脂成分以外に不純物も回収されてしまう場合があった。対して、本実施形態の油脂抽出方法では、油脂を抽出することに非常に適した状態で藻類細胞が破砕された藻類破砕液が得られるので、精製の工程を経ずとも溶媒抽出のみで、高品質の油脂を回収することができる。
In the method for extracting algal fats and oils of this embodiment, the method may further include a step of recovering the algal fats and oils from the algal crushing liquid.
The method for collecting the algal fat from the algal crushing liquid is not particularly limited. For example, a suitable solvent is brought into contact with the algal crushing liquid, the alga crushing liquid is overlaid with the solvent, and the solvent is recovered. The method of doing is mentioned. The solvent is preferably an organic solvent, and the above method is a method generally known as a solvent extraction method. The organic solvent is preferably a linear, branched or cyclic saturated hydrocarbon having 6 to 10 carbon atoms, and more preferably hexane.
The solvent extraction method is preferable in that the oil and fat can be recovered only by overlaying the solvent on the algal crushing liquid, and the oil and oil recovery cost can be kept low. However, when the solvent extraction method is employed in the conventional oil and fat extraction method, impurities other than the target oil and fat component may be recovered in the solvent. On the other hand, in the method for extracting fats and oils of the present embodiment, an algae crushing liquid in which algae cells are crushed in a state that is very suitable for extracting fats and oils is obtained. High quality oils can be recovered.

≪超音波処理装置≫
本発明の超音波処理装置は、藻類を含む藻類含有液を溜めるための処理槽と、前記処理槽中の藻類含有液に超音波を与えて前記藻類を破砕し、藻類破砕液を得るための超音波発生手段と、を備える。
本発明の超音波処理装置は、本発明の藻類油脂の抽出方法の実施にあたり、好適に用いることができる。以下、図を参照しながら、本発明に係る超音波処理装置の好ましい実施形態について説明するが、本発明の藻類油脂の抽出方法は、以下の超音波処理装置を用いた方法に限定されない。
≪Ultrasonic treatment equipment≫
The ultrasonic treatment apparatus of the present invention is a treatment tank for accumulating algae-containing liquid containing algae, and crushing the algae by applying ultrasonic waves to the algae-containing liquid in the treatment tank to obtain an algae crushing liquid Ultrasonic generation means.
The ultrasonic treatment apparatus of the present invention can be suitably used for carrying out the algal fat extraction method of the present invention. Hereinafter, preferred embodiments of the ultrasonic processing apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings, but the method for extracting algal fats and oils of the present invention is not limited to the method using the following ultrasonic processing apparatus.

(第1の実施形態)
本実施形態の超音波処理装置は、藻類を含む藻類含有液を溜めるための処理槽と、前記処理槽中の前記藻類含有液へと前記超音波発生手段より発せられた超音波を伝播する作用液を溜めるための作用液槽と、前記処理槽中の藻類含有液に超音波を与えて前記藻類を破砕し、藻類破砕液を得るための超音波発生手段と、前記藻類含有液に酸素含有気体を送り込むための送込管と、を備え、前記処理槽が、前記作用液槽内部に配置されたものである。
(First embodiment)
The ultrasonic processing apparatus of the present embodiment has a processing tank for accumulating algae-containing liquid containing algae, and an action of propagating ultrasonic waves generated by the ultrasonic wave generation means to the algae-containing liquid in the processing tank. A working liquid tank for accumulating the liquid, ultrasonic generation means for crushing the algae by applying ultrasonic waves to the algae-containing liquid in the treatment tank, and obtaining an algae-crushing liquid; and the algae-containing liquid contains oxygen A feed pipe for feeding gas, and the treatment tank is disposed inside the working liquid tank.

図2に示すように、本実施形態の超音波処理装置10は、処理槽1と、作用液槽2と、超音波発生手段3と、前記藻類含有液に酸素含有気体を送り込むための送込管4と、を備える。超音波発生手段3は、作用液槽2内に配設されている。   As shown in FIG. 2, the ultrasonic treatment apparatus 10 of this embodiment includes a treatment tank 1, a working liquid tank 2, an ultrasonic wave generating means 3, and a feed for feeding an oxygen-containing gas into the algae-containing liquid. A tube 4. The ultrasonic wave generating means 3 is disposed in the working fluid tank 2.

本実施形態の超音波処理装置は、酸素供給手段として、送り込み管4及びポンプ5を備える。処理槽1には、ポンプ5から供給された酸素含有気体が送込管4を介して供給される。処理槽1は、超音波が与えられる藻類含有液L1を溜める槽である。酸素含有気体を噴出する送込管4先端の開口部は、藻類含有液L1の液面より下に設けられている。ポンプ5を作動させると、酸素含有気体が藻類含有液L1へと吹き込まれ、藻類含有液L1中の溶存酸素濃度が高められる。   The ultrasonic processing apparatus of this embodiment includes a feed pipe 4 and a pump 5 as oxygen supply means. The oxygen-containing gas supplied from the pump 5 is supplied to the processing tank 1 through the feed pipe 4. The processing tank 1 is a tank that stores the algae-containing liquid L1 to which ultrasonic waves are applied. The opening at the tip of the feed pipe 4 for ejecting the oxygen-containing gas is provided below the liquid surface of the algae-containing liquid L1. When the pump 5 is operated, the oxygen-containing gas is blown into the algae-containing liquid L1, and the dissolved oxygen concentration in the algae-containing liquid L1 is increased.

作用液槽2に超音波を伝播する作用液L2が溜められた状態で、超音波発生手段3が超音波を発すると、超音波発生手段3から発せられた超音波は、作用液槽2内の作用液L2を介して処理槽1内の藻類含有液L1に伝播される。超音波が与えられた藻類含有液は、処理槽1内にてそれに含有される藻類が破砕され、藻類破砕液となる。   When the ultrasonic wave generating means 3 emits an ultrasonic wave in a state where the working liquid L2 propagating ultrasonic waves is accumulated in the working liquid tank 2, the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic wave generating means 3 is generated in the working liquid tank 2. Is transmitted to the algae-containing liquid L1 in the treatment tank 1 via the working liquid L2. The algae-containing liquid to which the ultrasonic wave is applied is crushed in the treatment tank 1 to form an algae crushing liquid.

