TWI468506B - 微波輔助萃取微藻油脂方法及其應用 - Google Patents

Description

微波輔助萃取微藻油脂方法及其應用

本發明係關於工業上大量萃取方法及其裝置，尤關於一種以微波方式輔助大量萃取微藻油脂的方法及其應用。

目前微藻油脂係重要之民生及工業物資，且近年基於其作為替代能源之應用，更為產業研發之焦點之一。

微藻(Microalgae)為一良好之產油生物，部份藻種其總含油量高於黃豆、玉米、橄欖等糧食作物，在考量不與糧食作物競爭耕地之條件下，則為微藻產製生質柴油之主要優勢。

微藻產製生質柴油發展重點有產油藻種培養、微藻收獲、微藻油脂萃取及油脂轉化應用等階段，前述各階段皆為微藻油脂大量生產關鍵，但其中微藻之大量油脂萃取階段，於目前之生質柴油生產製程多數係以多級萃取法來進行油脂萃取，然而多級萃取法萃取油脂時，受限於其單級萃取效率，須反覆進行萃取，致使萃取時間增長，且其係因在微藻無破壁作用下進行萃取，因此會造成其油脂成份無法完全溶出，而無法有效應用於不適用於微藻油脂之萃取製程。

微藻油脂萃取有別於傳統之糧食作物須先行破壁(cell disruption)，才能夠充分萃取出細胞中油脂，過去研究中有各種破壁技術用於細胞內容物的萃取，但微藻細胞壁結構強韌，一般機械方式破壁效果有限，增加了萃取的困難度，而目前現行之工業萃取製程，並不完全適用於微藻油脂萃取，以至於無法達到大量產製微藻油脂之目標。

換言之，現有微藻油脂萃取方法分別具有不同之缺點，以致於不能夠提供簡單有效率且適合連續性工業製程以利工業上大量萃取之微藻油脂萃取方法。因此改良現有傳統之萃取方法，使其適用於微藻油脂萃取，以達到微藻破壁、減少反覆萃取步驟、縮短萃取時間、降低生產成本及增加產能，係為微藻生質柴油達量化生產之重要關鍵，亦為目前急需開發之技術。

為解決目前現有技術微藻油脂仍不能夠提供簡單有效率且適合連續性工業製程，且有以利工業上大量生產的微藻油脂萃取方法，故本發明提供一種微波輔助萃取微藻油脂方法，其能縮短微藻油脂萃取時間，並提高萃取效率及油脂含量，進一步可結合自動化控制簡化繁雜之萃取操作手續，應用於微藻油脂之工業上大量萃取。

本發明係提供一種微波輔助萃取微藻油脂方法，包括有：提供一微波輔助萃取微藻油脂系統，其具有：一萃取器，該萃取器內部具有內、外二層且可使微波穿透，該外層連通上、下管可通入冷凝水，進行萃取器之冷卻，該內層包括一反應槽、一進料口以及一排料口；一微波反應元件，其施以微波地設於該萃取器外，並提供一微波能量予萃取器；一混合液槽，連通前述進料口；一物料收集槽，連通前述排料口；以及一冷凝單元，該冷凝單元的出、進水口與該萃取器外層的上、下管相連結，以供提供一循環水層，藉以使萃取器的反應槽穩定處於一萃取溫度下；將一含有微藻材料及有機溶劑的混合液通過該進料口進入該萃取器的反應槽中進行微波反應，歷經一單次微波輔助萃取時間以取得一經反應混合液；以及由前述之經反應混合液中分離出一微藻油脂。

較佳的，所述之方法，其中該微波輔助萃取微藻油脂系統進一步具有一中央控制器，該中央控制器係與微波反應元件、萃取器、進料口、排料口、混合液槽、物料收集槽及冷凝單元各別相連結，藉由該中央控制器控制前述系統內部之元件的運轉狀態。

