一種含油微藻的破壁及表面活性劑輔助提取油脂的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及微藻生物工程技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種含油微藻的破壁及表面活 性劑輔助提取油脂的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 微藻是指在顯微鏡下才能辨別其形態(tài)的微小的藻類群體，是生物圈中最重要的初 級(jí)生產(chǎn)力。藻類具有生物量大，生產(chǎn)周期短，種類繁多，含油量高，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)， 是生物柴油的良好原料。此外微藻內(nèi)還含有多種維生素、胡蘿卜素、蛋白質(zhì)、脂肪酸等成分， 是藥用活性物質(zhì)的來(lái)源。
[0003] 但微藻油脂都包裹在細(xì)胞內(nèi)，此外微藻的生物活性物質(zhì)如蛋白質(zhì)，類胡蘿卜素，微 藻多糖等大多數(shù)都存在于生物細(xì)胞內(nèi)。由于微藻細(xì)胞較小、且具細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，大多數(shù)種類 的微藻細(xì)胞具有纖維素性細(xì)胞壁，某些種類的微藻細(xì)胞壁還有大量難以消化分解的其它成 分，細(xì)胞壁厚，質(zhì)地堅(jiān)硬，不利于油脂的提取，也大大降低了微藻產(chǎn)品的生物利用率。因此微 藻的破壁和油脂的提取是利用微藻內(nèi)的油脂和其它有用組分的關(guān)鍵。
[0004] 含油微藻的油脂的提取一直是生物柴油煉制的關(guān)鍵技術(shù)。目前通常采用水熱 法。水熱法通常是在堿性條件下通過(guò)高溫高壓進(jìn)行細(xì)胞破壁、油脂溶出，一般溫度為 100-300°C，能耗高，所得含油微藻溶漿通過(guò)離心進(jìn)行油水分離，如CN100460513C，但由于得 到的產(chǎn)油微生物溶漿為含有微生物渣的乳狀液，油相和水相混合均勻，難以分離，通過(guò)離心 進(jìn)行油水分離能耗較高、油脂提取率較低。
[0005] 目前，破碎細(xì)胞壁的方法有研磨法、反復(fù)凍融法以及超聲波處理法等。其中研磨法 操作繁瑣，且易間接破壞細(xì)胞內(nèi)的原液成分，細(xì)胞破碎程度較低，不能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?。反復(fù)凍 融法存在不能實(shí)現(xiàn)規(guī)模化，運(yùn)行成本高，能耗高等問(wèn)題。超聲波處理法會(huì)破壞細(xì)胞內(nèi)的其它 活性組分，運(yùn)行成本偏高。
[0006] 此外，微藻油脂的提取是微藻能源的關(guān)鍵技術(shù)。常見(jiàn)的微藻油脂提取方法有超臨 界二氧化碳萃取法，索氏抽提法，有機(jī)溶劑提取法等方法。超臨界二氧化碳萃取法操作復(fù) 雜，設(shè)備昂貴，反應(yīng)條件苛刻，不易實(shí)現(xiàn)規(guī)?；Ｋ魇铣樘岱ê陀袡C(jī)溶劑提取法存在有機(jī)溶 劑使用量大，毒性大，污染大，提油率不高的缺點(diǎn)。
[0007] CN102517146B公開(kāi)了一種表面活性劑輔助水相提取藻油的方法，在形成超低界 面張力和臨界微乳濃度的條件下，將超生破碎的裂壺藻細(xì)胞與含有新型雙子表面活性劑 C1QH21-18P0-2E0-S04Na的鹽水溶液混合，在20-25°C的條件下，以一定轉(zhuǎn)速反應(yīng)一定的時(shí)間， 反應(yīng)結(jié)束后將得到的混合液進(jìn)行離心分離，上層為游離脂質(zhì)層，中層為表面活性劑層，下層 為水層。該方法的缺點(diǎn)是利用超聲破壁，破壞細(xì)胞內(nèi)的其它活性組分，運(yùn)行成本偏高，且該 方法僅僅針對(duì)裂壺藻，不針對(duì)其他的藻類，適用范圍窄。
[0008] 因此，需要探索一種油脂提取率高、能有效保持微藻的營(yíng)養(yǎng)組分、操作條件溫和、 有機(jī)溶劑用量少、環(huán)保、能耗低、適用范圍廣的含油微藻破壁及油脂提取的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有含油微藻破壁及油脂提取中油脂提取率低、易破壞細(xì)胞 內(nèi)原液成分、反應(yīng)條件苛刻、有機(jī)溶劑用量大、環(huán)境污染嚴(yán)重、能耗高或適用范圍窄等缺點(diǎn)， 提供一種新的含油微藻的破壁及其油脂提取的方法。
[0010] 本發(fā)明的發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，將含油微藻在堿性條件及較低的溫度條件下進(jìn)行 水熱處理并結(jié)合酶解反應(yīng)一起破壁，然后在表面活性劑的作用下，利用少量的有機(jī)溶劑即 可實(shí)現(xiàn)微藻油脂的提取。該方法的油脂提取率高、操作條件溫和、能有效保持微藻的營(yíng)養(yǎng)組 分、有機(jī)溶劑用量少、環(huán)保、能耗低，且能適用于微擬球藻、小球藻、硅藻、柵藻和單針藻等多 種微藻，適用范圍廣。
[0011] 因此，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種含油微藻的破壁及表面活性劑輔助 提取油脂的方法，所述方法包括如下步驟：
[0012] (1)將含油微藻的懸浮液調(diào)節(jié)pH值為7. 5-14,進(jìn)行水熱處理；
[0013] (2)水熱處理后，在酶存在下進(jìn)行酶解反應(yīng)；
[0014] ⑶酶解反應(yīng)后加入表面活性劑進(jìn)行反應(yīng)，然后加入有機(jī)溶劑進(jìn)行萃取并分離出 油脂。
[0015] 優(yōu)選地，水熱處理的條件包括：溫度為50-120°C，時(shí)間為0. 5-10h。
[0016] 優(yōu)選地，所述表面活性劑為陰離子-非離子型表面活性劑和/或 非離子表面活性劑；更優(yōu)選地，所述陰離子-非離子型表面活性劑為

所述非離子表面活性劑 更進(jìn)一步優(yōu)選地，所述表面活性劑為 t
且 :?
