JP7454595B2 - 藻類からの非毒性のタンパク質及びオメガ３、並びにそれらの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、一般的に、藻類からタンパク質及びオメガ３を製造する方法に関する。より具体的には、本発明は、藻類から灰分が低く毒性溶媒のないタンパク質及びオメガ３を製造する方法に関する。
微細藻類は、タンパク質及びオメガ３などの栄養成分の優れた供給源であることが知られている。ナンノクロロプシスのように、一部の藻類は、高い生物学的利用能に関連する極性脂質（糖脂質及びリン脂質）オメガ３構造を有する。しかしながら、現在の抽出方法は、乾燥（＞３５乾燥重量％（ＤＷ％）固体）の微細藻類を使用し、毒性溶媒を用いて栄養成分を抽出する。商業的に乾燥した微細藻類は、残留する細胞外液のみを含むため、固体塊のようにふるまう。通常許可され使用されている溶媒の多く（例えば、ヘキサン、イソプロピルアルコール（イソプロパノール）、アセトンなど）は、潜在的に毒性を持ち、最終製品から最大残留レベル未満に除去されるべきである。これらの溶媒の多くが熱的条件下で抽出液から除去されるため、オメガ３が熱的に敏感であるので、オメガ３リッチ抽出物に対して課題を提示する。したがって、オメガ３リッチ藻類の抽出の場合、最終製品に毒性溶媒が残留する潜在的リスクがある。これらの残留する毒性溶媒は、ヘッドスペースガスクロマトグラフィー（ＨＳ－ＧＣ）などの標準的な方法を用いて検出することができる。水、エタノール、超臨界ＣＯ２などの非毒性と考えられ最大残留レベルがない溶媒はごく少ない。水は、藻類からオメガ３栄養成分を抽出せず、超臨界ＣＯ２は、極性脂質を抽出しない。
ナンノクロロプシスは、高価な細胞破壊を有さずにほとんどの溶媒による抽出の効率を低下させる独特の二重壁細胞構造を有する微細藻類である。ナンノクロロプシスは、極性オメガ３及びタンパク質などの成分を含むため、高い栄養価を有する。ナンノクロロプシスの固体（＞３５％乾燥重量（ＤＷ％））塊を抽出する場合、藻類溶媒の接触面積が制限されるため、抽出の効率が低くなる。二重壁細胞構造への溶媒の浸透性を向上させるために、珪藻土などの追加の溶媒浸透促進剤をナンノクロロプシスに添加する。溶媒浸透促進剤を添加すると、微細藻類混合物からオメガ３リッチ液を分離した後に残った残留タンパク質リッチミセラに非常に高いレベル（例えば、５０ＤＷ％超える）の灰分が含まれるため、ほとんどの飼料及び食品の用途に使用できなくなる。任意の種類の藻類などの天然バイオマスは、最大１５ＤＷ％の灰分を含む。１５ＤＷ％を超えるレベルの灰分を含むバイオマス製品は、ほとんどの飼料及び食品の用途に使用できない。
そのため、ナンノクロロプシスなどの微細藻類にも適し、オメガ３の極性脂質構造を保つと共に高灰分のミセラを生成しない、微細藻類から非毒性の栄養成分を製造する方法が求められている。
本発明のいくつかの態様は、藻類から非毒性のタンパク質及びオメガ３を製造する方法に向けられる。いくつかの実施形態では、該方法は、少なくとも６５％の水を含む水性微細藻類スラリーを取得する工程と、前記水性微細藻類スラリーをエタノールと所定の時間混合する工程と、水性微細藻類スラリー－エタノール混合物を液体及びミセラに分離する工程と、前記液体から前記水及び前記エタノールを蒸発させて液体抽出物を得る工程と、を含んでよい。いくつかの実施形態では、前記ミセラは、１５乾燥重量％未満の量で有機物及び灰分を含む。
いくつかの実施形態では、前記液体抽出物は、オメガ３を含んでもよい。いくつかの実施形態では、前記液体抽出物は、２０ｗｔ％を超えるオメガ３を含んでもよい。いくつかの実施形態では、前記水性微細藻類スラリーに含まれる微細藻類は、６ｗｔ％未満のオメガ３を含んでもよく、方法の実施形態は、２０ｗｔ％を超えるオメガ３を含む液体抽出物に到達するように前記液体抽出物を溶媒で精製する工程をさらに含んでよい。
