專利名稱：一種微藻油脂的提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微藻油脂的提取方法。
背景技術(shù)：
微藻指微型藻類，屬于水生植物，它們具有分布廣泛、生物量大、光合作用效率高、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、生長周期短、生物量收率高等特點(diǎn)。微藻可以利用光合作用反應(yīng)系統(tǒng)，通過CO2的固定，將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，以油脂或淀粉等有機(jī)物的形式儲存在體細(xì)胞內(nèi)，其太陽能轉(zhuǎn)化效率可達(dá)到3. 5%。微藻是用于生產(chǎn)藥品、精細(xì)化工品以及新型燃料的潛在資源，隨著人類社會資源短缺和環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，利用微藻進(jìn)行生物柴油及部分化石能源替代產(chǎn)品的開發(fā)，既可以克服石油資源不可再生的缺點(diǎn)，又可以減少CO2的排放，凈化廢氣和污水，已成為目前研究的熱點(diǎn)。

通過微藻進(jìn)行生物柴油生產(chǎn)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涵蓋多個技術(shù)環(huán)節(jié)，包括微藻藻種的篩選和培育、微藻的規(guī)模培養(yǎng)和誘導(dǎo)產(chǎn)油脂、油脂的收集和加工等幾個方面。微藻作為生物柴油原料的研究始于20世紀(jì)60年代，近年來，隨著生物技術(shù)的發(fā)展，微藻已經(jīng)實現(xiàn)了規(guī)模化培養(yǎng)，并能夠獲取高附加值脂肪酸，如二十碳五烯酸(EPA)、花生四烯酸(ARA)、二十二碳六烯酸(DHA)等的重要原料。微藻作為一種新型生物質(zhì)能源，其優(yōu)勢是顯而易見的，但是在其利用上，從目前的研究進(jìn)展來看，還處于起步階段。目前的研究主要集中在篩選優(yōu)勢藻種、提高油藻生長強(qiáng)度、增加油脂含量等方面，而對提高油脂收率、適合工業(yè)化的提取方法方面的研究還很少，但是，對油藻的研究，其最終目的是要面向石油化工領(lǐng)域，解決替代能源的問題，所以探索高效的、適于大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用的油脂提取方法的研究應(yīng)該成為今后一個時期研究的方向。微藻的油脂含量差別很大，在不同種類，甚至同一種類的不同品系之間也存在較大差別，一些易于規(guī)?；囵B(yǎng)的藻種，其油脂含量一般占細(xì)胞干重的20% 50%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常規(guī)的油料作物，因此一些經(jīng)典的油脂提取方法不適用于微藻油脂的提取。CN03109314. O公開了一種利用微藻快速熱解制備生物柴油的方法，其通過微藻在快速熱解裝置中快速熱解，經(jīng)氣、固分離后，氣體被冷凝成液體，即為生物柴油。CN200910223330. 6公開了一種微藻催化裂解制取低碳烯烴的方法，其利用催化劑將微藻進(jìn)行催化裂解制取低碳烯烴。雖然這些方法過程簡單，但無論是熱解方法還是催化裂化方法，其能耗較大，對設(shè)備要求較高，并且由于微藻成分復(fù)雜，以至于副產(chǎn)物很多，產(chǎn)品收率較低。微藻油脂的利用方向是進(jìn)行生物柴油的制備，因此油脂提取工藝的水平高低成為提高微藻生物柴油制備的關(guān)鍵。CN200810240949. 3公開了一種從微藻中同時提取油脂和蛋白質(zhì)的方法，該方法以濕藻泥為原料，調(diào)節(jié)PH值至堿性或弱堿性，通過蒸汽進(jìn)行微藻細(xì)胞的破壁、油脂和蛋白質(zhì)的溶出，所得微藻溶漿經(jīng)過濾去除細(xì)胞殘渣后得到油脂和蛋白混合物，然后利用旋液分離器進(jìn)行油水分離，獲得微藻油脂。因為微藻細(xì)胞的比表面積很大，而細(xì)胞膜上的磷脂成分含量很高，因此該方法雖然制備工藝簡單，但是由于采用了過濾的預(yù)處理方式，增加了油脂成分的損失率。CN200910060589. 3公開了一種微生物油脂及其短鏈醇脂肪酸酯的提取方法，其主要是利用微波輻射降低培養(yǎng)物含水量，以及在堿性催化劑的作用下部分醇解微生物體內(nèi)油脂，同時萃取油脂，并經(jīng)蒸發(fā)回收短鏈醇后得到微生物油脂與短鏈醇脂肪酸酯的混合物。該方法描述的并不是進(jìn)行油脂提取，而是化學(xué)催化法制備生物柴油的過程，反應(yīng)中由于存在大量細(xì)胞溶解物，其成分復(fù)雜，副反應(yīng)較多。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種微藻油脂的提取方法。該方法具有操作過程簡單、提取時間短、能耗低、所用原料適應(yīng)性強(qiáng)、微藻油脂收率高等優(yōu)點(diǎn)。一種微藻油脂的提取方法，包括如下內(nèi)容以藻泥或干粉形態(tài)的微藻為原料，在采用微波輻射破碎預(yù)處理后的微藻的同時利用有機(jī)溶劑進(jìn)行萃取，萃取結(jié)束后分離各物質(zhì)得到微藻油脂。本發(fā)明方法中，根據(jù)萃取體系內(nèi)的物質(zhì)組成，利用微波發(fā)生器對反應(yīng)體系進(jìn)行微波輻射，其輻射過程中，可以選擇持續(xù)低功率輻射及間歇高功率輻射兩種模式。微波頻率可選擇2450MHz、915MHz、896MHz中的一種，設(shè)置微波功率為lkW/L 50kW/L。輻射時間為Ih 3h。本發(fā)明方法中，利用有機(jī)溶劑對微藻油脂進(jìn)行萃取，所選擇的有機(jī)溶劑為正己烷、石油醚等有機(jī)溶劑的一種或幾種混合。有機(jī)溶劑的添加量與微藻干重比為10:1 100:1(v:w,單位為ml: g),萃取溫度控制在60V 90°C。本發(fā)明方法中，微藻可以來自于任何具有積累油脂、脂肪酸能力的藻類，如綠藻、
