通過(guò)雙溶劑法提取中性脂質(zhì)的制作方法
【專利摘要】一種使用兩親性溶劑組和疏水性溶劑組從植物材料，特別是完整的藻類細(xì)胞分離中性脂質(zhì)的方法。一些實(shí)施方案包括使完整的藻類細(xì)胞脫水和然后從所述藻類細(xì)胞提取中性脂質(zhì)。所述方法提供單步和多步提取工藝，其允許藻類中性脂質(zhì)從濕藻類生物質(zhì)中有效分離同時(shí)避免提取混合物的乳化。在首先去除極性脂質(zhì)級(jí)分和蛋白質(zhì)級(jí)分之后去除中性脂質(zhì)。這些中性脂質(zhì)可用于產(chǎn)生可再生燃料以及食物產(chǎn)品和補(bǔ)充劑。
【專利說(shuō)明】通過(guò)雙溶劑法提取中性脂質(zhì)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求于2011年11月I日提交的標(biāo)題為〃通過(guò)雙溶劑法提取中性脂質(zhì)(Extraction of Neutral Lipids by a Two Solvent Method)"的美國(guó)專利申請(qǐng)N0.13/286,910的優(yōu)先權(quán)，美國(guó)專利申請(qǐng)N0.13/286，910為于2011年4月6日提交的標(biāo)題為〃用分級(jí)分離從含油材料提取油類和蛋白質(zhì)材料(Extraction with Fractionationof Oil and Proteinaceous Material from Oleaginous Material) 〃的美國(guó)專利申請(qǐng)N0.13/081, 197的部分繼續(xù)申請(qǐng)案，美國(guó)專利申請(qǐng)N0.13/081, 197要求于2010年4月6日提交的標(biāo)題為〃用分級(jí)分離從含油材料提取油類和蛋白質(zhì)材料(Extraction withFractionation of Oil and Proteinaceous Material from Oleaginous Material) 〃的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)N0.61/321，290和于2010年4月6日提交的標(biāo)題為〃用分級(jí)分離從含油材料提取油類和副產(chǎn)物(Extraction With Fractionation of Oil and Co-Products fromOleaginous Material)"的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)N0.61/321，286的權(quán)益,這些專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容據(jù)此通過(guò)引用并入本文。
發(fā)明領(lǐng)域[0003]本發(fā)明涉及提取和分級(jí)分離藻類產(chǎn)物，包括但不限于油類和蛋白質(zhì)。特別地，本文公開的方法和系統(tǒng)涉及極性脂質(zhì)的分離。更具體地說(shuō)，本文所述的系統(tǒng)和方法以兩親性和疏水性溶劑利用分步提取和分級(jí)分離來(lái)加工濕藻類生物質(zhì)。
[0004]發(fā)明背景
[0005]石油為一類主要由烴組成的天然資源。從地球中提取石油是非常昂貴的、危險(xiǎn)的且通常以犧牲環(huán)境為代價(jià)。此外，世界范圍內(nèi)的石油儲(chǔ)備正在迅速減少。由于運(yùn)輸和將石油轉(zhuǎn)化成有用的燃料(諸如汽油和噴氣燃料)所需的加工，成本還增加了。
[0006]近年來(lái)，藻類由于其生產(chǎn)脂質(zhì)的能力已經(jīng)獲得了顯著的重要性，所述脂類可用于生產(chǎn)可持續(xù)的生物燃料。這種能力可用于生產(chǎn)可再生燃料、減少全球氣候變化和處理廢水。藻類作為生物燃料原料的優(yōu)越性來(lái)自多種因素，包括與典型的陸生油料作物相比高的每英畝產(chǎn)量，基于非食物的原料資源，使用另外的非生產(chǎn)性、非可耕性土地，采用多種水源(淡水、咸水、鹽水和廢水)，生產(chǎn)生物燃料和有價(jià)值的副產(chǎn)物(諸如類胡蘿卜素和葉綠素)兩者。
[0007]在過(guò)去的幾十年中，已經(jīng)對(duì)世界范圍內(nèi)數(shù)千物種的藻類的脂質(zhì)產(chǎn)量進(jìn)行了篩選和研究。其中，已經(jīng)鑒定了富含脂質(zhì)產(chǎn)量的約300個(gè)物種。脂質(zhì)組成和含量在生命周期的不同階段變化且受環(huán)境和培養(yǎng)條件的影響。由于藻類細(xì)胞壁的生化組成和物理性質(zhì)的顯著差異性，用于提取的策略和方法根據(jù)所用的單獨(dú)藻類物種/株系是相當(dāng)不同的?？紤]到藻類細(xì)胞壁的厚度和藻類細(xì)胞的較小尺寸(約2至約20nm)，傳統(tǒng)的物理提取工藝(諸如擠壓)對(duì)藻類的效果不是很好。此外，與從種子中回收的典型油相比，藻類油中的大量極性脂質(zhì)帶來(lái)精制問(wèn)題。
[0008]收獲后，培養(yǎng)物中典型藻類濃度的范圍為約0.1-1.0%(w/v)。這意味著在嘗試提取油之前必須去除每單位重量藻類多達(dá)1000倍的水量。目前，現(xiàn)有的含油材料油提取方法嚴(yán)格地要求幾乎完全干燥的供料以改善所提取的油的產(chǎn)率和品質(zhì)。由于加熱藻類團(tuán)塊以使其充分干燥所需的能量的量，所以將藻類供料至生物燃料的工藝變得不經(jīng)濟(jì)。通常，在高溫下擠壓或壓碎供料以強(qiáng)化提取。由于藻類的單細(xì)胞微量性質(zhì)，這些步驟對(duì)于現(xiàn)有設(shè)備可能不起作用。此外，藻類油由于存在雙鍵長(zhǎng)鏈脂肪酸是非常不穩(wěn)定的。在傳統(tǒng)提取方法中使用的高溫引起油的降解，從而增加這些方法的成本。
[0009]本領(lǐng)域已知通過(guò)使用己烷作為溶劑從干燥的藻類團(tuán)塊中提取油。該工藝為能量密集型的。使用熱來(lái)干燥以及使用己烷來(lái)提取生產(chǎn)較低品質(zhì)的產(chǎn)物，因?yàn)檫@種類型的加工引起脂質(zhì)和蛋白質(zhì)降解。
[0010]藻類油提取可分為兩類:破壞性方法或非破壞性方法。
[0011]破壞性方法包括通過(guò)機(jī)械、熱、酶促或化學(xué)方法裂解細(xì)胞。大多數(shù)破壞性方法產(chǎn)生乳液，這需要昂貴的清洗工藝。藻類油含有很大百分比的極性脂質(zhì)和蛋白質(zhì)，這增強(qiáng)提高中性脂質(zhì)的乳化。乳化被溶液中留存的營(yíng)養(yǎng)素和鹽組分進(jìn)一步穩(wěn)定化。該乳液為含有中性脂質(zhì)、極性脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和其它藻類產(chǎn)物的復(fù)雜混合物，其需要深入精制工藝來(lái)分離中性脂質(zhì)，所述中性脂質(zhì)為轉(zhuǎn)化為生物燃料的供料。
[0012]非破壞性方法提供低產(chǎn)率。乳化(Milking)是使用溶劑或化學(xué)品來(lái)從生長(zhǎng)的藻類培養(yǎng)物中提取脂質(zhì)。雖然有時(shí)用于提取藻類產(chǎn)物，但是由于溶劑毒性和細(xì)胞壁破壞，乳化對(duì)于一些物種的藻類可能不起作用。這種復(fù)雜性使得難以開發(fā)通用的工藝。此外，由于培養(yǎng)基中溶劑的最大可獲得濃度，所需溶劑的體積將是龐大的。
[0013]因此，為了克服這些缺陷，本領(lǐng)域存在對(duì)用于提取和分級(jí)分離藻類產(chǎn)物，尤其是藻類油、藻蛋白和藻類類胡蘿卜素的改進(jìn)方法和系統(tǒng)的需求。該工藝可通過(guò)將高度非極性溶劑引入至提取系統(tǒng)來(lái)進(jìn)一步改進(jìn)，從而避免蒸發(fā)和循環(huán)所有用于提取的溶劑的成本。