較佳的，所述之方法，其中該有機溶劑係選自於由下列所構成的群組之物質：正己烷、甲醇或氯仿等有機溶劑及其等之組合。

較佳的，所述之方法，其中該微藻材料為小球藻粉。

較佳的，所述之方法，其中前述該混合液之有機溶劑重量約為小球藻粉8.3倍。

較佳的，所述之方法，其中前述該反應槽的容積介於500 ml與3000 ml之間；以及較佳的為1250 ml。

較佳的，所述之方法，其中前述該微波反應元件以前述反應槽的容積進行微波，其微波輸出頻率介於2000 MHz至3000 MHz之間及其功率約為400 W至700 W；較佳的，反應槽的容積約為1250 ml，其約微波輸出頻率2450 MHz及功率約530 W給予萃取器。

較佳的，所述之方法，其中前述該冷凝單元維持該萃取器的反應槽穩定處於一萃取溫度，其溫度介於20至30℃之間；較佳的，約25℃室溫。

較佳的，前述之經反應混合液中分離出一微藻油脂之步驟包括，但不限於：藉由固液分離方式收集有機溶劑層，取得含微藻油脂萃取液，並且對該含微藻油脂萃取液進行減壓濃縮，以取得微藻油脂。

較佳的，所述之方法，前述之將一含有微藻材料及有機溶劑的混合液通過該進料口進入該萃取器的反應槽中進行微波反應之單批進料連續循環萃取，其中於進行下次萃取前，令前次萃取後之混合液所分離出之有機溶液層於反應槽內，以外層的循環水層水浴冷卻至該萃取溫度後再重複實施下次萃取。

較佳的，所述之方法，前述之單批進料連續循環萃取出微藻油脂之單次微波輔助萃取時間約10分鐘45秒。

較佳的，所述之方法，前述之單批進料連續循環萃取出微藻油脂，其總微藻油脂萃取率平均約66.36%。

本發明所提供的一種微波輔助萃取微藻油脂方法，其提供的優點：鑑於傳統之萃取方法於微藻油脂萃取過程中，微藻破壁及多次反覆萃取步驟，耗費大量時間及生產成本；本發明之方法係藉由一微波輔助萃取微藻油脂系統，其係包括有一萃取器、一微波反應元件、一混合液槽、一物料收集槽及一冷凝單元，將一含有微藻材料及有機溶劑的混合液通入該萃取器內部進行微波反應，進一步可結合自動化中央控制技術，可快速分離出一高萃取量的微藻油脂，使其達自動操作之功能，能縮短微藻油脂萃取時間，並提高萃取效率，自動化控制簡化繁雜之萃取操作手續，以低成本設備有效率地達成之連續式運作方法適合應用於工業製程，以資微藻油脂之工業上大量萃取。

為能詳細瞭解本發明的技術特徵和實用功效，並可依照說明書的內容來實施，玆進一步以如圖1或2所示的較佳實施例，詳細說明如后：

實驗材料

下面實施例中所使用的藻粉係小球藻(Chlorella vulgaris )之乾燥粉末，其係由台灣群冠公司生產，而所使用商業上可購得的化學試劑正己烷(hexane)、甲醇(methanol)及氯仿(chloroform)等，皆產自日本島久株式會社。

本發明所使用的萃取微藻油脂的檢測方式，係以下列檢測方式執行：

檢測方式1【固液分離方法】

試驗萃取後獲致的藻粉與有機溶劑混合溶液，首先皆以真空過濾裝置(GAST,0211-V45F-G8CX,U.S.A.)將萃取液與萃取後之藻粉進行第一次固液分離，並為降低萃取液分離不完全之小球藻粉殘留，產生總油脂萃取量之誤差，再以桌上型高速離心機(Thermo sorvall,Legend Mach 1.6R,Germany)以5,000 rpm離心10分鐘進行第二次固液分離，離心後取其上層無雜質之溶液，即為分離藻粉後之微藻萃取液。

