藻类脂质组合物和制备及利用所述组合物的方法
【专利摘要】本发明涉及包含高脂质含量藻类的组合物和制备及利用所述组合物的方法。具体地，本发明涉及高脂质含量藻类生物质和衍生自所述藻类生物质的藻类脂质材料、制备所述藻类生物质的方法以及包含所述藻类生物质或由所述藻类生物质制备的生物燃料(例如，生物柴油)和膳食组合物(例如，动物饲料)。发现本发明的组合物和方法用于多种应用，包括生物燃料、膳食(例如，人和动物营养)、治疗应用以及研究应用。
【专利说明】藻类脂质组合物和制备及利用所述组合物的方法
[0001]本申请要求2011年7月13日提交的美国临时专利申请序列号61/507，390的优先权，其通过引用以其整体结合到本文中。
发明领域
[0002]本发明涉及包含高脂质含量藻类的组合物和制备及利用所述组合物的方法。具体地,本发明涉及高脂质含量藻类生物质和衍生自所述藻类生物质的藻类脂质材料、制备所述藻类生物质的方法以及包含所述藻类生物质或由所述藻类生物质制备的生物燃料(例如，生物柴油)和膳食组合物(例如，动物饲料)。发现本发明的组合物和方法用于多种应用，包括生物燃料、膳食(例如，人和动物营养)、治疗应用以及研究应用。
[0003]发明背景
在最近几年，由藻类生产生物燃料(例如，生物柴油)已成为热门的领域。这部分是由于高品质农业土地不需要生长藻类(藻类生物质)。然而，由藻类工业生产生物燃料(例如，生物柴油)仍存在挑战。
[0004]此外，在最近的50年间，提供动物营养的方法已改变。不再喂养动物任何草料或可利用的其它材料。而是，密切监测动物饮食的总营养值和成本。通常监测特定饮食的动物的品质和性能特性，调节饲料的营养组分，以使得饲料的营养值最大化和动物性能特性最优化。
[0005]然而，成本为关键因素。持续研究成本-有效的动物饲料，其不仅维持动物，而且在许多情况下引起提闻的生长和价值。
[0006]发明概述
本发明涉及包含高脂质含量藻类的组合物和制备及利用所述组合物的方法。具体地，本发明涉及高脂质含量藻类生物质和衍生自所述藻类生物质的藻类脂质材料、制备所述藻类生物质的方法以及包含所述藻类生物质或由所述藻类生物质制备的生物燃料(例如，生物柴油)和膳食组合物(例如，动物饲料)。发现本发明的组合物和方法用于多种应用，包括生物燃料、膳食(例如，人和动物营养)、治疗应用以及研究应用。
[0007]因此，本发明提供了一种制备包含期望的高脂肪含量(例如，至少67%总脂肪)的藻类生物质的方法，所述方法包括在足以提供包含期望的高脂肪含量的藻类生物质的培养条件下培养藻类。本发明已鉴定可能得到包含期望水平的总脂肪(例如，至少67%总脂肪)的藻类生物质的培养条件。本发明不局限于根据本发明产生的藻类生物质的总脂肪含量(例如，按重量计)。在一个优选的实施方案中，根据本发明产生和/或使用的藻类生物质包含按重量计至少67%的脂肪含量。然而，本发明还提供产生藻类生物质的组合物和方法，所述藻类生物质含有更大(例如，大于68%、大于69%、大于70%、大于71%、大于72%、大于73%、大于74%、大于75%、大于76%、大于77%、大于78%、大于79%、大于80%、大于81%、大于82%、大于85%或更多)或更少(例如，约66%、约65%、约64%、约63%、约62%、约61%、约60%、约59%、约58%、约57%、约56%、约55%、约54%或更少)量的总脂肪。实际上，本文描述的方法和组合物可用于产生含 有任何期望水平的总脂肪含量的藻类生物质。在一些实施方案中，藻类生物质以序贯的方式在两种或更多种类型的培养基中培养。例如，在一些实施方案中，所述两种或更多种培养基中的一种培养基含有50 g/L的碳源、约7.5 g/L酵母提取物、约0.15g/L硫酸镁、约0.15 g/L氯化钙和0.15 g/L氯化镁。本发明不局限于所述碳源。实际上，可使用多种碳源，包括但不限于碳水化合物(例如葡萄糖、果糖、木糖、蔗糖、麦芽糖或可溶性淀粉)以及油酸、脂肪(例如大豆油)、糖蜜、甘油、甘露醇和乙酸钠、棉籽粉、甘油、糖蜜和玉米浸溃液。在一些实施方案中，所述两种或更多种培养基中的另一种培养基含有50 g/L的碳源、约7.5 g/L酵母提取物、约4.0 g/L硫酸镁、约I g/L尿素、约2 g/L氯化钙、约2 g/L氯化镁和约0.25 g/L磷酸一钾。