超临界二氧化碳夹带乙醇萃取微藻油脂的方法技术

本发明专利技术公开了一种超临界二氧化碳夹带乙醇萃取微藻油脂的方法，包括以下步骤：将微藻发酵液制备成微藻冻干粉；将微藻冻干粉和直径为2～5mm玻璃微珠混匀后作为物料装入萃取釜内；夹带剂乙醇和CO2形成的超临界CO2夹带乙醇流体对萃取釜内的物料进行提取，提取时间为2.5～3h；含乙醇的微藻油脂从分离釜底部出口处被排出并收集。本发明专利技术的方法采用超临界二氧化碳夹带乙醇流体，具有无毒、选择性强、绿色环保、极性可调、可回收利用等优点，与传统的有机溶剂提取法相比，具有安全无毒的优势。

Supercritical Carbon Dioxide Ethanol Extraction of Microalgae Oil

【技术实现步骤摘要】
超临界二氧化碳夹带乙醇萃取微藻油脂的方法
本专利技术涉及一种超临界二氧化碳夹带乙醇萃取微藻油脂的工艺。
技术介绍
裂殖壶藻(Schizochytriumsp.)是一种常见的微藻，其生长周期远低于动物，因此通过发酵调控非常易于规模化培养，发酵后的藻细胞中总油脂含量可高于70％，其中ω-3长链多不饱和脂肪酸特别是二十二碳六烯酸(DHA)含量约为总油脂的30-50％，是一种理想的可替代深海鱼油的DHA生产原料。随着我国节能减排政策的推行及深化，相关环境友好的油脂绿色提取技术已成为研发热点。其中，超临界二氧化碳(scCO2)萃取工艺因其高压、低温、隔氧的操作环境，非常适用于提取易氧化、热敏性的低极性脂类物质，与传统的有机溶剂提取工艺相比，不存在毒性成分残留问题，已在微生物油脂生产加工领域显现出一定的优势及应用前景。然而，裂殖壶藻细胞中，90％以上的油脂是以甘油三酯的形式存在，其分子电荷排布均匀，属于中极性脂，并含有少量的磷脂、糖脂等极性油脂。显然，传统纯超临界CO2流体更适合提取非极性的物料，对中性脂的提取而言，并不是理想的选择。中国专利CN106635405公布了一种从微藻粉中超临界萃取DHA油脂的方法，利用膨化机对微藻粉进行膨化处理，使微藻粉破壁，再通过超临界二氧化碳萃取油脂；该专利技术油脂回收率高，但膨化温度高达40～100℃，对热敏性、易氧化的长链多不饱和脂肪酸，存在负面影响。中国专利CN102181320A公开了一种生物发酵DHA藻油的提取方法，以乙醇为助溶剂，将乙醇喷洒在微藻粉上，再通过超临界二氧化碳萃取油脂，提高了油脂回收率。然而，在提取过程中，作为助溶剂的乙醇会随着提取进行逐渐流失，助溶剂对超临界流体的溶解能力及传质性能的影响随之减弱，并不能充分利用助溶剂在在油脂回收过程中的作用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种组成稳定、工艺简洁、提取率高的利用超临界二氧化碳夹带乙醇流体从微藻粉中提取油脂的方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种超临界二氧化碳夹带乙醇萃取微藻油脂的方法，包括以下步骤：1)、原料的预处理：将微藻发酵液离心，所收集的微藻细胞冷冻干燥后研磨，得到微藻冻干粉；2)、物料装填：将微藻冻干粉和直径为2～5mm玻璃微珠以1:(0.95～1.05)的质量比混匀后，作为物料被装入萃取釜内；3)、超临界二氧化碳流体的制备和夹带剂乙醇的使用：CO2通过柱塞泵加压后进入萃取釜内，设定萃取釜内压力25～45Mpa、温度为40～60℃，从而保证提取过程中CO2处于超临界状态；在高效液相泵的作用下，作为夹带剂的乙醇与柱塞泵泵出的CO2经混合器的混