CN101352249A - 一种全面利用含油微藻的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微藻利用工程领域，具体地说是一种全面利用含油微藻的生产方法，其特征在于微藻采用高压均质法破壁，然后经萃取釜、卧式螺旋离心机分离出固相及液相，固相经喷雾干燥器制得微藻粉；液相经油水分离器分离出油相及水相，油相为微藻油；水相经真空浓缩釜、盐析釜和高速离心过滤机分离出固相和液相，固相经冷冻干燥器或喷雾干燥器制得微藻蛋白；液相经醇沉釜和高速离心过滤机分离出固相和液相，固相经冷冻干燥器或喷雾干燥器制得微藻多糖，液相经乙醇回收塔制得乙醇和微藻液体肥。本发明是一种投资少、操作简单，能大规模全面利用微藻的生产方法，可生产出微藻油、微藻粉、微藻蛋白、微藻多糖、微藻液体肥等高附加值半成品。
Description
[技术领域]
本发明涉及微藻利用工程领域，具体地说是一种全面利用含油微藻的生产方法。
[背景技术]
微藻是一类原始而十分重要的海洋和水生生物资源，富含脂肪、蛋白质、多糖、虾青素、维生素、矿物质、叶绿素、β-胡萝卜素等各种生物活性物质，并具有生长快、产量高、可定向培养、适应能力强、易调控等特点，利用微藻取得高价值的活性物质已经成为目前各国研究的热点之一。
微藻脂肪(油)所含的不饱和脂肪酸不仅是高等动物细胞的重要成分，而且对心血管疾病有特殊的预防和治疗效果，具有抗动脉硬化、降血脂、抑制血小板的凝集、降低血压、抗炎症、调节免疫机能、抗***反应、抗肿瘤抑癌等作用，其中以二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)尤为突出。而近两年石油价格飞涨，能源危机加剧，从富含脂肪的微藻中提取微藻油转化成生物柴油，已成为最有发展前景的生产生物柴油的途径之一。
微藻蛋白是一种重要的生理活性物质，可清除体内自由基，延缓人体衰老，提高人体免疫力，促进动物血红细胞生成等，可作为一种很有开发价值的药用资源。微藻蛋白具有光敏性，经提纯、修饰后所制备的光敏剂对肿瘤细胞有相当大的杀伤力，且无毒、副作用，因此，微藻蛋白是一种非常重要的光动力药物的原料。微藻蛋白还可以作为天然色素应用于食品、化妆品、染料等工业；又可用作食品的优质蛋白添加剂，强化食品中的蛋白质；也可制成荧光试剂，用于临床医学诊断和免疫化学等研究领域中。目前，微藻蛋白在食品、化妆品等轻工业应用得较多，在医疗诊断、生物工程等方面有着更广阔的应用前景。
微藻多糖具有抗肿瘤、抗病毒、抗辐射损伤、抗突变、抗衰老、抗凝血、降血脂及调节机体免疫力等广泛的生理功能，能清除活性氧自由基，提高机体的细胞免疫功能和体液免疫功能，在调节机体生理代谢、增强人体抵抗力方面具有独特的作用，并能抑制癌细胞DNA的合成，抵制癌细胞的增殖，减轻辐射所引起的遗传损伤等，是保健药物和功能食品不可多得的重要成分。
微藻肥有液体肥与固体肥之分，它们都是天然绿色有机肥，营养成分全面，不污染环境，富含植物生长所需求的多种微量元素和植物生长调节素，具有营养和调节双重功效，对促进植物根系发达、提高种子的发芽率、提高植物生长速度、增加产量、改善品质有显著的作用，另外它还具有驱虫、防病、治病、提高作物抗旱和抗寒等功效。因此，微藻肥现已在世界上许多国家大面积推广应用，取得了十分显著的经济效益、社会效益与生态效益。
微藻粉富含多种营养成分和矿物质元素，可作为饲料添加剂在畜禽日粮中添加，这不仅能改进饲料的营养结构，而且能提高饲料利用率，从而提高畜禽生长性能，改善畜禽产品质量，并能增强畜禽抗病和抗应激能力。在水产养殖领域，微藻粉能代替或部分代替单细胞藻类作为对水产动物的饵料，可提高水产动物的生长性能和机体免疫力。