硅藻、葡萄藻。

本發(fā)明方法中所述的微藻原料預(yù)處理，對于藻泥形態(tài)的微藻原料，可以通過離心的方式進(jìn)一步降低其含水量，以適于后期油脂的提取，離心過程的參數(shù)設(shè)計為離心轉(zhuǎn)數(shù)5000rpm IOOOOrpm,離心時間3min 15min。對于干粉形態(tài)的微藻原料,需要加入一定量的水或極性短鏈醇有機(jī)溶劑，以增強(qiáng)后期油脂提取過程中微波熱效應(yīng)，其添加量與微藻干粉比為10:1 50:1 (v:w，單位為ml:g)。優(yōu)選加入極性短鏈醇有機(jī)溶劑，所述的極性短鏈醇有機(jī)溶劑包括甲醇、乙醇、丙醇等。本發(fā)明方法中萃取反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，靜置IOmin 30min，分別提取有機(jī)溶劑層(油相)和水層(水相)。通過蒸餾的方式可以將油相中的有機(jī)溶劑回收同時得到微藻油脂。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種微藻油脂的提取方法具有如下優(yōu)點(diǎn)
(1)本發(fā)明方法在進(jìn)行油脂成分萃取的過程中，利用微波輻射作用，一方面對反應(yīng)體系加熱，通過有機(jī)分子在氣-液兩相的不斷轉(zhuǎn)化，提高與細(xì)胞內(nèi)油脂成分的接觸頻率，能夠提高萃取的效率，另一方面微波輻射可以使極性分子迅速極化，從而能夠破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)的完整性，利于油脂成分?jǐn)U散，因此利用微波輻射和有機(jī)溶劑萃取協(xié)同作用方式進(jìn)行油脂提取能夠縮短萃取反應(yīng)時間，極大提高藻泥形態(tài)的微藻油脂的提取效率；
(2)本發(fā)明方法對微藻原料的適應(yīng)性強(qiáng)，不僅可以干藻粉為原料也可以含有一定水分的藻泥形態(tài)的微藻原料，從而減少了微藻干燥的工藝環(huán)節(jié)，節(jié)省了能量消耗，非常適合與工業(yè)放大生產(chǎn)；(3)對于干粉形態(tài)的微藻原料，可以添加極性有機(jī)溶劑，以適用于微波處理，由于極性有機(jī)溶劑可以作為介質(zhì)，能夠快速傳播微波輻射能量，縮短萃取反應(yīng)時間，因此其油脂提取的效果要優(yōu)于傳統(tǒng)的以干藻粉為原料單純萃取方法。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明發(fā)法的具體過程及效果進(jìn)行說明，但不局限于以下實施例。
實施例1選取一種小球藻(chlorella vulgaris),經(jīng)IOL罐,培養(yǎng)15天,在微藻培養(yǎng)的后期,根據(jù)建立的OD與細(xì)胞干重的關(guān)系，計算出微藻濃度為1.02g/L (干重計)。(1)微藻原料預(yù)處理取IL微藻培養(yǎng)液，用NaOH調(diào)節(jié)微藻培養(yǎng)液pH至12，靜置30min。 取培養(yǎng)罐底層藻液進(jìn)行離心，控制離心轉(zhuǎn)數(shù)5000rpm,離心時間5min。(2)油脂的提取向藻泥中加入60ml正己烷，震蕩混勻后，放入微波發(fā)生器內(nèi)，開啟微波發(fā)生器，采用間歇式微波處理，微波頻率為2450MHz，設(shè)置微波功率為1000W，溫度設(shè)置為 65°C，時間為2h。(3)溶劑的回收萃取結(jié)束后，冷卻至室溫，反應(yīng)液分層為油相和水相。分離水相和油相，隨后將油相反應(yīng)體系升溫至70°C，將正己烷回收后得到微藻油脂混合物，經(jīng)計算油脂產(chǎn)π, on/ 初始微藻細(xì)胞干重-萃取后殘渣干重、1ΛΛ0出率為24. 2%，油脂廣出率=-初始微藻細(xì)胞干重--xlW 。，以下相問。
實施例2利用本發(fā)明方法對葡萄藻油脂的提取選取一種葡萄藻(Botryococcus braunii),經(jīng)IOL罐,培養(yǎng)20天,在微藻培養(yǎng)的后期， 根據(jù)建立的OD與細(xì)胞干重的關(guān)系，計算出微藻濃度為1.41g/L (干重計)。(O微藻細(xì)胞的收集取1. 5L微藻培養(yǎng)液，用NaOH調(diào)節(jié)微藻培養(yǎng)液pH至12，靜置 30min。取培養(yǎng)罐底層藻液進(jìn)行離心,離心轉(zhuǎn)數(shù)為IOOOOrpm,離心時間lOmin。(2)油脂的提取向微泥中加入120ml石油醚，震蕩混勻后，開啟微波發(fā)生器，采用間歇式微波處理，微波頻率為915MHz，設(shè)置微波功率為2000W，溫度設(shè)置為70°C，時間為2h。(3) 溶劑的回收反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，反應(yīng)液分層為油相和水相。隨后將反應(yīng)體系升溫至 80°C，將石油醚回收，最終到油脂混合物，經(jīng)計算油脂產(chǎn)出率為21. 3%。
