一种从微藻粉中超临界萃取DHA油脂的方法与流程

本发明涉及微生物油脂提取
技术领域：
，特别涉及一种用超临界CO2萃取法提取多不饱和脂肪酸油脂DHA的方法。
背景技术：
：DHA，二十二碳六烯酸英文缩写，俗称脑黄金，化学名称为二十二碳-4，7，10，13，16，19-烯酸(全顺式)，含有6个不饱和双键，是一种重要的多不饱和脂肪酸(Polyunsaturatedfattyacid)，属于ω-3系列多不饱和脂肪酸，存在于人体的各个器官中。DHA是大脑和视网膜中的重要结构性脂肪酸，分别占大脑和视网膜所含有全部ω-3脂肪酸的97％和93％。它还是心脏的重要组成，具有抗心血管病、促进智力发育和抑癌等作用。因此，近年来广泛被用保健胶囊、食品、饲料等产品中。多项研究都证明，从婴儿期到成年，每个人都能从DHA的足量供应中获益。传统上，ω-3多不饱和脂肪酸包括DHA主要是从海洋鱼油中提取，但随着海洋渔业资源的日益紧张，鱼油很难满足人们对于ω-3多不饱和脂肪酸的需求。同时，以鱼油为原料生产的ω-3多不饱和脂肪酸存在腥臭味，后处理过程要经油水分离、浓缩、蒸馏、精制、脱臭等步骤，工艺复杂，产品价格昂贵。海洋微生物，特别是一些微藻与真菌，被认为是海洋食物链中ω-3多不饱和脂肪酸的原始生产者。海洋鱼类自身并不能合成大量多不饱和脂肪酸，只是由于摄食了这类微生物才使得ω-3多不饱和脂肪酸在体内积累，其产量难以满足要求。因此，利用海洋微生物替代鱼油生产ω-3多不饱和脂肪酸DHA成为各国研究的重点，从微藻中提取不饱和脂肪酸，具有较大的开发价值。微藻DHA油脂的直接提取方法与大多数植物油类的提取方法相似，主要有物理压榨法、有机溶剂提取法、超临界萃取法等。物理压榨法具有工艺简单、配套设备少、生产灵活、油品质量好、色泽浅、风味纯正等特点，但压榨后的榨饼残油量高，压榨过程动力消耗大，榨条等零部件易磨损，且压榨毛油中含有一定量的饼屑，在油脂精炼之前必须进行过滤处理，另外，榨饼通常需要再进行有机溶剂提取。有机溶剂提取法是目前国内外广泛应用的微藻油脂提取法，按操作形式可分为浸出法、搅拌热回流法、索氏提取法等，有机溶剂提取法的优点是，出油率高、生产过程可以控制在较低温下进行、动力消耗小、容易实现大规模和自动化生产，但所用溶剂大多易燃，溶剂蒸汽具有一定的毒性，生产过程安全性差，此外，溶剂提取法提取的油脂中有溶剂残留，故其质量较压榨毛油差。超临界CO2萃取技术在20世纪60年代才开始发展，目前在化工分离、材料制备、反应工程、生物工程等开展了广泛的基础研究和过程开发，由于它的萃取温度低(CO2的临界温度31.1℃)、不易破坏被萃取物的生理活性、选择性好、无溶剂残留，具有避免产物氧化、不影响萃取物有效成分、萃取速度快、使用安全、不污染环境等优势，特别适合用于热敏性物质和易氧化物质的萃取和分离。利用超临界CO2萃取技术从微藻中提取DHA藻油具有极大的应用前景，但是传统超临界CO2萃取方式通常存在萃取收率低、生产成本高等缺陷。微藻油脂大多存在于由较为坚韧的细胞壁所包裹的藻体细胞内，而且部分油脂以与蛋白质或糖类结合的脂蛋白、脂多糖的形式存在，较难分离出来，在油脂提取前应该对藻体进行前破壁处理，因此CO2超临界萃取法必须与适宜的破壁方法相结合才能更有效地萃取DHA藻油。中国专利文献CN101550078A公开了一种超临界萃取裂殖壶菌不饱和脂肪酸的方法，通过优选萃取工艺参数，同时应用超声波强化作用，在不改变提取物的性质的同时，能显著提高提取效率。该发明方法萃取时间短，萃取的不饱和脂肪酸纯度高，但超声波破壁具有耗能高、破壁范围较小、破壁效果较差等缺点。