在一些实施方案中，所述两种或更多种培养基中的一种培养基含有碳源、酵母提取物和海盐。在一些实施方案中，并且如本文所述，藻类在第一培养基(例如，含有葡萄糖、酵母提取物和海盐)中培养；转移至第二培养基(例如，含有葡萄糖、酵母提取物、硫酸镁、氯化钙和氯化镁)并且在其中孵育；和转移至第三培养基(例如，含有葡萄糖、酵母提取物、硫酸镁、尿素、氯化钙、氯化镁和磷酸一钾)并且在其中孵育。在一些实施方案中，所述培养基中的一种补充有分批进给的进料。在一个优选的实施方案中，第三培养基补充有分批进给的进料。本发明不局限于所利用的分批进给的进料的类型或持续时间。在一些实施方案中，分批进给的进料包含尿素和磷酸一钾。本发明不局限于用于培养物的培养基组分的量和/或比率。本文详述可用作各种培养基(例如，第一培养基、第二培养基、分批培养基和分批进料的培养基)中的每一种的组分的实例。在一些实施方案中，在 停止分批进料的过程后12-24小时，从培养物(例如，从第三培养基)收获藻类生物质。在一些实施方案中，在所有的营养物已从第三培养基除去/消耗后，从所述培养基收获藻类生物质。本发明不局限收获藻类生物质的方式。实际上,可使用多种方式收获生物质，包括但不限于本文描述的方法。在一些实施方案中，经由离心收获藻类生物质。在一些实施方案中，在收获藻类生物质之前，将包含藻类生物质的培养基冷却。本发明不局限在收获之前将包含藻类生物质的培养基冷却的温度。实际上，可使用多种温度，包括但不限于本文描述的那些。在一些实施方案中，将包含藻类生物质的培养基冷却至约5-25°C。本发明不局限用于本发明的藻类的类型。实际上，可使用多种藻类(例如，单独或组合)，包括但不限于本文描述的那些。在一些实施方案中，藻类为来自小球藻{Chlorella、属、裂壶藻iSchizochytriuni)属或隐甲藻iCrypthecodiniuni)属的藻株或种类。在一个优选的实施方案中，薇类为Schizochytrium limacinum。在一些实施方案中，第一培养基含有约50g/L葡萄糖、约10 g/L酵母提取物和约4 g/L海盐。在一些实施方案中，第二培养基含有约50 g/L葡萄糖、约7.5 g/L酵母提取物、约0.15 g/L硫酸镁、约0.15 g/L氯化钙和0.15g/L氯化镁。在一些实施方案中，第三培养基含有约50 g/L葡萄糖、约7.5 g/L酵母提取物、约4.0 g/L硫酸镁、约I g/L尿素、约2 g/L氯化钙、约2 g/L氯化镁和约0.25 g/L磷酸一钾。在一些实施方案中，培养条件包括在空气流和搅动条件下于30°C进行藻类培养，以保持溶解的氧在约10%。在一些实施方案中，第三培养基(例如，在接种主发酵罐(例如，70, 000 L、120，000 L、256，000 L容器)时存在的培养基)含有氮(N):磷(P):钾(K)的初始比率为46:13:8.5的培养基。在一个优选的实施方案中，在分批培养模式和分批进料培养模式中，N:P:K比率相同。在一些实施方案中,在用于分批模式和分批进料模式二者的培养基中，镁(Mg):钙(Ca)的比率为3:1，但是可使用更高(例如，4:1、4.5:1或更高)和更低(例如，2.5:1、2:1、1.5:1或更低)比率。在另一实施方案中，在用于分批模式和分批进料模式二者的培养基中，使用1:1比率的氯(CI2):硫酸根(SO4),但是可使用更高(例如，2:1、3:1、4:1、5:1或更多)和更低(例如，1:2、1:3、1:4、1:5或更低)比率。在一些实施方案中，在接种主发酵罐(例如，70，000 L、120，000 L、256，000 L容器)时，在培养基中硫酸根(SO4):磷酸根(PO4)的比率为16:1，但是可使用更高(例如，20:1、25:1、30:1、32:1或更高)和更低(例如，10:1、8:1、5:1、3:1或更低)比率。在一些实施方案中，在产生含有期望的脂肪含量(例如，大于67%脂肪)的藻类生物质的全部培养物(例如，包括接种体、第一接种阶段、第二接种阶段和主发酵罐培养物)结束时已分批和进料的硫酸根(SO4):磷酸根(PO4)的总比率为5.3:1，但是可使用更高(例如，5.5:1、5.7:1、6:1、7:1、8:1或更高)和更低(例如，5:1、4.5:1、4:1、3:1或更低)比率。