前記超音波発生手段の超音波の周波数は、500kHz以上であることが好ましい。このことは、50kHz〜500kHz程度の低周波数帯の超音波を藻類含有液に照射した場合、藻類の破砕は、上記化学的な細胞破砕よりも、振動による物理的な細胞破砕が主な作用となるためである。超音波発生手段の超音波の周波数の上限としては、技術的に達成可能である周波数を上限値とすればよい。超音波発生手段の超音波の周波数としては、500kHz以上5MHz以下であることが好ましく、600kHz以上5MHz以下であることがより好ましい。
また、発明者らは、1.65 MHzの高周波数帯の超音波を水に照射したときに、25〜100 kHzの低周波数帯の超音波を水に照射したときに比べて100倍近い濃度のヒドロキシルラジカル(OH・)が生成するとの知見を得た。そして、後述する実施例において示されるように、発明者らは、1.65 MHzの高周波数帯の超音波を藻類含有液に与えることにより、純度の高い高品質な油脂を高収率に得ることができることを見出した。上記の知見を考慮し、超音波発生手段の超音波の周波数としては、1MHz以上5MHz以下であることが好ましく、1MHz超5MHz以下であることが好ましく、1.3MHz以上5MHz以下であることがより好ましい。
また、発明者らは、2.5MHzの高周波数帯の超音波を水に照射したときには、1.65 MHzの高周波数帯の超音波を水に照射したときに比べてヒドロキシルラジカル(OH・)の生成が低下するとの知見を得た。これらの知見を考慮し、超音波発生手段の超音波の周波数としては、2.5MHz未満であることが好ましく、500kHz以上2.5MHz未満であることがさらに好ましく、600 kHz以上2.5MHz未満であることがさらに好ましく、1MHz以上2.5MHz未満であることがさらに好ましく、1MHz超2.5MHz未満であることがさらに好ましく、1.3MHz以上2.5MHz未満であることがさらに好ましく、1.3MHz以上2MHz以下であることがさらに好ましく、1.5MHz以上2MHz以下であることが特に好ましく、1.5MHz以上1.8MHz以下であることが特に好ましい。
The ultrasonic frequency of the ultrasonic wave generating means is preferably 500 kHz or more. This is because when the algae-containing liquid is irradiated with ultrasonic waves in a low frequency band of about 50 kHz to 500 kHz, the disruption of the algae is mainly due to physical cell disruption by vibration rather than the above chemical cell disruption. It is to become. As the upper limit of the ultrasonic frequency of the ultrasonic wave generation means, a frequency that can be technically achieved may be set as the upper limit value. The ultrasonic frequency of the ultrasonic wave generating means is preferably 500 kHz or more and 5 MHz or less, and more preferably 600 kHz or more and 5 MHz or less.
In addition, the inventors have a concentration nearly 100 times higher than when water is irradiated with ultrasonic waves in a low frequency band of 25 to 100 kHz when water is irradiated with ultrasonic waves of a high frequency band of 1.65 MHz. It was found that the hydroxyl radical (OH.) Of was generated. And as shown in the Example mentioned later, inventors give a high-quality oil and fat with high purity by giving an ultrasonic wave of a 1.65 MHz high frequency band to algae content liquid at high yield. I found that I can do it. Considering the above knowledge, the ultrasonic frequency of the ultrasonic wave generating means is preferably 1 MHz or more and 5 MHz or less, preferably 1 MHz or more and 5 MHz or less, more preferably 1.3 MHz or more and 5 MHz or less. preferable.
In addition, when the inventors irradiate water with ultrasonic waves in a high frequency band of 2.5 MHz, compared to when the water is irradiated with ultrasonic waves in a high frequency band of 1.65 MHz, the hydroxyl radical (OH.) The knowledge that the production | generation of is reduced was acquired. Considering these findings, the ultrasonic frequency of the ultrasonic wave generating means is preferably less than 2.5 MHz, more preferably 500 kHz or more and less than 2.5 MHz, and 600 kHz or more and less than 2.5 MHz. More preferably, it is 1 MHz or more and less than 2.5 MHz, more preferably more than 1 MHz and less than 2.5 MHz, more preferably 1.3 MHz or more and less than 2.5 MHz, and 1.3 MHz The frequency is more preferably 2 MHz or less, particularly preferably 1.5 MHz or more and 2 MHz or less, and particularly preferably 1.5 MHz or more and 1.8 MHz or less.

酸素含有気体の供給源であるポンプ5と、超音波発生手段3は、順次作動させることもでき、同時に作動させることもできる。   The pump 5 that is a supply source of the oxygen-containing gas and the ultrasonic wave generating means 3 can be operated sequentially or simultaneously.

超音波発生手段は、例えば、超音波振動子である。超音波処理装置は、超音波振動子を駆動させるモーター等をさらに備えていてもよい。
なお、本実施形態においては、超音波発生手段3が作用液槽2内に配設された態様を例示したが、例えば、超音波発生手段3が作用液槽2外の作用液槽2の壁面に取り付けられていてもよく、超音波発生手段3が作用液槽2の壁内部に埋設されていてもよい。
The ultrasonic wave generating means is, for example, an ultrasonic vibrator. The ultrasonic processing apparatus may further include a motor for driving the ultrasonic transducer.
In addition, in this embodiment, although the aspect in which the ultrasonic wave generation means 3 was arrange | positioned in the working fluid tank 2 was illustrated, for example, the wall surface of the working fluid tank 2 outside the working fluid tank 2 is the ultrasonic wave generating means 3 The ultrasonic wave generating means 3 may be embedded inside the wall of the working fluid tank 2.

また、本実施形態では、超音波発生手段3は作用液槽内2内に配設された態様を例示したが、別の態様として、超音波発生手段3は処理槽1内に配設されていてもよい。この場合、超音波発生手段から発せられた超音波は、作用液を介さずに、藻類含有液へと与えられ、作用液槽は必須の構成としない。
本実施形態において示したように、作用液槽2を設け、超音波発生手段3は作用液槽内2内に配設され構成とすることにより、超音波発生手段と藻類含有液とを直接に接することなく超音波処理することが可能となる。このような構成とすることにより、超音波発生手段にとっては藻類含有液の影響を受けにくいため、管理性、耐久性等に優れた超音波処理装置とすることができる。
Moreover, in this embodiment, although the ultrasonic wave generation means 3 illustrated the aspect arrange | positioned in the inside of the working fluid tank 2, as another aspect, the ultrasonic wave generation means 3 is arrange | positioned in the processing tank 1. FIG. May be. In this case, the ultrasonic wave emitted from the ultrasonic wave generating means is given to the algae-containing liquid without passing through the working liquid, and the working liquid tank is not an essential component.
As shown in this embodiment, the working fluid tank 2 is provided, and the ultrasonic wave generating means 3 is disposed in the working liquid tank 2 so that the ultrasonic wave generating means and the algae-containing liquid are directly connected. Ultrasonic processing can be performed without contact. By setting it as such a structure, since it is hard to receive to the influence of algae containing liquid with respect to an ultrasonic generation means, it can be set as the ultrasonic processing apparatus excellent in manageability, durability, etc.

