一種高效提取微生物油脂的方法
【專利摘要】本發明涉及一種高效提取微生物油脂的方法。具體而言，本發明在混合油脂提取溶劑與微生物、破壁后添加水或低碳鏈醇水溶液，由此可簡單、高效地提取油脂。
【專利說明】一種高效提取微生物油脂的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于微生物油脂提取領域，具體涉及提取微生物油脂的方法。
【背景技術】
[0002]通過培養收獲的微生物細胞一般存在于水相體系中，顆粒細小，含油量高，具有堅韌的細胞壁。因此傳統的植物油提油工藝不適用于微生物油脂的制備。一般微生物油脂的制備包括4個步驟:1.在發酵罐中利用適當培養基對微生物進行培養；2.收獲微生物的生物質并加以處理(如洗滌/脫水或干燥);3.細胞破壁，包括物理處理(蒸煮、蒸汽爆破)、化學(熱堿、螯合劑)、機械(壓榨、均質、研磨)等手段；4.從細胞碎片中提取微生物油脂(如溶劑萃取、直接離心分離)。
[0003]US 006166231A提出在水相環境下對微生物細胞進行破壁，然后進行液液萃取操作。該方法的缺點是:1.水相中的微生物油脂含量較低，萃取過程溶劑耗量大；2.含有細胞碎片的水相體系粘度很高，在與溶劑混合的過程中極易乳化，后續分離較為困難；3.水相和溶劑相傳質效率較低，往往需要多次重復萃取以提高回收率。
[0004]CN 01806424.8提出了無溶劑提取微生物油脂的方法。在水相環境下對微生物細胞進行破壁，然采用多次水洗、離心的方法，提取微生物油脂。該方法的缺點是:1.水相體系的破碎細胞混合物粘度較高，極易乳化，直接進行離心分離較為困難；2.通過水洗可以降低混合物粘度，但是也容易夾帶微生物油脂，油脂提取率偏低；3.多次水洗還會產生大量的工業污水。
[0005]US 20090156694A1提出了一種較為新穎的微生物油脂提取方法。將載體油與微生物干物質混合，一同經過機械破壁處理，再固液分離、過濾，得到含有微生物油脂的混合油月旨。該方法的缺點較為明顯，所獲得的油脂為混合油脂，目標產物(如ARA、DHA)含量低。
`[0006]Antonio Ramirez Fajardo 等(Lipid extraction from the microalgaPhaeodactylum tricornutum, Eur.J.Lipid Sc1.Technol.109 (2007) 120 - 126)公開了分別使用到高純度乙醇(96%)、和水/正己烷兩種溶劑體系進行兩步提取的方法，經過連續四次正己烷/水醇溶液體系萃取，油脂回收率才能達到80%。另外，96%乙醇對油脂溶解性不強，需要長時間萃取；乙醇提取，單次提取率很低，所以柏還需要重復萃取。因此，該文獻公開的方法油脂回收率低，需反復萃取，耗時長。
[0007]因此，本領域仍需一種能簡單、高效地其它微生物油脂的方法。
【發明內容】
[0008]本發明人發現，在混合油脂提取溶劑(例如6#溶劑油、正己烷、石油醚、乙醚、丙酮等常規油脂提取溶劑)與微生物、破壁后添加水或低碳鏈醇水溶液可簡單、高效地提取油月旨，由此完成本發明。
[0009]因此，本發明的目的在于提供一種提取微生物油脂的方法，所述方法包括預分散、破壁、添加低碳鏈醇溶液、固液分離和混合油脫溶等步驟。[0010]更具體而言，本發明提取微生物油脂的方法包括:
[0011](1)將油脂提取溶劑與微生物細胞混合，獲得混合物；
[0012](2)對步驟(1)所獲得的混合物實施破壁處理，獲得破壁后的混合物料；和
[0013](3)將水、低碳鏈醇水溶液、或水與無水低碳鏈醇添加到步驟(2)所獲得的混合物料中；
[0014]從而對微生物油脂進行提取。
[0015]在一些優選的具體實施例中，該方法還可包括:
[0016](4)對步驟(3)所得的混合物實施固液分離，獲得含有微生物油脂和溶劑的混合油；優選的，所述固液分離通過離心分離或自然沉降分離；和
[0017](5)脫除所述混合油中的溶劑，獲得微生物油脂。
[0018]在分別采用前述方法的一些優選的具體實施例中，用于提取油脂的溶劑包括但不限于6#溶劑油、正己烷、石油醚、乙醚、丙酮等常規油脂提取溶劑，優選正己烷。
[0019]在分別采用前述方法的一些優選的具體實施例中，油脂提取溶劑與微生物細胞的混合比例是10:1~1:2 (w/w),優選5:1~1:1 (w/w)。
[0020]在分別采用前述方法的一些優選的具體實施例中，步驟(3)中加入水和無水低碳鏈醇，加入順序不限。