檢測方式2【油脂含量計算方法】

將固液分離後之微藻萃取液，再以減壓濃縮機(EYELA,N-1000,Japan)濃縮10分鐘，並將減壓濃縮後含有油脂之濃縮瓶，置放於強制對流型恆溫式烘箱(ADVANTECH,FC-610,Taiwan)中，以100℃乾燥1小時去除水份，並於室溫中冷卻30分鐘，待萃取瓶溫度降至常溫後，以精密電子天秤(PRECISA,XB42000C,Switzerland)秤重至恆重，扣除濃縮瓶重量後，可依式1計算出微藻油脂含量；其油脂含量分析係參考美國分析化學國際組織AOAC 920.39C(1990)之方法。

油脂含量(%)=萃取後油脂乾重(g)/藻粉總重(g)×100...(式1)

油脂萃取率則可依式2計算求得。

萃取率(%)=萃取後油脂含量(g)/標準法萃取之油脂含量(g)×100　...(式2)

檢測方式3【掃描式電子顯微鏡觀察方法】

待測的微藻先進行前處理，以磷酸緩衝液浸泡三次，每次10分鐘進行表面清洗，離心後加入25%戊二醇固定液，置放於4℃冰箱進行細胞固定16小時。待固定16小時後再以磷酸緩衝液浸泡三次，每次10分鐘進行表面清洗，並以絕對酒精進行二階段脫水，第一階段係將清洗完成後之微藻固定液以10%、25%、50%、75%酒精各浸泡一次，每次10分鐘，第二階段以90%、95%酒精各浸泡一次，每次30分鐘，再以純度99.8%之絕對酒精浸泡3次，每次30分鐘。待前處理完成後以掃描式電子顯微鏡(SEM)(JEOL,JSM-6700F,Japan)觀察細胞表面結構。

檢測方式4【脂肪酸組成分析方法】

脂肪酸組成分析步驟分為皂化(saponification)與甲基化(methylation)二步驟，皂化步驟係依美國油脂化學協會AOCS .1988 .Official and Recommended Practices of the American Oil Chemists’ Society,3th ed .,AOCS press,Ca 6a-40,The Society: Champaign .之方法，係將各試驗中所萃取之油脂以25 ml氯仿回溶，並利用玻璃滴管吸取1 ml置放於12 ml試管中，同時加入3 ml 95%甲醇與0.5 ml 50% KOH溶液充分混合均勻，置放於80℃加熱20分鐘進行皂化反應，待皂化完成後加入脂肪酸標準品C17:0(SIGMA,Glycery triheptadecanoate,U.S.A.)，置放於45℃之樣品濃縮系統(Caliper,Turbo Vap LV,U.S.A.)以氮氣將溶劑吹乾後進行甲基化。甲基化步驟則依Morrison W .R .,Smith M .L .,1964 .J .Lipid Res .5,600-608 .的方法，將皂化後之油脂加入2 ml三氟化硼溶液與0.8 ml苯，充分混合均勻後，置放於95℃加熱20分鐘進行甲基化反應，甲基化完成後之脂肪酸樣本使用氣相層析儀(Agileat Technologies,7890A,U.S.A.)進行脂肪酸組成分析。

實施例

本發明係提供一種微波輔助萃取微藻油脂方法，如圖1所示，其包括有：準備一混合液，該混合液包括有微藻材料(小球藻粉)及有機溶劑；對該混合液先進行微波輔助萃取微藻油脂基礎試驗，目的為得知本發明所用之方法較先前試驗方法較佳，該試驗包括索式萃取試驗、水浴與微波比較試驗及微量分析方式比較試驗分別進行測試，前述基礎試驗各別敘述如下；

【索式萃取試驗】

將前述小球藻粉進行油脂萃取，係參考AOAC. 1990. Official Methods of Analysis of the Association of Official Analytical Chemists. 15th ed.,AOAC press,920.39C,The Society: Arlington. 之粗油脂測定的方法。每樣本組皆以精密電子天秤(PRECISA,XB42000C,Switzerland)秤取2g藻粉置放於索式萃取裝置中，並加入300 g正己烷，以63℃水浴迴流12小時，本試驗採三重複，並計算三組平均含油量，其結果可作為未來各項試驗之參考依據。

