一種微藻油脂的提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微藻油脂的提取方法，具體地說涉及一種采用水相法提取微藻油脂的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微藻是一類在水中生長的，種類繁多且分布極其廣泛的低等植物。這類生物具有高效的光合作用反應(yīng)系統(tǒng)，可以通過CO2的固定，將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，并以油脂或淀粉等有機物的形式儲存在體細(xì)胞內(nèi)。隨著人類社會資源短缺的壓力和環(huán)境問題日益嚴(yán)峻，利用微藻進行生物柴油及其部分化石能源替代產(chǎn)品的開發(fā)，已成為目前研究的熱點。
[0003]利用微藻進行生物柴油生產(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，通過對藻種的生物改造，已獲得豐富的具有高產(chǎn)油能力的微藻資源，因此這種新型的生物柴油生產(chǎn)模式非常具有應(yīng)用前景。
[0004]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、提高油藻生長強度、增加油脂含量方面，而對提高油脂收率、建立工業(yè)化的提取工藝方法等方面的研究還很少。然而，對于微藻的研究，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。
[0005]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。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，包括:調(diào)節(jié)水分:以得到包括含油脂微生物的含水量為20?90%的濕培養(yǎng)物；微波處理:對濕培養(yǎng)物進行微波輻射破胞并使含水量降至5%?40% ;短鏈醇處理: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；回收溶劑:作固液分離，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。該方法在微藻進行微波處理破胞后加入短鏈醇溶劑進行處理，雖然該短鏈醇溶劑對破胞后的細(xì)胞膜磷脂層具有一定的溶解作用，但其醇溶解的效果有限，短鏈醇主要是參與堿催化反應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種微藻油脂的提取方法。本發(fā)明采用水相法提取微藻油脂，具有操作過程簡單、微藻油脂收率高、環(huán)境友好等優(yōu)點。
[0007]本發(fā)明微藻油脂的提取方法，包括如下步驟:
(O向收集的微藻中加入一定濃度的無機鹽溶液和堿溶液攪拌加熱，利用堿與鹽的協(xié)同作用使細(xì)胞壁溶解、破碎；
(2)從胞內(nèi)釋放出的脂肪酸酯繼續(xù)同堿發(fā)生皂化反應(yīng)，生成脂肪酸鹽；
(3)除去藻細(xì)胞碎片；
(4)向體系中繼續(xù)加入無機鹽溶液，使脂肪酸鹽析出，過濾收集固體；
(5)向脂肪酸鹽中加入無機酸，酸化，得到游離脂肪酸，收集產(chǎn)物脂肪酸。
[0008]本發(fā)明所述微藻可以來自于任何具有積累油脂、脂肪酸能力的產(chǎn)油微藻，如可以是綠藻、硅藻、紅藻等，尤其是小球藻或葡萄藻。收集的微藻可以是微藻粉也可以是微藻泥。
[0009]步驟(I)中所述無機鹽可以是NaN03、Na2CO3, NaHC03、磷酸鈉鹽、磷酸鉀鹽中的一種，濃度為0.0Γ0.03mol/L。無機鹽溶液可以利用收集微藻后與藻細(xì)胞分離的培養(yǎng)液配制。所述的堿溶液可以是質(zhì)量濃度為10%~30%的NaOH溶液或KOH溶液。收集的微藻(質(zhì)量以干重計)與無機鹽溶液和堿溶液的質(zhì)量體積比為1:5~1:10，其中無機鹽溶液與堿溶液的體積比為 5:1~1:1。
[0010]步驟(I)所述的加熱溫度可以是50~70°C，攪拌加熱時間2(Tl20min。