的摩爾比為 1 :4-6〇
[0017] 優(yōu)選地，相對(duì)于所述含油微藻的懸浮液，所述表面活性劑的用量為20-400mg/L。
[0018] 優(yōu)選地，以所述含油微藻的干重計(jì)，相對(duì)于lg所述含油微藻，所述有機(jī)溶劑的用 量為l-30mL。
[0019] 本發(fā)明的含油微藻的破壁及表面活性劑輔助提取油脂的方法，由于采用水熱處理 和酶解反應(yīng)聯(lián)合破壁，可以在較溫和的條件下進(jìn)行水熱處理，避免了高溫高壓，有利于微藻 中各營(yíng)養(yǎng)元的生物性能的保持，降低了成本，提高了破壁效果；由于加入了表面活性劑，有 助于微藻油脂的析出，大大減少了有機(jī)溶劑的用量，進(jìn)一步降低了成本，且減少了對(duì)環(huán)境的 污染；本發(fā)明方法的油脂提取率可高達(dá)80%以上，油脂提取率高；本發(fā)明方法操作簡(jiǎn)單，且 能適用于微擬球藻、小球藻、硅藻、柵藻和單針藻等多種微藻，適用范圍廣，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)模 化。
[0020] 本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 以下對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體 實(shí)施方式僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0022] 本發(fā)明提供了一種含油微藻的破壁及表面活性劑輔助提取油脂的方法，該方法包 括如下步驟：
[0023] (1)將含油微藻的懸浮液調(diào)節(jié)pH值為7. 5-14,進(jìn)行水熱處理；
[0024] (2)水熱處理后，在酶存在下進(jìn)行酶解反應(yīng)；
[0025] (3)酶解反應(yīng)后加入表面活性劑進(jìn)行反應(yīng)，然后加入有機(jī)溶劑進(jìn)行萃取并分離出 油脂。
[0026] 本發(fā)明中，含油微藻指的是從含油微藻培養(yǎng)液中收集獲得的含油微藻的漿液或其 經(jīng)過(guò)干燥的藻粉。本發(fā)明方法可適用于各種含油微藻，即對(duì)含油微藻的種類沒(méi)有特別的限 制，優(yōu)選為具有較大的產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值的產(chǎn)油工程微藻，例如，含油微藻可以選自微擬球藻、 小球藻、娃藻、單針藻和柵藻中的至少一種。
[0027] 本發(fā)明步驟（1)中，對(duì)于含油微藻的懸浮液的濃度，以含油微藻的干重計(jì)，含油微 藻在懸浮液中的含量?jī)?yōu)選為2-30重量％，更優(yōu)選為15-30重量％。
[0028] 本發(fā)明步驟（1)中，調(diào)節(jié)含油微藻的懸浮液至pH值為7.5-14,優(yōu)選為8.5-12,對(duì) 于pH值條件，可以加堿進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)于堿無(wú)特殊要求，可以采用本領(lǐng)域常用的堿，例如，堿 可以選自氫氧化物、碳酸鹽、碳酸氫鹽和磷酸鹽中的一種或多種。
[0029] 本發(fā)明中，pH值通過(guò)pH測(cè)定儀測(cè)得。
[0030] 本發(fā)明中，水熱條件指的是在一定溫度下保持液態(tài)的條件。本發(fā)明方法由于采 用水熱處理和酶解反應(yīng)聯(lián)合進(jìn)行破壁，因此，水熱處理可以在較溫和的條件下進(jìn)行，本發(fā) 明步驟（1)中，水熱處理的條件優(yōu)選包括：溫度為50-120°C，更優(yōu)選為60-KKTC，時(shí)間為 0. 5-10h，更優(yōu)選為2-6h。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，水熱處理優(yōu)選在攪拌下進(jìn)行。 [0031] 本發(fā)明方法水熱處理的溫度較常規(guī)的水熱處理的溫度100_300°C可極大地降低能 耗，且有利于微藻中各營(yíng)養(yǎng)元的生物性能的保持。
[0032] 本發(fā)明步驟（2)中，進(jìn)行酶解反應(yīng)所使用的酶可以為本領(lǐng)域常規(guī)使用的各種酶， 例如可以選自纖維素酶、果膠酶、蛋白酶、溶菌酶和蝸牛酶中的至少一種，優(yōu)選為纖維素酶、 果膠酶、蛋白酶和溶菌酶。這些酶均可以通過(guò)商購(gòu)獲得。