中国专利文献CN102181320A公开了一种生物发酵DHA藻油的提取方法，包括以下步骤：a)将微藻发酵液固液分离后得到的固体物干燥，得到干燥菌体；b)以超临界二氧化碳为萃取剂对所述干燥菌体进行萃取，得到二氧化碳流体；c)对所述二氧化碳流体进行减压分离，得到DHA藻油。实验表明，采用该发明提供的方法得到的DHA藻油中，DHA的含量大于40％，但提取收率最高仅为85.23％，且需要加入乙醇作为助萃取剂，存在安全风险和溶剂残留隐患。中国专利文献CN104388178A公开了一种从藻类细胞中提取DHA藻油的方法，包括如下步骤：(1)将藻类细胞发酵液经离心、喷雾干燥后，制备藻类细胞干粉，然后将藻类细胞干粉与无水乙醇混合均匀，然后进行高压匀质破壁，制得破壁乙醇溶液；(2)将破壁乙醇溶液进行低温真空蒸发，去除乙醇，制得破壁菌体；(3)取破壁菌体，进行CO2超临界萃取，制得DHA藻油。该发明在高压匀浆破壁前，先将藻类细胞干粉用无水乙醇浸泡，从而大幅提高萃取率和提取率。但是该方法用到有机溶剂无水乙醇，最终产品会有乙醇残留，且采用的高压匀质破壁效果并不理想，提取收率最高只有62.6％。中国专利文献CN104206562A公布了一种一步法制备富含DHA的植物油的方法，它主要是通过将粉碎的裂壶藻藻粉与适量的植物油混合均匀，然后投入萃取釜中，在一定的温度压力下先进行静态浸泡，再进行动态萃取，萃取完毕之后，将所得藻渣再次粉碎，并重复之前的操作进行二次萃取。该发明采用植物油替代极性溶剂作为夹带剂添加到萃取釜中，既显著提高裂壶藻油脂中DHA提取效率又同时免除了后期脱除有机溶剂的过程，实现了用植物油直接提取裂壶藻油脂中DHA的一种有效新方法。但是采用该方法得到的油脂是DHA混合油，DHA含量较低(10％～15％)，且提取收率最高也只有84.0％。技术实现要素：针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种收率较高、产品品质优异的从微藻粉中超临界萃取DHA油脂的方法。所述从微藻粉中超临界萃取DHA油脂的方法，包括如下步骤：(1)将干燥后的DHA微藻粉经过膨化机进行膨化处理，使微藻粉破壁，得到膨化微藻粉；(2)将膨化微藻粉装入超临界萃取装置的萃取釜中；(3)以超临界CO2为萃取剂对所述DHA膨化微藻粉进行萃取，通过调节CO2进料压力、温度和流量，得到含DHA毛油的超临界CO2流体；(4)对所述含DHA毛油的超临界CO2流体进行减压分离，得到DHA毛油。根据本发明，步骤(1)所述膨化机采用单螺杆挤压式膨化机或双螺杆挤压式膨化机，优选双螺杆挤压式膨化机；根据本发明，步骤(1)所述膨化破壁的膨化温度为40～100℃，优选50～90℃，更优选60～80℃；膨化时间为30～90s，优选45～80s，更优选50～60s；步骤(1)所述微藻粉选自以裂殖壶菌(Schizochytriumsp.)、吾肯式壶藻(Ulkeniaamoeboida)、寇氏隐甲藻(Crypthecodiniumcohnii)或者破囊壶菌(Thraustochytriumsp.)为菌种，经生物发酵、喷雾干燥得到的微藻粉。根据本发明，步骤(3)所述的超临界萃取温度为40～80℃，优选50～70℃，更优选60℃；萃取压力为20～50MPa，优选30～45MPa，更优选35～40MPa；萃取时间为30～120min，优选40～90min，更优选60～80min；CO2用量为0.2～1.0L/g微藻粉，优选0.5～0.7L/g微藻粉；根据本发明，步骤(4)所述的含DHA毛油的超临界CO2流体的减压分离优选分两级进行减压分离，第一级分离压力7～11MPa，分离温度40～55℃，第二级分离压力4～7MPa，分离温度30～40℃，分离后得到DHA毛油，分离后的CO2气体进入储罐循环使用。