WO2017219964A1 - 提取微生物油脂的方法 - Google Patents

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陆姝欢
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Definitions

  • the present invention relates to a method for extracting microbial oils and fats, and more particularly to a method for extracting polyunsaturated fatty acid oils from microorganisms without using a solvent.
  • Patent CN101463371A discloses a solventless extraction method comprising the steps of culturing the microorganism in a medium, treating the microbial cells from the medium and not drying the cells to release intracellular lipids, which will contain the released intracellular Formulation of lipids and gravity separation to form a lipid-containing light phase and a heavy phase, separating the light phase from the heavy phase, treating the light phase to destroy the emulsion formed between the modified lipid and water, and recovering the crude fat
  • the treatment for destroying the emulsion is preferably ethanol, acetone or a mixture thereof.
  • the solventless extraction process disclosed in the present invention still requires the use of a small amount of non-polar solvent, which still causes harm and pollution to the environment.
  • the method for extracting microbial oil and fat of the invention has the following beneficial effects: no solvent is used in the extraction process, environmental pollution caused by solvent and solvent recovery is avoided, and production cost is lowered; further, the solvent will be phospholipids in the medium, etc.
  • the gum is brought into the grease, and the use of the solvent reduces the gum in the grease, improves the quality of the grease, and reduces the refining during the oil refining process.