いくつかの実施形態では、前記ミセラは、少なくとも５０ｗｔ％のタンパク質を含んでもよい。いくつかの実施形態では、前記エタノールと前記微細藻類スラリーとの体積比は、少なくとも５：１であってよい。いくつかの実施形態では、前記水及び前記エタノールを蒸発させる工程は、真空雰囲気下で熱を供給して最初に前記エタノール及び前記水を蒸発させる工程を含んでよい。いくつかの実施形態では、前記熱を、熱廃棄物の流れから供給する。いくつかの実施形態では、前記熱を、５５℃～６５℃の温度範囲で供給する。いくつかの実施形態では、前記真空を、７５～１２５ｍｂａｒで供給する
本発明のいくつかの追加の態様は、少なくとも５０ｗｔ％がタンパク質である有機物を含む、非毒性のミセラに関してよい。いくつかの実施形態では、前記非毒性のミセラは、セルロース及び１５乾燥重量％未満の灰分をさらに含んでよい。
本発明のいくつかの追加の態様は、少なくとも２０ｗｔ％のオメガ３を含み、残留する毒性溶媒を含まない、非毒性のオメガ３リッチ抽出物に関してよい。いくつかの実施形態では、前記オメガ３は、極性オメガ３である。
本発明の主題は、明細書の結論部分において特に指摘され、明らかに特許請求される。しかしながら、本発明の構成及び動作方法、並びにその目的、特徴、利点について、添付の図面を参照しながら、以下の詳細な説明を読むことで最もよく理解される。
図面を簡略かつ明確にするために、図面中の要素は必ずしも寸法通りに描かれていないことを理解されたい。例えば、明確にするために、一部の要素の寸法が他の要素に対して誇張されてもよい。さらに、適切と考えられる場合には、対応する要素又は類似の要素を示すために参照符号が図面間で繰り返し用いられていることがある。
以下の詳細な説明では、本発明の完全な理解を提供するために、多数の具体的な詳細を示す。しかしながら、これらの具体的な詳細がなくても本発明を実施できることは、当業者には理解される。また、本発明を不明瞭にしないように、周知の方法、手順、構成要素、モジュール、ユニット及び／又は回路については、詳細な説明を省略した。ある実施形態に関して説明されたいくつかの特徴又は要素を、他の実施形態に関して説明された特徴又は要素と組み合わせてよい。説明を明確にするために、同一又は類似の特徴又は要素については、繰り返して説明しなくてよい。
本発明の態様は、微細藻類から抽出された非毒性の栄養成分及びその製造方法に向けられる。いくつかの実施形態では、このような方法は、水性微細藻類スラリー（例えば、６５ｗｔ％を超える水を有する）を原料として使用する工程と、（他の抽出方法のように）スラリーを最初に乾燥させる必要性を排除する工程と、浸透促進剤を添加する工程と、エタノールと混合する工程と、を含んでよい。いくつかの実施形態では、スラリーが少なくとも６５ｗｔ％の水を含む場合、エタノールは、最も厚い微細藻類細胞の細胞構造（例えば、ナンノクロロプシスの二重壁細胞構造）にさえ拡散し、オメガ３を細胞から抽出することができる。いくつかの実施形態では、固体から液体を分離した後、非常に大量のタンパク質（例えば、５０ｗｔ％を超える）を含む固体ミセラを残してもよい。このミセラも、非毒性であるため、タンパク質源として用いられてよいし、動物の餌に直接的に用いられてよい。
いくつかの実施形態では、水性微細藻類スラリーとエタノールとを所定の時間混合した後、水性混合物を（例えば、遠心分離機を用いて）液体及び固体（例えば、ミセラ）に分離してよい。さらに、熱分離法を用いてオメガ３の有害な温度未満の温度で液体をオメガ３リッチ抽出物、水及びエタノールに分離してよい。水及びエタノールをリサイクルしてよい。いくつかの実施形態では、オメガ３リッチ抽出物は、非毒性であってもよく、そして少なくとも２０ｗｔ％のオメガ３を含んでもよい。本明細書において用いられるように、「非毒性」という用語は、許容レベルであっても潜在的に毒性の溶媒を含まない製品と関連する。非毒性の製品は、非毒性の成分のみを含んでもよい。いくつかの実施形態では、プロセスで製造されたミセラは、残留する毒性溶媒又は溶媒浸透促進剤を含まないため、非毒性であってもよい。したがって、本発明の実施形態に係るミセラは、１５ＤＷ％未満の灰分を含んでもよい。