送込管4は処理槽1と連結されていてもよく、処理槽1の壁面に送込管4と連通する連通口が設けられていてもよい。   The feeding pipe 4 may be connected to the processing tank 1, and a communication port communicating with the feeding pipe 4 may be provided on the wall surface of the processing tank 1.

本実施形態によれば、酸素供給手段によって、藻類含有液へ酸素含有気体が導入される。この溶存酸素濃度が高められた状態の藻類含有液へ、超音波発生手段により超音波が与えられると、上記藻類油脂の抽出方法において説明したように、より効果的に藻類細胞を破砕することができ、高品質な藻類油脂を高収率に得ることができる。   According to this embodiment, the oxygen-containing gas is introduced into the algae-containing liquid by the oxygen supply means. When ultrasonic waves are applied to the algae-containing liquid in a state where the dissolved oxygen concentration is increased by the ultrasonic wave generating means, the algal cells can be more effectively crushed as described in the method for extracting algal fats and oils. And high quality algal fats and oils can be obtained in high yield.

(第2の実施形態)
図3に示すように、本実施形態の超音波処理装置20は、前記藻類破砕液から藻類油脂を回収するための有機溶媒をためる有機溶媒貯蔵槽6及び配管7をさらに備えている点で、図2に示す超音波処理装置10と異なっている。その他構成は、超音波処理装置10と同一であり、上記第1の実施形態の超音波処理装置10と共通する点について説明を省略し、同じ構成要素に対しては、超音波処理装置10で使用したものと同一の符号を用いている。
(Second Embodiment)
As shown in FIG. 3, the ultrasonic processing apparatus 20 of the present embodiment further includes an organic solvent storage tank 6 and a pipe 7 for accumulating an organic solvent for recovering algal fats and oils from the algal crush liquid. It differs from the ultrasonic processing apparatus 10 shown in FIG. Other configurations are the same as those of the ultrasonic processing apparatus 10, and the description of the points common to the ultrasonic processing apparatus 10 of the first embodiment is omitted. For the same components, the ultrasonic processing apparatus 10 is used. The same symbols as used are used.

有機溶媒貯蔵槽6にためられた有機溶媒は、配管7を介して処理槽1に導入される。処理槽1に藻類破砕液が溜められているときに、有機溶媒貯蔵槽6から有機溶媒が処理槽1へと導入されると、藻類破砕液中の油脂が有機溶媒へと回収される。   The organic solvent stored in the organic solvent storage tank 6 is introduced into the processing tank 1 through the pipe 7. When the organic solvent is introduced from the organic solvent storage tank 6 into the processing tank 1 while the algal crushing liquid is stored in the processing tank 1, the fats and oils in the algal crushing liquid are recovered into the organic solvent.

本実施形態によれば、有機溶媒を藻類破砕液に導入することができ、藻類破砕液を送液する必要がないことから、油脂抽出のランニングコストを低減できる。   According to this embodiment, since the organic solvent can be introduced into the algal crushing liquid and there is no need to send the algae crushing liquid, the running cost of oil extraction can be reduced.

次に実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example is shown and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited to a following example.

1.藻類の培養
藻類はクラミドモナスの野生株 (C9株CC−408 mt)を用いた。通常培養においては、液体TAP培地の改変培地を使用し、20〜40 μE m−2−1の連続光下、23℃で旋回培養した。油脂を多量に蓄積させるために、該液体TAP培地の改変培地からはリンのイオンを除いてある。以下、当該液体TAP培地の改変培地をTAP改変培地(−P)という。実験には、TAP改変培地(−P)に移して培養した細胞を使用した。移し替える過程は以下の通りである。対数増殖期にあるクラミドモナス藻体を遠心で回収し( 5分、1,800 × g )、TAP改変培地(−P)で2回洗い、1.0 × 10 cells/mLの細胞濃度になるようにTAP改変培地(−P)に懸濁し、20〜40 μE m−2−1の連続光下、23℃で8日間、旋回培養した。
1. Culture of algae As algae, a wild strain of Chlamydomonas (C9 strain CC-408 mt ) was used. In normal culture, a modified medium of liquid TAP medium was used, and swirling culture was performed at 23 ° C. under continuous light of 20 to 40 μE m −2 s −1 . In order to accumulate a large amount of fats and oils, phosphorus ions are removed from the modified medium of the liquid TAP medium. Hereinafter, the modified medium of the liquid TAP medium is referred to as TAP modified medium (-P). In the experiment, cells transferred to TAP-modified medium (-P) and cultured were used. The process of transferring is as follows. Chlamydomonas alga bodies in the logarithmic growth phase are collected by centrifugation (5 minutes, 1,800 × g), washed twice with TAP-modified medium (−P), resulting in a cell concentration of 1.0 × 10 5 cells / mL The suspension was suspended in TAP-modified medium (-P) as described above, and swirled and cultured at 23 ° C. for 8 days under continuous light of 20 to 40 μE m −2 s −1 .

2.藻類培養液への超音波処理
上記(1.藻類の培養)に記載とおり、藻類の培養を行い、培養後の藻体を、1〜2 ×10cells/mLの細胞数になるようにTAP改変培地(−P)に懸濁し、これを藻類培養液とし、1 mLを超音波処理に用いた。超音波処理は、超音波処理装置(スピンナノ装置IV(株式会社 ニモ製))を用いて、出力36 V、1.65MHzで10秒間、20秒間、30秒間、又は60秒間の超音波処理(室温)、或いは出力48 V、1.65MHzで10分間の超音波処理(室温)、で行った。藻類培養液への超音波処理は、上記スピンナノ装置付属の槽であり、槽内部に超音波振動子が設けられた槽に水を入れ、槽にためられた水の中に藻類培養液を入れた試験管を沈めた状態で行った。また、対照群として、超音波洗浄装置(BRANSONIC3210、日本エマソン社製)を用いて、出力47kHzで10分間、又は30分間の藻類培養液への超音波処理(室温)を行った。上記超音波処理装置の槽にためられた水の中に、藻類培養液を入れた試験管を沈めた状態で行った。
超音波処理後すぐに光学顕微鏡で観察を行なった。
2. Ultrasonic treatment of algae culture solution As described above (1. algae culture), algae is cultured, and the cultured algae are TAP so that the number of cells becomes 1-2 × 10 7 cells / mL. This was suspended in a modified medium (-P), which was used as an algae culture solution, and 1 mL was used for sonication. The ultrasonic treatment is performed using an ultrasonic treatment device (Spin Nano Device IV (manufactured by Nimo Co., Ltd.)) at an output of 36 V and 1.65 MHz for 10 seconds, 20 seconds, 30 seconds, or 60 seconds. Or ultrasonication (room temperature) for 10 minutes at an output of 48 V and 1.65 MHz. The ultrasonic treatment of the algae culture solution is the tank attached to the spin nano device, and water is put into a tank provided with an ultrasonic vibrator inside the tank, and the algae culture solution is put into the water stored in the tank. The test tube was submerged. In addition, as a control group, ultrasonic treatment (room temperature) was performed on an algae culture solution at an output of 47 kHz for 10 minutes or 30 minutes using an ultrasonic cleaning apparatus (BRANSONIC 3210, manufactured by Nippon Emerson). The test was carried out in a state where the test tube containing the algae culture solution was submerged in the water stored in the tank of the ultrasonic treatment apparatus.
Immediately after the ultrasonic treatment, observation was performed with an optical microscope.

