用超临界CO₂等温变压技术萃取微藻油脂的方法

专利名称：用超临界CO₂等温变压技术萃取微藻油脂的方法
技术领域：
本发明涉及微藻脂肪酸油脂提取、特别是一种用超临界CO2等温变压技术萃取微藻油脂的方法。
背景技术：
随着全球经济发展和人口增长，油脂与人类的关系越来越密切，无论是作为生物柴油的原料还是加工成为保健食品，油脂都具有至关重要的作用。目前，油脂的主要来源仍然是植物以及动物脂肪，但是这种传统的油脂来源已经不能完全满足人们食用、工业等生活中的各种需求。然而许多微藻含油脂量极高，据保守估计，每年每公顷微藻可生产30000 50000L油脂，而富油植物，如棕榈和麻风树等，每年每公顷的油脂产量仅为1300 2400L。微藻是具有光合作用效率高、环境适应能力强、生长快、周期短等特点，通过提供光照、CO2、营养液、水体等简单基本的条件，就可以达到快速扩增繁殖的效果，特别是通过调控培养的微藻可以达到较高含量的油脂。在理想的生长条件或有利的环境下，产油微藻仅仅产生少量的甘油三酯(油脂的主要成分)。当产油微藻处在由化学或者物理环境刺激造成的不利条件下的时候，就会大量合成甘油三酯，同时伴随着油脂和脂肪酸组分的显著改变。大多数微藻的油脂组成主要为甘油三酯和C14 C22的长链脂肪酸，其中脂肪酸以C16与C18系脂肪酸为主。微藻个体微小，细胞壁大多厚实，油脂萃取操作过程费时费力，而且需要耗用大量有机萃取剂。因而，研究萃取微藻油脂的技术方法具有重要实际意义，越来越受到国内外学者的广泛关注。目前，国内外微藻油脂的提取方法各异，提取效果良莠不齐，如使用有机溶剂萃取方法萃取微藻油脂，存在有溶剂残留问题。超临界CCV流体萃取工艺是目前国内外分离研究开发的新一代分离技术，所得产品无有机污染、能较好地保留热敏性成分，产品纯度高、收率高、特别适用提取天然动植物中的有效成分，是当今“绿色保健”工程中的重要生产工艺之一。超临界CO2是应用最广的超临界流体，纯CO2的临界压力为7. 39MPa，临界温度为31. 06°C，处于临界压力和临界温度以上状态的CO2被称为超临界C02。超临界CO2的分子力很小，类似于气体；而密度却很大，接近于液体，是一种气液不分的状态。超临界CO2具有良好的传质特性，溶质溶解速率比液体快得多，对固体物质的溶解和携带能力比气体大得多。在临界点附近，压力和温度的微小变化也会引起某些物质在CO2中溶解能力的极大变化。
超临界CO2等温变压萃取技术正是利用其特殊的传递属性，而达到对物质进行分离的目的。通常当物质溶于超临界流体(SCF)后，保持系统温度不变，降低系统压力，会使溶质的溶解度明显降低，从而将溶质与溶剂分离。与传统的溶剂萃取相比，超临界流体萃取(SFE)具有纯度高，收率大，产品质量优良，后续工艺处理简单的特点。与常规蒸馏法分离技术相比，SFE具有整套工艺简洁、操作简单、无溶剂残留和相应的后处理要求、节能、环保等优点。

发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有微藻油脂提取技术的缺陷，提供一种提高脂肪酸油脂的产率、产品质量优良，油脂纯度高的用超临界CO2等温变压技术萃取微藻油脂的方法。本发明以如下技术方案解决上述技术问题其工艺步骤如下(I)原料预处理将干燥的微藻除杂后，粉碎、研磨，过150 250目筛，筛下物为微藻干粉；(2)填装将粉碎后的微藻干粉装入萃取釜中；(3)萃取将超临界CO2注入萃取釜中，使萃取釜内的压力保持在12 25MPa ;爸内萃取温度保持在34 42°C，萃取时间为150 180min ；