[0033] 本發(fā)明步驟（2)中，對(duì)于酶的用量，以含油微藻的干重計(jì)，酶的用量?jī)?yōu)選為 50-5000IU/g，更優(yōu)選為200-1200IU/g。當(dāng)酶為幾種酶的組合時(shí)，對(duì)于各種酶的用量無(wú)特殊 要求，只要總量?jī)?yōu)選上述范圍即可。
[0034] 本發(fā)明步驟（2)中，酶解反應(yīng)的條件優(yōu)選包括：溫度為30-70°C，更優(yōu)選為 40-60°C;pH值為3-7,更優(yōu)選為4-5. 5;時(shí)間以能滿足完全破碎微藻細(xì)胞的條件為止，為 2-10h，更優(yōu)選為4-6h。對(duì)于pH值條件，可以加酸進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)于酸無(wú)特殊要求，可以采用本 領(lǐng)域常用的酸，可以為無(wú)機(jī)酸，也可以為有機(jī)酸，例如，酸可以為醋酸、檸檬酸。
[0035] 本發(fā)明步驟⑶中，表面活性劑優(yōu)選為陰離子-非離子型表面 活性劑和/或非離子表面活性劑。陰離子-非離子型表面活性劑優(yōu)選為
非離子表面活性劑優(yōu)選為
[0036] 本發(fā)明的發(fā)明人在研究中意外發(fā)現(xiàn)，當(dāng)表面活性劑為

爾比為1 :4_6時(shí)，能夠極大提高含油微藻的油脂提取率，因此，更優(yōu)選地，表面活性劑為
的組合，且
的摩爾比為 1 :4_6〇
[0037] 表面活性劑輔助提取油脂的原理是：油脂分子的酯基會(huì)通過(guò)氫鍵相互作用吸附在 微藻破壁后的殘余組織上（如多肽、糖脂等），表面活性劑分子通過(guò)親水頭基與這些殘余組 織產(chǎn)生更強(qiáng)的靜電相互作用，能夠與油脂分子產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)性吸附，將油脂分子頂替下來(lái)；油脂 分子因?yàn)槠涫杷再|(zhì)，在水中有高的界面能而傾向于吸附在相對(duì)疏水的細(xì)胞組織上，表面 活性劑分子能夠在水溶液中形成聚集體而產(chǎn)生疏水微區(qū)，對(duì)油脂分子有強(qiáng)的增容、分散能 力，降低油水界面張力，使油脂分子從細(xì)胞組織上轉(zhuǎn)移進(jìn)入水溶液中。
[0038] 本發(fā)明中，相對(duì)于含油微藻的懸浮液，表面活性劑的用量?jī)?yōu)選為20_400mg/L，更優(yōu) 選為 100-400mg/L。
[0039] 本發(fā)明步驟（3)中，加入表面活性劑進(jìn)行反應(yīng)的條件優(yōu)選包括：溫度為20-80°C， 更優(yōu)選為40-60°C，時(shí)間為l_3h，更優(yōu)選為1. 5-2. 5h。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，為了 使表面活性劑更好地發(fā)揮作用，加入表面活性劑進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，優(yōu)選采用振蕩、攪拌等方式使 表面活性劑與藻液充分接觸，以使含油微藻的油脂分子更好地進(jìn)入水溶液中，以更方便有 機(jī)溶劑的萃取。
[0040] 本發(fā)明中，有機(jī)溶劑可以為本領(lǐng)域常用的各種有機(jī)溶劑，優(yōu)選為三氯甲烷、正己 燒、石油醚。
[0041] 本發(fā)明方法中，由于加入了表面活性劑，油脂分子更容易被有機(jī)溶劑萃取，因此， 大大降低了有機(jī)溶劑的用量，以含油微藻的干重計(jì)，相對(duì)于lg含油微藻，有機(jī)溶劑的用量 優(yōu)選為l-30mL，更優(yōu)選為2-10mL。
[0042] 而且，本發(fā)明的發(fā)明人在研究中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中提取微藻中的油脂，采用的是極 性有機(jī)溶劑和非極性有機(jī)溶劑合用的方式，采用本發(fā)明方法，加入表面活性劑，僅用非極性 有機(jī)溶劑提取就可以達(dá)到比現(xiàn)有技術(shù)中極性有機(jī)溶劑和非極性有機(jī)溶劑合用提取更好