[0014]發(fā)明概述
`[0015]本文所述的實(shí)施方案一般涉及從含油材料中(包括例如，藻類生物質(zhì))提取不同極性脂質(zhì)的系統(tǒng)和方法。特別地，本文所述的實(shí)施方案涉及使用不同極性的溶劑和/或一系列的膜式濾器從藻類生物質(zhì)中提取不同極性脂質(zhì)。在一些實(shí)施方案中，所述濾器為微濾器。
[0016]在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，使用單種溶劑和水來(lái)提取和分級(jí)分離含油材料中存在的組分。在其它實(shí)施方案中，這些組分包括但不限于蛋白質(zhì)、極性脂質(zhì)和中性脂質(zhì)。在其它實(shí)施方案中，使用多于一種溶劑。在其它實(shí)施方案中，使用溶劑的混合物。所公開的方法允許濕藻類生物質(zhì)的組分的分離和分級(jí)分離。本文所述系統(tǒng)和方法的又一個(gè)方面為實(shí)現(xiàn)初步精制的能力，因?yàn)橄到y(tǒng)中的疏水性溶劑選擇性地將產(chǎn)物進(jìn)一步分離成脂質(zhì)和非脂質(zhì)組分。所使用的兩親性溶劑的量將取決于系統(tǒng)中的水量。將疏水性溶劑的量最小化以便減少去除溶劑的后續(xù)加工。
[0017]在一些實(shí)施方案中，本文所述的方法和系統(tǒng)可用于從含油材料中提取脂質(zhì)副產(chǎn)物。此類副產(chǎn)物的實(shí)例包括但不限于蛋白質(zhì)材料、葉綠素和類胡蘿卜素。本發(fā)明的實(shí)施方案允許以允許生成燃料和營(yíng)養(yǎng)產(chǎn)物的方式從藻類生物質(zhì)中同時(shí)提取和分級(jí)分離藻類產(chǎn)物。
[0018]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，提供一種從含油材料中分級(jí)分離油和蛋白質(zhì)材料的提取方法。[0019]在又一實(shí)施方案中，從大致上包含完整的藻類細(xì)胞的藻類生物質(zhì)中選擇性地去除產(chǎn)物的方法包括將藻類生物質(zhì)與第一溶劑組合并以產(chǎn)生第一提取混合物，所述第一提取混合物包括第一大致上固相和第一液相；將所述第一提取混合物的第一液相的至少一部分與第一大致上固相分離；將所述第一提取大致上固相與第二溶劑組合并以產(chǎn)生第二提取混合物，所述第二提取混合物包括第二大致上固相和第二液相，其中所述第二提取混合物的極性小于第一提取混合物；將所述第二提取混合物的第二液相的至少一部分與第二大致上固相分離；將所述第二提取大致上固相與第三溶劑組合并以產(chǎn)生第三提取混合物，所述第三提取混合物包括第三大致上固相和第三液相，其中所述第三提取混合物的極性小于所述第二提取混合物；且將所述第三提取混合物的第三液相的至少一部分與所述第三大致上固相分離。
[0020]在本發(fā)明的一些方面，所述方法進(jìn)一步包括將第一溶劑組的至少一部分從第一液相的分離部分去除以獲得第一提取產(chǎn)物。在其它方面，所述方法進(jìn)一步包括將第二溶劑組的至少一部分從第二液相的分離部分去除以獲得第二提取產(chǎn)物。在其它方面，所述方法進(jìn)一步包括將第三溶劑組的至少一部分從第三液相的分離部分去除以獲得第三提取產(chǎn)物。
[0021]在其它方面，溶劑組包含水可混溶的溶劑或水不可混溶的溶劑。在某些方面，溶劑組包含兩種水可混溶的溶劑或兩種水不可混溶的溶劑。在其它方面，溶劑組包含一種或多種水可混溶的溶劑以及一種或多種水不可混溶的溶劑。在其它方面，將第一、第二和/或第三提取混合物加熱至低于其沸點(diǎn)的溫度。在另一個(gè)方面，提取混合物在大于大氣壓的壓力下。在一些方面，第一、第二和第三組溶劑組中的至少一者包含一種或多種兩親性溶劑。在又另一個(gè)方面，一種或多種水可混溶的溶劑中的至少一種選自甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮、乙酸乙酯和乙腈。在其它方面，第一、第二和第三組溶劑組中的至少一者包含乙醇。在其它方面，將溶劑組以1:1重量/重量比加入至生物質(zhì)中。
[0022]在其它方面，包含藻類生物質(zhì)的細(xì)胞未經(jīng)干燥或未遭破壞。在又一方面，將藻類生物質(zhì)解凍。在本發(fā)明的又一方面，所述方法進(jìn)一步包括調(diào)節(jié)第一、第二和第三提取混合物中的至少一者的PH以優(yōu)化蛋白質(zhì)提取。在本發(fā)明的其它方面中，當(dāng)從藻類生物質(zhì)中選擇性地提取產(chǎn)物時(shí)，同時(shí)將藻類生物質(zhì)至少部分地脫水。在本發(fā)明的其它方面，第一、第二和第三提取大致上固相包括大致上完整的藻類細(xì)胞。
[0023]本發(fā)明的實(shí)施方案包括從完整的藻類細(xì)胞分離極性脂質(zhì)的方法，其包括提供包含完整的藻類細(xì)胞的濕藻類生物質(zhì)，所述完整的藻類細(xì)胞包含極性脂質(zhì)；通過(guò)去除胞外水分將濕藻類生物質(zhì)脫水以使?jié)裨孱惿镔|(zhì)的固體含量加入至約5%w/w至約50%w/w，從而產(chǎn)生部分脫水的濕藻類生物質(zhì)；將部分脫水的濕藻類生物質(zhì)與兩親性溶劑組和疏水性溶劑組混合以產(chǎn)生包含較重相和較輕相的提取混合物，其中所述較重相包含兩親性溶劑組和部分脫水的濕藻類生物質(zhì)，且較輕相包含疏水性溶劑組和極性脂質(zhì)；將提取混合物的較重相與提取混合物的較輕相分離；以及將極性脂質(zhì)從較輕相中分離以產(chǎn)生極性脂質(zhì)級(jí)分。
[0024]本發(fā)明的一些實(shí)施方案包括從完整的藻類細(xì)胞分離蛋白質(zhì)的方法，其包括提供包含完整的藻類細(xì)胞的濕藻類生物質(zhì)，所述完整的藻類細(xì)胞包含水、藻類蛋白質(zhì)和極性脂質(zhì)；通過(guò)去除胞外水分將濕藻類生物質(zhì)脫水以使?jié)裨孱惿镔|(zhì)的固體含量加入至5%至50%，從而產(chǎn)生部分脫水的藻類生物質(zhì)；將部分脫水的濕藻類生物質(zhì)與兩親性溶劑組和疏水性溶劑組混合以產(chǎn)生包含較重相和較輕相的提取混合物，其中所述較重相包含水、兩親性溶劑組、部分脫水的濕藻類生物質(zhì)和藻類蛋白質(zhì)，且較輕相包含疏水性溶劑組和極性脂質(zhì)；將提取混合物的較重相與提取混合物的較輕相分離；將部分脫水的濕藻類生物質(zhì)從提取混合物的較重相中分離以產(chǎn)生包含蛋白質(zhì)、水和兩親性溶劑組的蛋白質(zhì)混合物；以及將蛋白質(zhì)從蛋白質(zhì)混合物中分離以產(chǎn)生蛋白質(zhì)級(jí)分。
[0025]其它的實(shí)施方案包括從完整的藻類細(xì)胞分離蛋白質(zhì)的方法，其包括提供包含完整的藻類細(xì)胞的濕藻類生物質(zhì)，所述完整的藻類細(xì)胞包含水、藻類蛋白質(zhì)和極性脂質(zhì)；將濕藻類生物質(zhì)與兩親性溶劑組和疏水性溶劑組混合以產(chǎn)生包含較重相和較輕相的提取混合物，其中所述較重相包含水、兩親性溶劑組、濕藻類生物質(zhì)和藻類蛋白質(zhì)，且較輕相包含疏水性溶劑組和極性脂質(zhì)；將提取混合物的較重相與提取混合物的較輕相分離；將濕藻類生物質(zhì)從提取混合物的較重相中分離以產(chǎn)生包含蛋白質(zhì)、水和兩親性溶劑組的蛋白質(zhì)混合物；以及將蛋白質(zhì)從蛋白質(zhì)混合物中分離以產(chǎn)生蛋白質(zhì)級(jí)分。
