CN102887821B - 一种萃取分离海洋微藻发酵液提取dha的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种萃取分离海洋微藻发酵液提取DHA的方法,包括以下步骤:(1)将DHA微藻发酵液脱水干燥,得DHA藻粉;(2)选取低沸点的萃取剂萃取DHA藻粉,得到萃取液;(3)对萃取液进行真空浓缩,脱除溶剂后得到DHA毛油;(4)将DHA毛油进行脱色和蒸汽除臭,然后浓缩得到DHA藻油成品。本发明可提高微藻发酵生产DHA的提取总收率,降低生产成本,减少三废排放量,同时萃取剂可回收再利用,减少环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及微生物油脂的提取方法,具体地说,涉及一种萃取分离海洋微藻发酵液提取DHA的方法。
背景技术
DHA,全名二十二碳六烯酸,俗称脑黄金,是一种对人体非常重要的多不饱和脂肪酸,属于Omega-3不饱和脂肪酸家族中的重要成员。DHA是神经***细胞生长及维持的一种主要元素,是大脑和视网膜的重要构成成分,在人体大脑皮层中含量高达20%,在眼睛视网膜中所占比例最大,约占50%,因此,对胎儿、婴儿的智力和视力发育至关重要。
医学研究表明,DHA的主要作用可促进胎儿大脑发育、促进视网膜光感细胞的成熟、增进大脑细胞之发育,还可以用于癌症治疗、抑制炎症、降低血脂、预防心脏血管疾病、改善老年痴呆症等。
早期DHA产品多以富含DHA和EPA的深海鱼油(通常为金枪鱼油)为原料制得,以二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)的混合形式存在,我们通常叫做Omega-3或多烯酸乙脂。鱼油DHA生产过程简单,价格便宜,在过去较长一段时间作为主要的DHA来源,广泛用做婴幼儿和孕妇食品中的营养添加剂,但是由于近年来渔业资源的逐步耗竭及萎缩,原料来源受气候及自然环境影响很大。随着世界范围内的污染加剧,鱼油中所含有的持续性有机污染物(POPs)及其危害逐步引起公众的重视,例如滴滴涕(DDT)、化学杀虫剂、多氯联苯类物质(PCBs)、二恶英(Dioxin)和六氯苯(HCB)等,使得鱼油来源的DHA面临越来越大的困境。
与鱼油的境遇相反,微藻来源的DHA因为整个生产过程可全程进行严格的人工控制,从微藻纯种培养到精炼都需严格消毒,无菌操作,并可采用国际认可的食品安全生产及控制管理技术,所生产的DHA纯度高、无污染,不含鱼腥味,质量远胜鱼油DHA。微藻DHA也是美国FDA唯一批准的婴幼儿食品中的DHA补充剂,一些知名企业如美国亨氏、美国惠氏、福临门等企业的产品中所添加的DHA都是微藻DHA。因此,微藻DHA取代鱼油DHA是势在必行的趋势。
目前,实际生产中所用的分离微藻DHA的方法主要有低温分级法、尿素包合法、溶剂法、超临界气体萃取法等。其中,低温分级法需要有大型制冷设备,耗能高,提取效率低;尿素包合法是一种比较简便有效的分离方法,但在实际生产中应用时,存在溶剂损耗大、排水和因尿素添加物而引起的废物处理等问题。超临界气体萃取法能分离出高纯度的DHA,但对碳数相同而双键数不同的脂肪酸的分离效果较差,且设备投资大,技术要求高,耗能亦较大。