(4)分离萃取完毕后，携带溶质的超临界CO2先后经过一级分离器等温降压到8 15MPa，二级分离器等温降压到6 7MPa，收集从一、二级分离器釜底析出的脂肪酸油脂萃取物。步骤(I)所述的微藻干粉颗粒度优选值为200目。步骤⑵所述的萃取爸填装系数为80 85%。步骤⑶所述的萃取优选值为压力20MPa，温度36°C，时间180min。步骤(4)所述的分离的优选值为一级分离器等温降压到lOMPa，二级分离器等温降压到6MPa。本发明的方法全过程不需要用有机溶剂，因此萃取物无残留溶剂，萃取过程不会发生氧化，也不会发生热裂解，油脂收率高、纯度高，产品质量优良，整套工艺简洁、操作简单，无相应的后处理要求。同时也防止了萃取过程对人体的毒害和对环境的污染。


图I为本发明用超临界CO2等温变压技术萃取微藻油脂的方法的工艺流程图。图I中=I-CO2储罐，2-高压压缩机，3-冷却器，4-压力、温度测量，5-减压阀，6-萃取釜，7-废渣收集器，8-加热器，9- 一级分离器，10- 二级分离器，11-过滤器，12-缓冲罐，13-循环压缩机。
具体实施例方式本发明应用超临界CO2流体等温变压技术萃取微藻油脂的方法中应当考虑，原料粉碎颗粒度、萃取温度、萃取压力、萃取釜填装量和萃取时间等因素对油脂萃取收率的影响。经实验研究分析表明①微藻破碎颗粒度的大小与油收率有直接关系。因为颗粒度越小，传质面积越大，同时使更多的微藻类植物细胞壁被破碎，有利于萃取；②在保持压力等条件一定时，萃取回收率随着温度的逐渐升高而降低，在36°C时回收率最大；③当压力12 25MPa变化而其他条件保持不变时，回收率随压力的变化会出现较大变化幅度压力持续升高，回收率有增加，但增幅会越来越小；④萃取釜填装系量取80 85%为宜；萃取时间控制在150 180min为宜。
其具体工艺步骤如下I.原料预处理微藻破碎颗粒度的大小与油收率有直接关系。颗粒度越小，传质面积越大，同时使更多的微藻类植物细胞壁被破碎，有利于萃取。将干燥的微藻除杂后，在粉碎机中粉碎，并通过研磨，过150 250目筛(粒径106 58 μ m)，筛下物为微藻干粉；2.填装将粉碎后的微藻干粉装入萃取釜中，为了充分利用高压空间，萃取釜的填装系数取80 85% ;3.萃取将超临界CO2注入萃取釜中，使萃取釜内的压力保持在12 25MPa ;爸内萃取温度保持在34 42°C，萃取时间为150 180min ；4.分离萃取完毕后，携带溶质的超临界CO2先后经过一级分离器等温降压到8 15MPa、二级分离器等温降压到6 7MPa，收集从一、二级分离器釜底析出的脂肪酸油脂萃取物即得产品。 实施例I :I.原料预处理微藻干燥原料经过除杂质，粉碎研磨，过150目筛(粒径106 μ m)，取下筛下物，待超临界萃取。2.微藻填装将粉碎后的微藻细干粉装入萃取釜6中，填装系数取80%，填装完成后盖好萃取釜的密封盖。3.萃取将CO2储罐I的CO2经过高压压缩机2压缩、冷却器3冷却达到超临界状态以后，注入萃取釜6中进行萃取。萃取釜内的压力保持18MPa，萃取温度保持在38°C，萃取时间控制在 150min。4.油脂分离萃取操作完成以后，萃取釜6内的萃取残留物经底部收集器7排出，釜内的超临界CO2携带萃取物经过减压阀5降压、加热器8加热升温后，先后进入一级分离器9、二级分离器10。一级分离器9内，温度保持38°C，压力降到8MPa，蒸出的CO2从顶部排出，油脂萃取物逐渐析出在釜底，但仍含有大量C02。因此，需再经过二级分离器10进行二次等温降压分离，压力保持在6MPa，二级分离器10釜底残留物为最终萃取物。整个超临界CO2萃取系统是一个可连续循环的系统，从一级分离器9、二级分离器10顶部泄压排出的CO2，经过滤器11和缓冲罐12，由循环压缩机13打回CO2储罐I内，供系统循环使用。实施例2 I.原料预处理微藻干燥原料经过除杂质，粉碎研磨，过200目筛(粒径75 μ m)，取下筛下物，待超临界萃取。2.微藻填装将粉碎后的微藻细干粉装入萃取釜6中，填装系数取85%，填装完成后盖好萃取釜的密封盖。3.萃取
将CO2储罐I的CO2经过高压压缩机2压缩，冷却器3冷却达到超临界状态以后，注入萃取釜6中进行萃取。萃取釜内的压力保持20MPa，萃取温度保持在42°C，萃取时间控制在 160min。4.油脂分离