[0021]在分別采用前述方法的一些優選的具體實施例中，步驟(3)中加入的水或低碳鏈醇水溶液的量是微生物細胞重量的0.1~10倍，優選1-5倍。
[0022]在分別采用前述方法的一些優選的具體實施例中，使用的低碳鏈醇選自含有I 一6個碳原子的一元醇或多元醇，優選含有I 一 6個碳原子的一元醇或二元醇，更優選使用的低碳鏈醇為甲醇、乙醇、丙醇、丙二醇和丁醇中的一種或多種。
[0023]在分別采用前述方法的一些優選的具體實施例中，使用的油脂提取溶劑是正己烷，加入占微生物細胞重量I~5倍的濃度為30%~50%的乙醇水溶液。
[0024]在分別采用前述方法的一些優選的具體實施例中，使用的油脂提取溶劑是正己烷，加入占微生物細胞重量I~3倍的濃度為30%~50%的異丙醇水溶液。
[0025]在分別采用前述方法的一些優選的具體實施例中，使用的油脂提取溶劑是正己烷，加入占微生物細胞重量I~3倍的濃度為50%~70%的甲醇水溶液。
[0026]在分別采用前述方法的一些優選的具體實施例中，采用常規粉、液分散設備，如IKA CMS2000固、液混合設備，混合溶劑和微生物細胞。
[0027]在分別采用前述方法的一些優選的具體實施例中，采用機械設備破壁。適用于本發明的機械設備包括但不限于砂磨機、高壓均質機、高速剪切機、膠體磨等。可采用其中的一種或幾種串聯，處理上述混合物，破壞微生物細胞的細胞壁。優選采用砂磨機。根據物料情況，可選擇循環操作，以提高破壁率和提油率。
[0028]在分別采用前述方法的一些優選的具體實施例中，在步驟(1)之前還包括提供干燥的微生物細胞的步驟。
[0029]在分別采用前述方法的一些優選的具體實施例中，使用的微生物為產油脂的微藻，優選的，油脂為含有膽固醇，植物留醇，鏈留醇，生育三烯酚，生育酚，泛醌，類胡蘿卜素，葉黃素，黃體素，番茄紅素，蝦青素，玉米黃質，角黃素和/或脂肪酸的油脂，優選的脂肪酸為亞油酸，ω-3和ω-6高不飽和脂肪酸，雙高Y -亞麻酸和Y -亞麻酸或它們的混合物，優選含多不飽和脂肪酸的油脂，更優選為含二十碳五烯酸，二十二碳五烯酸，二十二碳六烯酸，花生四烯酸，和十八碳四烯酸或它們的混合物的油脂。
[0030]在分別釆用前述方法的一些優選的具體實施例中，使用的微生物選自:綠藻門小球藻屬中的蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa),普通小球藻(Chlorellavulgaris),捕圓小球藻(Chlorella ellipsoidea)， Chlorella emersonii， Chlorellasorokiniana，Chlorella saccharophila，Chlorella regularis，微小小球藻(Chlorellaminutissima)，Chlorella protothecoides,小球藻(Chlorella zofingiensis),綠藻門中的 Brachiomonas submarina, Chlamydobonas reinhardtii， Chlamydomonas acidophila，雨生紅球藻(Haematococcus pluvial is)，湖泊紅球藻(Haematococcus lacustris )，斜生極藻(Scenedesmus obliquus)，Spongiococcum exetriccium, Tetraselmis suecica,扁藻(Tetraselmis chuii),四肩突四鞭藻(Tetraselmis tetrathele)，Tetraselmisverrucosa,微芒藻(Micractinium pusillum);娃藻門的筒柱藻(Cylindrothecafusiformis)， Nitzschia laevis, Nitzschia alba, Nitzschia fonticola， Naviculaincerta,羽紋娃藻(Navicula pelliculosa);藍藻門的多變魚腥藻(Anabaenavariabilis);金藻門的 Poterioochromonas malhamensis ;甲藻門的前環藻(Amphidiniumcarterae)，寇氏隱甲藻(Crypthecodinium cohnii);裸藻門的 Euglena gricilis ;紅藻門的單細胞紅藻(Galdieria sulphuraria)，以及它們的混合物。