【水浴與微波比較試驗】

本試驗目的是為比較微波萃取與傳統萃取兩種萃取方式含油量之差異，並探討微波輔助萃取之最佳微波次數。每次萃取試驗前每樣本組均以精密電子天秤(PRECISA,XB42000C,Switzerland)秤取小球藻粉末50 g與正己烷300 g混溶於1,000 ml之血清瓶中，並備製兩組，各組經充分均勻攪拌後，其中一組置放於恆溫水浴槽(CHANNEL,C12,Taiwan)以63℃萃取；另一組則置放於微波裝置(TOSHIBA,2M231J,Japan)中，以輸出頻率2450 MHz與功率530 W微波萃取，待達到設定之萃取時間後結束萃取，且微波萃取組以流動之常溫水冷卻3分鐘至常溫。

冷卻後的兩組藻與有機溶劑混合溶液各依固液分離方法(檢測方式1)，分離萃取液與萃取後之藻粉，並將分離之微藻萃取液進行相關油脂含量分析(檢測方式2)。如圖5所示，而兩組萃取時間之設定，則皆分別選取1、3、5、7與9分鐘五組時間進行測試，且兩種萃取方式試驗各萃取時間組皆進行三重複，並取平均值進行兩種萃取方式之含油量分析，並依式2計算其萃取率。

式2所呈現的萃取率係所萃取後之油脂含量與經標準法所萃取之油脂含量之比例；同時試驗亦將使用紅外線感溫槍(JRI,FX-410,China)進行溫度之量測，且將以T-test進行兩組間之平均數分析，比較相關試驗萃取率之差異，以獲得最佳之萃取方式。

【微量分析方式比較試驗】

目的探討超音波前處理、微波前處理於微量樣本含油量分析之差異，試驗前每樣本組均以精密電子天秤(PRECISA,XB42000C,Switzerland)秤取小球藻粉末0.5 g與蒸餾水20 ml混溶於1000 ml之血清瓶中，且皆經磁石攪拌器(FARGO,MS-90,Taiwan)攪拌2分鐘使達均勻混合，各前處理方式即超音波前處理組、微波前處理組及對照組，亦皆採三重複製備三組樣本；其中超音波前處理組係將藻水混合溶液置於超音波設備(POWERSONIC 410,Korea)內，並在40kHz頻率下分別進行5、10、15、20、25及30分鐘之處理，而微波組則係將藻水混合溶液置放於微波裝置(TOSHIBA,2M231J,Japan)中，並以輸出頻率2450 MHz與功率530 W進行15、30、45、60、75、90及105秒之處理，對照組則未施與任何處理。相關處理試驗所獲致之藻水混合液則將再依Bligh and Dyer(1959)之方法進行油脂萃取，即於試驗後所獲致之20 ml藻水混合溶液分別再添加50 ml甲醇(methanol)與25 ml氯仿(chloroform)，待以磁石攪拌器(FARGO,MS-90,Taiwan)均勻攪拌2分鐘後，進行固液分離(檢測方式1)並置於分液漏斗中，再加入25 ml氯仿(chloroform)與25 ml蒸餾水均勻混合，待20分鐘靜置分層後以濾紙(ADVANTEC,110 mm,Japan)加上無水硫酸鈉(sodium sulfate)過濾及吸收多餘水份，三組過濾後之萃取液亦皆進行後續之油脂含量量測與計算(檢測方式2)。

進一步為解各前處理方式是否造成脂肪酸成分之改變，本試驗亦將檢測三組之脂肪酸組成(檢測方式4)，並取單一因子ANOVA進行變異數分析，使用Tukey HSD進行多重比較，以分析各組於95%信賴水準下之差異；同時亦抽樣各組之微藻細胞進行掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope,SEM)觀察(檢測方式3)，藉以了解各組細胞表面結構之差異。