萃取操作完成以后，萃取釜6内的萃取残留物经底部收集器7排出，釜内的超临界CO2携带萃取物经过减压阀5降压、加热器8加热升温后，先后进入一级分离器9、二级分离器10。一级分离器9内，温度保持42°C，压力降到12MPa，蒸出的CO2从顶部排出，油脂萃取物逐渐析出在釜底，但仍含有大量C02。因此，需再经过二级分离器10进行二次等温降压分离，压力保持在6MPa，分离器10釜底残留物为最终萃取物。循环系统同实施例I。实施例3 I.原料预处理微藻干燥原料经过除杂质，粉碎研磨，过250目筛(粒径58 μ m)，取下筛下物，待超临界萃取。2.微藻填装将粉碎后的微藻细干粉装入萃取釜6中，填装系数取83%，填装完成后盖好萃取釜的密封盖。3.萃取将CO2储罐I的CO2经过高压压缩机2压缩，冷却器3冷却达到超临界状态以后，注入萃取釜6中进行萃取。萃取釜内的压力保持25MPa，萃取温度保持在34°C，萃取时间控制在 180min。4.油脂分离萃取操作完成以后，萃取釜6内的萃取残留物经底部收集器7排出，釜内的超临界CO2携带萃取物经过减压阀5降压、加热器8加热升温后，先后进入一级分离器9、二级分离器10。一级分离器9内，温度保持34°C，压力降到15MPa，蒸出的CO2从顶部排出，油脂萃取物逐渐析出在釜底，但仍含有大量C02。因此，需再经过二级分离器10进行二次等温降压分离，压力保持在7MPa，分离器10釜底残留物为最终萃取物。循环系统同实施例I。
权利要求
1.一种用超临界CO2等温变压技术萃取微藻油脂的方法，其特征是工艺步骤如下 (1)原料预处理将干燥的微藻除杂后，粉碎、研磨，过150 250目筛，筛下物为微藻干粉； (2)填装将粉碎后的微藻干粉装入萃取釜中； (3)萃取将超临界CO2注入萃取釜中，使萃取釜内的压力保持在12 25MPa;釜内萃取温度保持在34 42°C，萃取时间为150 180min ； (4)分离萃取完毕后，携带溶质的超临界CO2先后经过一级分离器等温降压到8 15MPa，二级分离器等温降压到6 7MPa，收集从一、二级分离器釜底析出的脂 肪酸油脂萃取物。
2.如权利要求I所述的用超临界CO2等温变压技术萃取微藻油脂的方法，其特征在于步骤(I)所述的微藻干粉颗粒度优选值为200目。
3.如权利要求I所述的用超临界CO2等温变压技术萃取微藻油脂的方法，其特征在于步骤(2)所述的萃取釜填装系数为80 85%。
4.如权利要求I所述的用超临界CO2等温变压技术萃取微藻油脂的方法，其特征在于步骤(3)所述的萃取优选值为压力20MPa，温度36°C，时间180min。
5.如权利要求I所述的用超临界CO2等温变压技术萃取微藻油脂的方法，其特征在于步骤(4)所述的分离的优选值为一级分离器等温降压到lOMPa，二级分离器等温降压到6MPa0
全文摘要
一种用超临界CO2等温变压技术萃取微藻油脂的方法，将干燥的微藻除杂后，粉碎、研磨，粉碎后的微藻干粉装入萃取釜中，将超临界CO2注入萃取釜中，在压力为12～25MPa、温度为34～42℃、时间为150～180min下萃取；携带溶质的超临界CO2先后经过两级分离器等温降压分离，收集从两级分离器釜底析出的脂肪酸油脂萃取物得产品。本发明的方法全过程不需要用有机溶剂，因此萃取物无残留溶剂，萃取过程不会发生氧化，也不会发生热裂解，油脂收率高、纯度高，产品质量优良，整套工艺简洁、操作简单，无相应的后处理要求。同时也防止了萃取过程对人体的毒害和环境的污染。
文档编号C11B1/04GK102643714SQ20121006111
公开日2012年8月22日 申请日期2012年3月9日 优先权日2012年3月9日
发明者卢朝霞, 卢誉远, 唐兴中, 李宏君, 杨茂立, 梁景, 田宗义, 粟满荣, 莫宇飞, 蓝明新, 谢云果, 黄福川 申请人:广西大学