  • membrane filtration is used to separate oils and fats, to avoid oxidation of oils at high temperatures, and to improve the quality of oils and fats.
  • the use of a non-solvent demulsifier avoids environmental pollution caused by solvent and solvent recovery during demulsification.
  • the membrane filtration equipment can work effectively, but for the different types of oils and bacteria, the single membrane filtration method is often too low in efficiency.
  • microporous filtration, ultrafiltration, reverse osmosis When the other methods are combined with each other, the production efficiency can be significantly improved.

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Abstract

一种提取微生物油脂的方法，包括如下步骤：(1)获得发酵后制得的富含多不饱和脂肪酸油脂的微生物发酵液；(2)裂解所述微生物发酵液，得到细胞裂解混合物；(3)使用膜过滤设备从细胞裂解混合物中分离出含有水分的乳化油脂；(4)使用非溶剂类破乳剂破坏油脂与水之间的乳化液，进而获得微生物油脂。所述提取过程中不使用溶剂，避免了使用溶剂及溶剂回收带来的环境污染，并且降低了生产成本；进一步的，溶剂会将培养基中的磷脂等胶质带入油脂中，不使用溶剂减少了油脂中的胶质，提升了油脂的品质，降低了油脂精炼过程中的炼耗。

Description

提取微生物油脂的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年6月21日提交、申请号为2016104461631的中国专利申请的优先权，其所公开的内容作为参考全文并入本申请。
技术领域
本发明涉及一种提取微生物油脂的方法，尤其是一种不使用溶剂从微生物中提取含有多不饱和脂肪酸油脂的方法。
背景技术
多不饱和脂肪酸是指含有两个或两个以上双键且碳链长度为18～22个碳原子的直链脂肪酸，主要包括亚油酸、γ-亚麻酸、花生四烯酸、二十碳五烯酸、二十二碳五烯酸和二十二碳六烯酸等。多不饱和脂肪酸作为婴幼儿发育必需营养素，在其生长过程中发挥着重要作用，典型代表分别是花生四烯酸和二十二碳六烯酸。在婴幼儿时期花生四烯酸属于必需脂肪酸，花生四烯酸的缺乏对于人体组织器官的发育，尤其是大脑和神经系统发育可能产生严重不良影响。
二十二碳六烯酸俗称脑黄金，是神经系统细胞生长及维持的一种主要成分，是大脑和视网膜的重要构成成分，在人体大脑皮层中含量高达20％，在视网膜中所占比例最大，约占50％，因此对婴幼儿智力和视力发育至关重要。由于婴幼儿体内花生四烯酸和二十二碳六烯酸的合成效率很低，其合成量不足以满足身体发育的需求，所以必须从食物中额外补充。
通过发酵富集富含多不饱和脂肪酸油脂的微生物是目前多不饱和脂肪酸油脂的主流生产方法。传统的微生物多不饱和脂肪酸油脂的提取方式是将微生物菌种通过发酵得到大量微生物，然后进行预处理破壁，再通过有机溶剂提取、脱溶，得到富含多不饱和脂肪酸的微生 物毛油。该提取方式需要使用大量溶剂，如己烷、丁烷等，容易造成环境污染，且溶剂回收会增加生产成本，并存在安全隐患。
无溶剂提取工艺是一种高效、经济、无污染的提取方式，它利用油脂与水分子在高温下的极性差异，通过高速离心等方法将水相和油相分离得到油脂。与传统脱胶工艺相比，无溶剂提取工艺具有能耗低、污染小等优点，近些年逐渐受到油脂生产企业的重视。
