專利名稱：一種從微藻中同時(shí)提取油脂和蛋白質(zhì)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微藻生物工程技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及到一種從微藻中同時(shí) 提取油脂和蛋白質(zhì)的方法，尤其針對(duì)微藻生物柴油煉制與微藻蛋白的多聯(lián)產(chǎn)。
背景技術(shù)：
微藻是一種水生的光合自養(yǎng)微生物，它利用光能，以C02和H20作為 底物進(jìn)行細(xì)胞的生長，并合成大量的蛋白質(zhì)、甘油三酯(TAGs)、色素、 多糖等物質(zhì)。微藻藻蛋白質(zhì)在食品、醫(yī)藥、飼料等領(lǐng)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用 價(jià)值，而甘油三酯(TAGs)，包括不飽和甘油酯(DHA， EPA)不但可作為 重要的營養(yǎng)保鍵品，而且可作為是生物液體燃料(如生物柴油)的重要油 脂原料來源。特別是隨著世界性的化石原料如石油的日漸短缺，以動(dòng)植物 油脂(包括微藻油脂)為原料生產(chǎn)生物液體燃料受到世界各國的廣泛關(guān)注， 并競相開展微藻生物柴油的研究。
微藻油脂的提取一直是生物柴油煉制的關(guān)鍵技術(shù)。目前"機(jī)械壓榨" 和"溶劑萃取"是通常釆用的方法。溶劑法環(huán)境友好性較差，有機(jī)溶劑用 量大、成本高，且烷烴類溶劑本身就是石化產(chǎn)品，石化原料的日漸枯竭將 使烷烴類溶劑的供應(yīng)與價(jià)格問題日益呈現(xiàn)出來。壓榨法存在油脂提取率偏 低，能耗偏高的問題。特別重要的是在上述提油方法需要對(duì)微藻生物質(zhì)進(jìn) 行干燥處理，而微藻的干燥環(huán)節(jié)能耗很高。因此高效經(jīng)濟(jì)低能耗的藻油提 取技術(shù)己經(jīng)成為降低微藻生物柴油成本的瓶頸。與此同時(shí)，在微藻油脂提 取的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)以蛋白質(zhì)為主的多種組分的提取也是微藻工業(yè)清潔生產(chǎn)和 綜合利用的必然要求。因此含油微藻細(xì)胞不經(jīng)干燥、或不用或少用有機(jī)溶 劑的直接油脂提取方法^W^等的多聯(lián)產(chǎn)^## 生物煉制產(chǎn)員 的發(fā)展之路。
水劑法(又稱水提法或水酶法)是植物油料種子的一種新的油脂提取方法，其原理是即借助水的作用，利用油料中非油成分對(duì)油和水"親和力" 差異，以及油水之間的密度差，將油分離出來，其避免了有機(jī)溶劑的使用，
降低了成本，同還可提取蛋白質(zhì)。如中國專利CN1374383A提出了一種水 劑法生產(chǎn)食用菜籽蛋白和油脂的方法。但是這種方法存在的一個(gè)問題是由 于油脂存在于油料種子內(nèi)部，要實(shí)現(xiàn)水法提油必須首先對(duì)油料種子進(jìn)行磨 漿，和(或)添加酶(如纖維素酶、果膠酶、蛋白酶等)，破壞細(xì)胞壁和 細(xì)胞結(jié)構(gòu)，才能使油脂逸出胞外，如中國專利CN101224022A和 CN1935962A。而磨漿過程能耗高、不易于工業(yè)放大。加酶法破壁反應(yīng)時(shí)間 長，酶制劑價(jià)格昂貴，蛋白酶的使用會(huì)使蛋白質(zhì)發(fā)生降解，影響了蛋白質(zhì) 的品質(zhì)。