現在、図１を参照すると、本発明のいくつかの実施形態に係る、藻類から栄養成分を製造するシステムのブロック図を示す。システム１００は、少なくとも６５ｗｔ％の水及びエタノールを含む水性微細藻類スラリーを混合して撹拌する撹拌器１１５を含む容器１１０を含んでよい。撹拌器１１５は、当該分野で知られている任意の撹拌器、例えば、機械撹拌器、超音波撹拌器などであってよい。システム１００は、水性混合物を液体及びミセラに分離する相分離器１２０をさらに含んでよい。いくつかの実施形態では、容器１１０内に所定の撹拌時間（例えば、２時間）の後に、水性混合物を相分離器１２０に装填してよい。相分離器１２０は、例えば、遠心分離機（例えば、防爆遠心分離機）であってよい。
いくつかの実施形態では、システム１００は、熱分離器１３０をさらに含んでよい。熱分離器１３０は、液体を蒸発させて液体抽出物（例えば、オメガ３リッチ抽出物）、水及びエタノールに分離するように構成されてよい。水及びエタノールをさらに使用するためにリサイクルしてよい。液体抽出物は、回収され、さらに栄養成分添加物としてそのまま使用されてよい。いくつかの実施形態では、液体抽出物は、非毒性のオメガ３リッチ抽出物であってよい。いくつかの実施形態では、液体抽出物中のオメガ３は、極性オメガ３、例えば、糖脂質、リン脂質などであってよい。
いくつかの実施形態では、熱分離器１３０は、地熱発電所又は他の加熱源からの残留熱により加熱されてよい。いくつかの実施形態では、分離器１３０は、蒸発された水及びエタノールをポンピングする真空ポンプをさらに含んでよい。
いくつかの実施形態では、分離されたミセラは、残留エタノールを含んでもよい。したがって、分離されたミセラは、残留エタノールを蒸発させるために、別の熱分離器１４０に導入される。いくつかの実施形態では、得られたミセラは、有機物、例えば、少なくとも５０ｗｔ％のタンパク質、セルロース、１５ＤＷ％未満の灰分のみを含む非毒性のミセラであってよい。いくつかの実施形態では、ミセラ中の灰分は、微細藻類のみに（例えば、任意の乾燥バイオマスに含まれる量で）由来してもよい。
ここで、図２を参照すると、本発明のいくつかの実施形態に係る、藻類から低灰分で非毒性のタンパク質及びオメガ３を製造する方法のフローチャートを示す。工程２１０では、水性微細藻類スラリーを取得してよい。この水性微細藻類スラリーは、少なくとも６５％の水を含んでよい。例えば、追加の乾燥又は保存プロセスが不要となるように、この水性微細藻類スラリーを微細藻類の培養容器からシステム１００の容器１１０に直接的に供給してよい。
工程２２０では、例えば、撹拌器１１５を用いて、水性微細藻類スラリーをエタノールと共に所定の時間混合してよい。いくつかの実施形態では、エタノールと微細藻類スラリーとの体積比は、少なくとも５：１であってよく、例えば、少なくとも５リットルのエタノールを１リットルの微細藻類スラリーに添加してよい。いくつかの実施形態では、エタノールと水性微細藻類スラリーとを、０．５～４時間の範囲内の所定の時間（例えば、２時間）撹拌してよい。いくつかの実施形態では、所定の時間は、微細藻類の種類、容器１１０の大きさ及び形状、スラリー－エタノール混合物の量、混合物の温度、混合速度などのうちの少なくとも１つに基づいて決定されてよい。いくつかの実施形態では、混合中に、オメガ３及び他の栄養素を含む抽出物を、微細藻類細胞に対して細胞膜を介して抽出してもよく、容器１１０内の水及びエタノールに溶解させてもよい。いくつかの実施形態では、微細藻類スラリーに少なくとも６５ｗｔ％の水が存在するため、エタノールの存在下で、二重壁細胞構造にさえも浸透する。
工程２３０では、水性微細藻類スラリー－エタノール混合物を液体及びミセラに分離してよい。例えば、水性微細藻類スラリー－エタノール混合物を、相分離器１２０に導入して概ね固体のミセラ及び液体に遠心分離してよい。いくつかの実施形態では、概ね固体のミセラは、残留エタノールを含んでよい。追加の分離工程を用いて残留エタノールをミセラから蒸発させて、有機物のみを含む非毒性のミセラを得てもよい。非毒性のミセラは、少なくとも５０ｗｔ％がタンパク質である有機物を含んでよい。いくつかの実施形態では、非毒性のミセラは、セルロース及び１５ＤＷ％未満の灰分をさらに含んでよい。そのため、本発明の実施形態に係るミセラは、人が消費する又は動物の食料のタンパク質の供給源として用いられてよい。