专利CN101463371A公开了一种无溶剂提取方法，包括以下步骤：在培养基中培养所述微生物，处理来自所述培养基的微生物细胞并没有干燥细胞已释放胞内脂质，将包含已释放胞内脂质的配方及进行重力分离以形成含脂质的轻相和重相，使所述轻相与重相分离，处理轻相以破坏在改脂质和水间形成的乳化液，回收粗脂质，用于破坏乳状液的处理优选乙醇、丙酮或它们的混合物。但是，此发明所公开的无溶剂提取工艺，仍然需要使用少量的非极性溶剂，依然会对环境造成危害和污染。另一方面，重力离心设备如倾笔式离心机等，在分离重相和轻相的时候会大量放热，分离过程的反应温度也较高，容易造成油脂中多不饱和脂肪酸的氧化，进而影响油脂品质。
发明内容
本发明的目的是提供一种不使用溶剂就能获得高质量油脂的提取微生物油脂的方法。
为实现上述目的，本发明提供一种提取微生物油脂的方法，包括如下步骤：
(1)获得发酵后制得的富含多不饱和脂肪酸油脂的微生物发酵液；
(2)裂解所述微生物发酵液，得到细胞裂解混合物；
(3)使用膜过滤设备从细胞裂解混合物中分离出含有水分的乳化油脂；
(4)使用非溶剂类破乳剂破坏油脂与水之间的乳化液，进而获 得微生物油脂。
本发明提取微生物油脂的方法具有如下有益效果：提取过程中不使用溶剂，避免了使用溶剂及溶剂回收带来的环境污染，并且降低了生产成本；进一步的，溶剂会将培养基中的磷脂等胶质带入油脂中，不使用溶剂减少了油脂中的胶质，提升了油脂的品质，降低了油脂精炼过程中的炼耗。另一方面，采用膜过滤分离油脂，避免油脂在高温下的氧化，也提升了油脂的品质。进一步的，使用非溶剂类破乳剂，在破乳过程中避免了溶剂及溶剂回收带来的环境污染。
本发明提取微生物油脂的方法中微生物油脂可以为亚麻酸、二十碳五烯酸、二十二碳五烯酸、二十二碳六烯酸、二十碳四烯酸或β-胡萝卜素，也可以为上述物质的组合，如二十二碳六烯酸和十二碳五烯酸等。
进一步的，上述方案的步骤(1)中，使用产油微生物发酵获得发酵后制得的富含多不饱和脂肪酸油脂的微生物发酵液，其中产油微生物可以为酵母、裂殖壶菌、双鞭甲藻、微球藻、破囊壶菌或高山被孢霉，显示了本发明技术方案的应用范围比较广泛。将上述产油微生物进行发酵，即可获得发酵后制得的富含多不饱和脂肪酸油脂的微生物发酵液。
进一步的，上述方案的步骤(2)中，裂解微生物发酵液所采用的方式包括机械剪切、化学破壁、酶解破壁中的一种或多种的组合。
进一步的，上述方案的步骤(2)中，酶解破壁时，脂肪酶与发酵液的质量比小于0.1％，优选的是在0.05％至0.10％之间。
使用酶解破壁时，加酶量越高，酶解破壁时间越短，但成本也越高。发明人多次试验后发现，碱性蛋白酶与发酵液的质量比小于0.1％的条件下，特别是在0.05％至0.10％之间时，并辅以剪切破壁，能同时兼顾生产效率和生产成本。
另一方面，单独采用剪切破壁，不添加蛋白酶水解，也能使细胞 裂解，但此时生产的效率为受到较大影响。进一步的，单独使用氢氧化钠溶液破壁也能使细胞裂解，但耗时更长。
进一步的，在使用氢氧化钠溶液进行破壁的实施例中，氢氧化钠溶液可以替换为氢氧化钾溶液、稀盐酸溶液、磷酸溶液等进行化学手段的破壁处理。
进一步的，上述方案的步骤(3)中，使用的膜过滤设备包括微孔过滤、超滤、反渗透中的一种或多种的组合。
在本发明的实施例中，使用的膜过滤设备是利用具有选择透过能力的薄膜做分离介质，膜壁密布微孔，细胞裂解液在一定压力下通过膜的一侧，其中的油脂和部分水分透过膜壁成为透过液，而较大分子如细胞碎片则被膜截留，从而达到分离油脂的目的。过滤过程为动态循环过程，大分子被膜壁阻隔，随循环流出膜组件，膜组件不易被堵塞，可连续长期使用。过滤过程可在常温、低压下运行，相态无变化，能耗低于离心分离。本领域技术人员可以根据油脂种类和菌体形态的不同，在实际生产过程中，将微孔过滤、超滤以及反渗透等方式进行相互搭配组合来提高生产效率。
进一步的，上述方案的步骤(4)中，使用的非溶剂类破乳剂包括氯化钠、柠檬酸中的一种或其组合。
进一步的，上述方案的步骤(4)中，非溶剂类破乳剂占乳油重量的3.0％-5.0％。继续添加沉降效果提升不明显，且会增加对罐体设备的腐蚀。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
