专利名称：一种微藻油脂的提纯方法
技术领域：
本发明涉及一种微藻油脂的提纯方法。
背景技术：
微藻是一类在水中生长的，种类繁多且分布极其广泛的低等植物。这类生物具有高效的光合作用反应系统，可以通过CO2的固定，将光能转化为化学能，并以油脂或淀粉等有机物的形式储存在体细胞内。随着人类社会资源短缺的压力和环境问题日益严峻，利用微藻进行生物柴油及其部分化石能源替代产品的开发，已成为目前研究的热点。利用微藻进行生物柴油生产是一个复杂的系统工程，涵盖多个技术环节，包括微藻藻种的筛选和培育、微藻的规模培养和诱导产油脂、油脂的收集和加工等几个方面。微藻作为生物柴油原料的研究始于20世纪60年代，近年来，随着生物技术的发展，通过对藻种的生物改造，已获得丰富的具有高产油能力的微藻资源，因此这种新型的生物柴油生产模式非常具有应用前景。微藻作为一种新型生物质能源，其优势是显而易见的，但是在其利用上，从目前的研究进展来看，还处于起步阶段。目前的研究主要集中在筛选优势藻种、提高油藻生长强度、增加油脂含量方面，而对提高油脂收率、建立工业化的提取工艺方法等方面的研究还很少。然而，对于微藻的研究，其最终目的是要面向石油化工领域，解决替代能源的问题，所以探索高效的、适于大规模生产应用的油脂提取方法的研究应该成为今后一个时期研究的方向。微藻的油脂含量差别很大，在不同种类，甚至同一种类的不同品系之间也存在较大差别，一些易于规模化培养的藻种，其油脂含量一般占细胞干重的20% 50%，远远低于常规的油料作物， 因此一些经典的油脂提取方法不适用于微藻油脂的提取。CN200810240949. 3公开了一种从微藻中同时提取油脂和蛋白质的方法，该方法以湿藻泥为原料，调节PH值至碱性或弱碱性，通过蒸汽进行微藻细胞的破壁、油脂和蛋白质的溶出。所得微藻溶浆经过滤去除细胞残渣后得到油脂和蛋白混合物，然后利用旋液分离器进行油水分离，获得微藻油脂。因为微藻细胞的比表面积很大，而细胞膜上的磷脂成分含量很高，因此该方法虽然制备工艺简单，但是由于采用了过滤的预处理方式，增加了油脂成分的损失率。CN200910060589. 3公开了一种微生物油脂及其短链醇脂肪酸酯的提取方法，包括调节水分以得到包括含油脂微生物的含水量为20 90%的湿培养物；微波处理对湿培养物进行微波辐射破胞并使含水量降至5% 40% ;短链醇处理在碱性催化剂的作用下部分醇解微生物体内油脂，同时萃取油脂；回收溶剂作固液分离，并经蒸发回收短链醇后得到微生物油脂与短链醇脂肪酸酯的混合物。该方法在微藻进行微波处理破胞后加入短链醇溶剂进行处理，虽然该短链醇溶剂对破胞后的细胞膜磷脂层具有一定的溶解作用，但其醇溶解的效果有限，短链醇主要是参与碱催化反应
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种微藻油脂的提取方法。该方法具有操作过程简单、提取时间短、能耗低、微藻油脂收率高、适于从藻泥中直接提取油脂等优点。—种微藻油脂的提取方法，包括以下几个步骤
(1)微藻细胞的收集在微藻培养的后期，调节微藻培养液PH至11 12，利用离心的方式收集藻细胞；
(2)微藻细胞的破碎向步骤(I)得到的微藻藻泥中加入C1-C6的短链醇溶剂，震荡混匀后对微藻进行破胞处理；
(3)油脂的提取向步骤(2)得到的微藻细胞破碎液中加入正己烷、石油醚等有机溶剂的一种或几种混合，利用有机溶剂对细胞破碎液中的油脂成分进行萃取；
(4)溶剂的回收萃取反应结束后，冷却至室温，静置IOmin 30min，分别提取有机溶剂层(油相)和水层(水相)，通过蒸馏的方式可以将油相中的有机溶剂回收同时得到微藻油脂。本发明方法中，微藻可以来自于任何具有积累油脂、脂肪酸能力的藻类，如绿藻、葡萄藻，尤其是绿藻中的小球藻。本发明方法中，利用了微藻适于在碱性环境中生长的特性，从而选择了通过调节pH的方法进行微藻细胞的收集。对于培养最适pH为11 12的藻种,在培养末期通过静置的方法就可以进行收集；而对于最适PH小于11的藻种，需要添加一定NaOH、KOH进行调节。