合后被预热线圈加热至萃取釜的设定温度后进入萃取釜内，乙醇摩尔分率为0.04～0.09mol/mol，形成了超临界CO2夹带乙醇流体；备注：CO2需要用冷媒冷却是因为压缩气体需要释放大量热量，必须用冷媒带走热量；4)、微藻油脂的提取：超临界CO2夹带乙醇流体对萃取釜内的物料进行提取，提取时间为2.5～3h；所得的提取液连同超临界CO2夹带乙醇流体经萃取釜出口的膨胀阀后进入分离釜内进行气液分离，在位于分离釜底部出口处的蠕动泵作用下，含乙醇(少量乙醇)的微藻油脂从分离釜底部出口处被排出并收集，CO2气体在分离釜顶部(分离顶部)被排出；注：从分离釜顶部排出的CO2通过气体转子流量计后可以得知CO2用量，从而进一步得知作为夹带剂的乙醇的用量；被提取后的物料仍然位于萃取釜内。作为本专利技术的超临界二氧化碳夹带乙醇萃取微藻油脂的方法的改进：联动调节柱塞泵和萃取釜出口处的膨胀阀将CO2流速恒定为4.9-5.1L/min。注：萃取釜和分离釜的容积均约为500mL。作为本专利技术的超临界二氧化碳夹带乙醇萃取微藻油脂的方法的进一步改进：步骤3)中，萃取釜内压力37～39Mpa、温度50～52℃、乙醇摩尔分率0.04～0.05mol/mol。作为本专利技术的超临界二氧化碳夹带乙醇萃取微藻油脂的方法的进一步改进：步骤1)中，所述离心为于(4±0.5)℃，(8000±800)r/min下对微藻发酵液进行离心20±5分钟；微藻细胞于-53℃，0.1mbar的条件下冷冻干燥至恒重，研磨至过80目筛(用80目标准筛筛分)，得到微藻冻干粉。作为本专利技术的超临界二氧化碳夹带乙醇萃取微藻油脂的方法的进一步改进：所述步骤4)中，设置分离釜于(40±1)℃的温度、(4±0.2)Mpa的压力进行减压分离。在本专利技术中，1、微藻发酵液是指将裂殖壶藻(Schizochytriumsp.)经常规的分批补料发酵培养法所得；每升微藻发酵液中含有100-120g裂殖壶藻细胞(以干重计)。2、步骤1)所得的微藻冻干粉外观呈粉状，淡黄色，油脂含量在24.9％(w/w)。3、在微藻冻干粉中加入玻璃微珠的目的是为了提高物料(微藻冻干粉)的孔隙率，从而提高油脂的回收率。4、在提取过程中，温度和压力条件保持不变，CO2通过柱塞泵加压，其流速不变，乙醇流量由高效液相泵(双活塞往复泵)精确控制，从而确保提取过程中，超临界流体的组成稳定、物理化学性质无明显差异。5、本专利技术乙醇加量的确定方法为：首先根据查阅得到的热力学数据，绘制50℃(即323K)下二氧化碳-乙醇气液相平衡图，如图1所示，确定超临界二氧化碳夹带乙醇的操作压力应大于临界压力(Pc，9.05MPa)，且对应的二氧化碳摩尔分率应大于其临界摩尔分率(xc，0.93mol/mol)，由此可确定夹带剂乙醇的摩尔分率应控制在0～0.07mol/mol的范围内。以此类推，进一步查阅了313～333K(40～60℃)下气液平衡数据，最终在各项优化工艺参数下，确定超临界CO2夹带乙醇流体中乙醇摩尔分率为0.04～0.09mol/mol。6、在本专利技术中，根据提曲过程曲线的动力学分析，设定超临界二氧化碳夹带乙醇的最佳提取时间为3h。每隔30min取样，称重计算油脂回收率，进行提取过程的动力学分析。选取了温度(40-60℃)、压力(25-45Mpa)、乙醇摩尔分率(0-0.09mol/mol)的边界值作为操作条件，分别绘制了提取过程曲线，如图2所示。尽管不同操作条件下，微藻油脂的提取速率各不相同，但提取3h后均能进入扩散控制期，即可达到操作条件下最大油脂回收率。