现有技术中也公开了多种发酵法生产DHA微藻油的工艺。如黄和,任路静等人在中国发明专利CN101168501A中公开了一种从隐甲藻中提取并精制富含DHA脂肪酸的工艺,先将隐甲藻发酵液絮凝处理再进行固液分离,通过碱破壁后再将细胞机械破碎,然后对破碎的菌体采用有机溶剂萃取,获得DHA粗油;DHA粗油经过脱胶、碱炼、脱色、脱臭后得到DHA精油。该工艺的不足之处在于,操作过程中对菌体先絮凝然后破壁,由于絮凝剂都是有机或无机的高分子物质,会将发酵液中的菌体聚集联结形成较大的絮状团粒,并附着在菌体表层形成一层包覆物,导致后续操作过程中破壁不充分,从而导致油脂的提取率偏低。
詹光煌,吴轶等人在中国发明专利CN101585759中公开了一种从双鞭甲藻发酵液中提取DHA不饱和脂肪酸的方法,主要工艺过程是先将双鞭甲藻发酵液用盐酸溶液调节PH值,以无残留单体聚丙烯酰胺为絮凝剂絮凝,凝板框过滤得到滤饼,滤饼用复合纤维素水解酶加水配成的破壁液破壁,破壁后用离心机实现渣、水相、油相三相分离,重复2-5次后基本无油相,合并油相并水洗后即为含DHA毛油,毛油进入五级连续分子蒸馏,最终得DHA含量40-50%的不饱和脂肪酸。本发明采用转速8000-12000转/分钟的高速离心机进行分离直接得到毛油,而且毛油精制采用五级分子蒸馏,可有效地达到脱色、脱酸、脱臭的作用,但该技术的缺点是制备过程中需要首先进行生物酶破壁,再进行五级分子蒸馏,使得整个提取工艺路线长、流程复杂、能耗高。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种萃取分离海洋微藻发酵液提取DHA的方法,该方法可提高DHA的提取率,同时降低生产成本,减少三废排放量。
其技术解决方案是:
一种萃取分离海洋微藻发酵液提取DHA的方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)将DHA微藻发酵液脱水干燥,得DHA藻粉;(2)选取低沸点的萃取剂萃取DHA藻粉,得到萃取液;(3)对萃取液进行真空浓缩,脱除溶剂后得到DHA毛油;(4)将DHA毛油进行脱色和蒸汽除臭,然后浓缩得到DHA藻油成品。
优选地,步骤(1)中的脱水干燥包括三级脱水:一级脱水是向微藻发酵液中加入絮凝剂,使藻液与藻体分离;二级脱水是将一级脱水得到的藻体沉淀进行离心分离,去除絮凝剂和水份,得到泥状藻体;三级脱水是将泥状藻体进行冷冻干燥,得到藻粉。
优选地,所述絮凝剂为壳聚糖、聚合氯化铝、聚丙烯酰胺、明矾、硫酸铝、无水氯化钙、聚合硫酸铁的水溶液中的一种或任意几种的混合物,其加入量为发酵液质量的1.0-2.0%。
优选地,以质量百分比计,步骤(1)中所述DHA藻粉的含水量≤5%。
优选地,步骤(2)所述低沸点的萃取剂为6#有机溶剂、石油醚、***、己烷、丙酮、氯仿、乙醇、甲醇、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸乙酯中的一种或任意几种的混合物。
优选地,步骤(2)所述萃取剂的加入量占发酵液质量的40%~60%,萃取温度为45~60℃,萃取次数为2-4次。
优选地,步骤(3)所述真空浓缩的真空度≤0.4Kpa,且溶剂的脱除时间为1~5小时。
优选地,在进行步骤(4)之前,可以先对步骤(3)所得到的DHA毛油进行纯化:向毛油中加入质量百分比浓度分别为50-85%磷酸溶液和30-70%的NaCl溶液,加入量分别为发酵液质量的5%~20%,在50~65℃温度下搅拌均匀后静置0.5~1小时,取上层油液,水洗至中性,然后加入质量百分比浓度为5-10%的NaOH溶液,搅拌40-50min,搅拌速度为30~80r/min,使皂粒絮凝,然后将油升温到80~100℃,当皂粒明显沉降时,停止搅拌,静置沉降,分离皂脚,再用80~100℃的热水水洗,然后真空干燥。