本发明方法中，在利用调节pH的方法进行微藻细胞收集的基础上，用离心的方法进一步提高细胞浓度，控制离心转数5000rpm IOOOOrpm,离心时间3min 15min。本发明方法中，所述的C1-C6的短链醇溶剂可以是直链的醇溶剂，也可以是带有支链的醇溶剂。在所有的短链醇溶剂中优选甲醇溶剂。C1-C6的短链醇溶剂的添加量与藻泥干重比为10:1 100:1 (V:W，单位为ml:g)。本发明方法中利用超声波、微波或均质仪对微藻进行破胞处理。所述的超声波频率为20KHz 60KHz，超声功率密度为100W/L 400 W/L,时间为3min 15min ;微波频率可选择2450MHz、915MHz、896MHz中的一种，设置微波功率为20W/L 1000 W/L,时间为2min IOmin ;均质仪可选用超高压均质仪或研磨磁珠均质仪。本发明方法中优选超声波细胞破碎的方法。本发明方法中，萃取过程中所用的有机溶剂的加入量与微藻细胞破碎过程中所使用的短链醇溶剂的体积比为1:1 50:1 (v:v,单位为萃取时间为 5h IOh,萃取温度根据所选用的有机溶剂所定，一般控制60V 90°C。与现有技术相比，本发明一种微藻油脂的提取方法具有如下优点
(1)本发明方法中,在对微藻细胞破碎过程中,采用了醇溶解和物理破碎处理相结合的方法，一方面醇溶解的作用能快速瓦解细胞膜上磷脂双分子层结构，使膜表面出现孔洞，醇溶解的同时能够提高物理破碎效果；另一方面物理破碎的作用能破坏细胞结构，有利于醇溶剂的渗透及细胞内油脂成分的扩散，提高醇溶解效率，因此醇溶解和物理破碎的协同作用能够明显提高破碎效果及油脂的收率；
(2)本发明方法中优选采用超声波对微藻进行破碎，超声波的空化效应和醇溶解作用具有更佳的协同效果，更利于细胞的破碎及细胞内油脂成分扩散。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明发法的具体过程及效果进行说明，但不局限于以下实施例。实施例1
选取一种小球藻(chlorella vulgaris),经IOL罐,培养15天,在微藻培养的后期,根据建立的OD与细胞干重的关系，计算出微藻浓度为1.02g/L (干重计)。
(1)微藻细胞的收集取IL微藻培养液，用NaOH调节微藻培养液pH至12，静置30min，取培养罐底层藻液进行离心，控制离心转数5000rpm,离心时间5min ；
(2)微藻细胞的破碎取离心后藻泥向其中加入20ml甲醇，震荡混匀，并用超声进行处理,超声波频率40KHz，超声功率为400W，反应时间为IOmin ；
(3)油脂的提取向微藻细胞破碎液中加入120ml正己烷，震荡混匀后，放入水浴萃取装置中，水浴温度设置为65°C，反应进行6h ；
(4)溶剂的回收萃取结束后冷却至室温，静置15min，最终在反应器内液体分为三层，即油相、水相及沉淀，分离后经计算油脂的收率为27. 4%，油脂产出率=
初始微藻细胞干重-萃取后残渣干重，in,w lw^+n
-初始微藻细胞干重-, W下相冋。实施例2
选取一种葡萄藻(Botryococcus braunii),经IOL罐,培养20天,在微藻培养的后期，根据建立的OD与细胞干重的关系，计算出微藻浓度为1.41g/L (干重计)。
(O微藻细胞的收集取1. 5L微藻培养液，用NaOH调节微藻培养液pH至12，静置30min,取培养罐底层藻液进行离心,离心转数为IOOOOrpm,离心时间IOmin;
(2)微藻细胞的破碎取离心后藻泥向其中加入30ml乙醇，震荡混匀，并用超声进行处理，超声波频率40KHz，超声功率为300W，反应时间为15min ；
(3)油脂的提取向微藻细胞破碎液中加入120ml正己烷，震荡混匀后，放入萃取装置中，水浴温度设置为80°C，反应进行6h ；
(4)溶剂的回收萃取结束后冷却至室温，静置lOmin，最终在反应器内液体分为三层，即油相、水相及沉淀，分离后经计算油脂的收率为22. 4%。实施例3
选用实施例1中的培养藻液，微藻细胞的收集方法与实施例1完全相同。
(1)微藻细胞的破碎取离心后藻泥向其中加入30ml乙醇，震荡混匀，并用微波进行处理，微波频率915MKHZ，微波功率为200W，反应时间为3min ；
(2)油脂的提取向微藻细胞破碎液中加入120ml正己烷，震荡混匀后，放入萃取装置中，水浴温度设置为80°C，反应进行7h ； (3)溶剂的回收萃取结束后冷却至室温，静置15min，最终在反应器内液体分为三层，即油相、水相及沉淀，分离后经计算油脂的收率为23. 2%。比较例I
选用实施例1中的培养藻液，微藻细胞的收集方法与实施例1完全相同。