以双鞭甲藻作为发酵菌种，依次按下列步骤操作：
(1)发酵获得富含二十二碳六烯酸的微生物发酵液；
(2)将上述发酵液经离心机处理后，得到固形物含量为22％浓缩发酵液；
(3)取1000g该浓缩发酵液投入到3L的玻璃反应瓶中，调节pH值至11.5，加入0.5g碱性蛋白酶，控温40℃，酶解5h，得到细胞裂解后的混合物；
(4)将上述细胞裂解后的混合物加入膜过滤设备，循环过滤，分离出含有水分的乳化油脂；
(5)向含有水分的乳化油脂中加入3.0％乳油(即步骤(4)中乳化油脂)重量的氯化钠，搅拌混匀后沉降，取上清液得到128.6g富含二十二碳六烯酸的微生物油脂，检测后，二十二碳六烯酸含量达到40.4％。
实施例2
以微球藻作为发酵菌种，依次按下列步骤操作：
(1)发酵获得富含二十碳五烯酸的微生物发酵液；
(2)取35kg该发酵液投入到70L的玻璃反应釜中，调节pH值至10.8，加入21g碱性蛋白酶、控温40℃，胶体磨循环剪切反应3h，得到细胞裂解后的混合物；
(3)将上述细胞裂解后的混合物加入膜过滤设备，循环过滤，分离出含有水分的乳化油脂；
(4)向含有水分的乳化油脂中加入5.0％乳油(即步骤(3)中乳化油脂)重量的柠檬酸，搅拌混匀后沉降，取上清液得到1788g富含二十碳五烯酸的微生物油脂，检测后，二十碳五烯酸含量达到42.6％。
实施例3
以酵母作为发酵菌种，依次按下列步骤操作：
(1)发酵获得富含亚麻酸的微生物发酵液；
(2)将上述发酵液经离心后，得到固形物含量为24.7％浓缩发 酵液；
(3)取150kg该浓缩发酵液投入到300L反应釜中，控温45℃搅拌、胶体磨剪切8h，得到细胞裂解后的混合物。
(4)将上述细胞裂解后的混合物加入膜过滤设备，循环过滤，分离出含有水分的乳化油脂
(5)向含有水分的乳化油脂中加入4.5％乳油(即步骤(4)中乳化油脂)重量的氯化钠，搅拌混匀后沉降，取上清液得到7736g富含亚麻酸的微生物油脂，检测后，亚麻酸含量达到76.2％。
实施例4
以金黄色破囊壶菌为发酵菌种，依次按下列步骤操作：
(1)发酵获得富含二十二碳六烯酸的微生物发酵液；
(2)取250kg该发酵液投入到500L的反应釜中，调节pH值至11.1，加入250g碱性蛋白酶，控温45℃，搅拌反应5h，得到细胞裂解后的混合物。
(3)将上述细胞裂解后的混合物加入膜过滤设备，循环过滤，分离出含有水分的乳化油脂；
(4)向含有水分的乳化油脂中加入3.5％乳油(即步骤(3)中乳化油脂)重量的柠檬酸，搅拌混匀后沉降，得到11398g富含二十二碳六烯酸的微生物油脂，检测后，二十二碳六烯酸含量44.1％。
实施例5
以裂殖壶菌为发酵菌种，依次按下列步骤操作：
(1)发酵获得富含二十二碳六烯酸和二十二碳五烯酸的微生物发酵液；
(2)将上述发酵液经离心处理后，得到固形物含量为20.9％浓缩发酵液；
(3)取20000kg该浓缩发酵液投入到50000L反应釜中，加600kg氢氧化钠溶液(浓度30％)调节浓缩发酵液的pH值至12.0，控温80℃， 搅拌反应9h，得到细胞裂解后的混合物。
(4)将上述细胞裂解后的混合物加入膜过滤设备，循环过滤，分离出含有水分的乳化油脂；
(5)向含有水分的乳化油脂中加入5.0％乳油(即步骤(4)中乳化油脂)重量的柠檬酸，搅拌混匀后沉降，取上清液得到2000kg富含二十二碳六烯酸和二十二碳五烯酸的微生物油脂，检测后，二十二碳六烯酸含量43.5％，二十二碳五烯酸含量19.5％。
实施例6
以高山被孢霉为发酵菌种，依次按下列步骤操作：
(1)发酵获得富含二十碳四烯酸的微生物发酵液；
(2)将上述发酵液经离心处理后，得到固形物含量为25.3％浓缩发酵液；
(3)取15000kg该浓缩发酵液投入到50000L反应釜中，调节pH值至10.3，加入7.5kg碱性蛋白酶，控温45℃，辅以剪切搅拌反应3h，得到细胞裂解后的混合物。
(4)将上述细胞裂解后的混合物加入膜过滤设备，循环过滤，分离出含有水分的乳化油脂；
(5)向含有水分的乳化油脂中加入3.0％乳油(即步骤(4)中乳化油脂)重量的氯化钠，搅拌混匀后沉降，取上清液得到1236kg富含二十碳四烯酸的微生物油脂，检测后，二十碳四烯酸含量49.3％。