应当指出的是,本发明步骤(4)所述DHA毛油的脱色、蒸汽除臭以及浓缩工艺为本领域技术人员的熟知工艺。优选地,所用脱色剂为活性白土,其加入量占毛油质量的1~5%,脱色温度为75~85℃,脱色时间为20~40分钟;水蒸气除臭温度为75~85℃,真空度小于0.4Kpa,脱臭时间为0.5~1小时。
本发明采用微藻发酵液为原料提取DHA微藻油。其中所述微藻为海洋微生物微藻和藻状菌,如金藻、甲藻、隐藻、硅藻、隐甲藻、海洋小球藻、吾肯氏壶藻、破囊壶菌或裂殖壶菌等,其中优选隐甲藻发酵液、吾肯氏壶藻发酵液、破囊壶菌发酵液或裂殖壶菌发酵液。这些微藻和藻状菌经过常规发酵后,得到含有DHA的发酵液。
本发明对所述发酵过程也没有特别的限制,可以采用本领域技术人员熟悉的斜面培养、摇床液种培养、种子罐培养、发酵罐培养等。
本发明的有益技术效果是:
本发明选取低沸点的萃取剂,采用干燥、萃取、蒸馏、脱色、除臭、浓缩工艺步骤提取DHA,其中萃取步骤可降低母液的产生量,减少DHA在母液中的含量,使DHA提取率大大提高,降低生产成本,减少三废排放量;蒸馏步骤可使低沸点的萃取剂回收再利用;脱色与除臭步骤可进一步提高DHA成品的纯度和品质。
具体实施方式
实施例1
(1)将隐甲藻(Crypthecodinium cohnii)发酵液1000g(初始总脂含量为90g)引入絮凝沉淀罐后,加入10g壳聚糖絮凝剂,絮凝45分钟后收集沉淀藻体,经碟片式离心机离心分离,去除絮凝剂和水分,得到泥状藻体,然后将其进行冷冻干燥,制成含水量≤5%的微藻干粉;
(2)向步骤(1)所得微藻干粉中加入400g6#有机溶剂进行浸提萃取,萃取温度为45℃,萃取次数为四次,得到萃取液;
(3)对步骤(2)所得萃取液通过真空浓缩脱除溶剂,真空度为0.4Kpa,脱除时间为1小时,得到DHA毛油;
(4)向步骤(3)所得毛油中加入50g质量百分比浓度为85%磷酸溶液和200g质量百分比浓度为30%的NaCl溶液,在50℃下慢速搅拌均匀后静置1小时,取上层油液,水洗至中性,然后加入质量百分比浓度为5%的NaOH溶液,搅拌40分钟,搅拌速度为30r/min,使皂粒絮凝,然后将油升温到80℃,当皂粒明显沉降时,停止搅拌,静置沉降,分离皂脚,再用80℃热水洗三遍,然后真空干燥;
(5)向步骤(4)所得干燥后的油体中加入占油体质量2%的活性白土进行脱色,脱色温度为75℃,脱色时间为30分钟,同时抽真空并适度搅拌,过滤除去白土,对油脂进行水蒸气气提除臭,汽提温度为75℃,真空度为0.4Kpa,脱臭时间为0.5小时,然后维持真空状态下缓慢冷却,离心分离得成品油80g,总脂提取率为89%。
实施例2
(1)将吾肯氏壶藻(Ulkeniaamoeboida)发酵液1000g(初始总脂含量为103g)引入絮凝沉淀罐后,加入20g聚丙烯酰胺絮凝剂,絮凝60分钟后收集沉淀藻体,经离心机离心分离,去除絮凝剂和水分,得到泥状藻体,然后将其进行冷冻干燥,制成含水量≤5%的微藻干粉;
(2)向步骤(1)所得微藻干粉中加入600g丙酮进行浸提萃取,萃取温度为60℃,萃取次数为两次,得到萃取液;
(3)对步骤(2)所得萃取液通过真空浓缩脱除溶剂,真空度为0.30Kpa,脱除时间为5小时,得到DHA毛油;