如圖1及圖2所示，依照前述試驗所獲致之參數進行設計與建置該微波輔助萃取微藻油脂系統，前述系統包括有下列元件所組成：包括微波反應元件10、萃取器20、混合液槽30、物料收集槽40及冷凝單元50，如其中；該萃取器20內部具有內層21及外層22且可使微波穿透，該外層22連通上管221、下管222可通入冷凝水，進行萃取器20之冷卻，該內層21包括一反應槽23以及一進料口211以及一排料口212；該微波反應元件10，其施以微波地設於該萃取器20外，並提供一微波能量予萃取器20；該混合液槽30連通前述進料口211；該物料收集槽40連通前述排料口212；以及該冷凝單元50的進、出水口與該萃取器外層22的上管221、下管222相連結，以供提供一循環水層，藉以使萃取器20的反應槽23穩定處於一萃取溫度下；將含有有機溶劑重量約為微藻材料8.3倍的混合液通過該進料口211進入該萃取器20的反應槽23中進行微波反應，歷經一單次微波輔助萃取時間以取得一經反應混合液；以及由前述之經反應混合液中分離出微藻油脂。

前述之本發明方法分離微藻油脂過程詳細敘述如下，將上述試驗材料置入該混合液槽30並後續通入該微波反應元件10，該微波反應元件10其微波頻率、功率分別為2,450MHz與530W(TOSHIBA,2M231J,Japan)，微波反應元件10內設置一玻璃萃取器20，如圖3所示，可使微波穿透，並分別內層21及外層22，該外層22連通上管221及下管222可通入冷凝水，與萃取器20進行熱交換，該內層21連通進料口211及排料口212且其內層21具有反應槽23，其容積為1250 ml，萃取器10上、下皆以耐高溫、高壓材質為封口，並於爈腔開口以銅環包覆，以降低微波外洩之可能。冷凝單元50係以冷凝機(Channel,RC-12,Taiwan)與萃取器20進行熱交換，該冷凝單元50的出、進水口與該萃取器外層22的上管221及下管222接於冷凝單元50的進水口相連結並藉由經冷卻的冷凝水進行熱交換，產生一循環水層，使萃取器20快速降低溫度。其溫度可藉由控制器保持於恆定溫度約25℃，該冷凝單元50的出水口接於萃取器20的上管221及下管222於內層21與外層22之間形成循環水層，使萃取器20可快速降低溫度。

如圖3所示，進料口211及排料口212則分別連結於萃取器20之內層21；混合液槽30係與萃取器20的進料口211相連通，並且與萃取器20之間設有壓力感測器61，偵測混合液通過進料口211並進入萃取器20的壓力變化；物料收集槽40係與萃取器20的排料口212相連接，藉以將萃取分離後的產物收集於該物料收集槽40中，且物料收集槽40與萃取器20之間設有溫度感測器62，偵測微波反應後的混合液從萃取器20流出進入排料口212溫度變化；其中，微波萃取之溫度感測，其係利用熱偶線連接該萃取器20與數位式溫度計(CENTER,390,Taiwan)，記錄萃取前後溫度，並可連線至電腦讀取數據，計算萃取前後溫度變化；其中，微波萃取之壓力量測，將該萃取器20之氣體以氣壓管連接至系統外層附有手動開關之壓力錶(TEKLAND,SS-OA,Taiwan)，於萃取反應前將手動開關開啟，待達到設定之萃取時間後，關閉手動開關，記錄萃取過程中壓力變化。