本发明的有益效果：(1)本发明采用膨化的方法对DHA微藻粉进行破壁处理，破壁率高，使得萃取收率明显高于现有技术；(2)本发明采用超临界CO2流体萃取微藻粉中的DHA，由于提取温度低、时间短、不接触空气，可有效避免DHA有效成分的破坏和损失，产品中DHA的含量高，无溶剂残留，酸价、过氧化值、茴香胺值低，产品质量好；(3)因DHA毛油产品质量好，可大大降低后续精炼的负荷，精炼收率高；另外，微藻粉经超临界萃取完剩下的藻粕，其所含的蛋白质、多糖等营养成分不被破坏且无溶剂残留，有利于进一步开发利用，可显著增加经济效益；(4)萃取过程不使用有机溶剂，产品及藻粕均无溶剂残留，且CO2是一种不活泼气体，属于不燃性气体，萃取过程不发生化学反应，无臭无味无毒，可提高生产过程的安全性、改善生产作业人员的工作环境；(5)CO2价格便宜，纯度高，且能循环使用，从而降低了生产成本。附图说明图1是本发明的工艺流程示意图。具体实施方式下面结合实施例对本发明做进一步阐述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行，所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品，其中：DHA微藻粉Ⅰ：由裂殖壶菌发酵液经喷雾干燥制备得到，含油量45.0％，水分4.8％；DHA微藻粉Ⅱ：由寇氏隐甲藻发酵液经喷雾干燥制备得到，含油量48.5％，水分3.9％。萃取收率计算公式：萃取收率＝毛油重量/(微藻粉重量×微藻粉含油量)×100％DHA的含量、酸价、过氧化值以及茴香胺值依照如下方法进行检测：项目检测方法DHA含量(以C22H32O2甘油三酯计)，w/％GB26400-2011酸价(以KOH计)/(mg/g)GB/T5009.37过氧化值/(meq/kg)GB/T5009.37滴定法茴香胺值GB/T24304-2009实施例1将双螺杆膨化机加热片升温至60℃，取5kgDHA微藻粉Ⅰ投入膨化机，膨化时间为60s，得到膨化后的DHA微藻粉。取300g膨化后的微藻粉投入超临界CO2萃取釜中，封闭萃取釜，打开CO2钢瓶气阀，CO2经过滤器、流量计、冷凝器、高压泵使CO2压力达到30MPa，控制CO2流量为120～130L/h，超临界CO2经预热器预热至50℃后进入萃取釜对DHA微藻粉进行萃取，萃取后的CO2流体经减压阀进入分离器Ⅰ，在8MPa、45℃条件下进行第一级分离，得到第一级毛油，经过第一级分离后的CO2流体继续经减压阀进入分离器Ⅱ，在4.5MPa、40℃条件下进行第二级分离，得到第二级毛油，分离后的CO2气体进入储罐循环使用，萃取60min后，从第一级分离器和第二级分离器收集到DHA毛油126g，萃取收率93.3％，所得DHA毛油中DHA含量为48.3％，酸价1.2mgKOH/g，过氧化值1.0meq/kg，茴香胺值5.5。实施例2将双螺杆膨化机加热片升温至80℃，取5kgDHA微藻粉Ⅰ投入膨化机，膨化时间为60s，得到膨化后的DHA微藻粉。取300g膨化后的微藻粉投入超临界CO2萃取釜中，萃取条件同实施例1，最终收集到DHA毛油129g，萃取收率95.6％，所得DHA毛油中DHA含量为47.6％，酸价1.3mgKOH/g，过氧化值1.2meq/kg，茴香胺值6.5。