図4〜11に、上記各条件で超音波処理をされた培養液中に含まれる藻類細胞の、観察結果を示す。
図4は、出力36 V、1.65MHzで10秒間の超音波処理後、図5は、出力36 V、1.65MHzで20秒間の超音波処理後、図6は、出力36 V、1.65MHzで30秒間の超音波処理後、図7は、出力36 V、1.65MHzで60秒間の超音波処理後の藻類細胞の様子である。
図8は、超音波処理前、図9は、出力48 V、1.65MHzで10分間の超音波処理後の藻類細胞の様子である。
図10は、47kHzで10分間の超音波処理後、図11は、47kHzで30分間の超音波処理後の藻類細胞の様子である。
4 to 11 show the observation results of the algal cells contained in the culture solution that was sonicated under each of the above conditions.
4 shows an output of 36 V at 1.65 MHz after sonication for 10 seconds, FIG. 5 shows an output of 36 V at 1.65 MHz for 20 seconds, and FIG. After sonication for 30 seconds at 65 MHz, FIG. 7 shows the state of the algal cells after sonication for 60 seconds at an output of 36 V and 1.65 MHz.
FIG. 8 shows the state of algal cells before sonication, and FIG. 9 shows the state of algal cells after sonication for 10 minutes at an output of 48 V and 1.65 MHz.
FIG. 10 shows the state of algal cells after sonication at 47 kHz for 10 minutes, and FIG. 11 shows the state of algal cells after sonication at 47 kHz for 30 minutes.

図10及び図11に示されるように、47kHzの超音波処理では、細胞がうまく破砕されていないことが分かる。
一方、1.65MHzの超音波処理では、図4〜7に示されるように、超音波処理の処理時間を長くするほど、藻類細胞が破砕されていくことがわかる。また、図9に示されるように、10分間の超音波処理によって、藻類細胞が良好に破壊されたことがわかる。
As shown in FIGS. 10 and 11, it can be seen that the cells are not crushed well in the 47 kHz ultrasonic treatment.
On the other hand, in the 1.65 MHz ultrasonic treatment, as shown in FIGS. 4 to 7, it is understood that the algal cells are crushed as the treatment time of the ultrasonic treatment is increased. Moreover, as FIG. 9 shows, it turns out that the algal cell was destroyed favorably by the ultrasonic treatment for 10 minutes.

3.超音波処理後の藻類培養液中に含まれる粒子の粒子経の測定
上記(1.藻類の培養)に記載とおり、藻類の培養を行い、1〜2 × 10cells/mL の細胞数になるように藻体を調製し、1 mLを超音波破砕に用いた。処理条件は出力48 V、1.65MHzで10分間処理をした。処理前と処理後のサンプルを適宜希釈して粒子径をレーザ回折式粒子径分布測定装置によって測定した。レーザ回折式粒子径分布測定装置には島津製作所のSALD−2300を使用した。
3. Measurement of particle size of particles contained in algae culture solution after sonication As described above (1. algae culture), algae is cultured and the number of cells becomes 1-2 × 10 7 cells / mL Algae bodies were prepared as described above, and 1 mL was used for ultrasonic crushing. The processing conditions were an output of 48 V and 1.65 MHz for 10 minutes. Samples before and after the treatment were appropriately diluted, and the particle size was measured with a laser diffraction particle size distribution measuring apparatus. SALD-2300 manufactured by Shimadzu Corporation was used for the laser diffraction particle size distribution measuring apparatus.

結果を図12に示す。超音波処理前の藻類培養液中に含まれる粒子の平均粒子径は、約10μmであり、超音波処理後の藻類培養液中に含まれる粒子の平均粒子径は、約1.3μmであった。このことから、藻類培養液中の藻類細胞が、超音波処理によって破壊され、より小さな粒子になったことが確認された。   The results are shown in FIG. The average particle size of the particles contained in the algal culture solution before sonication was about 10 μm, and the average particle size of the particles contained in the algal culture solution after sonication was about 1.3 μm. . From this, it was confirmed that the algal cells in the algae culture broth were destroyed by ultrasonication to become smaller particles.