虽然微藻具有多种利用价值，但目前对微藻的利用往往局限于某一方面的利用，如仅仅提取微藻的不饱和脂肪酸作为保健品原料，或仅提取微藻蛋白作为食品色素，或提取微藻液作为叶面肥，等等，而综合利用微藻的技术很少，这种对微藻的局部利用方法在很大程度上造成了浪费。另外，目前所利用的微藻主要集中在螺旋藻、小球藻，并且利用的方法大多为实验室研究成果。实际上，微藻的各种组分都可以得到利用，但大规模全面利用微藻的生产方法及其工艺设备未见报道。
[发明内容]
本发明的目的在于克服目前利用微藻效率低的不足，开发一种投资少、操作简单，能大规模全面利用微藻的生产方法，特别是针对为解决石油危机而重点关注的含油微藻。
一种全面利用含油微藻的生产方法，包括微藻、萃取剂、硫酸铵、工业乙醇、高压均质机、萃取釜、卧式螺旋离心机、油水分离器、喷雾干燥器、真空浓缩釜、盐析釜、高速离心过滤机、冷冻干燥器、醇沉釜、乙醇回收塔等。本发明中所述微藻包括来自淡水微藻、咸湖水微藻、海水微藻等，类别为金藻、绿藻、硅藻、蓝藻、红藻等，优选为含脂高的微藻，如葡萄藻、小球藻、球等鞭金藻3011、绿色巴夫藻等。这些微藻富含脂肪、蛋白质、多糖等各种生物活性物质，但这些物质属于胞内物质，需要破碎微藻细胞的细胞壁、细胞膜，使胞内物质以溶解的状态释放出来，并保持其活性。细胞破碎程度越高，胞内物质的得率也越高。不同的细胞破碎方法提取效果不同。
本发明采用能大规模生产的高压均质法，对于培养、采收后的微藻，含水率约为80％～92％，按照不同细胞壁、细胞膜状况的微藻，直接用高压均质机在室温下，以20～40MPa的均质压力反复将微藻均质1～3次，基本上可以达到90％以上的破壁率。该法破壁率高，其生产设备简单，可大规模生产，且生产成本低，周期较短。
微藻破壁后，物料进入萃取釜，并加入萃取剂，在搅拌状态下萃取微藻油。在萃取操作中，萃取剂用量、温度、时间等参数对微藻油的得率影响显著。本发明中萃取剂用量的料与液之比设为1∶0.2～0.5，萃取温度设为60～80℃，萃取时间设为3～5小时。所述的萃取剂采用脂肪酸甲酯，即生物柴油。
由于微藻破壁后的残渣仅为几微米，液固比重差又小，其分离的难度较大，因此，本发明对萃取后的物料采用卧式螺旋离心机进行液固分离。分离出的固相经3次水洗后，加到喷雾干燥器中进行干燥制得微藻粉，干燥后所得的微藻粉可加工成微藻肥料或饲料，或作为肥料与饲料的原料。分离出的液相与3次水洗液一并加到油水分离器中分离成油相与水相，油相为微藻油，作为生产生物柴油的原料油或从中提取出高附加值的不饱和脂肪酸EPA和DHA；而水相在下述工序中可提取出蛋白质、多糖等生物活性物质。
把水相物料加到真空浓缩釜中，浓缩温度设为60～70℃，浓缩时间设为1～2小时。浓缩后的物料进入盐析釜，根据物料的体积，按30％～50％的饱和度计算硫酸铵用量，将固体硫酸铵缓慢加到盐析釜中，充分搅拌，沉淀微藻蛋白，盐析时间设为2～5小时。盐析后的物料用高速离心过滤机进行液固分离，分离出的固相加到冷冻干燥器或喷雾干燥器中进行干燥制得微藻蛋白，微藻蛋白可通过超滤脱盐、浓缩、干燥后制得蛋白质粉，或作为蛋白质原料。
分离出的液相加到醇沉釜中，用乙醇沉淀法提取微藻多糖，该法易于操作、适合大规模生产。具体为在搅拌状态下缓慢加入浓度为70％～95％的工业乙醇进行醇沉，工业乙醇加入量与原有溶液的体积比设为2～4∶1，醇沉静置时间设为3～12小时。醇沉后的物料用高速离心过滤机进行液固分离，分离出的液相加到乙醇回收塔中进行精馏，塔顶产物为70％～95％浓度的乙醇，塔底产物为微藻液体肥；而分离出的固相则加到冷冻干燥器或喷雾干燥器中进行干燥制得微藻多糖。
本发明是对微藻大规模全面利用的生产方法，可生产出微藻油、微藻粉、微藻蛋白、微藻多糖、微藻液体肥等高附加值半成品。
[附图说明]