[0026]本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施方案包括從完整的藻類細(xì)胞分離中性脂質(zhì)的方法，其包括提供包含完整的藻類細(xì)胞的濕藻類生物質(zhì)，所述完整的藻類細(xì)胞包含蛋白質(zhì)、極性脂質(zhì)和中性脂質(zhì)；將濕藻類生物質(zhì)與第一兩親性溶劑組和第一疏水性溶劑組混合以產(chǎn)生包含第一較重相和第一較輕相的第一提取混合物，其中所述第一較重相包含第一兩親性溶劑組、中性脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和濕藻類生物質(zhì)，且第一較輕相包含第一疏水性溶劑組和極性脂質(zhì)；將提取混合物的第一較輕相與提取混合物的第一較重相分離；將濕藻類生物質(zhì)從提取混合物的第一較重相中分離以產(chǎn)生包含中性脂質(zhì)的分離的濕藻類生物質(zhì)，和包含蛋白質(zhì)、水和第一兩親性溶劑組的蛋白質(zhì)混合物；將分離的藻類生物質(zhì)與第二兩親性溶劑組和第二疏水性溶劑組混合以產(chǎn)生包含第二較重相和第二較輕相的第二提取混合物，其中所述第二較重相包含第二親水性溶劑組和分離的濕藻類生物質(zhì)，且第二較輕相包含第二疏水性溶劑組和中性脂質(zhì)；將第二較重相與第二較輕相分離；以及將中性脂質(zhì)從第二較輕相中分離以產(chǎn)生中性脂質(zhì)級(jí)分。
[0027]一些實(shí)施方案進(jìn)一步包括通過(guò)離心、過(guò)濾、沉降或漂浮分級(jí)分離來(lái)進(jìn)行脫水。其它實(shí)施方案包括添加一定量的兩親性溶劑組以在加入疏水性溶劑組之前將提取混合物的極性指數(shù)調(diào)節(jié)至約6.5至6.7。其它實(shí)施方 案包括添加一定量的疏水性溶劑組以在加入兩親性溶劑組之后將提取混合物的極性指數(shù)調(diào)節(jié)至約5.7至5.9。在其它實(shí)施方案中，兩親性溶劑組為丙酮、甲醇、乙醇、異丙醇、丁酮、二甲醚和丙醛、2-丙醇、乙腈、叔丁醇、1-丙醇、水、重水(D2O)、乙二醇、甘油或其組合。在其它實(shí)施方案中，疏水性溶劑組為丙烷、丁烷、戊烷、丁烯、丙烯、石腦油、烷烴、己烷、戊烷、庚烷、辛烷、酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、芳烴、甲苯、苯、環(huán)己烷、四氫呋喃、鹵代烷烴、氯仿、三氯乙烯、醚、二乙醚、柴油、噴氣燃料、汽油及其組合物。
[0028]在一些實(shí)施方案中，將較重相與較輕相分離包括潷析、膜過(guò)濾或離心。在其它實(shí)施方案中，將極性脂質(zhì)與較輕相分離包括蒸發(fā)或蒸餾。在其它實(shí)施方案中，回收疏水性溶劑。在其它實(shí)施方案中，濃縮且回收疏水性溶劑。在其它實(shí)施方案中，回收兩親性溶劑。在其它實(shí)施方案中，濃縮且回收疏水性溶劑。
[0029]在其它實(shí)施方案中，加熱提取混合物。在其它實(shí)施方案中，用微波、水、蒸汽、熱油或電力加熱提取混合物。在一些實(shí)施方案中，在大氣壓力下加熱提取混合物。在其它實(shí)施方案中，在加壓反應(yīng)器中加熱提取混合物。在其它實(shí)施方案中，加壓反應(yīng)器為分批反應(yīng)器或連續(xù)反應(yīng)器。
[0030]其它的實(shí)施方案包括從完整的藻類細(xì)胞分離中性脂質(zhì)的方法，其包括提供包含完整的藻類細(xì)胞的濕藻類生物質(zhì)，所述完整的藻類細(xì)胞包含蛋白質(zhì)、極性脂質(zhì)和中性脂質(zhì)；通過(guò)去除胞外水分將濕藻類生物質(zhì)脫水以使?jié)裨孱惿镔|(zhì)的固體含量加入至5%至50%，從而產(chǎn)生部分脫水的濕藻類生物質(zhì)；將部分脫水的濕藻類生物質(zhì)與第一兩親性溶劑組和第一疏水性溶劑組混合以產(chǎn)生包含第一較重相和第一較輕相的第一提取混合物，其中所述第一較重相包含第一兩親性溶劑組、中性脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和部分脫水的濕藻類生物質(zhì)，且第一較輕相包含第一疏水性溶劑組和極性脂質(zhì)；將提取混合物的第一較輕相與提取混合物的第一較重相分離；將提取混合物的第一較重相中的部分脫水的濕藻類生物質(zhì)與第一兩親性溶劑組分離以產(chǎn)生包含中性脂質(zhì)的分離的部分脫水的濕藻類生物質(zhì)，和包含蛋白質(zhì)、水和第一兩親性溶劑組的蛋白質(zhì)混合物；將分離的部分脫水的濕藻類生物質(zhì)與第二兩親性溶劑組和第二疏水性溶劑組混合以產(chǎn)生包含第二較重相和第二較輕相的第二提取混合物，其中所述第二較重相包含第二親水性溶劑組和分離的部分脫水的濕藻類生物質(zhì)，且第二較輕相包含第二疏水性溶劑組和中性脂質(zhì)；將第二較重相與第二較輕相分離；以及將中性脂質(zhì)從第二較輕相中分離。
[0031]在一些實(shí)施方案中，在中性脂質(zhì)從第二較輕相中分離之前加熱第二較輕相。在一些實(shí)施方案中，通過(guò)蒸發(fā)或蒸餾從第二較輕相中去除第二疏水性溶劑組，從而產(chǎn)生中性脂質(zhì)級(jí)分。在其它實(shí)施方案中，蒸發(fā)第一和第二兩親性溶劑組中的至少一者。在其它實(shí)施方案中，回收第一和第二疏水性溶劑組中的至少一者。在其它實(shí)施方案中，冷卻且回收第一和第二疏水性溶劑組中的至少一者。在其它實(shí)施方案中，冷卻且回收第一和第二兩親性溶劑組中的至少一者。在其它實(shí)施方案中，回收第一和第二兩親性溶劑組中的至少一者。在其它實(shí)施方案中，加熱第一和第二提取混合物中的至少一者。在其它實(shí)施方案中，第一和第二提取混合物中的至少一者用微波、水、蒸汽、或熱油或電力進(jìn)行加熱。在一些實(shí)施方案中，第一和第二提取混合物中的至少一者在大氣壓力下進(jìn)行加熱。在其它實(shí)施方案中，第一和第二提取混合物中的至少一者在加壓反應(yīng)器中進(jìn)行加熱。在一些實(shí)施方案中，加壓反應(yīng)器為分批反應(yīng)器或連續(xù)反應(yīng)器。
[0032]附圖簡(jiǎn)述
`[0033]圖1A為根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的方法中包括的步驟的流程圖。
[0034]圖1B為根據(jù)本公開的脫水工藝的示例性實(shí)施方案的示意圖。
[0035]圖2為根據(jù)本公開的提取系統(tǒng)的示例性實(shí)施方案的示意圖。
[0036]圖3為顯示使用包括完全極性范圍的一系列溶劑對(duì)凍干的藻類生物質(zhì)的索氏(Sohxlet)提取的比較圖，顯示最大非破壞性藻類油提取效率和極性對(duì)極性脂質(zhì)和非極性脂質(zhì)提取的影響。
[0037]圖4A&B為顯示在三種不同溫度使用甲醇和石油醚的兩步溶劑提取工藝中的中性脂質(zhì)⑷純度和⑶回收率的圖示。
[0038]圖5A&B為顯示在三種不同溫度使用甲醇水溶液和石油醚的兩步溶劑提取工藝中的中性脂質(zhì)㈧純度和⑶回收率的圖示。
[0039]圖6為顯示在三種不同溫度使用甲醇水溶液和石油醚的兩步溶劑提取工藝中的脂質(zhì)回收率的圖。[0040]圖7為示出溶劑與固體生物質(zhì)比率對(duì)脂質(zhì)回收率的影響的圖。
[0041]圖8為示出甲醇水溶液的單步提取回收中不同提取水溶液對(duì)干生物質(zhì)的效力的圖。
[0042]圖9為示出多步甲醇提取對(duì)累積總脂質(zhì)產(chǎn)率和中性脂質(zhì)純度的影響的圖。
[0043]圖10為示出使用濕生物質(zhì)和乙醇的脂質(zhì)累積回收率的圖。
[0044]圖11為示出比較微波輔助的提取和常規(guī)提取系統(tǒng)的提取時(shí)間的圖。
[0045]圖12A為根據(jù)本公開的示例性實(shí)施方案的方法中包括的步驟的流程圖，其并入了蛋白質(zhì)提取步驟。圖12A中的所有單位均為磅。
[0046]圖12B為根據(jù)本公開的示例性提取工藝中包括的步驟的流程圖。
[0047]圖13為描述本發(fā)明的實(shí)施方案之一的流程圖和質(zhì)量平衡圖，其中通過(guò)提取和分級(jí)分離加工1000磅藻類生物質(zhì)以便從藻類生物質(zhì)分離中性脂質(zhì)、極性脂質(zhì)和蛋白質(zhì)。
[0048]圖14為描述本發(fā)明的實(shí)施方案之一的流程圖，其中可以加工藻類團(tuán)塊以形成各種產(chǎn)物。