4.超音波処理時間の検討
上記(1.藻類の培養)に記載とおり、藻類の培養を行い、1〜2 × 10cells/mL の細胞数になるように藻体を調製してこれを藻類培養液とし、1 mLを超音波破砕に用いた。超音波処理条件は出力48 V、1.65MHzとし、藻類培養液温度50℃で、5分間、10分間、20分間又は30分間の超音波処理を行った。
藻類培養液1mLのそれぞれに、1 mLのヘキサンを重層して一晩静置した。その後ヘキサン層を回収し、薄層クロマトグラフィー (TLC Silica gel 60, 20x20 cm, メルク, 製品コード1.05721.0009、展開溶媒組成は、ヘキサン:ジエチルエーテル:酢酸 = 160 : 40 : 4 (vol/vol/vol))を行った。
上記プレートから油脂トリアシルグリセロール(TAG)のスポットをかきとって含量の測定を行った。
15:0脂肪酸を内部標準試料として、TAGをメタノリシス処理した。具体的には、ネジ栓付きガラス試験管内で、TAGを含むシリカゲル粉末に100μlの1 mM 15:0ヘキサン溶液(pentadecanoic acid, シグマアルドリッチ, P−6125)および350μlの5% (vol/vol)塩化水素メタノール溶液(和光純薬、089−03971)を添加して85℃で1時間処理した。メタノリシス処理後、ヘキサンで脂肪酸メチルエステルを回収し、窒素ガスで乾固後、60μlのヘキサンで回収し、そのうち3μlをガスクロマトグラフィーで解析した。ガスクロマトグラフィー (島津製作所、GC−2014、カラムは信和化工株式会社のHR−SS−10 (25 m × 0.25 mm ID)、カラム温度180℃、気化室および検出器250℃、入口圧(kPa)68.2、カラム流量 (ml/min) 0.53、スプリット比 68.8、計測時間15分)を用いて分離・定量を行った。
上記ヘキサン層へのTAG回収率は、Bligh and Dyer法(Can. J. Biochem. Phsiol. (1959) 37巻, 911頁)に基づき超音波処理をしていない藻体から総脂質を抽出後、上述と同様に薄層クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィーを用いてTAGを定量し、その値を100%として回収率を計算した。
4). Examination of ultrasonic treatment time As described in the above (1. Culture of algae), algae is cultured, and algal cells are prepared so that the number of cells is 1-2 × 10 7 cells / mL. 1 mL was used for ultrasonic crushing. The ultrasonic treatment conditions were an output of 48 V, 1.65 MHz, and ultrasonic treatment was performed at an algal culture solution temperature of 50 ° C. for 5 minutes, 10 minutes, 20 minutes, or 30 minutes.
Each 1 mL of the algae culture solution was overlaid with 1 mL of hexane and allowed to stand overnight. Thereafter, the hexane layer was recovered, and thin layer chromatography (TLC Silica gel 60, 20 × 20 cm, Merck, product code 1.05721.0009, developing solvent composition was hexane: diethyl ether: acetic acid = 160: 40: 4 (vol / vol / vol)).
The content of the oil and fat triacylglycerol (TAG) was scraped from the plate and the content was measured.
TAG was subjected to methanolysis treatment using 15: 0 fatty acid as an internal standard sample. Specifically, in a glass test tube with a screw cap, 100 μl of 1 mM 15: 0 hexane solution (pentadecanic acid, Sigma-Aldrich, P-6125) and 350 μl of 5% (vol / vol) chloride in silica gel powder containing TAG A hydrogen methanol solution (Wako Pure Chemicals, 089-03971) was added and treated at 85 ° C. for 1 hour. After the methanolysis treatment, fatty acid methyl ester was recovered with hexane, dried with nitrogen gas, and then recovered with 60 μl of hexane, of which 3 μl was analyzed by gas chromatography. Gas chromatography (Shimadzu Corporation, GC-2014, column is HR-SS-10 (25 m × 0.25 mm ID) manufactured by Shinwa Kako Co., Ltd.), column temperature 180 ° C., vaporization chamber and detector 250 ° C., inlet pressure ( kPa) 68.2, column flow rate (ml / min) 0.53, split ratio 68.8, measurement time 15 minutes).
The TAG recovery rate in the hexane layer was determined by extracting total lipids from algal cells not subjected to ultrasonic treatment based on the Bligh and Dyer method (Can. J. Biochem. Phsiol. (1959) 37, 911). TAG was quantified using thin layer chromatography and gas chromatography in the same manner as described above, and the recovery rate was calculated with the value as 100%.

結果を図13に示す。図13に示すグラフから、上記処理条件では、藻類含有液温度50℃にて10分程度の超音波処理をすれば、油脂回収量がほぼ最大値となることが分かった。   The results are shown in FIG. From the graph shown in FIG. 13, it was found that the amount of collected oil was almost the maximum when the ultrasonic treatment was performed for about 10 minutes at the alga-containing liquid temperature of 50 ° C. under the above treatment conditions.

5.一重項酸素濃度とヒドロキシルラジカルの測定
超音波処理、及び超音波処理に加えてバブリング処理をした場合の、ヒドロキシルラジカル及び一重項酸素の発生量の測定した。バブリング処理は、酸素バブリング処理と、空気バブリング処理の両方の場合で測定した。
一重項酸素濃度とヒドロキシルラジカル濃度はXバンド電子スピン共鳴(ESR)装置(JES−FA−100、日本電子株式会社製)を用いて定量した。ヒドロキシルラジカル濃度の測定では150 μLのTAP改変培地(−P)と50 μLの 5,5−ジメチル−1−ピロリン−N−オキシド(DMPO) (1.2 M)の混合液を用意した。一重項酸素濃度の測定では750 μLのTAP改変培地(−P)培地と250 μLの 2、2、5、5−テトラメチル−3−ピロリン−3−カルボキサミド(TPC)(100 mM)の混合液を用意した。
それぞれのサンプルを出力48 V、1.65MHzで1分間または5分間超音波処理し、ESRスペクトルを測定した。また、それぞれのサンプルを上記超音波処理する5分前から超音波処理が終了する時点まで、酸素又は空気を100 mL/分で吹き込むバブリング処理を行った。
ESR測定条件は、マイクロ波出力1 mW、マイクロ波周波数 9.428 GHz、掃引磁場330.5から340.5 mT、変調周波数100 kHz、変調幅0.1 mT、掃引時間2分、時定数0.1秒、ESRスペクトロメーターは日本電子株式会社のJES−FA−100を用いた。各々のラジカル濃度は、内部標準物質の酸化マンガンに由来するMn2+のシグナル面積とサンプル由来のシグナル面積を用いて、20 μMのTEMPOLのラジカル濃度を基準として算出した。
5). Measurement of Singlet Oxygen Concentration and Hydroxyl Radical The amount of generated hydroxyl radicals and singlet oxygen was measured by ultrasonic treatment and bubbling treatment in addition to ultrasonic treatment. The bubbling treatment was measured in both cases of oxygen bubbling treatment and air bubbling treatment.
Singlet oxygen concentration and hydroxyl radical concentration were quantified using an X-band electron spin resonance (ESR) apparatus (JES-FA-100, manufactured by JEOL Ltd.). For the measurement of the hydroxyl radical concentration, a mixed solution of 150 μL of TAP-modified medium (-P) and 50 μL of 5,5-dimethyl-1-pyrroline-N-oxide (DMPO) (1.2 M) was prepared. For measurement of singlet oxygen concentration, 750 μL of TAP-modified medium (−P) medium and 250 μL of 2,2,5,5-tetramethyl-3-pyrroline-3-carboxamide (TPC) (100 mM) mixed solution Prepared.
Each sample was sonicated at 48 V output, 1.65 MHz for 1 minute or 5 minutes, and the ESR spectrum was measured. In addition, a bubbling treatment in which oxygen or air was blown at 100 mL / min was performed from 5 minutes before the ultrasonic treatment of each sample until the time when the ultrasonic treatment was completed.
The ESR measurement conditions are: microwave output 1 mW, microwave frequency 9.428 GHz, sweep magnetic field 330.5 to 340.5 mT, modulation frequency 100 kHz, modulation width 0.1 mT, sweep time 2 minutes, time constant 0 JES-FA-100 manufactured by JEOL Ltd. was used as the ESR spectrometer for 1 second. Each radical concentration was calculated based on the radical concentration of 20 μM TEMPOL using the signal area of Mn 2+ derived from manganese oxide as an internal standard substance and the signal area derived from the sample.

