專利名稱：一種利用混合有機溶劑從濕藻泥中提取油脂的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微藻生化工程技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種利用混合有機溶劑從微藻濕 藻泥中提取油脂的方法。
背景技術(shù)：
隨著全球化石能源短缺和環(huán)境不斷惡化問題的日益突出，生物柴油作為一種可持 續(xù)的綠色能源形式，受到世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。目前，生產(chǎn)生物柴油所用原料均源于油料 作物，由于油料作物的油脂面積產(chǎn)率不高，大力發(fā)展生物柴油必然要占用大量耕地，影響糧 食生產(chǎn)。而微藻種類繁多、分布廣，是最簡單、最古老的低等植物，可直接利用陽光、C02及 N、P等簡單營養(yǎng)物質(zhì)快速生長并在胞內(nèi)合成大量油脂(主要是甘油三酯)，為生物柴油生 產(chǎn)提供新的油脂資源。目前國內(nèi)外普遍認(rèn)為，作為一種新的生物能源，微藻能源發(fā)展?jié)摿?大。雖然微藻作為新的生物能源潛力巨大，但迄今為止尚未獲得商業(yè)化生產(chǎn)能源產(chǎn)品 的途徑。其中一個重要原因在于目前微藻產(chǎn)油的成本過高。目前的微藻油脂提取，雖然已有 多種技術(shù)方法，溶劑萃取法、量子壓裂法、超臨界CO2萃取法等，但從工藝、能耗與設(shè)備規(guī)模 考慮，采用最多的還是干藻粉的溶劑萃取法。然而微藻細胞中水含量高達80%以上，有分析 表明僅干燥過程的能耗將使微藻生產(chǎn)出的能源產(chǎn)品的能量“入不敷出”(Lardon L et al., Environ Sci Technol，2009)。因此避免干燥的高能耗，開發(fā)以濕藻為原料的低能耗微藻油 脂提取技術(shù)非常重要。中國發(fā)明專利2010071200033940提出利用水劑法從濕藻中直接提 取油脂和蛋白質(zhì)，但該方法需要用過熱蒸汽對濕藻細胞進行破壁處理，蒸汽用量大，提取過 程中藻細胞碎片、藻油、蛋白質(zhì)等分離困難，藻油產(chǎn)品雜質(zhì)多。中國專利201010136309. 5也 提出利用亞臨界低級醇類從微藻濕藻泥中提取油脂，總脂提取率可達到90%以上。但該方 案需要采用醇溶劑對濕藻泥進行脫水預(yù)處理，醇類用量大，醇回收耗能較高，而且提取的油 脂成分復(fù)雜，分離精制困難。低級醇類是親水性溶劑，很容易滲透進入藻細胞內(nèi)部，但常溫常壓下低級醇對油 脂的溶解度低，即使在亞臨界條件下其溶解度也較小。而低級烷烴雖然對油脂的溶解性好， 但其與水互溶度差，很難通過滲透進入濕藻細胞內(nèi)將油脂萃取出來。因此如果能夠結(jié)合這 兩類溶劑的特點，采用混合溶劑將能夠?qū)崿F(xiàn)從濕藻細胞中高效的將藻油提取出來。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用混合有機溶劑從濕藻泥中提取油脂的方法，以克 服公知技術(shù)中存在的缺陷。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的利用混合有機溶劑從微藻濕藻泥中提取油脂的方 法，其主要步驟為1)將產(chǎn)油微藻的濕藻泥加入低級醇類溶劑和低級烷烴的混合溶劑中，于反應(yīng)器內(nèi) 加熱并通入氮氣，維持反應(yīng)器的壓力和溫度保持在亞臨界狀態(tài)進行反應(yīng)；
2)液固分離后得到的混合液降溫，收集上層烷烴相，下層醇-水相用低極烷烴洗 滌萃取分相后獲得烷烴萃取相，并與上層烷烴相合蒸發(fā)濃縮獲得微藻油脂并回收烷烴。所述的方法中，產(chǎn)油微藻為擬微擬球藻、小球藻、柵藻、角毛藻、三角褐指藻、金藻、 裂壺藻、鹽藻、杜氏藻的濕藻泥中的一種或幾種。所述的方法中，濕藻泥的含水量為50-70%重量比所述的方法中，產(chǎn)油微藻的濕藻泥與混合溶劑的體積比為1 1-1 20。所述的方法其中，反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)時間為20分鐘-3小時，溫度為80-150°C，壓力為 0. 5-5. OMPa0所述的方法中，混合溶劑中低級醇類和低級烷烴的體積比為1 10-3 1。所述的方法中，低級醇類為甲醇或乙醇；低級烷烴為C5-C7烷烴。所述的方法中，低級烷烴為正烷烴、異烷烴、環(huán)烷烴或其混合物。所述的方法中，產(chǎn)油微藻的濕藻泥的獲得是通過預(yù)先經(jīng)過離心或過濾培養(yǎng)介質(zhì)處理。本發(fā)明的優(yōu)點在于可直接利用高含水的微藻細胞為原料，無需藻細胞的干燥脫 水，節(jié)省了干燥能耗，萃取溶劑用量少，油脂提取率高、分離簡單，過程易于放大。本發(fā)明對 于低能耗高效微藻油脂的提取及其微藻生物能源產(chǎn)業(yè)化具有重要意義。