[0049]圖15為描述本發(fā)明的實(shí)施方案之一的流程圖，其中加工藻類中性脂質(zhì)以形成各種產(chǎn)物。
[0050]圖16為描述本發(fā)明的實(shí)施方案之一的流程圖，其中加工藻類中性脂質(zhì)以形成燃料產(chǎn)品。
[0051]圖17為描述本發(fā)`明的實(shí)施方案之一的流程圖，其中從淡水藻類生物質(zhì)選擇性地提取藻類蛋白質(zhì)。
[0052]圖18為描述本發(fā)明的實(shí)施方案之一的流程圖，其中從鹽水藻類生物質(zhì)選擇性地提取藻類蛋白質(zhì)。
[0053]圖19為描述本發(fā)明的實(shí)施方案之一的流程圖，其中從鹽水或淡水藻類生物質(zhì)提取所選的藻類蛋白質(zhì)。
[0054]圖20為描述本發(fā)明的實(shí)施方案之一的流程圖，其中從鹽水或淡水藻類生物質(zhì)提取所選的藻類蛋白質(zhì)。
[0055]圖21為示出使用本文所述的方法在提取之前和之后的柵藻屬某種(Scenedescemus sp)細(xì)胞的照片。該細(xì)胞在提取之前和之后都是大致上完整的。
[0056]圖22為用單溶劑(兩親性)系統(tǒng)提取蛋白質(zhì)的示例性提取方案的示意圖。
[0057]圖23為用雙溶劑(兩未性/疏水性)系統(tǒng)提取極性脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的不例性提取方案的示意圖。
[0058]圖24為用雙溶劑(兩未性/疏水性)系統(tǒng)提取中性脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的不例性提取方案的示意圖。
[0059]圖25為用雙溶劑(兩未性/疏水性)系統(tǒng)提取中性脂質(zhì)、極性脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的不例性提取方案的示意圖。
[0060]圖26為顯示乙醇提取概念的示意圖。
[0061]發(fā)明詳述
[0062]定義
[0063]本文使用的術(shù)語(yǔ)“管道”或其任何變化形式包括可經(jīng)由其輸送流體的任何結(jié)構(gòu)。管道的非限制性實(shí)例包括管子、配管、管槽或其它封閉結(jié)構(gòu)。[0064]本文使用的術(shù)語(yǔ)“儲(chǔ)器”或其任何變化形式包括能夠保留流體的任何實(shí)體結(jié)構(gòu)。儲(chǔ)器的非限制性實(shí)例包括池塘、罐、湖、桶或其它類似的結(jié)構(gòu)。
[0065]本文使用的術(shù)語(yǔ)“約”或“大約”被定義為接近本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的，且在一個(gè)非限制性實(shí)施方案中該術(shù)語(yǔ)被定義為在10%內(nèi)，優(yōu)選地在5%內(nèi)，更優(yōu)選地在1%內(nèi)，且最優(yōu)選地在0.5%內(nèi)。
[0066]本文使用的術(shù)語(yǔ)“抑制”或“減少”或這些術(shù)語(yǔ)的任何變化形式包括為實(shí)現(xiàn)所需結(jié)果的任何可測(cè)量的降低或完全抑制。
[0067]本文使用的術(shù)語(yǔ)“有效的”意指足以實(shí)現(xiàn)所需的、期望的或預(yù)期的效果。
[0068]所用的詞“一 (a) ”或“一個(gè)(an) ”在本文當(dāng)與聯(lián)合術(shù)語(yǔ)“包含”使用時(shí)，可以意指“一個(gè)(one)”，但它也與“一個(gè)或多個(gè)”、“至少一個(gè)”和“一個(gè)或多于一個(gè)”的含義一致。
[0069]本文使用的術(shù)語(yǔ)“或”意指“和/或”，除非明確地指出僅是指?jìng)溥x項(xiàng)或備選項(xiàng)為相互排斥的，盡管本公開支持僅是指?jìng)溥x項(xiàng)和“和/或”的定義。
[0070]所用的術(shù)語(yǔ)“濕”如本文所用，用于意指含有約50%至約99.9%含水量。含水量可位于胞內(nèi)或胞外。
[0071]所用的術(shù)語(yǔ)“溶劑組”如本文所用，用于意指包含一種或多種溶劑的組合物。這些溶劑可為兩親性的(也稱為兩親性或略微非極性的)、親水性的或疏水性的(也稱作親脂性的)。在一些實(shí)施方案中，這些溶劑為水可混溶的，而在另一些中，它們?yōu)樗胁豢苫烊艿??？捎糜趯?shí)施本發(fā)明方法的溶劑的非限制性實(shí)例包括甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮、乙酸乙酯、和乙腈、烷烴(己烷、戊烷 、庚烷、辛烷)、酯(乙酸乙酯、乙酸丁酯)、酮(甲基乙基酮(MEK)、甲基異丁基酮(MIBK))、芳烴(甲苯、苯、環(huán)己烷、四氫呋喃)、鹵代烷烴(氯仿、三氯乙烯)、醚類(二乙醚)以及混合物(柴油、噴氣燃料、汽油)。
[0072]兩親性溶劑的非限制性實(shí)例包括甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮、乙酸乙酯、乙腈及其組合。食品級(jí)乙醇也預(yù)期可用于所公開的方法中。
[0073]疏水性溶劑的非限制性實(shí)例包括烷烴(己烷、戊烷、庚烷、辛烷)、酯(乙酸乙酯、乙酸丁酯)、酮(甲基乙基酮(MEK)、甲基異丁基酮(MIBK))、芳烴(甲苯、苯、環(huán)己烷、四氫呋喃)、鹵代烷烴(氯仿、三氯乙烯)、醚類(二乙醚)、混合物(柴油、噴氣燃料、汽油)及其組
口 ο
[0074]溶劑回收方法的非限制性實(shí)例包括蒸發(fā)、滲透蒸發(fā)、溶劑組分的選擇吸附、汽提及其組合。全蒸發(fā)為通過(guò)在滲透物側(cè)產(chǎn)生真空經(jīng)由聚合物膜選擇性地去除溶劑組分的蒸汽的工藝。將選擇性吸附用于乙醇產(chǎn)業(yè)，以使用沸石從乙醇水溶液中去除少量水。汽提可用于非溫度敏感性操作。
[0075]本文使用的術(shù)語(yǔ)“界面層”意指包含和鄰接相界的區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)溶劑組的極性指數(shù)顯著不同于另一種鄰接的溶劑組的極性指數(shù)。
[0076]本文使用的術(shù)語(yǔ)“極性指數(shù)”是指由Snyder，L.R.“常見(jiàn)脂質(zhì)的溶劑性質(zhì)的分類(Classification of the Solvent Properties of Common Liquids)，，色譜雜志(Journalof ChromatoRraphy)，92 (2): 223-230 (1974年5月)所述的無(wú)量綱指數(shù)斯奈德極性指數(shù)(Snyner Polarity Index)。
[0077]本文使用的術(shù)語(yǔ)“油”包括含有中性脂質(zhì)和極性脂質(zhì)的組合物。本文使用的術(shù)語(yǔ)“藻類油(algae oil)”和“藻類油(algal oil)”可互換使用。[0078]本文使用的術(shù)語(yǔ)“擴(kuò)散物”或“滲透物”可以指已通過(guò)分離裝置(包括但不限于濾器或膜)的材料。
[0079]本文使用的術(shù)語(yǔ)“滯留物”可以指在擴(kuò)散物已通過(guò)分離設(shè)備之后剩余的材料。
[0080]本文使用的詞“包含(comprising) ”(以及包含的任何形式，諸如“包含(comprise) ”和“包含(comprises) ”)、“具有(having)” (以及具有的任何形式,諸如“具有(have)”和“具有(has)”)、“包括(including)” (以及包括的任何形式，諸如“包括(includes) ”和“包括(include) ”)，或“含有(containing)” (以及含有的任何形式,諸如“包含(contains)”和“含有(contain)”)為包括性的或開放式的且不排除附加的、未提及的要素或方法步驟。
[0081 ] 本文使用的術(shù)語(yǔ)“極性脂質(zhì)”或其任何變化形式包括但不限于磷脂和糖脂。