(I)微藻细胞的破碎用超声对离心后藻泥进行处理，超声波频率40KHZ，超声功率为400W，反应时间为IOmin ；
(2)油脂的提取向微藻细胞破碎液中加入120ml正己烷及20ml甲醇，震荡混匀后，放入水浴萃取装置中，水浴温度设置为65°C，反应进行6h ；
(3)溶剂的回收萃取结束后冷却至室温，静置15min，最终在反应器内液体分为三层，即油相、水相及沉淀，分离 后经计算油脂的收率为20. 9%。
权利要求
1.一种微藻油脂的提取方法，包括以下几个步骤 (1)微藻细胞的收集在微藻培养的后期，调节微藻培养液PH至11 12，利用离心的方式收集藻细胞； (2)微藻细胞的破碎向步骤(I)得到的微藻藻泥中加入C1-C6的短链醇溶剂，震荡混匀后对微藻进行破胞处理； (3)油脂的提取向步骤(2)得到的微藻细胞破碎液中加入正己烷或石油醚，利用有机溶剂对细胞破碎液中的油脂成分进行萃取； (4)溶剂的回收萃取反应结束后，冷却至室温，静置IOmin 30min，分别提取有机溶剂层和水层，通过蒸馏的方式将油相中的有机溶剂回收同时得到微藻油脂。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的微藻为绿藻或葡萄藻。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于对于培养最适pH为11 12的藻种,在培养末期通过静置的方法进行收集；而对于最适PH小于11的藻种，添加NaOH、KOH进行调节。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的离心转数为5000rpm IOOOOrpm,离心时间3min 15min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的C1-C6的短链醇溶剂为直链的醇溶剂或者带有支链的醇溶剂。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于所述的短链醇溶剂为甲醇溶剂，短链醇溶剂的添加量与藻泥干重比为10:1 100:1 (v:w，单位为ml:g)。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的微藻细胞的破碎利用超声波、微波或均质仪对微藻进行破胞处理。
8.据权利要求1或7所述的方法，其特征在于所述的超声波频率为20KHz 60KHz，超声功率密度为100W/L 400 W/L，超声时间为3min 15min。
9.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于所述的微波频率选择2450MHz、915MHz,896MHz中的一种，设置微波功率为20W/L 1000 W/L，处理时间为2min lOmin。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的萃取过程中所用的有机溶剂的加入量与微藻细胞破碎过程中所使用的短链醇溶剂的体积比为1:1 50:1 (v:v，单位为ml:ml),萃取时间为5h IOh,萃取温度为60V 90°C。
全文摘要
本发明公开一种微藻油脂的提取方法，包括以下几个步骤(1)微藻细胞的收集在微藻培养的后期，调节微藻培养液pH至11～12，利用离心的方式收集藻细胞；(2)微藻细胞的破碎向步骤(1)得到的微藻藻泥中加入C1-C6的短链醇溶剂，震荡混匀后对微藻进行破胞处理；(3)油脂的提取向步骤(2)得到的微藻细胞破碎液中加入正己烷、石油醚等有机溶剂的一种或几种混合，利用有机溶剂对细胞破碎液中的油脂成分进行萃取；(4)溶剂的回收萃取反应结束后，冷却至室温，静置10min～30min，分别提取有机溶剂层(油相)和水层(水相)，通过蒸馏的方式可以将油相中的有机溶剂回收同时得到微藻油脂。该方法具有操作过程简单、提取时间短、能耗低、微藻油脂收率高、适于从藻泥中直接提取油脂等优点。
文档编号C11B1/04GK103045352SQ20111031381
公开日2013年4月17日 申请日期2011年10月17日 优先权日2011年10月17日
发明者张霖, 师文静, 李晓姝, 王领民 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院