由此确定超临界二氧化碳夹带乙醇提取微藻油脂的操作时间为3h。油脂回收率计算公式：一般而言，有机溶剂提取可视为微藻油脂的完全提取方法(如对比例1所述)，为便于比较工艺，本专利技术定义了上述油脂回收率，即各工艺提取得到的油脂质量占有机溶剂提取得到的总油脂质量的百分比。本专利技术的超临界二氧化碳夹带乙醇萃取微藻油脂的工艺，是采用超临界二氧化碳夹带乙醇流体从微藻干粉中提取油脂；具体为以微藻干粉为原料，利用柱塞泵及高效液相泵分别给二氧化碳、乙醇加压，形成摩尔比一定的超临界二氧化碳夹带乙醇流体，提取富含多不饱和脂肪酸油脂的方法。本专利技术中，二氧化碳可回收利用，提取工艺绿色环保，提取后的微藻废渣(位于萃取釜内)可用于微藻蛋白、多糖等物质的提取。本专利技术中，乙醇由高效液相泵(双活塞往复泵)精准控制夹带剂乙醇的流速，同时，二氧化碳流速固定为4.9-5.1L/min，提取过程中，流体组成稳定。此外，由于夹带剂乙醇的加入，超临界流体的密度增大，极性增强，油脂在流体中的溶解本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.超临界二氧化碳夹带乙醇萃取微藻油脂的方法，其特征是包括以下步骤：1)、原料的预处理：将微藻发酵液离心，所收集的微藻细胞冷冻干燥后研磨，得到微藻冻干粉；2)、物料装填：将微藻冻干粉和直径为2～5mm玻璃微珠以1:(0.95～1.05)的质量比混匀后，作为物料被装入萃取釜内；3)、超临界二氧化碳流体的制备和夹带剂乙醇的使用：CO2通过柱塞泵加压后进入萃取釜内，设定萃取釜内压力25～45Mpa、温度为40～60℃；在液相泵的作用下，作为夹带剂的乙醇与柱塞泵泵出的CO2经混合器的混合后被预热线圈加热至萃取釜的设定温度后进入萃取釜，乙醇摩尔分率为0.04～0.09mol/mol，形成了超临界CO2夹带乙醇流体；4)、微藻油脂的提取：超临界CO2夹带乙醇流体对萃取釜内的物料进行提取，提取时间为2.5～3h；所得的提取液连同超临界CO2夹带乙醇流体经萃取釜出口的膨胀阀后进入分离釜内进行气液分离，在位于分离釜底部出口处的蠕动泵作用下，含乙醇的微藻油脂从分离釜底部出口处被排出并收集，CO2气体在分离釜顶部被排出。

【技术特征摘要】
1.超临界二氧化碳夹带乙醇萃取微藻油脂的方法，其特征是包括以下步骤：1)、原料的预处理：将微藻发酵液离心，所收集的微藻细胞冷冻干燥后研磨，得到微藻冻干粉；2)、物料装填：将微藻冻干粉和直径为2～5mm玻璃微珠以1:(0.95～1.05)的质量比混匀后，作为物料被装入萃取釜内；3)、超临界二氧化碳流体的制备和夹带剂乙醇的使用：CO2通过柱塞泵加压后进入萃取釜内，设定萃取釜内压力25～45Mpa、温度为40～60℃；在液相泵的作用下，作为夹带剂的乙醇与柱塞泵泵出的CO2经混合器的混合后被预热线圈加热至萃取釜的设定温度后进入萃取釜，乙醇摩尔分率为0.04～0.09mol/mol，形成了超临界CO2夹带乙醇流体；4)、微藻油脂的提取：超临界CO2夹带乙醇流体对萃取釜内的物料进行提取，提取时间为2.5～3h；所得的提取液连同超临界CO2夹带乙醇流体经萃取釜出口的膨胀阀后进入分离釜内进行气液分离，在位于分离釜底部出口处的蠕动泵作用下，含乙醇的微藻油脂从分离...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓刚，李佩雷，李红娜，大卫·安德列亚，林洁茹，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33