实施例3将双螺杆膨化机加热片升温至60℃，取5kgDHA微藻粉Ⅰ投入膨化机，膨化时间为60s，得到膨化后的DHA微藻粉。取300g膨化后的微藻粉投入超临界CO2萃取釜中，封闭萃取釜，打开CO2钢瓶气阀，CO2经过滤器、流量计、冷凝器、高压泵使CO2压力达到40MPa，控制CO2流量为120～130L/h，超临界CO2经预热器预热至60℃后进入萃取釜对DHA微藻粉进行萃取，萃取后的CO2流体经减压阀进入分离器Ⅰ，在9MPa、50℃条件下进行第一级分离，得到第一级毛油，经过第一级分离后的CO2流体继续经减压阀进入分离器Ⅱ，在5MPa、35℃条件下进行第二级分离，得到第二级毛油，分离后的CO2气体进入储罐循环使用，萃取30min后，从第一级分离器和第二级分离器收集到DHA毛油120g，萃取收率88.9％，所得DHA毛油中DHA含量为48.3％，酸价1.1mgKOH/g，过氧化值1.2meq/kg，茴香胺值6.0。实施例4将双螺杆膨化机加热片升温至60℃，取5kgDHA微藻粉Ⅰ投入膨化机，膨化时间为60s，得到膨化后的DHA微藻粉。取300g膨化后的微藻粉投入超临界CO2萃取釜中，封闭萃取釜，打开CO2钢瓶气阀，CO2经过滤器、流量计、冷凝器、高压泵使CO2压力达到40MPa，控制CO2流量为120～130L/h，超临界CO2经预热器预热至60℃后进入萃取釜对DHA微藻粉进行萃取，萃取后的CO2流体经减压阀进入分离器Ⅰ，在9MPa、50℃条件下进行第一级分离，得到第一级毛油，经过第一级分离后的CO2流体继续经减压阀进入分离器Ⅱ，在5MPa、35℃条件下进行第二级分离，得到第二级毛油，分离后的CO2气体进入储罐循环使用，萃取90min后，从第一级分离器和第二级分离器收集到DHA毛油131g，萃取收率97.0％，所得DHA毛油中DHA含量为48.0％，酸价1.4mgKOH/g，过氧化值1.3meq/kg，茴香胺值5.8。实施例5将双螺杆膨化机加热片升温至80℃，取5kgDHA微藻粉Ⅰ投入膨化机，膨化时间为90s，得到膨化后的DHA微藻粉。取300g膨化后的微藻粉投入超临界CO2萃取釜中，封闭萃取釜，打开CO2钢瓶气阀，CO2经过滤器、流量计、冷凝器、高压泵使CO2压力达到45MPa，控制CO2流量为120～130L/h，超临界CO2经预热器预热至70℃后进入萃取釜对DHA微藻粉进行萃取，萃取后的CO2流体经减压阀进入分离器Ⅰ，在11MPa、55℃条件下进行第一级分离，得到第一级毛油，经过第一级分离后的CO2流体继续经减压阀进入分离器Ⅱ，在6MPa、40℃条件下进行第二级分离，得到第二级毛油，分离后的CO2气体进入储罐循环使用，萃取120min后，从第一级分离器和第二级分离器收集到DHA毛油133g，萃取收率98.5％，所得DHA毛油中DHA含量为47.8％，酸价1.5mgKOH/g，过氧化值1.4meq/kg，茴香胺值7.0。实施例6将双螺杆膨化机加热片升温至100℃，取5kgDHA微藻粉Ⅰ投入膨化机，膨化时间为30s，得到膨化后的DHA微藻粉。