微藻粉颗粒及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微藻粉颗粒，并且任选地，涉及富含脂质的微藻粉。
[0002] 背景
[0003] 至少存在几个可用在食品中的藻类物种，大部分是"大型藻类"，例如海带、海白菜 (石莼）和紫菜属（在日本种植的）或红皮藻型（帕尔玛利亚掌叶红藻）食用红藻。
[0004] 然而，除了这些大型藻类外，还存在由"微藻"代表的藻类来源，也就是为用于生物 燃料或食品中而种植的海产或非海产光合作用类或非光合作用类单细胞微藻。
[0005] 例如，螺旋藻（钝顶螺旋藻）是在开放泄湖中种植的（通过光合作用生长），用作 一种食品补充剂，或少量地掺于糖果或饮品中（一般不到〇. 5% w/w)。
[0006] 其他富含脂质的微藻，包括绿藻的某些物种，作为食品补充剂（提及隐甲藻或裂 殖属微藻）也受亚洲国家的欢迎。微藻粉的生产和用途也披露于WO 2010/120923和WO 2010045368 中。
[0007] 微藻粉的油类成份可主要由单不饱和油构成，与常见于常规食物产品中的饱和、 氢化和多不饱和油相比，提供了营养及保健优势。
[0008] 从微藻生物质制造微藻粉的努力依然面临显著的困难。例如，使用含油量高（例 如，以干细胞重量计10 %、25%、50 %或甚至75 %或更高）的微藻时，可能得到不合要求的 粘稠的干粉。这就可能必须要加入流动剂（包括二氧化硅衍生产品）。
[0009] 也可能遇到经过干燥的生物质粉在水中分散能力的问题，然后具有比较差的润湿 性。
[0010] 因此，仍然存在对新形式的富含脂质的微藻生物质粉的未满足的需要，以便可以 大规模地、容易地将它们引入那些必须保持美味又要有营养的食物产品中。
[0011] 详细说明
[0012] 为了本发明的目的，术语"微藻粉"是指包括微藻生物质的粒子的一种物质。这 种微藻生物质来源于藻细胞，这些藻细胞可以是完整的、破裂的、或是完整或破裂细胞的组 合。这些微藻细胞可能生长在黑暗中（例如，依靠一个固定的碳源生长在黑暗中的小球 藻）。
[0013] 术语"筛上物"是指粒度分布中，粒度大于一个给定临界点的粒子，该临界点既可 以是数字形式的，也可以是物理形式的，以质量分数或一个具有给定孔隙度的过滤器所滞 留的粒子的其他测量。
[0014] 本发明的实施例涉及适合人类消耗的微藻生物质，这些微藻生物质富含营养物 质，如多种脂质或蛋白质。例如，该微藻可以富含多种脂质。例如，该微藻生物质可以包含 至少10%以干重计的脂质，优选地，至少25%至35%或更高的以干重计的脂质。
[0015] 在一个优选的实施例中，该生物质含有至少25%、至少50%、或至少75%以干细 胞重量计的脂质。产生的脂质可具有如下脂肪酸谱，包括少于2 %的多种高度不饱和脂肪酸 (HUFA)，如二十二碳六烯酸（DHA)。
[0016] 在一个优选的实施例中，该微藻是小球藻属的。原壳小球藻就是这样一种适合用 于制备微藻粉的微藻物种。
[0017] 本发明的实施例涉及具有特定粒度分布、流动能力和润湿性特性的微藻粉颗粒。
[0018] 本发明的实施例还涉及具有特殊充气松密度和比表面积参数，并且还具有优异的 水中分散能力的微藻粉颗粒。
[0019] 本发明的实施例涉及制备这些微藻粉颗粒的方法。
[0020] 在该微藻粉中，微藻细胞壁或细胞碎片可任选地封装油，至少直到含有它的食物 产品被烹饪，从而延长了该油的保质期。
[0021] 该微藻粉也可以提供其他益处，如多种微量营养素、膳食纤维（水溶性和不溶性 的碳水化合物）、磷脂、糖蛋白、植物留醇、生育酚、生育三烯酚、和硒。
[0022] 该微藻可以经过改良以具有减少量的色素。例如，原壳小球藻可被改良以降低或 不含色素。这种改良可以通过紫外线（UV)和/或化学诱变来完成。
[0023] 例如，使原壳小球藻暴露于一个周期的N-甲基-Ν' -硝基-N-亚硝基胍（NTG)化 学诱变并筛选菌落中的颜色突变体。使没有表现出颜色的菌落随后经受一个周期的UV照 射。
[0024] 分离原壳小球藻的色素减少的菌株，并且对应于按照布达佩斯条约，于2009年 10月13日存放于美国典型培养物保藏中心（弗吉尼亚州马纳萨斯大学大道10801号， 20110-2209)的原壳小球藻33-55。
[0025] 在另一个实施例中，分离原壳小球藻的色素减少的菌株，并对应于2009年10月13 日存放于美国典型培养物保藏中心的原壳小球藻25-32。
[0026] 根据本发明的实施例中的任意一个，将微藻（例如，原壳小球藻）在无光（异养条 件）下种植在含有一个固定碳源（例如，葡萄糖）以及一个氮源的一种培养基中。得到的 微藻粉可以是黄色、淡黄色或白色的颜色并且可任选地具有以干细胞重量计30% -70%、 40% -60%、或约50%的脂质含量。叶绿素含量低于500ppm、50ppm、或5ppm可得到黄色到 白色的颜色。