[0031]在分別釆用前述方法的一些優選的具體實施例中，使用的微生物為選自破囊壺菌屬(Thraustochytrium)的微生物、裂殖壺菌屬(Schizochytrium)的微生物、被孢霉屬(Mortierella)的微生物、Althornia屬的微生物、Aplanochytrium屬的微生物、Japonochytrium 屬的微生物、Labyrinthula 屬的微生物、Labyrinthuloides 屬的微生物、Crypthecodinium屬的微生物，褐指藻屬(Phaeodactylum)的微生物，微綠球藻屬(Nanochloropsi s)的微生物，裸藻屬(Euglena)的微生物，四膜蟲屬(Tetrahymena)的微生物，螺旋藻屬(Spirulina)的微生物，和吾肯氏壺藻屬(Ulkenia)的微生物，隱甲藻屬(甲藻)(Crypthecodinium(Dinofagellates))的微生物，以及它們的混合物，優選使用的微生物選自破囊壺菌屬的微生物、裂殖壺菌屬的微生物、隱甲藻屬(甲藻)的微生物，以及它們的混合物。
[0032]在分別釆用前述方法的一些優選的具體實施例中，使用的微生物為Schizochytrium sp.。
[0033]在采用采用前述方法的一些優選的具體實施例中，使用的微生物為ATCC20888和/ 或 SR21。
[0034]本發明通過添加水或低碳鏈醇水溶液，可顯著提高微生物油脂的單次提取率。如表1所示，通過加入少量的乙醇水溶液，即可達到并超過普通萃取方法3次萃取后的總回收率。這將極大簡化提取步驟，減少重復提取的能耗和設備投入。
[0035]表1:添加乙醇水溶液對單次萃取回收率的影響。
[0036]
【權利要求】
1.一種提取微生物油脂的方法，其特征在于，所述方法包括: (1)將油脂提取溶劑與微生物細胞混合，獲得混合物； (2)對步驟(1)所獲得的混合物實施破壁處理，獲得破壁后的混合物料；和 (3)將水、低碳鏈醇水溶液、或水與無水低碳鏈醇添加到步驟(2)所獲得的混合物料中； 從而對微生物油脂進行提取。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括: (4)對步驟(3)所得的混合物實施固液分離，獲得含有微生物油脂和溶劑的混合油；優選的，所述固液分離通過離心分離或自然沉降分離；和 (5)脫除所述混合油中的溶劑，獲得微生物油脂。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述油脂提取溶劑選自以下溶劑組成的組:6#溶劑油、正己烷、石油醚、乙醚和丙酮。
4.如權利要求1一 3中任一項所述的方法，其特征在于，所述油脂提取溶劑與所述微生物細胞的混合比例是10:1~1:2 (w/w)。
5.如權利要求4所述 的方法，其特征在于，所述油脂提取溶劑與所述微生物細胞的混合比例是5:1~1:1 (w/w)。
6.如權利要求1一 3中任一項所述的方法，其特征在于，步驟(3)中加入的水或低碳鏈醇水溶液的量是微生物細胞重量的0.1~10倍。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，步驟(3)中加入的水或低碳鏈醇水溶液的量是微生物細胞重量的1-5倍。
8.如權利要求書I一 3中任一項所述的方法，其特征在于，所述低碳鏈醇選自含有I 一6個碳原子的一元醇或多元醇，優選含有I 一 6個碳原子的一元醇或二元醇。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述低碳鏈醇選自:甲醇、乙醇、丙醇、丙二醇和丁醇中的一種或多種。
10.如權利要求1一 3中任一項所述的方法，其特征在于，所述油脂提取溶劑是正己烷，加入占微生物細胞重量I~5倍的濃度為30%~50%的乙醇水溶液。
11.如權利要求1一 3中任一項所述的方法，其特征在于，所述油脂提取溶劑是正己烷，加入占微生物細胞重量I~3倍的濃度為30%~50%的異丙醇水溶液。
12.如權利要求1一 3中任一項所述的方法，其特征在于，所述油脂提取溶劑是正己烷，加入占微生物細胞重量I~3倍的濃度為50%~70%的甲醇水溶液。
13.如權利要求1一 3中任一項所述的方法，其特征在于，采用砂磨機、高壓均質機、高速剪切機、膠體磨中的一種或多種實施機械破壁處理。
14.如權利要求1一 3中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法在步驟(1)之前還包括提供干燥的微生物細胞的步驟。
15.如權利要求1一 3中任一項所述的方法，其特征在于，所述微生物為產油脂的微藻。