(4)向步骤(3)所得毛油中加入200g质量百分比浓度为50%磷酸溶液和50g质量百分比浓度为70%的NaCl溶液,在65℃下慢速搅拌均匀后静置30分钟,取上层油液,水洗至中性,然后加入质量百分比浓度为10%的NaOH溶液,搅拌50分钟,搅拌速度为80r/min,使皂粒絮凝,然后将油升温到100℃,当皂粒明显沉降时,停止搅拌,静置沉降,分离皂脚,再用100℃热水洗三遍,然后真空干燥;
(5)向步骤(4)所得干燥后的油体中加入占油体质量3%的活性白土进行脱色,脱色温度为80℃,脱色时间为45分钟,同时抽真空并适度搅拌,过滤除去白土,对油脂进行水蒸气气提除臭,汽提温度为85℃,真空度为0.30Kpa,脱臭时间为1小时,然后维持真空状态下缓慢冷却,离心得成品油87g,总脂提取率为84.5%。
实施例3
(1)将破囊壶菌(Thraustochytrids)发酵液1000g(初始总脂含量为98.3g)引入絮凝沉淀罐后,加入15g明矾絮凝剂,絮凝30分钟后收集沉淀藻体,经碟片式离心机离心分离,去除絮凝剂和水分,得到泥状藻体,然后将其进行冷冻干燥,制成含水量≤5%的微藻干粉;
(2)向步骤(1)所得微藻干粉中加入500g乙酸乙酯进行浸提萃取,萃取温度为50℃,萃取次数为三次,得到萃取液;
(3)对步骤(2)所得萃取液通过真空浓缩脱除溶剂,真空度为0.35Kpa,脱除时间为3小时,得到DHA毛油;
(4)向步骤(3)所得毛油中加入150g质量百分比浓度为65%磷酸溶液和100g质量百分比浓度为60%的NaCl溶液,在55℃下慢速搅拌均匀后静置45分钟,取上层油液,水洗至中性,然后加入质量百分比浓度为8%的NaOH溶液,搅拌40分钟,搅拌速度为60r/min,使皂粒絮凝,然后将油升温到90℃,当皂粒明显沉降时,停止搅拌,静置沉降,分离皂脚,再用95℃热水洗三遍,然后真空干燥;
(5)向步骤(4)所得干燥后的油体中加入占油体质量2.5%的活性白土进行脱色,脱色温度为85℃,脱色时间为40分钟,同时抽真空并适度搅拌,过滤除去白土,对油脂进行水蒸气气提除臭,汽提温度为75℃,真空度为0.4Kpa,脱臭时间为0.5小时,然后维持真空状态下缓慢冷却,离心分离得成品油86.6g,总脂提取率为88.1%。
实施例4
(1)将隐甲藻(Crypthecodinium cohnii)发酵液1000g(初始总脂含量为90g)引入絮凝沉淀罐后,加入10g壳聚糖絮凝剂,絮凝45分钟后收集沉淀藻体,经碟片式离心机离心分离,去除絮凝剂和水分,得到泥状藻体,然后将其进行冷冻干燥,制成含水量≤5%的微藻干粉;
(2)向步骤(1)所得微藻干粉中加入400g6#有机溶剂进行浸提萃取,萃取温度为45℃,萃取次数为四次,得到萃取液;
(3)对步骤(2)所得萃取液通过真空浓缩脱除溶剂,真空度为0.4Kpa,脱除时间为1小时,得到DHA毛油;
(4)向步骤(3)所得DHA毛油中加入占油体质量2%的活性白土进行脱色,脱色温度为75℃,脱色时间为30分钟,同时抽真空并适度搅拌,过滤除去白土,对油脂进行水蒸气气提除臭,汽提温度为75℃,真空度为0.4Kpa,脱臭时间为0.5小时,然后维持真空状态下缓慢冷却,离心分离得成品油75.4g,总脂提取率为83.8%。
实施例5
(1)将破囊壶菌(Thraustochytrids)发酵液1000g(初始总脂含量为98.3g)引入絮凝沉淀罐后,加入15g明矾絮凝剂,絮凝30分钟后收集沉淀藻体,经碟片式离心机离心分离,去除絮凝剂和水分,得到泥状藻体,然后将其进行冷冻干燥,制成含水量≤5%的微藻干粉;