以上所述之以微波方式輔助大量萃取微藻油脂的方法，結合下列試驗分析，可獲得本發明之較佳微藻油脂結論，詳細敘述如下：

進行最佳化參數設計試驗：

目的獲得前述萃取油脂的最佳參數組合，將前述微波輔助萃取微藻油脂系統所萃取出的油脂進行試驗，該試驗包括有中心點試驗、常壓與加壓萃取比較試驗、最陡上升試驗、中心複合設計試驗及多級萃取試驗分別進行測試；其中，最佳化參數設計試驗的目的是為分析微波輔助萃取微藻類油脂之最佳參數組合，試驗係以正己烷與50g小球藻粉之液固比(重量/重量)與微波萃取時間為因子，比較其對油脂萃取率之影響；同時試驗亦使用數位式溫度計(CHNTER,390,Taiwan)與壓力錶(TEKLAND,SS-OA,Taiwan)量測萃取反應所造成之溫度與壓力變化，以做為微波輔助萃取系統設計之最佳化參數條件參考。試驗設計係參考Box and Wilon(1951)所提出之反應曲面法(Response Surface Methodology,RSM)進行試驗參數設定，其試驗步驟包含中心點設計試驗(Center Point Design,CPD)、壓力對微波輔助萃取油脂影響試驗、最陡上升試驗(Path of Steepest ascent,PSA)及中心複合設計(Central Composite Design,CCD)。

進行多級萃取試驗：

目的是為求得萃取溶劑更換次數及提升萃取率，依現行工業萃取製程所採用之多級萃取方式進行試驗；試驗係依中心複合設計試驗所獲致之最佳萃取時間與液固比做為操作參數，於單級萃取完成後將萃取器內萃取液與藻粉分離，分析其油脂萃取率，同時再次更新相同液固比之萃取溶劑進行下一級別之萃取，重複上述試驗流程直至萃取率低於5%以下，並依式3計算單位時間之萃取效率，以做為每一級別之萃取效益評估。其中ΔE為萃取效率，為單位時間之萃取率(%分鐘^-1 )，E為萃取率(%)，而t_m 與t_c 分別為微波萃取時間與濃縮時間。

ΔE=E/(t_m +t_c )…………………………………………………………(式3)

自動化系統建置與試驗：

前述系統進一步以一中央控制器60(central control unit)連接於微波反應元件10、萃取器20、進料口211、排料口212、混合液槽30、物料收集槽40及冷凝單元50各別相連結，藉由該中央控制器60控制啟閉前述系統內部之元件的運轉狀態。

萃取設備設計與製作係參考相關文獻與試驗所獲致之最佳化參數進行設計，其系統示意圖，如圖3及4所示，主要由前述基礎試驗所建置之微波輔助萃取微藻油脂系統與中央控制單元所組成。中央控制單元可由壓力感測器61、溫度感測器62及微波反應器獲得系統相關資訊，經控制單元內之控制策略運算後，即可控制萃取器進、出之開關，或控制冷凝單元進行運轉。試驗依所建置之系統進行自動化試驗，包括連續進料試驗、微波輻射外洩量測及效益評估。

結果

1.　索式萃取油脂含量試驗結果以2 g小球藻粉經300 g正己烷回流萃取12小時後油脂含量達飽和狀態，三重複平均值約為1.53%，而其脂肪酸分析結果，獲致本試驗材料微藻脂肪酸分佈以16烷酸(C16:0)、16碳烯酸(C16:1)、18烷酸(C18:0)、18碳2烯酸(C18:2)及18碳3烯酸(C18:3)為主要脂肪酸組成，其碘價為102.37，顯示以本試驗所使用之微藻作為產製生質柴油之原料應為適切。

2.　水浴與微波比較試驗結果萃取時間大於3分鐘組，如圖5所示，水浴組放於恆溫水浴槽(CHANNEL,C12,Taiwan)以63℃萃取；微波組則置放於微波裝置(TOSHIBA,2M231J,Japan)中，以輸出頻率2450 MHz與功率530 W微波萃取，微波萃取溫度由25℃升至45℃；兩種方法在相同萃取條件下，各相同加熱時間組，兩種方式之油脂萃取率皆有顯著差異，微藻萃取率亦皆顯現隨微波加熱萃取時間增大，而有顯著提高之現象，但傳統萃取組其增高現象則趨於平緩，萃取時間5、7及9分鐘三組油脂萃取率分別為10.00、10.00及11.79%，而微波輔助萃取組則分別為15.00、20.71及25.95%，獲致微波輔助可有較高之加熱萃取效率，當在考量萃取加熱成本與萃取瓶內壓力限制下，萃取時間設定以7分鐘(最佳萃取時間)為佳。