16.如權利要求15所述的方法，其特征在于，所述油脂為含有膽固醇，植物留醇，鏈甾醇，生育三烯酚，生育酚，泛醌，類胡蘿卜素，葉黃素，黃體素，番茄紅素，蝦青素，玉米黃質，角黃素和/或脂肪酸的油脂；優選的脂肪酸為亞油酸，ω-3和ω-6高不飽和脂肪酸，雙高Y-亞麻酸和Y-亞麻酸或它們的混合物；優選含多不飽和脂肪酸的油脂；更優選為含二十碳五烯酸，二十二碳五烯酸，二十二碳六烯酸，花生四烯酸，和十八碳四烯酸或它們的混合物的油脂。
17.如權利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述微生物選自:綠藻門小球藻屬中的蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)，普通小球藻(Chlorellavulgaris),捕圓小球藻(Chlorella ellipsoidea)， Chlorella emersonii， Chlorellasorokiniana，Chlorella saccharophila，Chlorella regularis，微小小球藻(Chlorellaminutissima)，ChloreIlaprotothecoides,小球藻(Chlorella zofingiensis),綠藻門中的 Brachiomonas submarina, Chlamydobonas reinhardtii，Chlanydomonasacidophila,雨生紅球藻(Haematococcus pluvial is)，湖泊紅球藻(Haematococcus Iacustris )，斜生極藻(Scenedesmus obliquus)，Spongiococcum exetriccium，Tetraselmis suecica，扁藻(Tetraselmis chuii)，四肩突四鞭藻(Tetraselmis tetrathele)，Tetraselmisverrucosa,微芒藻(Micractinium pusillum);娃藻門的筒柱藻(Cylindrothecafusiformis)， Nitzschia laevis， Nitzschia alba, Nitzschia fonticola， Naviculaincerta，羽紋娃藻(Navicula pelliculosa);藍藻門的多變魚腥藻(Anabaenavariabilis);金藻門的 Poterioochromonas malhamensis ;甲藻門的前環藻(Amphidiniumcarterae)，寇氏隱甲藻(Crypthecodinium cohnii);裸藻門的 Euglena gricilis ;和紅藻門的單細胞紅藻(Galdieria sulphuraria)，以及它們的混合物。
18.如權利要求15或16所述的方法，其特征在于，所述微生物為選自破囊壺菌屬(Thraustochytrium)的微生物、裂殖壺菌屬(Schizochytrium)的微生物、被孢霉屬(Mortierella)的微生物、Althornia屬的微生物、Aplanochytrium屬的微生物、Japonochytrium 屬的微生物、Labyrinthula 屬的微生物、Labyrinthuloides 屬的微生物、Crypthecodinium屬的微生物，褐指藻屬(Phaeodactylum)的微生物，微綠球藻屬(Nanochloropsis)的微生物，裸藻屬(Euglena)的微生物，四膜蟲屬(Tetrahymena)的微生物，螺旋藻屬(Spirulina)的微生物，和吾肯氏壺藻屬(Ulkenia)的微生物，隱甲藻屬(Crypthecodinium(Dinofagellates))的微生物，以及它們的混合物。
19.如權利要求18所述的方法，其特征在于，所述微生物選自破囊壺菌屬的微生物、裂殖壺菌屬的微生物、隱甲藻屬(甲藻)的微生物，以及它們的混合物。
20.如權利要求19所述的方法，其特征在于，所述微生物為Schizochytriumsp.。
21.如權利要求19所述的方法，其特征在于，所述微生物為ATCC20888和/或SR21。
【文檔編號】C11B1/02GK103589503SQ201210287434
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年8月13日 優先權日:2012年8月13日
【發明者】洪豐, 王勇, 姜元榮, 鄒瀅, 張敏 申請人:豐益(上海)生物技術研發中心有限公司