[0082]本文使用的術(shù)語(yǔ)“中性脂質(zhì)”或其任何變化形式包括但不限于甘油三酯、甘油二酯、甘油單酯、類胡蘿卜素、蠟、甾醇。
[0083]本文使用的術(shù)語(yǔ)“固相”是指通常較為固態(tài)的材料的集合，而并非旨在意指該相中的所有材料均為固體。因此，具有大量固體同時(shí)保留一些液體的相涵蓋在該術(shù)語(yǔ)的含義內(nèi)。同時(shí)，本文使用的術(shù)語(yǔ)“液相”是指通常較為液態(tài)的材料的集合，且此類集合可包括固體材料。
[0084]本文使用的術(shù)語(yǔ)“生物柴油”是指來(lái)源于藻類的脂肪酸的甲酯或乙酯。
[0085]本文使用的術(shù)語(yǔ)“營(yíng)養(yǎng)品”是指提供健康和/或醫(yī)學(xué)益處的食品。非限制性實(shí)例包括類胡蘿卜素，胡蘿卜素，葉黃素諸如玉米黃質(zhì)、蝦青素和葉黃素。
[0086]本文使用的術(shù)語(yǔ)“生物燃料”是指來(lái)源于生物來(lái)源的燃料。非限制性實(shí)例包括生物柴油、噴氣燃料、柴油、調(diào)合用噴氣燃料(jet fuel blend stock)和調(diào)合用柴油(dieselblend stock)。`
[0087]本文使用的術(shù)語(yǔ)“雜質(zhì)”，當(dāng)與極性脂質(zhì)結(jié)合使用時(shí)，是指與目標(biāo)產(chǎn)物共提取或與目標(biāo)產(chǎn)物具有相同性質(zhì)的除目標(biāo)產(chǎn)物之外的所有組分。
[0088]本文使用的術(shù)語(yǔ)“潤(rùn)滑劑”，當(dāng)與極性脂質(zhì)結(jié)合使用時(shí)，是指加氫處理的藻類脂質(zhì)諸如C16-C20烷烴。
[0089]本文使用的術(shù)語(yǔ)“去垢劑”，當(dāng)與極性脂質(zhì)結(jié)合使用時(shí)，是指糖脂、磷脂及其衍生物。
[0090]本文使用的術(shù)語(yǔ)“食品添加劑”，當(dāng)與極性脂質(zhì)結(jié)合使用時(shí)，是指大豆卵磷脂代替品或來(lái)源于藻類的磷脂。
[0091]本文使用的術(shù)語(yǔ)“非甘油物質(zhì)”是指與甘油級(jí)分分離的任何雜質(zhì)。進(jìn)一步清除步驟將去除存在的大多數(shù)以生產(chǎn)藥用級(jí)甘油。
[0092]本文使用的術(shù)語(yǔ)“不飽和脂肪酸”是指具有至少一個(gè)碳雙鍵的脂肪酸。不飽和脂肪酸的非限制性實(shí)例包括棕櫚油酸、十七碳酸、硬脂酸、油酸、十Λ碳烯酸、亞油酸、Y-亞油酸、α-亞油酸、花生酸、二十碳烯酸、高Υ亞油酸、花生四烯酸、二十碳五烯酸、二十二碳酸、二十二碳二烯酸、二^^一碳五烯酸、二十二碳四烯酸。主鏈中具有20個(gè)或更多個(gè)碳原子的脂肪酸通常被稱為“長(zhǎng)鏈脂肪酸”。主鏈中具有19個(gè)或更少個(gè)碳原子的脂肪酸通常被稱為“短鏈脂肪酸”。
[0093]不飽和長(zhǎng)鏈脂肪酸包括但不限于ω -3脂肪酸、ω -6脂肪酸和ω -9脂肪酸。本文使用的術(shù)語(yǔ)“ ω-3脂肪酸”是指，但不限于表1中列出的脂肪酸。
[0094]表1
[0095]
I脂質(zhì)名稱I化學(xué)名稱
二十碳三烯酸(ETE)20:3 (η-3)全順式-11，14，17- 二十碳三烯酸
二十碳四烯酸(ETA)20:4 (η-3)全順式-8，11，14，17- 二十碳四烯酸
[0096]
二十碳五烯酸(EPA)|20:5(η-3)|全順式-5，8，11，14，17- 二十碳五烯酸
二十一碳五烯酸(HPA)21:5(η-3)全順式-6，9，12，15，18- 二十一碳五烯酸
二十二碳五烯酸(DPA)，22:5 (η-3)全順式-7，10，13，16，19- 二十二碳五烯酸二十二碳五烯酸(Clupanodonic acid) 22:6 (η-3)全順式-4，7，10, 13，16，19- 二十二碳六烯酸
二十二碳六烯酸(DHA)24:5 (η-3)全順式-9，12，15，18，21-二十四碳五烯酸
二十四碳五烯酸24:6(η-3)全順式-6，9，12，15，18，21-二十四碳六烯酸
[0097]本文使用的術(shù)語(yǔ)“調(diào)合用噴氣燃料”是指具有適合用作噴氣燃料的碳鏈長(zhǎng)度的烷烴。
`[0098]本文使用的術(shù)語(yǔ)“調(diào)合用柴油”是指具有適合用作柴油的碳鏈長(zhǎng)度的烷烴。
[0099]本文使用的術(shù)語(yǔ)“動(dòng)物飼料”是指來(lái)源于藻類的物質(zhì)，可以被動(dòng)物食用并為動(dòng)物提
供營(yíng)養(yǎng)支持。
[0100]本文使用的術(shù)語(yǔ)“人類食物”是指來(lái)源于藻類的物質(zhì)，可以被人類食用并為動(dòng)物提供營(yíng)養(yǎng)支持。來(lái)源于藻類的人類食品可含有必需營(yíng)養(yǎng)素，諸如碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)、維生素或礦物質(zhì)。
[0101]本文使用的術(shù)語(yǔ)“生物除污”是指使用藻類生長(zhǎng)以從工業(yè)廢水或市政廢水去除污染物，諸如但不限于硝酸鹽、磷酸鹽和重金屬。
[0102]本文使用的術(shù)語(yǔ)“廢水”是指含有多種污垢物或污染物(包括但不限于硝酸鹽、磷酸鹽和重金屬)的工業(yè)廢水或城市廢水。
[0103]本文使用的術(shù)語(yǔ)“富含的”意指約50%或更高含量。
[0104]本文使用的術(shù)語(yǔ)“大致上”應(yīng)指主要地。
[0105]本文使用的術(shù)語(yǔ)“球蛋白”是指鹽溶性蛋白質(zhì)。
[0106]本文使用的術(shù)語(yǔ)“白蛋白”是指水溶性蛋白質(zhì)。
[0107]本文使用的術(shù)語(yǔ)“谷蛋白”是指堿溶性蛋白質(zhì)。
[0108]本文使用的術(shù)語(yǔ)“醇溶谷蛋白”是指醇溶性蛋白質(zhì)。醇溶谷蛋白的非限制性實(shí)例為麥醇溶蛋白、玉米醇溶蛋白、大麥醇溶蛋白、燕麥蛋白。
[0109]本文使用的術(shù)語(yǔ)“藻類培養(yǎng)物”是指培養(yǎng)基中的藻類細(xì)胞。[0110]本文使用的術(shù)語(yǔ)“藻類生物質(zhì)”是指至少部分脫水的藻類培養(yǎng)物。
[0111]本文使用的術(shù)語(yǔ)“脫水的”是指去除至少一些水。
[0112]本文使用的術(shù)語(yǔ)“藻類糊”是指具有允許其流動(dòng)的流體性質(zhì)的部分脫水的藻類培養(yǎng)物。通常，藻類糊的含水量為約90%。
[0113]本文使用的術(shù)語(yǔ)“藻類塊”是指缺少藻類糊的流體性質(zhì)且趨于結(jié)塊的部分脫水的藻類培養(yǎng)物。通常，藻類餅的含水量為約60%或更低。[0114]鹽水藻類細(xì)胞包括但不限于海洋和鹽水藻類物種。鹽水藻類細(xì)胞存在于自然界的水體中，諸如，但不限于海、洋和河口。鹽水藻類種類的非限制性的實(shí)例包括微擬球藻屬某種、杜氏藻屬某種。
[0115]淡水藻類細(xì)胞存在于自然界的水體中，諸如，但不限于湖和池塘。淡水藻類物種的非限制性的實(shí)例包括柵藻屬某種、鞭毛藻屬某種、
[0116]可用于本發(fā)明方法的微藻的非限制性實(shí)例為以下門之一的成員:綠藻門、藍(lán)藻門(藍(lán)藻細(xì)菌)和不等鞭毛門。在某些實(shí)施方案中，可用于本發(fā)明方法的微藻為以下綱之一的成員:硅藻綱、大眼藻綱和金藻綱。在某些實(shí)施方案中，可用于本發(fā)明方法的微藻為以下屬之一的成員:微擬球藻屬、小球藻屬、杜氏藻屬、柵藻屬、月牙藻屬、顫藻屬、席藻屬、螺旋藻屬、雙眉藻屬和棕鞭藻屬。