文獻(xiàn)(Mendes-Pinto MM， Raposo MFJ， Bowen J， Young AJ, Morais R. Evaluation of different cell disruption processes on encysted cells of Haematococcus pluvialis: effects on astaxanthin recovery and implications for bio-availability. J Appl Phycol. 2001;13:19-24)研究了分別采用蒸汽滅菌、堿、酸、酶、高壓勻漿、噴 霧干燥等處理方法進(jìn)行雨生紅球藻細(xì)胞的破壁后對(duì)胡羅卜素提取的影響。 結(jié)果表明，高壓勻漿后提取率最高，蒸汽處理次之，但沒有用于含油微藻 的油脂和蛋白質(zhì)的提取。中國專利CN02153296.6提取出一種蒸汽爆破進(jìn) 行海藻細(xì)胞破壁的方法，其原理是借助于胞內(nèi)的高壓氣體瞬間釋放產(chǎn)生的 細(xì)胞內(nèi)外壓差沖破細(xì)胞壁。其方法是將海藻細(xì)胞蒸汽加熱到80-10CTC后， 停止加熱，再通入高壓空氣后，瞬間釋放實(shí)現(xiàn)爆破破壁。但在實(shí)際應(yīng)用于 如細(xì)胞壁較厚、細(xì)胞壁蛋白含量較高的小球藻等微藻細(xì)胞，或細(xì)胞壁為硅 質(zhì)殼的硅藻細(xì)胞如三角褐指藻的細(xì)胞破壁時(shí)，效果并不很好，而大量高壓 空氣瞬間釋放時(shí)的爆破會(huì)使?jié)裨寮?xì)胞飛濺，不利于細(xì)胞收集。此外，由于 油料種子一般含油量高，且是干燥種子，因此采用水劑法用于油料種子的 油脂提取時(shí)，所得的漿液含油量較高(即油水相比較大)，因此傳統(tǒng)的離 心分離方法等比較容易實(shí)現(xiàn)油水分離而獲得油脂。而對(duì)于微藻濕細(xì)胞，其 細(xì)胞含水量高達(dá)80—95%，因此濕細(xì)胞水劑法破壁溶出后的藻漿中含量油 很低(即油水相比很低小)，離心后上相只有一薄層油相，很難實(shí)現(xiàn)油相 的收集。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用水法從濕的微藻細(xì)胞同時(shí)提取油脂 和蛋白質(zhì)的方法，以克服公知技術(shù)中存在的缺陷。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的由高壓蒸汽破壁、水劑法溶出油脂與 蛋白質(zhì)和旋液分離等單元技術(shù)組成的工藝，是將培養(yǎng)收集的濕藻泥或干藻 粉配成堿性或弱堿性溶液，通入飽和水蒸汽使胞內(nèi)水分高溫汽化，同時(shí)堿 的存在有助于細(xì)胞壁和細(xì)胞內(nèi)部蛋白質(zhì)的快速溶解，導(dǎo)致細(xì)胞壁破壞和胞 內(nèi)結(jié)構(gòu)的解體，從而使微藻油脂逸出和蛋白質(zhì)溶解。再通過渦旋式旋液分 離器實(shí)現(xiàn)低相比油水混合物的分離，上層油相可以等油相積累到一定厚度 后間歇性排出收集，下層水相用于蛋白質(zhì)的提取，從而實(shí)現(xiàn)微藻油脂和蛋 白質(zhì)同時(shí)提取。
本發(fā)明可直接使用濕藻細(xì)胞進(jìn)行油脂和蛋白質(zhì)的提取，避免了傳統(tǒng)藻 油提取技術(shù)中的藻粉干燥環(huán)節(jié)，大大降低了微藻油脂提取成本和能耗，并 且保證了較高的油脂和蛋白質(zhì)得率，過程放大容易，有助于解決微含油微 藻油脂和蛋白質(zhì)多聯(lián)產(chǎn)過程的產(chǎn)業(yè)化放大問題。
本發(fā)明的方法其工藝流程包括如下步驟