結果を図14に示す。図14(a)は、サンプルに超音波処理のみを行った場合と、超音波処理及び酸素バブリング処理を行った場合とで、サンプル中の一重項酸素濃度を比較したグラフである。図14(b)は、サンプルに超音波処理のみを行った場合と、超音波処理及び酸素バブリング処理を行った場合とで、サンプル中のヒドロキシルラジカル濃度を比較したグラフである。
図14(c)は、サンプルに超音波処理のみを行った場合と、超音波処理及び空気バブリング処理を行った場合とで、サンプル中の一重項酸素濃度を比較したグラフである。図14(d)は、サンプルに超音波処理のみを行った場合と、超音波処理及び空気バブリング処理を行った場合とで、サンプル中のヒドロキシルラジカル濃度を比較したグラフである。
酸素バブリング処理、及び空気バブリング処理のどちらのバブリング処理を行った場合でも、培地中の一重項酸素濃度が上昇したことが示された。
ヒドロキシルラジカル濃度については、一重項酸素濃度とは異なる変動の様子がみられたが、これは、ヒドロキシルラジカルの生成が水の分解とハイドロトリオキシドラジカルの分解の2過程から生成するとともに溶存酸素との反応で消費されたことによるものと考えられる。
The results are shown in FIG. FIG. 14A is a graph comparing the singlet oxygen concentrations in the sample when the sample is subjected only to ultrasonic treatment and when the sample is subjected to ultrasonic treatment and oxygen bubbling treatment. FIG. 14B is a graph comparing the hydroxyl radical concentration in the sample when the sample is subjected only to ultrasonic treatment and when the sample is subjected to ultrasonic treatment and oxygen bubbling treatment.
FIG. 14C is a graph comparing the singlet oxygen concentration in the sample when the sample is subjected to only ultrasonic treatment and when the sample is subjected to ultrasonic treatment and air bubbling treatment. FIG. 14D is a graph comparing the hydroxyl radical concentration in the sample when the sample was subjected to only ultrasonic treatment and when the sample was subjected to ultrasonic treatment and air bubbling treatment.
It was shown that the singlet oxygen concentration in the medium increased in both cases of the oxygen bubbling treatment and the air bubbling treatment.
The hydroxyl radical concentration was different from the singlet oxygen concentration, but this was due to the generation of hydroxyl radicals from the two processes of water decomposition and hydrotrioxide radical decomposition. This is thought to be due to the consumption of this reaction.

6.藻類培養液への超音波処理、及びバブリング処理
(実施例1)
上記(1.藻類の培養)に記載とおり、藻類の培養を行った。培養後の藻体は、1〜2×10cells/mLの細胞数になるようにTAP改変培地(−P)に懸濁し、藻類培養液とした。この藻類培養液1 mLを超音波処理及びバブリング処理に用いた。
上記藻類培養液に、出力48 V、1.65MHzで10分間、室温で超音波処理を行った。また、超音波処理する5分前から超音波処理が終了する時点まで、藻類培養液に酸素を100 mL/分で吹き込む酸素バブリング処理を行った。
6). Ultrasonic treatment and bubbling treatment on algae culture (Example 1)
Algae was cultured as described above (1. Culture of algae). The cultured algal cells were suspended in TAP-modified medium (-P) so as to have a cell number of 1 to 2 × 10 7 cells / mL, and used as an algal culture solution. 1 mL of this algae culture solution was used for ultrasonic treatment and bubbling treatment.
The algae culture was sonicated at 48 V output, 1.65 MHz for 10 minutes at room temperature. In addition, oxygen bubbling treatment was performed in which oxygen was blown into the algae culture solution at a rate of 100 mL / min from 5 minutes before the ultrasonic treatment to the end of the ultrasonic treatment.

(実施例2)
酸素に代えて、空気を藻類培養液に100 mL/分で吹きこんだ以外は、実施例1と同様にして、藻類培養液への超音波処理及び空気バブリング処理を行った。
(Example 2)
The algae culture solution was subjected to ultrasonic treatment and air bubbling treatment in the same manner as in Example 1 except that air was blown into the algae culture solution at 100 mL / min instead of oxygen.

(比較例1〜2)
実施例1と同様にして藻類培養液を得た。藻類培養液には、超音波処理もバブリング処理も行わなかった。
(Comparative Examples 1-2)
Algal culture solution was obtained in the same manner as Example 1. The algae culture was neither sonicated nor bubbled.

(比較例3〜4)
実施例1と同様にして藻類培養液を得た後、実施例1と同様にして、藻類培養液へ超音波処理を行った。藻類培養液にはバブリング処理は行わなかった。
(Comparative Examples 3-4)
After obtaining the algae culture solution in the same manner as in Example 1, the algae culture solution was sonicated in the same manner as in Example 1. The algae culture was not bubbled.

7.脂質抽出及び回収
上記実施例2で超音波処理及び空気バブリング処理を受けた藻類培養液1mLと、上記比較例4で超音波処理を受けた藻類培養液1mLのそれぞれに、1 mLのヘキサンを重層して一晩静置した。その後ヘキサン層を回収し、薄層クロマトグラフィー (TLC Silica gel 60, 20x20 cm, メルク, 製品コード1.05721.0009、展開溶媒組成は、ヘキサン:ジエチルエーテル:酢酸 = 160 : 40 : 4 (vol/vol/vol))を行った。
結果を図15に示す。水層をスポットした方のプレート(図15(b))では、油脂(トリアシルグリセロール)のスポット他に、色素、ジアシルグリセロール、膜脂質に代表されるその他極性脂質の分離が観察された。一方、ヘキサン層をスポットした方のプレート(図15(a))では、油脂(トリアシルグリセロール)のスポットのみが観察され、色素、ジアシルグリセロール、膜脂質に代表されるその他極性脂質の分離はほとんど確認できなかった。
このことから、超音波処理を経た藻類培養液から、ヘキサン層に回収された油脂の純度は、非常に高純度であることが明らかとなった。また、超音波処理及び空気バブリング処理を経た藻類培養液から、ヘキサン層に回収された油脂の純度も、非常に高純度であることが明らかとなった。回収されたこれらの油脂は、従来の油脂の抽出方法では通常必要とされる油脂の精製が必要ないほどに、高純度であると考えられる。
7). Lipid extraction and recovery 1 mL of algae culture solution subjected to ultrasonic treatment and air bubbling treatment in Example 2 and 1 mL of algae culture solution subjected to ultrasonic treatment in Comparative Example 4 were overlaid with 1 mL of hexane. And left it overnight. Thereafter, the hexane layer was recovered, and thin layer chromatography (TLC Silica gel 60, 20 × 20 cm, Merck, product code 1.05721.0009, developing solvent composition was hexane: diethyl ether: acetic acid = 160: 40: 4 (vol / vol / vol)).
The results are shown in FIG. In the plate on which the aqueous layer was spotted (FIG. 15B), separation of other polar lipids typified by pigment, diacylglycerol and membrane lipid was observed in addition to the spot of oil (triacylglycerol). On the other hand, in the plate on which the hexane layer is spotted (FIG. 15 (a)), only the spot of oil (triacylglycerol) is observed, and separation of other polar lipids typified by pigments, diacylglycerol and membrane lipids is hardly observed. I could not confirm.
From this, it became clear that the purity of the fats and oils collected in the hexane layer from the algae culture solution that had been subjected to ultrasonic treatment was very high. Moreover, it became clear that the purity of the fats and oils which were collect | recovered by the hexane layer from the algal culture liquid which passed through the ultrasonic treatment and the air bubbling process is also very high purity. These recovered fats and oils are considered to have such a high purity that it is not necessary to purify the fats and oils that are usually required in the conventional fat and oil extraction method.