[0117]可用于本發(fā)明方法的微藻物種的非限制性實(shí)例包括:東方曲殼藻(Achnanthesorientalis)、阿格門氏藻屬某些種(Agmenelum spp.)、透明苗形藻屬(Amphiprorahyaline)、咖啡形雙眉藻(Amphora cofeiformis)、咖啡形雙眉藻線形變種(Amphoracofeiformis var.linea)、雙眉藻屬(Amphora)、咖啡形雙眉藻斑點(diǎn)變種(cofeiformisvar.punctata)、咖啡形雙眉藻泰勒氏變種(Amphora cofeiformis var.taylori)、咖啡形雙眉藻細(xì)薄變種(Amphora cofeiformis var.tenuis)、優(yōu)美雙眉藻(Amphoradelicatissima)、優(yōu)美雙眉藻頭狀變種(Amphora delicatissima var.capitata)、雙眉藻某種(Amphora sp.)，魚腥藻屬(Anabaena)、纖維藻屬(Ankistrodesmus)、鐮形纖維藻(Ankistrodesmus falcatus)、黃金色藻(Boekelovia hooglandi)、包特氏菌屬某種(Borodinela sp.)、布朗尼葡萄藻(Botryococcus brauni)、蘇臺(tái)德克斯葡萄藻(Botryococcus sudeticus)、小型片球藻(Bracteococcus minor)、中核片球藻(Bracteococcus medionucleatus)、四鞭藻(Carteria)、纖細(xì)角毛藻(Chaetocerosgracilis)、牟勒氏角毛藻(Chaetoceros mueleri)、牟勒氏角毛藻亞鹽變種(Chaetocerosmueleri var.subsalsum)、角毛藻某種(Chaetoceros sp.)、海產(chǎn)衣藻 Chlamydomasperigranulata、無(wú)硝小球藻(Chlorela anitrata)、南極洲小球藻(ChlorelaAntarctica)、黃綠小球藻(Chlorela aureoviridis)、念珠菌小球藻(Chlorela Candida)、囊狀小球藻(Chlorela capsulate)、干燥小球藻(Chlorela desiccate)、捕圓小球藻(Chlorela elipsoidea)、浮水小球藻(Chlorela emersoni)、淡掲小球藻(Chlorelafusca)、淡褐小球藻空泡變種(Chlorela fusca var.vacuolata)、谷小球藻(Chlorelaglucotropha)、水溪小球藻(Chlorela infusionum)、融合小球藻海岸螺變種(Chlorelainfusionum var.actophila)、融合小球藻異物變種(Chlorela infusionum var.auxenophila)、凱氏小球藻(Chlorela kessleri)、路氏小球藻(Chlorela 1bophora)、路特小球藻(Chlorela Iuteoviridis)、路特小球藻維斯變種(Chlorela Iuteoviridisvar.aureoviridis)、路特小球藻路斯變種(Chlorela luteoviridis var.lutescens)、微小小球藻(Chlorela miniata)、極微小球藻(Chlorela minutissima)、突變小球藻(Chlorela mutabilis)、夜間小球藻(Chlorela nocturna)、卵圓形小球藻(Chlorelaovalis)、小形小球藻(Chlorela parva)、嗜光小球藻(Chlorela photophila)、毛球小球藻(Chlorela pringsheimi)、原始小球藻(Chlorela protothecoides)、原始小球藻酸居變種(Chlorela protothecoides var.acidicola)、規(guī)則小球藻(Chlorela regularis)、規(guī)則小球藻小型變種(Chlorela regularis var.minima)、瓦狀尋常小球藻變種(Chlorelaregularis var.umbricata)、瑞小球藻(Chlorela reisigli)、嗜糖小球藻(Chlorelasaccharophila)、海洋小球藻捕圓變種(Chlorela saccharophila var.elipsoidea)、海水小球藻(Chlorela salina)、單純小球藻(Chlorela simplex)、耐熱性小球藻(Chlorelasorokiniana)、小球藻某種(Chlorela sp.)、球抱小球藻(Chlorela sphaerica)、紅皮小球藻(Chlorela stigmatophora)、萬(wàn)尼氏小球藻(Chlorela vannieli)、普通小球藻(Chlorela vulgaris)、普通小球藻粗皮型(Chlorela vulgaris f0.Tertia)、普通小球藻自養(yǎng)變種(Chlorela vulgaris var.autotrophica)、普通小球藻綠色變種(Chlorelavulgaris var.viridis)、普通小球藻普通變種(Chlorela vulgaris var.vulgaris) Λ普通小球藻普通變種粗皮型(Chlorela vulgaris var.vulgaris f0.Tertia)、普通小球藻普通變種翠綠型(Chlorela vulgaris var.vulgaris f0.Viridis)、仙氏小球藻(Chlorela xanthela)、佐氏小球藻(Chlorela zof ingiensis)、梯氏小球藻(Chlorelatrebouxioides)、普通小球藻(Chlorela vulgaris)、水溪綠球藻(Chlorococcuminfusionum)、綠球藻某種(Chlorococcum sp.)、綠梭藻屬(Chlorogonium)、藍(lán)隱藻屬某種(Chroomonas sp.)、金球藻屬某種(Chrysosphaera sp.)、球鈣板藻屬某種(Cricosphaerasp.)、隱甲藻(Crypthecodinium cohni)、隱藻屬某種(Cryptomonas sp.)、隱秘小環(huán)藻(Cyclotela cryptic)、梅尼小環(huán)藻(Cyclotela meneghiniana)，小環(huán)藻屬某種(Cyclotelasp.)、杜氏藻某種(Dunaliela sp.)、拜爾代維勒杜氏藻(Dunaliela bardawil)、桕氏杜氏藻(Dunaliela bioculata)、顆粒狀杜氏藻(Dunaliela granulate)、海生杜氏藻(Dunaliela maritime)、微小杜氏藻(Dunaliela minuta)、巴夫杜氏藻(Dunalielaparva)、皮氏杜氏藻(Dunaliela peircei)、普氏杜氏藻(Dunaliela primolecta)、鹽生杜氏藻(Dunaliela salina)、陸生杜氏藻(Dunaliela terricola)、杜氏鹽藻(Dunalielatertiolecta)、綠色杜氏藻(Dunaliela viridis)、杜氏鹽藻(Dunaliela tertiolecta)、綠色獨(dú)球藻(Eremosphaera viri`dis)、獨(dú)球藻屬某種(Eremosphaera sp.)、后棘藻屬某種(Elipsoidon sp.)、裸藻屬某些種(Euglena spp.)、披剌藻某種(Franceia sp.)、克羅脆桿藻(Fragilaria crotonensis)、脆桿藻屬(Fragilariasp.)、藍(lán)鼓藻屬某種(Gleocapsasp.)、_絲藻屬某種(Gloeothamnion sp.)、雨生紅球藻(Haematococcus pluvialis)、膜胞藻屬某種(Hymenomonas sp.)、球等大鞭金藻(lsochrysis af.Galbana)、球等鞭金藻(lsochrysis galbana)、鱗孔藻屬(Lepocinclis)、微星藻屬(Micractinium)、微星藻藻(Micractinium)、微小單針藻(Monoraphidium minutum)、單針藻屬某種(Monoraphidiumsp.)、侏囊菌屬某種(Nannochloris sp.)、鹽生微擬球藻(Nannochloropsis salina)、微擬球藻某種(Nannochloropsis sp.)