1) 藻液制備將微藻泥按其藻細(xì)胞干重的10—40倍添加蒸餾水，溶 解藻細(xì)胞，調(diào)節(jié)pH值至7. 5 12;
2) 蒸汽破壁溶出將藻液置于反應(yīng)罐中，向其中通入過熱飽和蒸汽，
加熱并維持110 14CTC反應(yīng)3 30min;也可將藻液與過熱飽和蒸汽通過 蒸汽噴射霧化器同時(shí)噴射霧化入反應(yīng)罐中加熱并維持110 140'C反應(yīng) 5 30min。實(shí)現(xiàn)細(xì)胞破壁和油脂與蛋白質(zhì)的溶出，得藻溶漿；
3) 固液分離將上述獲得的溶漿用離心或其它過濾方法去除微藻細(xì) 胞殘?jiān)?，得到混合液?br> 4) 破乳用酸調(diào)節(jié)上述混合液pH值為5. 0-7. 0進(jìn)行破乳；
5) 油水分離釆用渦旋式旋液分離器進(jìn)行油水分離，上層油相間歇 或連續(xù)排出收集得到藻油，連續(xù)收集水相得蛋白質(zhì)溶液；
6) 蛋白液濃縮將上述收集得到的蛋白質(zhì)溶液通過納濾得蛋白質(zhì)濃
縮液；
7) 等電沉淀將上述得到的蛋白質(zhì)濃縮液用酸調(diào)節(jié)等電點(diǎn)至pH值2. 5—4.0得蛋白質(zhì)沉淀；
8)干燥將上述所得的蛋白質(zhì)沉淀經(jīng)冷凍或噴霧干燥得到蛋白質(zhì)粉末。


圖1為本發(fā)明的工藝流程示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
稱取三角褐指藻的濕藻泥2000g，添加2400g蒸餾水，溶解藻細(xì)胞， 調(diào)節(jié)細(xì)胞溶液的pH值至10。將微藻細(xì)胞溶液通入機(jī)械攪拌反應(yīng)罐中，通 入飽和蒸汽，將罐內(nèi)溫度升溫并維持至12CTC，攪拌轉(zhuǎn)速150rpm，反應(yīng) 30min。將微藻細(xì)胞溶漿用離心機(jī)4000rpm離心IO分鐘，去除微藻細(xì)胞殘 渣，得到混合液，調(diào)節(jié)其pH值7.0，采用小型渦旋式旋液分離器將混合溶 液分離，收集上層油相得藻油45克。含有蛋白質(zhì)的水溶液用納濾膜(截 留分子量麗CO 300Dalton)過濾得蛋白質(zhì)濃縮液，用鹽酸調(diào)節(jié)其pH值為 2.5，靜置20分鐘后去上清得蛋白質(zhì)沉淀，用真空冷凍干燥，得蛋白質(zhì)粉 28克。
實(shí)施例2
稱取三角褐指藻的濕藻泥2000g，添加7000g蒸餾水，溶解藻細(xì)胞， 調(diào)節(jié)細(xì)胞溶液的pH值至14。將微藻細(xì)胞溶液通入機(jī)械攪拌反應(yīng)罐中，通 入飽和蒸汽，將罐內(nèi)溫度升溫并維持至140°C，攪拌轉(zhuǎn)速150rpm，反應(yīng) 25min。將微藻細(xì)胞溶漿用離心機(jī)4000rpm離心10分鐘，去除微藻細(xì)胞殘 渣，得到混合液，調(diào)節(jié)其pH值6.8，采用小型渦旋式旋液分離器將混合溶 液分離，收集上層油相得藻油47克。含有蛋白質(zhì)的水溶液用納濾膜(截 留分子量MWCO 300Dalton)過濾得蛋白質(zhì)濃縮液，用鹽酸調(diào)節(jié)其pH值為 3.0，靜置20分鐘后去上清得蛋白質(zhì)沉淀，用真空冷凍干燥，得蛋白質(zhì)粉 35克。
實(shí)施例3
稱取三角褐指藻的濕藻泥2000g，添加3000g蒸餾水，溶解藻細(xì)胞，
6調(diào)節(jié)細(xì)胞溶液的PH值至7.5。將微藻細(xì)胞溶液通入機(jī)械攪拌反應(yīng)罐中，通