取300g膨化后的微藻粉投入超临界CO2萃取釜中，封闭萃取釜，打开CO2钢瓶气阀，CO2经过滤器、流量计、冷凝器、高压泵使CO2压力达到20MPa，控制CO2流量为120～130L/h，超临界CO2经预热器预热至80℃后进入萃取釜对DHA微藻粉进行萃取，萃取后的CO2流体经减压阀进入分离器Ⅰ，在7MPa、55℃条件下进行第一级分离，得到第一级毛油，经过第一级分离后的CO2流体继续经减压阀进入分离器Ⅱ，在4MPa、40℃条件下进行第二级分离，得到第二级毛油，分离后的CO2气体进入储罐循环使用，萃取90min后，从第一级分离器和第二级分离器收集到DHA毛油125g，萃取收率92.6％，所得DHA毛油中DHA含量为48.0％，酸价1.4mgKOH/g，过氧化值1.3meq/kg，茴香胺值6.0。实施例7将双螺杆膨化机加热片升温至40℃，取5kgDHA微藻粉Ⅰ投入膨化机，膨化时间为90s，得到膨化后的DHA微藻粉。取300g膨化后的微藻粉投入超临界CO2萃取釜中，封闭萃取釜，打开CO2钢瓶气阀，CO2经过滤器、流量计、冷凝器、高压泵使CO2压力达到50MPa，控制CO2流量为120～130L/h，超临界CO2经预热器预热至40℃后进入萃取釜对DHA微藻粉进行萃取，萃取后的CO2流体经减压阀进入分离器Ⅰ，在11MPa、40℃条件下进行第一级分离，得到第一级毛油，经过第一级分离后的CO2流体继续经减压阀进入分离器Ⅱ，在7MPa、30℃条件下进行第二级分离，得到第二级毛油，分离后的CO2气体进入储罐循环使用，萃取120min后，从第一级分离器和第二级分离器收集到DHA毛油127g，萃取收率94.1％，所得DHA毛油中DHA含量为48.2％，酸价1.0mgKOH/g，过氧化值1.2meq/kg，茴香胺值5.4。实施例8将单螺杆膨化机加热片升温至80℃，取5kgDHA微藻粉Ⅰ投入膨化机，膨化时间为60s，得到膨化后的DHA微藻粉。取300g膨化后的微藻粉投入超临界CO2萃取釜中，萃取条件同实施例1，从第一级分离器和第二级分离器收集到DHA毛油123g，萃取收率91.1％，所得DHA毛油中DHA含量为48.2％，酸价1.2mgKOH/g，过氧化值1.3meq/kg，茴香胺值5.8。实施例9将双螺杆膨化机加热片升温至60℃，取5kgDHA微藻粉Ⅱ投入膨化机，膨化时间为60s，得到膨化后的DHA微藻粉。取300g膨化后的微藻粉投入超临界CO2萃取釜中，萃取条件同实施例1，从第一级分离器和第二级分离器收集到DHA毛油135g，萃取收率92.8％，所得DHA毛油中DHA含量为45.2％，酸价1.2mgKOH/g，过氧化值1.0meq/kg，茴香胺值5.0。实施例10将单螺杆膨化机加热片升温至80℃，取5kgDHA微藻粉Ⅱ投入膨化机，膨化时间为60s，得到膨化后的DHA微藻粉。取300g膨化后的微藻粉投入超临界CO2萃取釜中，萃取条件同实施例1，从第一级分离器和第二级分离器收集到DHA毛油132g，萃取收率90.7％，所得DHA毛油中DHA含量为45.0％，酸价1.3mgKOH/g，过氧化值1.2meq/kg，茴香胺值6.2。对比例1取300g未膨化的DHA微藻粉Ⅰ投入超临界CO2萃取釜中，萃取条件同实施例1，最终收集到DHA毛油56g，萃取收率41.5％，所得DHA毛油中DHA含量为47.1％，酸价1.4mgKOH/g，过氧化值1.3meq/kg，茴香胺值6.5。对比例2将双螺杆膨化机加热片升温至60℃，取5kgDHA微藻粉Ⅰ投入膨化机，膨化时间为60s，得到膨化后的DHA微藻粉。取300g膨化后的微藻粉，加入1.5L植物油抽提溶剂，60℃下搅拌30min，过滤，藻粕继续加植物油抽提溶剂萃取2次，合并滤液，60℃下减压浓缩至干，得到DHA毛油122g，萃取收率90.4％，所得DHA毛油中DHA含量45.3％，酸价1.8mg/KOH/g，过氧化值4.9meq/kg，茴香胺值13.5。当前第1页1 2 3