在一些实施方案中，在接种主发酵罐(例如，70，000 L、120，000 L、256，000 L容器)时，在培养基中氯(Cl2):磷酸根(PO4)的比率为16:1，但是可使用更高(例如，20:1、25:1、30:1、32:1或更高)和更低(例如，10:1、8: 1、5:1、3:1或更低)比率。在一些实施方案中，在产生含有期望的脂肪含量(例如，大于67%脂肪)的藻类生物质的全部培养物(例如，包括接种体、第一接种阶段、第二接种阶段和主发酵罐培养物)结束时已分批和进料的氯(Cl2):磷酸根(PO4)的总比率为5.3:1，但是可使用更高(例如，5.5:1,5.7:1、6:1、7:1、8:1 或更高)和更低(例如，5:1、4.5:1、4:1、3:1 或更低)比率。
[0008]本发明还提供具有期望的高脂肪含量(例如，按重量计至少67%的总脂肪含量)的藻类生物质。在一些实施方案中，生物质包含约170-250 mg/g 二十二碳六烯酸(DHA)和/或约150-400 mg/g棕榈酸。在一些实施方案中,本发明提供了一种包含藻类生物质(例如，干燥的藻类生物质)或其组分(例如，其脂肪酸组分)的脂质组合物、食品或其它材料。在一些实施方案中，藻类生物质(例如，干燥的藻类生物质(例如，根据本文描述的方法产生的))含有期望量的 总脂肪和/或其它组分(例如，大于约68%总脂肪、大于约69%总脂肪、大于约70%总脂肪、大于约71%总脂肪、大于约72%总脂肪、大于约73%总脂肪、大于约74%总脂肪、大于约75%总脂肪、大于约76%总脂肪、大于约77%总脂肪或大于约78%总脂肪)。在一些实施方案中，将本发明的藻类生物质(例如，含有大于67%总脂肪)干燥，使得生物质含有少于5%水分(例如，少于4.5%水分、少于4%水分、少于3.5%水分、少于3%水分、少于2.5%水分、少于2%水分或少于1.5%水分)。在一些实施方案中，本发明的藻类生物质(例如，含有少于5%水分的干燥的生物质)含有约170-250 mg/g或更多的二十二碳六烯酸(DHA)(例如，约 170-180 mg/g DHA、约 180-190 mg/g DHA、约 190-200 mg/g DHA,约200-210 mg/g DHA、约210-220 mg/g DHA、约220-230 mg/g DHA、约230-240 mg/g DHA、约240-250 mg/g DHA或多于250 mg/g DHA)。在一些实施方案中，本发明的藻类生物质(例如，含有少于5%水分的干燥的生物质)含有约150-400 mg/g或更多的棕榈酸(IUPAC名称:十六烷酸(例如，约 150-200 mg/g、约 200-225 mg/g、约 225-250 mg/g、约 250-275mg/g、约 275-300 mg/g、约 300-325 mg/g、约 325-350 mg/g、约 350-375 mg/g、约 375-400mg/g或多于400 mg/g))。在一些实施方案中，本发明的藻类生物质(例如，含有少于5%水分的干燥的生物质)含有约300-600 mg/g或更多的总脂肪酸(例如，约300-350 mg/g、约350-400 mg/g、约 400-450 mg/g、约 450-500 mg/g、约 500-550 mg/g、约 550-600 mg/g 或多于600 mg/g脂肪酸))。在一些实施方案中,本发明的藻类生物质(例如，含有少于5%水分的干燥的生物质)含有少于约15%蛋白质(例如，少于约14%蛋白质、少于约13%蛋白质、少于约12%蛋白质、少于约11%蛋白质、少于约10%蛋白质、少于约9%蛋白质或少于约8%蛋白质)。在一些实施方案中，本发明的藻类生物质或其组分用于制备生物燃料(例如，生物柴油)。在一些实施方案中，本发明的藻类生物质或其组分用于制备食品(例如，动物饲料或饲料组分)。
[0009]附图简述
图1描述根据本发明的各方面在大规模、异养藻类生物质生产期间产生的数据。
[0010]图2显示从若干独立的大规模藻类培养物中收获的藻类生物质的脂肪酸特征。