实施例7
以三孢布拉霉为发酵菌种，依次按下列步骤操作：
(1)发酵获得含有β-胡萝卜素的微生物发酵液；
(2)取5000kg该发酵液投入到50000L反应釜中，剪切搅拌反应6h，得到细胞裂解后的混合物。
(3)将上述细胞裂解后的混合物加入膜过滤设备，循环过滤，分离出含有水分的β-胡萝卜素乳化油脂；
(4)向含有水分的乳化油脂中加入5.0％乳油(即步骤(3)中乳化油脂)重量的柠檬酸，搅拌混匀后沉降，取上清液得到930kg富含β-胡萝卜素的微生物油脂，检测后，β-胡萝卜素含量为2.5％。
以上实施例中，使用的膜过滤设备是利用具有选择透过能力的薄膜做分离介质，膜壁密布微孔，细胞裂解液在一定压力下通过膜的一侧，其中的油脂和部分水分透过膜壁成为透过液，而较大分子如细胞碎片则被膜截留，从而达到分离油脂的目的。过滤过程为动态循环过程，大分子被膜壁阻隔，随循环流出膜组件，膜组件不易被堵塞，可连续长期使用。过滤过程可在常温、低压下运行，相态无变化，能耗低于离心分离。
以上实施例中，膜过滤设备均能有效工作，但是，针对油脂种类和菌体形态的不同，单一的膜过滤方式往往效能太低，实际生产过程中，将微孔过滤、超滤、反渗透等方式进行相互搭配组合，则生产效率能有明显提升。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
工业实用性
本发明提供了一种提取微生物油脂的方法，包括如下步骤：(1)获得发酵后制得的富含多不饱和脂肪酸油脂的微生物发酵液；(2)裂解所述微生物发酵液，得到细胞裂解混合物；(3)使用膜过滤设备从细胞裂解混合物中分离出含有水分的乳化油脂；(4)使用非溶剂类破乳剂破坏油脂与水之间的乳化液，进而获得微生物油脂。本发明提取过程中不使用溶剂，避免了使用溶剂及溶剂回收带来的环境污染，并且降低了生产成本；进一步的，溶剂会将培养基中的磷脂等胶质带入油脂中，不使用溶剂减少了油脂中的胶质，提升了油脂的品质，降低了油脂精炼过程中的炼耗，适用于工业化应用，可以被应用于大规模 的生产中。

Claims (9)

  1. 提取微生物油脂的方法，包括如下步骤：
    (1)获得发酵后制得的富含多不饱和脂肪酸油脂的微生物发酵液；
    (2)裂解所述微生物发酵液，得到细胞裂解混合物；
    (3)使用膜过滤设备从细胞裂解混合物中分离出含有水分的乳化油脂；
    (4)使用非溶剂类破乳剂破坏油脂与水之间的乳化液，进而获得微生物油脂。
  2. 根据权利要求1所述的提取微生物油脂的方法，其特征在于：所述的微生物油脂包括亚麻酸、二十碳五烯酸、二十二碳五烯酸、二十二碳六烯酸、二十碳四烯酸或β-胡萝卜素。
  3. 根据权利要求1所述的提取微生物油脂的方法，其特征在于：步骤(1)中，使用产油微生物发酵获得发酵后制得的富含多不饱和脂肪酸油脂的微生物发酵液，所述产油微生物为酵母、裂殖壶菌、双鞭甲藻、微球藻、破囊壶菌、高山被孢霉或三孢布拉霉。
  4. 根据权利要求1所述的提取微生物油脂的方法，其特征在于：步骤(2)中，裂解微生物发酵液所采用的方式包括机械剪切破壁、化学破壁、酶解破壁中的一种或多种的组合。
  5. 根据权利要求4所述的提取微生物油脂的方法，其特征在于：酶解破壁时，脂肪酶与发酵液的质量比小于0.1％，优选的是在0.05％至0.10％之间。
  6. 根据权利要求1所述的提取微生物油脂的方法，其特征在于：步骤(2)中，在裂解微生物发酵液前，先将微生物发酵液进行浓缩处理。
  7. 根据权利要求1所述的提取微生物油脂的方法，其特征在于：步骤(3)中，使用的膜过滤设备包括微孔过滤、超滤、反渗透中的 一种或多种的组合。
  8. 根据权利要求1所述的提取微生物油脂的方法，其特征在于：步骤(4)中，使用的非溶剂类破乳剂包括氯化钠、柠檬酸中的一种或其组合。
  9. 根据权利要求1所述的提取微生物油脂的方法，其特征在于：步骤(4)中，非溶剂类破乳剂占乳油重量的3.0％-5.0％。
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