8.TAG量の測定
上記プレートから油脂トリアシルグリセロール(TAG)のスポットをかきとって含量の測定を行った。
15:0脂肪酸を内部標準試料として、TAGをメタノリシス処理した。具体的には、ネジ栓付きガラス試験管内で、TAGを含むシリカゲル粉末に100μlの1 mM 15:0ヘキサン溶液(pentadecanoic acid, シグマアルドリッチ, P−6125)および350μlの5% (vol/vol)塩化水素メタノール溶液(和光純薬、089−03971)を添加して85℃で1時間処理した。メタノリシス処理後、ヘキサンで脂肪酸メチルエステルを回収し、窒素ガスで乾固後、60μlのヘキサンで回収し、そのうち3μlをガスクロマトグラフィーで解析した。ガスクロマトグラフィー (島津製作所、GC−2014、カラムは信和化工株式会社のHR−SS−10 (25 m × 0.25 mm ID)、カラム温度180℃、気化室および検出器250℃、入口圧(kPa)68.2、カラム流量 (ml/min) 0.53、スプリット比 68.8、計測時間15分)を用いて分離・定量を行った。
上記ヘキサン層へのTAG回収率は、Bligh and Dyer法(Can. J. Biochem. Phsiol. (1959) 37巻, 911頁)に基づき超音波処理をしていない藻体から総脂質を抽出後、上述と同様に薄層クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィーを用いてTAGを定量し、その値を100%として回収率を計算した。
8). Measurement of the amount of TAG The spot of fat and oil triacylglycerol (TAG) was scraped from the plate to measure the content.
TAG was subjected to methanolysis treatment using 15: 0 fatty acid as an internal standard sample. Specifically, in a glass test tube with a screw cap, 100 μl of 1 mM 15: 0 hexane solution (pentadecanic acid, Sigma-Aldrich, P-6125) and 350 μl of 5% (vol / vol) chloride in silica gel powder containing TAG A hydrogen methanol solution (Wako Pure Chemicals, 089-03971) was added and treated at 85 ° C. for 1 hour. After the methanolysis treatment, fatty acid methyl ester was recovered with hexane, dried with nitrogen gas, and then recovered with 60 μl of hexane, of which 3 μl was analyzed by gas chromatography. Gas chromatography (Shimadzu Corporation, GC-2014, column is HR-SS-10 (25 m × 0.25 mm ID) manufactured by Shinwa Kako Co., Ltd.), column temperature 180 ° C., vaporization chamber and detector 250 ° C., inlet pressure ( kPa) 68.2, column flow rate (ml / min) 0.53, split ratio 68.8, measurement time 15 minutes).
The TAG recovery rate in the hexane layer was determined by extracting total lipids from algal cells not subjected to ultrasonic treatment based on the Bligh and Dyer method (Can. J. Biochem. Phsiol. (1959) 37, 911). TAG was quantified using thin layer chromatography and gas chromatography in the same manner as described above, and the recovery rate was calculated with the value as 100%.

結果を図16に示す。図16(a)は、上記実施例1で超音波処理及び酸素バブリング処理を受けた藻類培養液、上記比較例1の藻類培養液、上記比較例3で超音波処理を受けた藻類培養液のそれぞれから、ヘキサン層に回収した油脂の回収率を示すグラフである。
比較例1及び比較例3の藻類培養液からのTAGの回収率と比較して、実施例1の藻類培養液からのTAGの回収率が飛躍的に上昇しており、高い油脂回収率を達成できたことが示された。
The results are shown in FIG. FIG. 16 (a) shows the algae culture solution subjected to the ultrasonic treatment and oxygen bubbling treatment in Example 1, the algae culture solution of Comparative Example 1, and the algae culture solution subjected to ultrasonic treatment in Comparative Example 3. It is a graph which shows the collection | recovery rate of the fats and oils collect | recovered from each to the hexane layer.
Compared with the recovery rate of TAG from the algae culture solution of Comparative Example 1 and Comparative Example 3, the recovery rate of TAG from the algae culture solution of Example 1 has increased dramatically, achieving a high oil and fat recovery rate. It was shown that it was possible.

図16(b)は、上記実施例2で超音波処理及び空気バブリング処理を受けた藻類培養液、上記比較例2の藻類培養液、上記比較例4で超音波処理を受けた藻類培養液のそれぞれから、ヘキサン層に回収された油脂の回収率を示すグラフである。
比較例2及び比較例4の藻類培養液からのTAGの回収率と比較して、実施例2の藻類培養液からのTAGの回収率が飛躍的に上昇しており、高い油脂回収率を達成できたことが示された。
したがって、酸素バブリングよりも簡便な空気バブリングによっても、高い油脂回収率を達成できたことが示された。
FIG. 16 (b) shows the algae culture solution that has been subjected to ultrasonic treatment and air bubbling treatment in Example 2, the algae culture solution of Comparative Example 2, and the algae culture solution that has been subjected to ultrasonic treatment in Comparative Example 4. It is a graph which shows the collection | recovery rate of the fats and oils collect | recovered by each from the hexane layer.
Compared with the recovery rate of TAG from the algae culture solution of Comparative Example 2 and Comparative Example 4, the recovery rate of TAG from the algae culture solution of Example 2 has increased dramatically, achieving a high oil and fat recovery rate. It was shown that it was possible.
Therefore, it was shown that a high oil recovery rate could be achieved even by air bubbling simpler than oxygen bubbling.