[0011]图3显示利用本文所述的材料和方法收获的生物质的综合脂肪酸特征。
[0012]定义
本文使用的“磷脂”是指具有以下通用结构的有机化合物:
【权利要求】
1.一种制备包含至少67%总脂肪的藻类生物质的方法，所述方法包括在足以提供包含67%或更多总脂肪的藻类生物质的培养条件下培养藻类。
2.权利要求1的方法，其中所述藻类生物质以序贯的方式在两种或更多种类型的培养基中培养。
3.权利要求2的方法，其中所述两种或更多种培养基中的一种培养基含有50g/L的碳源、约7.5 g/L酵母提取物、约0.15 g/L硫酸镁、约0.15 g/L氯化钙和0.15 g/L氯化镁。
4.权利要求3的方法，其中所述碳源为糖。
5.权利要求4的方法，其中所述糖为葡萄糖。
6.权利要求2的方法，其中所述两种或更多种培养基中的一种培养基含有50g/L的碳源、约7.5 g/L酵母提取物、约4.0 g/L硫酸镁、约I g/L尿素、约2 g/L氯化韩、约2 g/L氯化镁和约0.25 g/L磷酸一钾。
7.权利要求6的方法，其中所述碳源为糖。
8.权利要求7的方法，其中所述糖为葡萄糖。
9.权利要求2的方法，其中所述两种或更多种培养基中的一种培养基含有碳源、酵母提取物和海盐。
10.权利要求9的方法，其中所述碳源为糖。
11.权利要求10的方法，其中所述糖为葡萄糖。
12.权利要求2的方法，其中所述藻类在含有葡萄糖、酵母提取物和海盐的第一培养基中培养；转移至含有葡萄糖、酵母提取物、硫酸镁、氯化钙和氯化镁的第二培养基并且在其中孵育；和转移至含 有葡萄糖、酵母提取物、硫酸镁、尿素、氯化钙、氯化镁和磷酸一钾的第三培养基并且在其中孵育。
13.权利要求12的方法，其中所述第三培养基有用分批进料补充。
14.权利要求13的方法，其中所述分批进料包含尿素和磷酸一钾。
15.权利要求12的方法，其中在停止分批进料过程后12-24小时，从第三培养基收获所述藻类生物质。
16.权利要求15的方法，其中在所有的营养物质已从培养基除去/消耗后，从第三培养基收获所述藻类生物质。
17.权利要求15的方法，其中通过离心包含所述藻类生物质的第三培养基，收获所述藻类生物质。
18.权利要求17的方法，其中在收获藻类生物质之前，将所述第三培养基冷却。
19.权利要求18的方法，其中将所述第三培养基冷却至约5-25°C。
20.权利要求1的方法，其中所述藻类为Iimacinum。
21.权利要求12的方法，其中所述第一培养基含有约50g/L葡萄糖、约10 g/L酵母提取物和约4 g/L海盐。
22.权利要求12的方法，其中所述第二培养基含有约50g/L葡萄糖、约7.5 g/L酵母提取物、约0.15 g/L硫酸镁、约0.15 g/L氯化钙和0.15 g/L氯化镁。
23.权利要求12的方法，其中所述第三培养基含有约50g/L葡萄糖、约7.5 g/L酵母提取物、约4.0 g/L硫酸镁、约I g/L尿素、约2 g/L氯化钙、约2 g/L氯化镁和约0.25 g/L磷酸一钾。
24.权利要求1的方法，其中所述培养条件包括在空气流和搅动条件下于30°C进行藻类培养，以保持溶解的氧在10%。
25.权利要求1的方法，其中在无菌条件下培养藻类。
26.一种总脂肪含量为按重量计至少67%的藻类生物质，所述生物质包含约170-250mg/g 二十二碳六烯酸(DHA)和约150-400 mg/g棕榈酸。
27.一种脂质组合物，所述组合物由权利要求26的藻类生物质制备。
28.一种食品，所述食品包含权利要求27的脂质组合物。
29.一种食品，所述食品包含权利要求26的藻类生物质。
30.一种总脂肪含量为按重量计至少67%的藻类生物质。
31.总脂肪含量为按重量计至少67%的藻类生物质在制备生物燃料中的用途。
32.权利要求31的用途，其中所述生物燃料为生物柴油。
【文档编号】C12P7/64GK103917636SQ201280034672
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2012年7月13日 优先权日:2011年7月13日
【发明者】K.A.拉尼, R.A.蒂蒙斯 申请人:全技术公司