、截形舟形藻(Navicula acceptata)、拜氏舟形藻(Navicula biskanterae)、假舟形藻(Navicula pseudoteneloides)、具膜舟形藻(Navicula peliculosa)、腐生舟形藻(Navicula saprophila)、舟形藻某種(Navicula sp.)、腎鞭藻某種(Nephrochloris sp.)、腎藻屬某種(Nephroselmis sp.)、普通菱形藻(Nitschia communis)、亞歷山大菱形藻(Nitzschia alexandrina)、新月菱形藻(Nitzschia closterium)、普通菱形藻(Nitzschia communis)、細(xì)端菱形藻(Nitzschia dissipata)、碎片菱形藻(Nitzschia frustulum)、漢氏菱形藻(Nitzschiahantzschiana)、平庸菱形藻(Nitzschia inconspicua)、中型菱形藻(Nitzschiaintermedia)、小頭菱形藻(Nitzschia microcephala)、微小菱形藻(Nitzschia pusila)、微小菱形捕圓藻(Nitzschia pusila eliptica)、微小菱形單藻(Nitzschia pusilamonoensis)、四角形菱形藻(Nitzschia quadrangular)、菱形藻屬某種(Nitzschia sp.)、掠鞭藻屬某種(Ochromonas sp)、微細(xì)卵囊藻(Oocystis parva)、卵泡藻(Oocystispusila)、卵囊藻屬某種(Oocystis sp.)、沼澤顫藻(Oscilatoria Iimnetica)、顫藻屬某種(Oscilatoria sp.)、擬短形顫藻(Oscilatoria subbrevis)、凱氏擬小球藻(Parachlorelakessleri)、酸性杜氏亞屬鹽藻(Pascheria acidophila)、巴夫藻屬某種(Pavlova sp.)、三角褐指藻(Phaeodactylum tricomutum)、嗷菌體屬(Phagus)、席藻屬(Phormidium)、扁藻屬某種(Platymonas sp.)、顆石藻(Pleurochrysis carterae)、紫石藻(Pleurochrysisdentate)、顆石藻屬某種(Pleurochrysis sp.)、威克海姆原壁藻(Protothecawickerhami)、大型原壁藻(Prototheca stagnora)、波多黎各原壁藻(Protothecaportoricensis)、無(wú)色微小藻(Prototheca moriformis)、饒氏原藻(Prototheca zopfi)、水生假小球藻(Pseudochlorela aquatica)、塔胞藻屬某種(Pyramimonas sp.)、桑堪藻屬(Pyrobotrys)、不透明紅球菌(Rhodococcus opacus)、克瑞類斯菌(Sarcinoidchrysophyte)、被甲柵藻(Scenedesmus armatus)、裂殖壺菌(Schizochytrium)、水綿屬(Spirogyra)、鈍頂螺旋藻(Spirulina platensis)、裂絲藻屬某種(Stichococcus sp.)、聚球藻屬某種(Synechococcus sp.)、集胞藻屬(Synechocystisf)、萬(wàn)壽菊(Tageteserecta)、孔雀草(Tagetes patula)、四角藻屬(Tetraedron)、四月藻某種(Tetraselmissp.)、瑞典四爿藻(Tetraselmis suecica)、威氏海鏈藻(Thalassiosira weissf1gi)和弗德小藻(Viridiela fridericiana)。
`[0118]在其它實(shí)施方案中，生物質(zhì)可為植物材料，包括但不限于大豆、玉米、棕櫚、亞麻薺(camelina)、麻瘋樹、芥花、椰子、花生、紅花、棉籽、亞麻籽、向日葵、米糠和橄欖。
[0119]公開了從濕的含油材料(包括例如，藻類生物質(zhì))中提取不同極性的脂質(zhì)和副產(chǎn)物(如蛋白質(zhì))的系統(tǒng)和方法。特別地，本文所述的方法和系統(tǒng)涉及提取和分級(jí)分離藻類組分的能力，通過(guò)以逐漸變得極性較低的兩親性/疏水性溶劑和水混合物進(jìn)行連續(xù)提取(即，隨著從一個(gè)提取步驟進(jìn)行到下一個(gè)，溶劑/水比率中的水逐漸減少)。換句話說(shuō)，最初存在于藻類的間隙水(大約75%其重量)逐漸被兩親性/疏水性溶劑替換成兩親性/疏水性溶劑的恒沸物。這導(dǎo)致提取在每個(gè)步驟發(fā)展的極性可溶的組分，從而導(dǎo)致提取組分的同時(shí)分級(jí)分離。
[0120]該工藝導(dǎo)致含有兩相的混合物，一個(gè)較輕相和一個(gè)較重相。較輕相包含疏水性溶劑和極性脂質(zhì)。非極性脂質(zhì)也存在于該相中。較重相包含兩親性溶劑、水和剩余的藻類生物質(zhì)。疏水性溶劑的存在允許從總提取物中存在的其它藻類組分中選擇性提取脂質(zhì)組分。這導(dǎo)致幾乎不含蛋白質(zhì)或水溶性藻類產(chǎn)物含量的更純的脂質(zhì)產(chǎn)物。[0121]在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，使用單種溶劑和水來(lái)提取和分級(jí)分離含油材料中存在的組分。在其它實(shí)施方案中，使用溶劑組和水提取和分級(jí)分離含油材料中存在的組分。在一些實(shí)施方案中，含油材料為濕的。在其它實(shí)施方案中，含油材料為藻類。
[0122]極性脂質(zhì)回收率主要取決于其離子電荷、水溶性和位置(胞內(nèi)、胞外或膜結(jié)合的)。極性脂質(zhì)的實(shí)例包括但不限于磷脂和糖脂。可用于分離和純化極性脂質(zhì)的策略可大致分為分批模式或連續(xù)模式。分批模式的實(shí)例包括沉淀(pH、有機(jī)溶劑)、溶劑提取和結(jié)晶。連續(xù)模式的實(shí)例包括離心、吸附、泡沫分離和沉淀以及膜技術(shù)(切向流過(guò)濾、滲濾和沉淀、超濾)。
[0123]本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將從以下詳述中變得明顯。然而，應(yīng)當(dāng)理解，雖然詳述和實(shí)施例指出了本發(fā)明的具體實(shí)施方案，但是僅以舉例說(shuō)明的方式給出。另外，根據(jù)詳述，設(shè)想在本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的變化和修改將對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員變得明顯。
[0124]令人驚奇的是，所提出的非破壞性提取工藝導(dǎo)致大于90%的回收率。當(dāng)剩余的生物質(zhì)用于供料時(shí)，剩余生物質(zhì)中的少量極性脂質(zhì)增強(qiáng)了其價(jià)值。這至少部分地是因?yàn)樯镔|(zhì)的高的長(zhǎng)鏈不飽和脂肪酸含量。另外，乙醇提取物可進(jìn)一步直接進(jìn)行酯交換。此外，不同于現(xiàn)有常規(guī)方法，本文所述的方法和系統(tǒng)對(duì)于任何藻類是通用的，并通過(guò)使用水可混溶的有機(jī)溶劑梯度使得能夠回收藻類中大部分有價(jià)值的組分，包括極性脂質(zhì)。
[0125]通過(guò)使用本發(fā)明獲得的中性脂質(zhì)級(jí)分具有低金屬含量，從而增強(qiáng)脂質(zhì)級(jí)分的穩(wěn)定性且減少隨后的加工步驟。金屬由于其催化氧化的能力，容易使得中性脂質(zhì)不穩(wěn)定。此外，金屬抑制加氫處理催化劑，使得在可以精制中性脂質(zhì)混合物之前去除它們成為必要。本文公開的系統(tǒng)和方法允許提取在蛋白質(zhì)和/或極性脂質(zhì)級(jí)分中的金屬。這是有利的，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)和極性脂質(zhì)并不受金屬暴露的高度影響，且在一些情況下實(shí)際上被金屬穩(wěn)定。