[0027] 固体和液体生长培养基在文献中通常都有，并且适合于许多微生物菌株的特定培 养基的制备的推荐做法可见于例如网上http://www. utex. org/(由德克萨斯大学奥斯汀 分校维护的一个网站，针对其藻类培养物保藏（UTEX))。
[0028] 生物质的这种生产可以在生物反应器中进行。生物反应器、培养条件和异养性生 长与增殖方法的特定实例可以按任何适合的方式组合以改善微生物生长和脂质和/或蛋 白质产生的效率。优选地，在一个固定碳源（例如，糖和/或葡萄糖）存在下在黑暗中进行 微藻的培养。
[0029] 为了制备用于如食品组合物的生物质，从发酵培养基中收获在发酵结束时得到的 生物质。在从发酵培养基中收获微藻生物质时，该生物质包括主要悬浮在一个水性培养基 中的完整细胞。
[0030] 然后，为了浓缩该生物质，可以通过过滤或离心实施一个固-液分离步骤。
[0031] 浓缩后，可加工该微藻生物质，以生产真空包装的糕点、藻片、藻匀浆、藻粉末、藻 粉或藻油。
[0032] 还可以干燥该微藻生物质，以利于该生物质在各种应用（特别是食品应用）中的 后续加工或使用。
[0033] 最终的食物产品具有各种质地，取决于该藻类生物质是否经过干燥，且如果经 过干燥，则按照所使用的干燥方法（参见，例如，US 6, 607,900、US 6, 372, 460、及US 6, 255, 505)。
[0034] 然后，在一个喷雾干燥器中，将液体悬浮液以加热空气流中的细液滴分散体的形 式喷出。将夹带的物质迅速干燥并形成干粉末。
[0035] 这种微藻粉可以从浓缩的微藻生物质制备，该微藻生物质已采用机械方式裂解并 均质化，然后，该均浆被喷雾干燥或闪蒸干燥。
[0036] 在一个实施例中，细胞可被裂解。细胞壁和细胞内组分可以被研磨或以其他方式 变小成粒子（未结块的裂解细胞），例如，使用均质机。在特定的实施例中，得到的粒子可具 有小于500 μ m、100 μ m、或甚至10 μ m或更小的平均粒度。
[0037] 在本发明的一个实施例中，由此得到的裂解细胞被干燥。
[0038] 例如，可以使用压力破碎器经由节流孔板抽吸含有细胞的悬浮液以裂解细胞。施 加高压（例如，高达1500巴），随后穿过喷嘴瞬间膨胀。
[0039] 细胞的破碎可以通过三种不同的机制发生：阀上遇阻堆积、孔中液体的高剪切、以 及出口压力突降，导致细胞破裂。
[0040] 这种方法释放胞内分子。NIRO均质机（GEA NIRO SOAVI)(或任何其他高压均质 机）可用于破碎细胞。
[0041] 藻类生物质的这种高压处理（例如，高达大约1500巴）可以裂解大于90%的细胞 并且可以减小粒度（例如，减小至小于约5微米）。在一个实施例中，该压力为从约900巴 至1200巴。优选的方式是，该压力为约1100巴。在另一个实施例中，为增加裂解细胞的百 分比，使藻类生物质经受两次或更多次的高压处理。在一个实施例中，使用双均质化将细胞 裂解增加至50 %以上、75 %以上或90 %以上。使用这种技术已观察到大约95 %的裂解。
[0042] 细胞的裂解是可任选的，但是要生产高脂质粉（例如，以干重计大于10%的脂质） 时，裂解是优选的。在一个实施例中，生产高蛋白质粉（例如，以干重计小于10%的脂质）。 该高蛋白质粉可以是非裂解的（完整细胞）形式。在一些食品应用中，希望的是部分裂解 (例如，裂解25%至75%的细胞）。
[0043] 作为替代的方式，或补充方式，使用了一种珠磨机。在珠磨机中，将细胞随小磨粒 一起以悬浮状态搅拌。细胞的破碎是由珠间剪切力、碾磨以及与珠的碰撞引起的。这些珠 破坏细胞以从中释放细胞内容物。例如，美国专利5, 330, 913描述了一款合适的珠磨机。
[0044] 可以得到一种"水包油"乳液形式的粒子悬浮液，可任选地具有小于原细胞的粒 度。然后，这种乳液可以经过喷雾干燥，留下含有细胞碎片和油的干燥粉末。干燥后，该粉 末的水含量或水分含量可以小于10 %，优选地，小于5 %，更优选地，小于3 %。
[0045] 本发明的实施例通过提供具有特定特性的颗粒，如合适的颜色、粒度分布、流动 性、润湿性、充气松密度、比表面积和水中分散表现，如通过乳液液滴粒度及zeta电位测量 的，解决了前文提到的与现有技术微藻粉相关联的问题。
[0046] 根据本发明的实施例制备的特定微藻粉颗粒的特征在于，它们具有下列特性中的 一个或更多个：
[0047] -2 μ m至400 μ m的单模式粒度分布，例如，如在.COULTER? LS激光粒度分析仪 上测量到的，
[0048] -根据测试A测定的流动等级，在2000 μ m针对筛上物按重量计0. 5%至60%，在 1400 μ m针对筛上物按重量计0. 5 %至60 %，并且在800 μ m针对筛上物按重量计0. 5 %至 95%,
[0049] -根据测试B，以一个烧杯（600ml矮宽式125mm高烧杯，例如，飞世尔科技公司 (Fisher Scientific)产品代码为FB33114