[0011]步驟(3)所述除去藻細(xì)胞碎片可以采用膜過濾或離心過濾。
[0012]步驟(4)所述無機鹽與步驟(I)中加入的一致，可以是濃度為0.8~3mol/L的不飽和溶液或者是無機鹽的飽和溶液，優(yōu)選為無機鹽的飽和溶液，加入量與收集的微藻(質(zhì)量以干重計)的體積質(zhì)量比為10:1~5:1。
[0013]步驟(5)中所述的無機酸可以是硫酸、鹽酸、硝酸中的一種，酸化至pH為1~4，所述收集脂肪酸可以采用離心的方法，離心后脂肪酸與水相更好的分離，收集上相產(chǎn)物。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法具有如下優(yōu)點:
(I)采用鹽溶液和堿溶液相結(jié)合的方式對微藻細(xì)胞進行破碎處理，一方面鹽溶液的加入對微藻細(xì)胞具有自溶作用，另一方面堿的皂化作用能夠使藻細(xì)胞壁快速溶解，在加熱和攪拌條件下，鹽與堿的協(xié)同作用能夠明顯提高藻細(xì)胞破碎效果及油脂的收率。
[0015](2)通過先將油脂轉(zhuǎn)變成鹽進而析出的過程，將油脂很好的與藻細(xì)胞中其他水溶性大分子有機物及其他雜質(zhì)分離，將油脂的提取與提純一步進行，大大減輕了生物柴油制備時前期處理的負(fù)荷。
[0016](3)鹽析過程使用的無機鹽為微藻培養(yǎng)基中的一種營養(yǎng)鹽，鹽析后分離的液體富含無機營養(yǎng)鹽，可以作為微藻培養(yǎng)基的組分繼續(xù)回用。
[0017]本發(fā)明方法采用水相法提取微藻油脂，屬于低能耗、環(huán)境友好型技術(shù)路線，同時具有工藝簡單，易于放大和油脂收率高的特點。
【具體實施方式】
[0018]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行說明，但不局限于以下實施例。本發(fā)明中，油脂收率=(產(chǎn)物脂肪酸質(zhì)量/初始藻細(xì)胞干重)X 100%。
[0019]實施例1
微藻為小球藻(chlorella vulgaris),經(jīng)1L光生物反應(yīng)器培養(yǎng)10天,培養(yǎng)結(jié)束時分析得藻細(xì)胞濃度為1.82g/L (干重計)。取5L微藻液進行離心，控制離心轉(zhuǎn)數(shù)4000rpm，離心時間3min,得到微藻泥。向微藻泥中加入0.03mol/L的Na2CO3溶液45ml和10%的氫<氧化鈉溶液45ml。將上述體系加熱到60 °C，同時攪拌，保持100 min，進行細(xì)胞破碎和油脂的皂化反應(yīng)。之后用膜孔徑為10 1Um的微濾膜過濾，除去藻體細(xì)胞、碎片。向液體體系中繼續(xù)加入lmol/L的Na2CO3溶液90ml，使脂肪酸鹽析出，過濾收集固體；將脂肪酸鹽固體溶于少量水中，加入鹽酸溶液酸化至pH 2.0，得到游離脂肪酸；將該體系離心處理，收集上相，得到3.02g產(chǎn)物脂肪酸，油脂收率為33.2%。
[0020]實施例2
微藻為葡萄藻，經(jīng)1L光生物反應(yīng)器培養(yǎng)10天，培養(yǎng)結(jié)束時分析得藻細(xì)胞濃度為1.78g/L (干重計)。取5L微藻液進行離心,控制離心轉(zhuǎn)數(shù)4000rpm,離心時間5min,得到微藻泥，將微藻泥烘干、研磨處理，得8.9g微藻藻粉。向微藻藻粉中加入0.02mol/L的NaNO3溶液58ml和30%的氫氧化鈉溶液29ml。將上述體系加熱到70 ° C，同時攪拌，保持120 min,進行細(xì)胞破碎和油脂的皂化反應(yīng)。之后用膜孔徑為10 1 μ m的微濾膜過濾，除去藻體細(xì)胞、碎片。向液體體系中繼續(xù)加入1.5 mol/L的NaNO3溶液45ml，使脂肪酸鹽析出，過濾收集固體；將脂肪酸鹽固體溶于少量水中，加入鹽酸溶液酸化至PH 3.0，得到游離脂肪酸；將該體系離心處理，收集上相，得到3.12g產(chǎn)物脂肪酸，油脂收率為35.1%。
[0021]實施例3
微藻為葡萄藻，經(jīng)1L光生物反應(yīng)器培養(yǎng)10天，培養(yǎng)結(jié)束時分析得藻細(xì)胞濃度為
1.92g/L (干重計)。取5