[0126]本文公開 的系統(tǒng)和方法可以以濕生物質(zhì)開始，降低干燥和脫水成本。與常規(guī)的提取工藝相比，公開的提取和分級(jí)分離工藝應(yīng)具有相對(duì)低的操作成本，由于中等溫度和壓力條件、以及溶劑再循環(huán)。此外，常規(guī)提取工藝成本過(guò)高的，不能滿足市場(chǎng)的需求。
[0127]本文所述的系統(tǒng)和方法的又一方面為實(shí)現(xiàn)初步精制的能力，其在提取工藝期間分離中性脂質(zhì)與極性脂質(zhì)。示例性實(shí)施方案中使用的藻類油和先前實(shí)施方案中使用的植物油之間的差異包括單獨(dú)脂質(zhì)種類的百分比。將示例性藻類粗制油組成與植物油的比較示于以下表2:
[0128]表2
[0129]
【權(quán)利要求】
1.一種從完整的藻類細(xì)胞分離中性脂質(zhì)的方法，其包括: 提供包含完整藻類細(xì)胞的濕藻類生物質(zhì)，所述完整藻類細(xì)胞包含蛋白質(zhì)、極性脂質(zhì)和中性脂質(zhì)； 通過(guò)去除胞外水分而使所述濕藻類生物質(zhì)脫水以將所述濕藻類生物質(zhì)的固體含量增加至5%至50%之間，從而產(chǎn)生部分脫水的濕藻類生物質(zhì)； 將所述部分脫水的濕藻類生物質(zhì)與第一兩親性溶劑組和第一疏水性溶劑組混合以產(chǎn)生包含第一較重相和第一較輕相的第一提取混合物，其中所述第一較重相包含所述第一兩親性溶劑組、中性脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和部分脫水的濕藻類生物質(zhì)，且所述第一較輕相包含第一疏水性溶劑組和所述極性脂質(zhì)； 將所述提取混合物的第一較輕相與所述提取混合物的第一較重相分離； 將所述部分脫水的濕藻類生物質(zhì)與所述提取混合物的第一較重相中的所述第一兩親性溶劑組分離以產(chǎn)生包含中性脂質(zhì)的分離的部分脫水的濕藻類生物質(zhì)，和包含蛋白質(zhì)、水和所述第一兩親性溶劑組的蛋白質(zhì)混合物； 將所述分離的部分脫水的藻類生物質(zhì)與第二兩親性溶劑組和第二疏水性溶劑組混合以產(chǎn)生包含第二較重相和第二較輕相的第二提取混合物，其中所述第二較重相包含所述第二兩親性溶劑組和分離的部分脫水的濕藻類生物質(zhì)，且所述第二較輕相包含第二疏水性溶劑組和所述極性脂質(zhì)； 將所述第二較重相與所述第二較輕相分離；以及 從所述第二較輕相分離所述中性脂質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述濕藻類生物質(zhì)的脫水包括離心、過(guò)濾、沉降或漂浮分級(jí)分離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一和第二兩親性溶劑組中的至少一者為丙酮、甲醇、乙醇、異丙醇、丁酮、二甲醚和丙醛、2-丙醇、乙腈、叔丁醇、1-丙醇、水、重水(D2O)、乙二醇、甘油或其組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一和第二疏水性溶劑組中的至少一者為丙烷、丁烷、戊烷、丁烯、丙烯、石腦油、烷烴、己烷、戊烷、庚烷、辛烷、酯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、芳烴、甲苯、苯、環(huán)己烷、四氫呋喃、鹵代烷烴、氯仿、三氯乙烯、醚、二乙醚、柴油、噴氣燃料、汽油及其混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二較重相與所述第二較輕相通過(guò)潷析、膜過(guò)濾或離心分離。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在將所述中性脂質(zhì)從所述第二較輕相中分離之前加熱所述第二較輕相。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中通過(guò)蒸發(fā)或蒸餾從所述第二較輕相中去除所述第二疏水性溶劑組，從而產(chǎn)生中性脂質(zhì)級(jí)分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中蒸發(fā)所述第一和第二兩親性溶劑組中的至少一者。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中回收所述第一和第二疏水性溶劑組中的至少一者。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中冷卻且回收所述第一和第二疏水性溶劑組中的至少一者。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中冷卻且回收所述第一和第二兩親性溶劑組中的至少一者。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中回收所述第一和第二兩親性溶劑組中的至少一者。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中加熱所述第一和第二提取混合物中的至少一者。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中將所述第一和第二提取混合物中的至少一者用微波、水、蒸汽、或熱油或電力進(jìn)行加熱。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述第一和第二提取混合物中的至少一者在大氣壓力下進(jìn)行加熱。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述第一和第二提取混合物中的至少一者在加壓反應(yīng)器中進(jìn)行加熱。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述加壓反應(yīng)器為分批反應(yīng)器或連續(xù)反應(yīng)器。
18.—種從完整的藻類細(xì)胞分離中性脂質(zhì)的方法，其包括: 提供包含完整藻類細(xì)胞的濕藻類生物質(zhì)，所述完整藻類細(xì)胞包含蛋白質(zhì)、極性脂質(zhì)和中性脂質(zhì)； 將所述濕藻類生物質(zhì)與第一兩親性溶劑組和第一疏水性溶劑組混合以產(chǎn)生包含第一較重相和第一較輕相的第一提取混合物，其中所述第一較重相包含所述第一兩親性溶劑組、中性脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和濕藻類生物質(zhì)，且所述第一較輕相包含所述第一疏水性溶劑組和所述極性脂質(zhì)； 將所述提取混合物的第一較輕相與所述提取混合物的第一較重相分離； 將所述濕藻類生物質(zhì)從所述提取混合物的第一較重相中分離以產(chǎn)生包含中性脂質(zhì)的分離的濕藻類生物質(zhì)，和包含蛋白質(zhì)、水和所述第一兩親性溶劑組的蛋白質(zhì)混合物； 將所述分離的藻類生物質(zhì)與第二兩親性溶劑組和第二疏水性溶劑組混合以產(chǎn)生包含第二較重相和第二較輕相的第二提取混合物，其中所述第二較重相包含所述第二兩親性溶劑組和分離的濕藻類生物質(zhì)，且所述第二較輕相包含所述第二疏水性溶劑組和所述中性脂質(zhì)； 將所述第二較重相與所述第二較輕相分離；以及 將所述中性脂質(zhì)從所述第二較輕相中分離以產(chǎn)生中性脂質(zhì)級(jí)分。
【文檔編號(hào)】C11B1/10GK103827279SQ201180069888
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2011年11月3日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月6日
【發(fā)明者】艾尼科特·凱萊 申請(qǐng)人:赫里開發(fā)公司