以上で説明した各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は各実施形態によって限定されることはなく、請求項(クレーム)の範囲によってのみ限定される。   The configurations and combinations thereof in the embodiments described above are examples, and the addition, omission, replacement, and other modifications of the configurations can be made without departing from the spirit of the present invention. Further, the present invention is not limited by each embodiment, and is limited only by the scope of the claims.

10,20…超音波処理装置、1…処理槽、2…作用液槽、3…超音波発生手段、4…送込管、5…ポンプ、6…有機溶媒貯蔵槽、7…配管 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,20 ... Ultrasonic processing apparatus, 1 ... Processing tank, 2 ... Working liquid tank, 3 ... Ultrasonic wave generation means, 4 ... Feeding pipe, 5 ... Pump, 6 ... Organic solvent storage tank, 7 ... Piping

Claims (16)

藻類に含有される藻類油脂を抽出する藻類油脂の抽出方法であって、
前記藻類を含む藻類含有液に酸素を溶存させる工程と、
酸素が溶存された前記藻類含有液に超音波を与えて前記藻類を破砕し、藻類破砕液を得る工程と、
を有することを特徴とする藻類油脂の抽出方法。
An extraction method for algae fats and oils that extracts algae fats and oils contained in algae,
Dissolving oxygen in the algae-containing liquid containing the algae;
Crushing the algae by applying ultrasonic waves to the algae-containing liquid in which oxygen is dissolved to obtain an algae crushing liquid;
A method for extracting algal fats and oils, comprising:
前記藻類破砕液から、有機溶媒を用いて前記藻類油脂を回収する工程をさらに有する請求項1に記載の藻類油脂の抽出方法。   The method for extracting algal fats and oils according to claim 1, further comprising a step of recovering the algal fats and oils from the algal crushing liquid using an organic solvent. 前記超音波の周波数が500kHz以上である請求項1又は2に記載の藻類油脂の抽出方法。   The method for extracting algal fat according to claim 1 or 2, wherein the ultrasonic frequency is 500 kHz or more. 前記超音波の周波数が1MHz以上2.5MHz未満の範囲である請求項1〜3のいずれか一項に記載の藻類油脂の抽出方法。   The method for extracting algal fats and oils according to any one of claims 1 to 3, wherein the ultrasonic frequency is in a range of 1 MHz or more and less than 2.5 MHz. 前記超音波の周波数が1.3MHz以上2MHz以下の範囲である請求項1〜4のいずれか一項に記載の藻類油脂の抽出方法。   The method for extracting algal fats and oils according to any one of claims 1 to 4, wherein a frequency of the ultrasonic wave is in a range of 1.3 MHz to 2 MHz. 前記藻類含有液中の一重項酸素濃度が、20μM〜270μMとなるように前記藻類含有液に酸素を添加する請求項1〜5のいずれか一項に記載の藻類油脂の抽出方法。   The method for extracting algal fats and oils according to any one of claims 1 to 5, wherein oxygen is added to the algae-containing liquid so that a singlet oxygen concentration in the algae-containing liquid is 20 µM to 270 µM. 前記藻類含有液中のヒドロキシルラジカル濃度が、10μM〜100μMとなるように前記藻類含有液に酸素を添加する請求項1〜6のいずれか一項に記載の藻類油脂の抽出方法。   The method for extracting algal fats and oils according to any one of claims 1 to 6, wherein oxygen is added to the algae-containing liquid so that a hydroxyl radical concentration in the algae-containing liquid is 10 µM to 100 µM. 前記藻類含有液への酸素の添加が、藻類含有液へ酸素含有気体をバブリングにより送り込むものである請求項1〜7のいずれか一項に記載の藻類油脂の抽出方法。   The method for extracting algal fats and oils according to any one of claims 1 to 7, wherein the addition of oxygen to the algae-containing liquid feeds oxygen-containing gas into the algae-containing liquid by bubbling. 藻類を培養して前記藻類含有液を得る培養工程を有する請求項1〜8のいずれか一項に記載の藻類油脂の抽出方法。   The method for extracting algal fats and oils according to any one of claims 1 to 8, further comprising a culture step of culturing algae to obtain the algae-containing liquid. 藻類を含む藻類含有液を溜めるための処理槽と、
前記処理槽中の藻類含有液に超音波を与えて前記藻類を破砕し、藻類破砕液を得るための超音波発生手段と、を備えたことを特徴とする超音波処理装置。
A treatment tank for storing algae-containing liquid containing algae;
An ultrasonic processing apparatus comprising: ultrasonic generation means for applying ultrasonic waves to the algae-containing liquid in the treatment tank to crush the algae and obtain an algae crushing liquid.
前記超音波の周波数が500kHz以上の範囲に選定されている請求項10に記載の超音波処理装置。   The ultrasonic processing apparatus according to claim 10, wherein a frequency of the ultrasonic wave is selected in a range of 500 kHz or more. 前記超音波の周波数が1MHz以上2.5MHz未満の範囲に選定されている請求項10又は11に記載の超音波処理装置。   The ultrasonic processing apparatus according to claim 10 or 11, wherein a frequency of the ultrasonic wave is selected in a range of 1 MHz or more and less than 2.5 MHz. 前記超音波の周波数が1.3MHz以上2MHz以下の範囲に選定されている請求項10〜12のいずれか一項に記載の超音波処理装置。   The ultrasonic processing apparatus according to any one of claims 10 to 12, wherein a frequency of the ultrasonic wave is selected in a range of 1.3 MHz to 2 MHz. 前記藻類含有液に酸素含有気体を送り込むための送込管を備えた請求項10〜13のいずれか一項に記載の超音波処理装置。   The ultrasonic processing apparatus as described in any one of Claims 10-13 provided with the feeding tube for sending oxygen-containing gas into the said algae containing liquid. 前記処理槽中の前記藻類含有液へと前記超音波発生手段より発せられた超音波を伝播する作用液を溜めるための作用液槽を備え、
前記処理槽が、前記作用液槽内部に配置された請求項10〜14のいずれか一項に記載の超音波処理装置。
A working liquid tank for storing a working liquid that propagates ultrasonic waves emitted from the ultrasonic wave generation means to the algae-containing liquid in the treatment tank;
The ultrasonic processing apparatus according to any one of claims 10 to 14, wherein the processing tank is disposed inside the working liquid tank.
更に、前記藻類破砕液から藻類油脂を回収するための有機溶媒をためる有機溶媒貯蔵槽を備えた請求項10〜15のいずれか一項に記載の超音波処理装置。   Furthermore, the ultrasonic processing apparatus as described in any one of Claims 10-15 provided with the organic-solvent storage tank which accumulate | stores the organic solvent for collect | recovering algal fats and oils from the said algal crushing liquid.
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