(2)向步骤(1)所得微藻干粉中加入500g乙酸乙酯进行浸提萃取,萃取温度为50℃,萃取次数为三次,得到萃取液;
(3)对步骤(2)所得萃取液通过真空浓缩脱除溶剂,真空度为0.35Kpa,脱除时间为3小时,得到DHA毛油;
(4)向步骤(3)所得干燥后的油体中加入占油体质量2.5%的活性白土进行脱色,脱色温度为85℃,脱色时间为40分钟,同时抽真空并适度搅拌,过滤除去白土,对油脂进行水蒸气气提除臭,汽提温度为75℃,真空度为0.4Kpa,脱臭时间为0.5小时,然后维持真空状态下缓慢冷却,离心分离得成品油81.5g,总脂提取率为82.9%。
众所周知,现有的微藻发酵液提取DHA的工艺中,总脂提取率一般都在80%以下,但从实施例1-5可以看出,本发明所述提取工艺的总脂提取率均在80%以上。
Claims (7)
1.一种萃取分离海洋微藻发酵液提取DHA的方法,其特征在于,所述方法由以下步骤组成:(1)将经过常规发酵得到的DHA微藻发酵液脱水干燥,得DHA藻粉;(2)选取低沸点的萃取剂萃取DHA藻粉,得到萃取液;(3)对萃取液进行真空浓缩,脱除溶剂后得到DHA毛油,向毛油中加入质量百分比浓度分别为50-85%磷酸溶液和30-70%的NaCl溶液,加入量分别为发酵液质量的5%~20%,在50~65℃温度下搅拌均匀后静置0.5~1小时,取上层油液,水洗至中性,然后加入质量百分比浓度为5-10%的NaOH溶液,搅拌40-50min,搅拌速度为30~80r/min,使皂粒絮凝,然后将油升温到80~100℃,当皂粒明显沉降时,停止搅拌,静置沉降,分离皂脚,再用80~100℃的热水水洗,然后真空干燥;(4)将DHA毛油进行脱色和蒸汽除臭,然后浓缩得到DHA藻油成品。
2.根据权利要求1所述的一种萃取分离海洋微藻发酵液提取DHA的方法,其特征在于,步骤(1)中的脱水干燥包括三级脱水:一级脱水是向微藻发酵液中加入絮凝剂,使藻液与藻体分离;二级脱水是将一级脱水得到的藻体沉淀进行离心分离,去除絮凝剂和水份,得到泥状藻体;三级脱水是将泥状藻体进行冷冻干燥,得到藻粉。
3.根据权利要求2所述的一种萃取分离海洋微藻发酵液提取DHA的方法,其特征在于,所述絮凝剂为壳聚糖、聚合氯化铝、聚丙烯酰胺、明矾、硫酸铝、无水氯化钙、聚合硫酸铁中的一种或任意几种的混合物,其加入量为发酵液质量的1.0-2.0%。
4.根据权利要求1所述的一种萃取分离海洋微藻发酵液提取DHA的方法,其特征在于,以质量百分比计,步骤(1)中所述DHA藻粉的含水量≤5%。
5.根据权利要求1所述的一种萃取分离海洋微藻发酵液提取DHA的方法,其特征在于,步骤(2)所述低沸点的萃取剂为6#有机溶剂、石油醚、***、己烷、丙酮、氯仿、乙醇、甲醇、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸乙酯中的一种或任意几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种萃取分离海洋微藻发酵液提取DHA的方法,其特征在于,步骤(2)所述萃取剂的加入量占发酵液质量的40%~60%,萃取温度为45~60℃,萃取次数为2-4次。
7.根据权利要求1所述的一种萃取分离海洋微藻发酵液提取DHA的方法,其特征在于,步骤(3)所述真空浓缩的真空度≤0.4Kpa,且溶剂的脱除时间为1~5小时。
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