入飽和蒸汽將罐內(nèi)溫度升溫并維持至110°C，攪拌轉(zhuǎn)速150rpm，反應(yīng) 10min。將微藻細(xì)胞溶漿用離心機(jī)4000rpm離心IO分鐘，去除微藻細(xì)胞殘 渣，得到混合液，調(diào)節(jié)其pH值5.0，采用小型渦旋式旋液分離器將混合溶 液分離，收集上層油相得藻油42克。含有蛋白質(zhì)的水溶液用納濾膜(截 留分子量MWCO 300Dalton)過濾得蛋白質(zhì)濃縮液，用鹽酸調(diào)節(jié)其pH值為 4.0，靜置20分鐘后去上清得蛋白質(zhì)沉淀，用真空冷凍干燥，得蛋白質(zhì)粉 25克。
實(shí)施例4
稱取小球藻的濕藻泥2000g，添加4000g蒸餾水，溶解藻細(xì)胞，調(diào)節(jié) 細(xì)胞溶液的pH值至12。將微藻細(xì)胞溶液通入機(jī)械攪拌反應(yīng)罐中，通入飽 和蒸汽將罐內(nèi)溫度升溫并維持至125°C，攪拌轉(zhuǎn)速150rpm，反應(yīng)25min。 將微藻細(xì)胞溶漿用離心機(jī)4000rpm離心15分鐘，去除微藻細(xì)胞殘?jiān)?，?到混合液，調(diào)節(jié)其pH值7. 0，采用小型渦旋式旋液分離器將混合溶液分離， 收集上層油相得藻油28克。含有蛋白質(zhì)的水溶液用納濾膜(截留分子量 MWCO 300Dalton)過濾得蛋白質(zhì)濃縮液，用鹽酸調(diào)節(jié)其pH值為3. 0，靜置 20分鐘后去上清得蛋白質(zhì)沉淀，用熱風(fēng)干燥，得蛋白質(zhì)粉63克。
實(shí)施例5
稱取小球藻的濕藻泥3000g，添加8000g蒸餾水，溶解藻細(xì)胞，調(diào)節(jié) 細(xì)胞溶液的pH值至11。將微藻細(xì)胞溶液和過熱飽和蒸汽經(jīng)蒸汽噴射霧化 器噴入機(jī)械攪拌反應(yīng)罐中，維持罐內(nèi)溫度升至13(TC， 150rpm攪拌20min。 將微藻細(xì)胞溶漿用離心機(jī)4000rpm離心15分鐘，去除微藻細(xì)胞殘?jiān)?，?到混合液，調(diào)節(jié)其pH值6. 5，采用小型渦旋式旋液分離器將混合溶液分離， 收集上層油相得藻油41克。含有蛋白質(zhì)的水溶液用納濾膜(截留分子量 MWCO 300Dalton)過濾得蛋白質(zhì)濃縮液，用鹽酸調(diào)節(jié)其pH值為2. 5，靜置 20分鐘后去上清得蛋白質(zhì)沉淀，用真空冷凍干燥，得蛋白質(zhì)粉96克。
實(shí)施例6
稱取小球藻的干藻粉400g，添加9500g蒸餾水，溶解藻細(xì)胞，調(diào)節(jié)細(xì) 胞溶液的pH值至12。將微藻細(xì)胞溶液通入機(jī)械攪拌反應(yīng)罐中，通入飽和 蒸汽將罐內(nèi)溫度升溫并維持至140°C，攪拌轉(zhuǎn)速150rpm，反應(yīng)30min。將微藻細(xì)胞溶漿用離心機(jī)4000rpm離心15分鐘，去除微藻細(xì)胞殘?jiān)?，得?混合液，調(diào)節(jié)其pH值6.8，采用小型渦旋式旋液分離器將混合溶液分離， 收集上層油相得藻油55克。含有蛋白質(zhì)的水溶液用納濾膜(截留分子量 MWCO 300Dalton)過濾得蛋白質(zhì)濃縮液，用鹽酸調(diào)節(jié)其pH值為3. 0,靜置 20分鐘后去上清得蛋白質(zhì)沉淀，用熱風(fēng)干燥，得蛋白質(zhì)粉120克。
以上的實(shí)施例中，將所用藻種替換為金藻、角毛藻、杜氏藻或微擬球 藻，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，所得結(jié)果相似。
權(quán)利要求