圖1是本發(fā)明的濕藻油脂混合溶劑亞臨界提取工藝流程示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明以微藻濕藻泥為原料，加入一定體積的低級醇類溶劑(甲醇或乙醇)和低 級烷烴(C5-C7烷烴或其混合物)的混合溶劑，在亞臨界狀態(tài)下與水互溶性好的低級醇類溶 劑分子進入濕藻細胞內(nèi)部，溶解和萃取細胞內(nèi)的油脂，溶解了油脂的醇分子在細胞外又與 低級烷烴混合接觸，由于低級烷烴對油脂的溶解度遠大于低級醇類，因此溶解于醇中的油 脂會被萃取進入烷烴相，使得低級醇中的油脂不能達到飽和溶解度，可以繼續(xù)不數(shù)地從細 胞內(nèi)部將油脂萃取出來，從而不斷地實現(xiàn)通過醇類分子實現(xiàn)藻油從濕藻細胞到烷烴相的轉(zhuǎn) 移的過程，達到油脂高效萃取的目的。萃取結(jié)束后，離心除去藻渣，濾液降溫，通過醇-水和 烷烴相的密度差實現(xiàn)自然分層。上層富油烷烴相通過蒸發(fā)濃縮獲得微藻油脂，并同時回收 溶劑。下層醇-水相再用少量低級烷烴洗脫再回收部分微藻油脂，最后剩余的醇-水相通 過蒸餾回收醇溶劑。本發(fā)明不需要對濕藻泥進行脫水預(yù)處理，實現(xiàn)了濕藻泥的直接油脂提取，避免了 藻粉脫水干燥環(huán)節(jié)，大大降低了微藻油脂提取成本與能耗，油脂提取率高、溶劑用量少，過 程放大容易。且烷烴類提取的藻油大部分為中性脂，品質(zhì)較好。本發(fā)明的工藝流程如圖1所示，其主要工藝內(nèi)容與條件包括如下步驟1)亞臨界混合有機溶劑提取將離心后的藻泥加入1 1-1 20體積比的混合 有機溶劑置于反應(yīng)釜中，向其中通入N2加壓至0. 5-5. OMPa,然后在80_150°C下加熱20分 鐘-3小時，得到藻漿；2)將上述獲得的藻漿用離心或其它過濾方法去除微藻細胞殘渣，得到混合液；
3)將上述藻油混合液降低溫度至4-25°C，醇相和烷烴相分層，將烷烴相通過蒸餾 或旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)回收烷烴，收集微藻油脂。為了能對本發(fā)明的技術(shù)特征有進一步的了解，以下結(jié)合實施例作詳細說明。實施例1稱取微擬球藻濕藻泥IOOg (含水量60%，初始總脂含量33. 4% )，加入400ml的分 析純乙醇(乙醇含量99%)和正己烷的混合液體(兩者體積比為1/6)，置于不銹鋼壓力反 應(yīng)釜中密封，向反應(yīng)釜中通入隊至1. 5MPa,加熱到110°C并維持反應(yīng)1小時，然后取出藻漿， 6500rpm下離心lOmin，去除微藻細胞殘渣，靜置上清液，分出上層正己烷相，乙醇相用60ml 的正己烷萃取兩次，合并所有正己烷相，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，干燥，得到藻油11. 2g，總脂提取率 83. 8%。實施例2稱取微擬球藻濕藻泥IOOg (含水量60%，初始總脂含量33. 4% )，加入400ml的工 業(yè)乙醇(乙醇含量85%)和正己烷的混合液體(兩者體積比為1/3)，置于高壓反應(yīng)釜中密 封，向反應(yīng)釜中通入N2至1. 5MPa，加熱到110°C并反應(yīng)1小時，然后取出藻漿，6500rpm下離 心lOmin，去除微藻細胞殘渣，靜置上清液，分出上層正己烷相，乙醇相用IOOml的正己烷萃 取1次，合并所有正己烷相，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，干燥，得到藻油8. 68g，總脂提取率65%。實施例3稱取微擬球藻濕藻泥IOOg (含水量60%，初始總脂含量33. 4% )，加入320ml的分 析純乙醇和正己烷的混合液體(兩者體積比為1/5)，置于高壓反應(yīng)釜中密封，向反應(yīng)釜中 通入N2至1. 5MPa，加熱到100°C并反應(yīng)1小時，然后取出藻漿，6500rpm下離心lOmin，去除 微藻細胞殘渣，靜置上清液，分出上層正己烷相，乙醇相用60ml的正己烷萃取2次，合并所 有正己烷相，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，干燥，得到藻油10. 69g，總脂提取率80%。實施例4稱取微擬球藻濕藻泥IOOg (含水量60%，初始總脂含量33. 