3.　微量分析方式比較試驗中，如圖6所示，油脂含量分析結果獲致微波前處理組於處理時間75秒時油脂含量達11.6%，此後90秒與105秒兩前處理組其油脂含量皆顯示無變化趨勢，而超音波前處理組則於處理時間1200秒時油脂含量達11.6%，此後1500秒與1800秒兩前處理組油脂含量亦未再有增加之趨勢，獲致0.5g微藻油脂萃取達飽和狀態含量為11.6%，結果顯示以微波處理可於較短時間內獲取相同油脂含量，可節省生產成本。

4.　掃描式電子顯微鏡觀察結果，對照組小球藻細胞影像，因未受任何破壁處理故呈完整之球形，而相較於超音球形，而相較於超音波前處理組之微藻細胞則有明顯外力破碎之外觀，因細胞於超音波作用下產生之空洞(cavitation)現象所致，而經微波前處理後之微藻細胞影像則細胞外觀有不均勻收縮所造成之明顯皺摺，顯示細胞於微波作用下，會因細胞內部溫度突然上升及壓力增大而膨脹破裂，而有助於細胞油脂之萃取。試驗中分析微波前處理、超音波前處理及對照組之脂肪酸組成含量，結果獲致三組皆無顯著差異，顯示微波輔助萃取法能有效破碎細胞，提高油脂含量，同時亦不會導致油脂中之脂肪酸分解。

5.　中心點油脂萃取率試驗結果獲致油脂萃取率、溫差及壓力隨萃取時間增加而提升，並獲致萃取時間7分鐘與液固比7倍(7,7)試驗組，有較高之油脂萃取率約為44.59%、最大微波萃取溫度值為44.67℃及最大壓力為0.38 kg/cm² 。未來於微波輔助萃取反應器製作時，為避免連續萃取過程中產生之壓力，超出萃取器玻璃材料可承受壓力範圍1 kg/cm² ，係以中心點設計試驗中萃取時間7分鐘與液固比7倍試驗組，產生之最大壓力值0.38 kg/cm² 做為洩壓閥作動時間參數設定。

6.最陡上升試驗結果獲致上升路徑由7分鐘萃取率為44.58%向上提升至10分鐘，萃取率達58.67%，並趨於平緩，顯示於萃取時間10分鐘、正己烷用量410 g試驗組之萃取率趨近於最佳值，即依此最陡上升試驗結果參數，進行中心複合設計試驗，以求取最佳化參數組合。

7.　中心複合設計油脂萃取率試驗結果獲致微波時間與固液比對油脂萃取率之廻歸方程式：

y₄ =64.59+2.67x₁ +0.59x₂ -1.55x₁ ² -0.72x₂ ² +0.11x₁ x₂

並獲致試驗參數組合於單次微波輔助萃取時間10分鐘45秒與液固比8.3倍時可獲得最佳之萃取率。試驗所獲致之最佳化參數設定，將配合自動化微波輔助萃取系統，以簡化繁雜之萃取手續，取代人力之操作，提高油脂萃取效率，以達到大量生產之目的。

8.　多級萃取試驗結果，如圖7所示，獲致一至五級萃取率分別為66.47、19.54、8.95、2.37及第2.37%，五級萃取率加總達99.7%，然第四級則趨於穩定，僅約2.37%。試驗亦依式(3)計算每一級別之萃取效率，其為每一級別之萃取過程中每次萃取時間與其萃取率之比值，計算結果獲致一至五級各級之萃取效率亦逐漸下降，分別為3.2、0.47、0.14、0.03及0.02%分鐘^-1 ；而為提高萃取效益、降低溶劑成本，於本發明所開發建置之萃取系統操作時則選擇以三級做為最佳操作級數設定。