图1为本发明的生产工艺流程图。
[具体实施方式]
以下结合附图及附图给出的实施例对本发明作进一步说明。本发明的生产技术对本专业的人来说是容易实施的。
参见图1，取1000Kg采收后的绿色巴夫藻，含水率为90％，用高压均质机在室温下以20MPa的均质压力均质1次后，达到95％以上的破壁率。破壁后的物料进入2m3的萃取釜，并加入300Kg脂肪酸甲酯，在搅拌状态下萃取微藻油，萃取温度为70℃，萃取时间为4小时。
萃取后的物料采用卧式螺旋离心机进行液固分离，分离出的固相经3次水洗后，加到喷雾干燥器中进行干燥，得到16Kg微藻粉。分离出的液相与3次水洗液一并加到油水分离器中分成油相与水相，分离出的348Kg微藻油作为生产生物柴油的原料油。
把分离出的水相物料加到2m3的真空浓缩釜中，浓缩温度为65℃，浓缩时间为1.5小时。浓缩后的物料进入1m3的盐析釜，将160Kg固体硫酸铵缓慢加到盐析釜中，充分搅拌，沉淀微藻蛋白，盐析时间为3小时。盐析后的物料用高速离心过滤机进行液固分离，分离出的固相加到冷冻干燥器中进行干燥，干燥后得到18Kg微藻蛋白。
分离出的液相加到4m3的醇沉釜中，在搅拌状态下缓慢加入浓度为80％的工业乙醇进行醇沉，工业乙醇加入量与原有溶液的体积比为3∶1，醇沉静置时间为9小时。醇沉后的物料用高速离心过滤机进行液固分离，分离出的液相加到乙醇回收塔中进行精馏，塔顶产物为80％浓度的乙醇，乙醇循环使用，塔底产物为620Kg微藻液体肥。分离出的固相则加到冷冻干燥器中进行干燥，干燥后得到12Kg微藻多糖。
Claims (3)
1、一种全面利用含油微藻的生产方法，包括微藻、萃取剂、硫酸铵、工业乙醇、高压均质机、萃取釜、卧式螺旋离心机、油水分离器、喷雾干燥器、真空浓缩釜、盐析釜、高速离心过滤机、冷冻干燥器、醇沉釜、乙醇回收塔，其特征在于：首先采用高压均质法，按照不同细胞壁、细胞膜状况的微藻，直接用高压均质机在室温下，以20～40MPa的均质压力反复将微藻均质1～3次；微藻破壁后，物料进入萃取釜，并加入萃取剂，萃取剂用量的料与液之比设为1∶0.2～0.5，萃取温度设为60～80℃，萃取时间设为3～5小时；萃取后的物料采用卧式螺旋离心机进行液固分离，分离出的固相经3次水洗后，加到喷雾干燥器中进行干燥制得微藻粉；分离出的液相与3次水洗液一并加到油水分离器中分离成油相与水相，油相为微藻油；把水相物料加到真空浓缩釜中，浓缩温度设为60～70℃，浓缩时间设为1～2小时；浓缩后的物料进入盐析釜，根据物料的体积，按30％～50％的饱和度计算硫酸铵用量，将固体硫酸铵缓慢加到盐析釜中，充分搅拌，沉淀微藻蛋白，盐析时间设为2～5小时，盐析后的物料用高速离心过滤机进行液固分离，分离出的固相加到冷冻干燥器或喷雾干燥器中进行干燥制得微藻蛋白；分离出的液相加到醇沉釜中，用乙醇沉淀法提取微藻多糖，具体为在搅拌状态下缓慢加入浓度为70％～95％的工业乙醇进行醇沉，工业乙醇加入量与原有溶液的体积比设为2～4∶1，醇沉静置时间设为3～12小时；醇沉后的物料用高速离心过滤机进行液固分离，分离出的液相加到乙醇回收塔中进行精馏，塔顶产物为70％～95％浓度的乙醇，塔底产物为微藻液体肥；分离出的固相加到冷冻干燥器或喷雾干燥器中进行干燥制得微藻多糖。
2、根据权利要求1所述的一种全面利用含油微藻的生产方法，其特征在于所述的微藻采用淡水微藻、咸湖水微藻、海水微藻，类别为金藻、绿藻、硅藻、蓝藻、红藻，优选为含脂高的微藻，具体为葡萄藻、小球藻、球等鞭金藻3011、绿色巴夫藻。
3、根据权利要求1所述的一种全面利用含油微藻的生产方法，其特征在于所述的萃取剂采用脂肪酸甲酯。
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