4% )，加入400ml的分 析純乙醇和正己烷的混合液體(兩者體積比為1/6)，加入H2SO4使之最終濃度達到lmol/L， 置于高壓反應(yīng)釜中密封，向反應(yīng)釜中通入N2至1. OMPa，加熱到110°C并反應(yīng)1小時，然后取 出藻漿，6500rpm下離心lOmin，去除微藻細胞殘渣，靜置上清液，分出上層正己烷相，乙醇 相用60ml的正己烷萃取2次，合并所有正己烷相，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，干燥，得到藻油10. 69g，總 脂提取率85%。實施例5稱取微擬球藻濕藻泥IOOg (含水量60%，初始總脂含量33. 4% )，加入600ml的分 析純乙醇和正己烷的混合液體(兩者體積比為1/6)，加入H2SO4使之最終濃度達到lmol/L， 置于高壓反應(yīng)釜中密封，向反應(yīng)釜中通入N2至210^，加熱到115°C并反應(yīng)1小時，然后取出 藻漿，6500rpm下離心lOmin，去除微藻細胞殘渣，靜置上清液，分出上層正己烷相，乙醇相 用60ml的正己烷萃取2次，合并所有正己烷相，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，干燥，得到藻油10. 69g，總脂 提取率89%。以上的實施例中，將所用藻種替換為小球藻、柵藻、金藻、角毛藻、杜氏藻，或?qū)⒁?醇改為甲醇、正己烷改為異烷烴、環(huán)烷烴或混合物，重復(fù)上述實驗，所得結(jié)果相似。
權(quán)利要求
1.一種利用混合有機溶劑從微藻濕藻泥中提取油脂的方法，其主要步驟為1)將產(chǎn)油微藻的濕藻泥加入低級醇類溶劑和低級烷烴的混合溶劑中，于反應(yīng)器內(nèi)加熱 并通入氮氣，維持反應(yīng)器的壓力和溫度保持在亞臨界狀態(tài)進行反應(yīng)；2)液固分離后得到的混合液降溫，收集上層烷烴相，下層醇-水相用低極烷烴洗滌萃 取分相后獲得烷烴萃取相，并與上層烷烴相合蒸發(fā)濃縮獲得微藻油脂并回收烷烴。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，產(chǎn)油微藻為擬微擬球藻、小球藻、柵藻、角毛藻、 三角褐指藻、金藻、裂壺藻、鹽藻、杜氏藻的濕藻泥中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，濕藻泥的含水量為50-70%重量比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，產(chǎn)油微藻的濕藻泥與混合溶劑的體積比為 1:1-1: 20。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)時間為20分鐘-3小時，溫度為 80-150°C，壓力為 0. 5-5. OMPa0
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的方法，其中，混合溶劑中低級醇類和低級烷烴的體積比為 1 10-3 1。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的方法，其中，低級醇類為甲醇或乙醇；低級烷烴為C5-C7烷烴。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，低級烷烴為正烷烴、異烷烴、環(huán)烷烴或其混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，產(chǎn)油微藻的濕藻泥獲得是通過預(yù)先經(jīng)過離心或 過濾培養(yǎng)介質(zhì)處理。
全文摘要
一種利用混合有機溶劑從微藻濕藻泥中提取油脂的方法，其主要步驟為將產(chǎn)油微藻的濕藻泥加入低級醇類溶劑和低級烷烴的混合溶劑中，于反應(yīng)器內(nèi)加熱并通入氮氣，維持反應(yīng)器的壓力和溫度保持在亞臨界狀態(tài)進行反應(yīng)；液固分離后得到的混合液降溫，收集上層烷烴相，下層醇-水相用低極烷烴洗滌萃取分相后獲得烷烴萃取相，并與上層烷烴相合蒸發(fā)濃縮獲得微藻油脂并回收烷烴。本發(fā)明可直接利用高含水的微藻細胞為原料，無需藻細胞的干燥脫水，節(jié)省了干燥能耗，萃取溶劑用量少，油脂提取率高、分離簡單，過程易于放大。本發(fā)明對于低能耗高效微藻油脂的提取及其微藻生物能源產(chǎn)業(yè)化具有重要意義。
文檔編號C11B1/10GK102071100SQ20111002254
公開日2011年5月25日 申請日期2011年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月17日
發(fā)明者劉天中, 張維, 彭小偉, 王俊峰, 陳昱, 陳曉琳, 陳林, 陳閩, 高莉麗 申請人:中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所