綜合上述總結論：本發明方法結合自動化系統建置與試驗結果顯示，以每次取時間10分鐘45秒、溶劑與小球藻粉重量比例約8.3倍及萃取壓力0.38kg/cm² 之參數設定下，連續循環進料三次萃取之微藻油脂，三組總微藻油脂萃取率平均值約為66.36%，顯示系統能有穩定之萃取率，且其微波輻射外洩值皆於安全值1 mW/cm² 以下，同時效益評估結果顯示若機器運轉一整天需萃取次數為133.95次，電費僅需48.22元，符合大量生產之經濟考量。

由上述可知，本發明之方法確實可以有效率地連續進行微波萃取，且其以低成本設備有效率地達成之連續式運作方法適合應用於工業製程，以資微藻油脂之工業上大量萃取；此外，本發明之裝置確實可以有效地被用以實施前述方法。

10．．．微波反應元件

20．．．萃取器

21．．．內層

211．．．進料口

212．．．排料口

22．．．外層

221．．．上管

222．．．下管

23．．．反應槽

30．．．混合液槽

40．．．物料收集槽

50．．．冷凝單元

60．．．中央控制器

61．．．壓力感測器

62．．．溫度感測器

圖1是本發明之微波輔助萃取微藻油脂方法的示意圖。

圖2是本發明之微波輔助萃取微藻油脂系統的示意圖。

圖3是本發明之萃取器之立體外觀圖。

圖4是圖2結合中央控制單元之系統配置圖。

圖5是微波萃取與傳統萃取方式之萃取率比較圖。

圖6是兩種前處理方式油脂含量相對於處理時間之曲線圖，其中a區為微波前處理組而b區為超音波前處理組。

圖7是本發明之多級萃取試驗結果。

Claims (6)

1. 一種微波輔助萃取微藻油脂方法，包括有：提供一微波輔助萃取微藻油脂系統，其具有：一萃取器，該萃取器內部具有內、外二層且可使微波穿透，該外層連通上、下管可通入冷凝水，進行萃取器之冷卻，該內層包括一反應槽、一進料口以及一排料口；一微波反應元件，其施以微波地設於該萃取器外，並提供一微波能量予萃取器；一混合液槽，連通前述進料口；一物料收集槽，連通前述排料口；以及一冷凝單元，該冷凝單元的出、進水口與該萃取器外層的上、下管相連結，以供提供一循環水層，藉以使萃取器的反應槽穩定處於一萃取溫度下；將一含有微藻材料及有機溶劑的混合液通過該進料口進入該萃取器的反應槽中進行微波反應，歷經單批進料連續循環萃取以取得一經反應混合液；其中，該混合液之有機溶劑重量為該微藻材料的8.3倍，微波輸出頻率介於2000MHz至3000MHz之間及其功率介於400W至700W之間；萃取溫度係介於20至30℃之間；單批進料連續循環之單次微波輔助萃取時間約10分鐘45秒；所述之單批進料連續循環萃取，於進行下次萃取前，令前次萃取後之混合液所分離出之有機溶液層於反應槽內，以外層的循環水層水浴冷卻至該萃取溫度後再重複實施下次萃取，從而取得該經反應混合液；由前述之經反應混合液中分離出一微藻油脂，總微藻油 脂萃取率平均為66.36%。
2. 如請求項第1項所述之方法，其中該微波輔助萃取微藻油脂系統進一步具有一中央控制器，該中央控制器係與微波反應元件、萃取器、進料口、排料口、混合液槽、物料收集槽及冷凝單元各別相連結，藉由該中央控制器控制前述系統內部之元件的運轉狀態。
3. 如請求項第1項所述之方法，其中該有機溶劑係選自於由下列所構成的群組之物質：正己烷、甲醇或氯仿等有機溶劑及其等之組合。
4. 如請求項第1項所述之方法，其中該微藻材料為小球藻粉。
5. 如請求項第1項所述之方法，其中前述該微波反應元件以前述反應槽的容積進行微波，其微波輸出頻率約2450MHz及功率約530W給予該萃取器。
6. 如請求項第1項所述之方法，其中該萃取溫度係約25℃。