1、一種從微藻中同時(shí)提取油脂和蛋白質(zhì)的方法，其主要步驟為A)將微藻泥按其藻細(xì)胞干重的10—40倍加水，溶解藻細(xì)胞，制成藻液，并調(diào)節(jié)該藻液pH值至7.5～12；B)將步驟A的藻液在反應(yīng)容器中通入蒸汽破壁，并維持110～140℃反應(yīng)3～30分鐘，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞油脂與蛋白質(zhì)的溶出，得藻溶漿；C)將步驟B獲得的藻溶漿去除藻細(xì)胞殘?jiān)?，得到混合液；D)用酸調(diào)節(jié)步驟C的混合液pH值為5.0-7.0進(jìn)行破乳；E)進(jìn)行油水分離，收集上層油相得到油脂，收集水相得蛋白質(zhì)溶液；F)將收集得到的蛋白質(zhì)溶液通過納濾膜過濾得蛋白質(zhì)濃縮液；G)將步驟F得到的蛋白質(zhì)濃縮液用酸調(diào)節(jié)至pH值2.5—4.0，得蛋白質(zhì)沉淀；H)將步驟G所得的蛋白質(zhì)沉淀經(jīng)冷凍或噴霧干燥得到蛋白質(zhì)粉末。
2、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟A的微藻泥為濕藻泥或干 燥藻粉。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述的微藻包括三角褐指 藻、角毛藻、小球藻、螺旋藻、金藻、杜氏藻或微擬球藻。
4、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟B中的細(xì)胞蒸汽壁破是將 蒸汽直接通入裝有藻液的反應(yīng)容器中，或?qū)⒃逡号c蒸汽經(jīng)蒸汽噴射霧化器 同時(shí)噴射入反應(yīng)容器中。
5、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟C是采用離心過濾去除藻 細(xì)胞殘?jiān)?br> 6、 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，步驟E是采用渦旋式旋液分離 器進(jìn)行油水分離。
7、 如權(quán)利要求l所述的方法，其中，步驟F是采用截留分子量MWCO 300Dalton的納濾膜。
全文摘要
一種從微藻中同時(shí)提取油脂和蛋白質(zhì)的方法，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?jiān)蟮玫接椭偷鞍谆旌衔?；利用旋液分離器進(jìn)行油水分離，獲得微藻油脂，蛋白質(zhì)水溶液則經(jīng)納濾濃縮并等電沉淀后，再經(jīng)冷凍干燥或噴霧干燥得到蛋白質(zhì)粉。本發(fā)明利用含水的微藻細(xì)胞為原料，節(jié)省了藻細(xì)胞干燥能耗；采用弱堿性或堿性藻細(xì)胞液的蒸汽破壁和油脂與蛋白質(zhì)的同時(shí)溶出，破壁效果好、溶出率高、能耗低、過程易于放大。采用渦旋式旋液分離較好的解決了低相比下的油水分離困難，實(shí)現(xiàn)了微藻油脂和蛋白質(zhì)的同時(shí)提取。本發(fā)明工藝簡單、經(jīng)濟(jì)、能耗低，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
文檔編號(hào)C11B1/00GK101429467SQ200810240949
公開日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2008年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月24日
發(fā)明者劉天中, 維 張, 江懷真, 昱 陳, 高莉麗 申請(qǐng)人:青島生物能源與過程研究所