實施例3 利用本發(fā)明對藻粉油脂的提取(1)微藻干粉的預(yù)處理稱取經(jīng)70°C烘箱處理24h的硅藻藻粉2.5g，冷卻后加入甲醇 30ml ο(2)油脂的提取向藻粉及甲醇混合液中加入60ml正己烷，震蕩混勻后，開啟微波發(fā)生器，采用間歇式微波處理，微波頻率為915MHz，設(shè)置微波功率為2000W，溫度設(shè)置為60°C，時間為2h。(3)溶劑的回收反應(yīng)結(jié)束后，分別將甲醇、正己烷回收，最終到油脂混合物，經(jīng)計算油脂產(chǎn)出率為24. 8%。
比較例I 利用常規(guī)萃取方法對小球藻油脂的提取藻細(xì)胞的收集方法及藻泥用量與實施例1完全相同，首先利用微波對藻泥進(jìn)行細(xì)胞破碎預(yù)處理，微波處理條件同實施例1，處理時間為2h，然后加入60ml正己烷進(jìn)行萃取，萃取溫度為65°C，萃取反應(yīng)時間為2h。最終測得油脂產(chǎn)出率為12. 6%。
比較例2 利用索氏提取方法對硅藻干粉油脂的提取取實施例3中所使用硅藻干藻粉2. 5g，按照索氏提取方法，取30ml甲醇、60ml正己燒， 混合均勻后作為萃取相放入索氏提取器中，設(shè)置溫度70°C， 反應(yīng)時間為2h。最終測得油脂產(chǎn)出率為12. 8%ο
權(quán)利要求
1.一種微藻油脂的提取方法，其特征在于包括如下內(nèi)容以藻泥或干粉形態(tài)的微藻為原料，在采用微波輻射破碎預(yù)處理后的微藻的同時利用有機(jī)溶劑進(jìn)行萃取，萃取結(jié)束后分離各物質(zhì)得到微藻油脂。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的微波輻射采用持續(xù)的低功率輻射或間歇高功率輻射。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的微波頻率為2450MHz、915MHz、896MHz中的一種，微波功率為lkW/L 50kW/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的微波輻射時間為Ih 3h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的有機(jī)溶劑為正己烷、石油醚。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的方法，其特征在于所述的有機(jī)溶劑的添加量與微藻干重比為10:1 100:1 (v:w，單位為ml: g),萃取溫度控制在60V 90。。。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的微藻為綠藻、硅藻、葡萄藻。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的微藻原料預(yù)處理，對于藻泥形態(tài)的微藻原料，通過離心的方式降低其含水量，離心轉(zhuǎn)數(shù)5000rpm IOOOOrpm,離心時間3min 15min。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的微藻原料預(yù)處理，對于干粉形態(tài)的微藻原料，加入與微藻干粉比為10:1 50:1 (v:w，單位為ml :g)的水或極性短鏈醇有機(jī)溶劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的萃取反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，靜置IOmin 30min，分別提取有機(jī)溶劑層和水層。
全文摘要
本發(fā)明公開一種微藻油脂的提取方法，包括如下內(nèi)容以藻泥或干粉形態(tài)的微藻為原料，在采用微波輻射破碎預(yù)處理后的微藻的同時利用有機(jī)溶劑進(jìn)行萃取，萃取結(jié)束后分離各物質(zhì)得到微藻油脂。所述的微波頻率可選擇2450MHz、915MHz、896MHz中的一種，設(shè)置微波功率為1kW/L～50kW/L。本發(fā)明方法具有操作過程簡單、提取時間短、能耗低、所用原料適應(yīng)性強(qiáng)、微藻油脂收率高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號C11B1/10GK103045353SQ201110313829
公開日2013年4月17日 申請日期2011年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月17日
發(fā)明者張霖, 師文靜, 李曉姝, 王領(lǐng)民 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院