工程２４０では、水及びエタノールを液体から蒸発させて液体抽出物を得てもよい。例えば、液体を熱分離器１３０に導入して、最初にエタノールを蒸発させ、続いて水を蒸発させることを可能にする。真空雰囲気下で熱を供給して、最初にエタノールを蒸発させ、続いて水を蒸発させることにより、蒸発を補助してよい。いくつかの実施形態では、熱を、５５℃～６５℃の温度範囲で供給してよい。いくつかの実施形態では、真空を、７５～１２５ｍｂａｒで供給してよい
いくつかの実施形態では、蒸発されたエタノール及び蒸発された水のそれぞれを回収してリサイクルしてもよい。いくつかの実施形態では、最終液体抽出物は、非毒性であってよい。いくつかの実施形態では、液体抽出物は、毒性溶媒を含まずに少なくとも２０ｗｔ％のオメガ３を含むオメガ３リッチ抽出物であってよい。いくつかの実施形態では、オメガ３は、極性オメガ３、例えば、糖脂質、リン脂質などであってよい。いくつかの実施形態では、水、エタノールなどの極性溶媒は、極性オメガ３などの極性元素を抽出することに好都合である。
いくつかの実施形態では、水性微細藻類スラリーに含まれる微細藻類は、６ＤＷ％未満のオメガ３を含み、該方法は、２０ｗｔ％を超えるオメガ３を含む液体抽出物に到達するように上記液体抽出物を溶媒で精製する工程をさらに含んでよい。いくつかの実施形態では、ヘキサンなどの残留する毒性溶媒を抽出及び蒸留工程に添加してよい。
本発明の特定の特徴が本明細書において例示及び記載されたが、多くの変形、置換、変更、及び均等物が、当業者には想到されるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神内に該当するものとして、全てのこのような変形及び変更をカバーすることを意図されると理解されるべきである。
様々な実施形態を例示する。これらの実施形態の各々は、もちろん、例示された他の実施形態の特徴を含んでよく、詳細に説明されていない実施形態は、本明細書に記載された様々な特徴を含んでよい。
Claims (8)
- 少なくとも６５％の水を含む水性微細藻類スラリーを取得する工程と、
前記水性微細藻類スラリーをエタノールと所定の時間混合する工程と、
水性微細藻類スラリー－エタノール混合物を液体及びミセラに分離する工程と、
前記液体から前記水及び前記エタノールを蒸発させて液体抽出物を得る工程と、を含み、
前記ミセラは、１５乾燥重量％未満の量で有機物及び灰分と、少なくとも５０ｗｔ％のタンパク質と、を含み、
前記水及び前記エタノールを蒸発させる工程は、
真空雰囲気下で熱を供給して最初に前記エタノール及び前記水を蒸発させる工程を含む、藻類から非毒性のタンパク質及びオメガ３を製造する方法。 - 前記液体抽出物は、オメガ３を含む、請求項１に記載の方法。
- 前記液体抽出物は、２０ｗｔ％を超えるオメガ３を含む、請求項１に記載の方法。
- 前記水性微細藻類スラリーに含まれる微細藻類は、６ｗｔ％未満のオメガ３を含み、前記方法は、
２０ｗｔ％を超えるオメガ３を含む液体抽出物に到達するように前記液体抽出物を溶媒で精製する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。 - エタノールと微細藻類スラリーとの体積比は、少なくとも５：１である、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
- 前記熱を、熱廃棄物の流れから供給する、請求項１に記載の方法。
- 前記熱を、５５℃～６５℃の温度範囲で供給する、請求項１に記載の方法。
- 前記真空を、７５～１２５ｍｂａｒで供給する、請求項１に記載の方法。
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