CN107083280B - 一种利用微生物纤维分离微生物油脂的方法 - Google Patents

一种利用微生物纤维分离微生物油脂的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用微生物纤维分离微生物油脂的方法，该方法包括以下步骤：利用醋杆菌科所属微生物发酵后得到微生物纤维，将微生物纤维涂布于载体上，得到超亲水过滤材料；对产油微生物发酵结束后得到的发酵液进行破壁，得到含有微生物粕、微生物油脂和发酵液水相的三相混合物；获得的三相混合物利用超亲水过滤材料过滤后即实现油水分离。本发明的方法避免了现有三相离心分离工艺中的水相中残油问题；避免了全程溶剂萃取的安全和成本问题。使用本分离方法能提高生产艺过程中产品的收率1‑3%，有效提升了生产的经济效益。

Description

一种利用微生物纤维分离微生物油脂的方法
技术领域
本发明涉及从微生物发酵产物中分离微生物油脂，特别是利用微生物纤维作为过滤材料实现油水分离获得生物油脂的方法。
背景技术
日常生活中食用油脂的来源主要包括植物种子，动物脂肪以及微生物油脂。微生物油脂是真菌等微生物在生长过程中积累在细胞内的油脂，其主要成分与动植物油脂的不同在于大多数微生物油脂含有长链多不饱和脂肪酸(PUFA)，如二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳六烯酸(DHA)等，这些多不饱和脂肪酸除了在维持正常生理代谢上有重要作用之外，研究还表明EPA在内的多不饱和脂肪酸的可以通过改善凝血而有效的降低心血管疾病发作和发作带来的危害；DHA也是构成视网膜的重要物质，特别是对孕妇，婴幼儿和儿童，这一类微生物油脂产品目前被广泛应用做成人和婴幼儿的营养添加剂，能为生产企业带来可观的经济效益。
发酵法是目前获得微生物油脂，特别是多不饱和脂肪酸的成熟工业方法。发酵法利用水相培养基使产油微生物菌种增殖得到有利用价值的生物量后，通过破坏微生物细胞壁使油脂游离，然后分离得到微生物油脂。现有微生物油脂分离生产工艺流程主要分为溶剂萃取法和物理分离法两种，专利201310497556.1公布的方法包括：将发酵结束后得到的发酵液通过分离***，制得含水量在30-80wt％的湿菌体；将湿菌体和萃取用有机溶剂混合均匀后循环破碎，使微生物油脂萃取到有机溶剂中，最后将循环破碎后的菌体混合液经过固液分离得到混合油及菌粕；将混合油脱溶得到微生物油脂，这种方法成本较高，需要使用大量的乙醇和正己烷作为溶剂，操作设备复杂，安全要求高。专利201310437324.7公开的方法是将发酵液直接过滤浓缩后利用吸水树脂进一步吸收其中的水分，然后利用高压匀浆机破壁；再将吸油材料浸入破碎的细胞发酵液中吸收发酵液中的油脂，最后通过挤压或离心方式将分离出微生物毛油。专利200910225296.6公开的方法是浓缩均质后利用三相离心机进行离心，获得油相，水相和微生物菌体残渣。上述两种物理分离方法的缺点是油水混合物分离不完全，实际生产中三相离心后水相会有1-3％的残油，而吸油材料中也会有残油剩余，考虑到DHA等微生物油脂的市场价格在400元每公斤，因此这些残油的存在会降低产品收率，造成经济损失。
因此，目前亟需研究一种方法能够有效分离水相中含有的微生物油脂。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供了一种简便高效的从微生物发酵后油水混合物中提取生物油脂的方法。
具体采用的技术方案如下：
本发明的第一个方面，提供一种利用微生物纤维分离微生物油脂的方法，该方法包括以下步骤：
利用醋杆菌科所属微生物发酵后得到的微生物纤维涂布于载体上，得到超亲水过滤材料；
对产油微生物发酵结束后得到的发酵液进行破壁，得到含有微生物粕、微生物油脂和发酵液水相的三相混合物；
获得的三相混合物利用超亲水过滤材料过滤后即实现油水分离。
本发明的第二个方面，提供一种分离微生物油脂的超亲水过滤材料，该材料是通过以下方法制备得到的：
利用醋杆菌(Acetobacter)科所属微生物发酵后得到醋杆菌纤维，涂布于载体上，得到超亲水过滤材料。
本发明的第三个方面，提供一种上述超亲水过滤材料在分离微生物油脂中的应用。
与现有技术相比，本发明如下有益效果：
本发明利用醋杆菌科所属微生物发酵后得到的微生物纤维制备微生物过滤材料替代现有生产工艺中水相离心和部分萃取操作，由于醋酸杆菌科所属微生物发酵后得到的微生物纤维具有纯度高、极强的水结合性和极强的超亲水性，微生物纤维过滤材料可以快速高效的实现油水分离，分离出的水相中含油量降低到0.1％，与现有技术相比，有效的提高最终产品微生物油脂的收率1～3％，取得的效果显著。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是实施例1中的利用微生物纤维分离微生物油脂的***示意图。
图2是实施例2中的利用微生物纤维分离微生物油脂的***示意图。
其中，1、发酵罐，2、砂磨机、3、三相卧螺离心机，4、毛油暂存罐，5、板框压滤机，6、碟片离心机，7、高压均质机。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、部件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中从产油分离微生物发酵液中分离提取生物油脂的方法具有产品收率低、成本高等不足，为了解决如上的技术问题，本发明的第一个方面提供一种利用微生物纤维分离微生物油脂的方法，该方法包括以下步骤：
(1)利用醋杆菌(Acetobacter)科所属微生物发酵后得到微生物纤维，将微生物纤维涂布于载体上，得到超亲水过滤材料；
(2)对产油微生物发酵结束后得到的发酵液进行破壁，得到含有微生物粕、微生物油脂和发酵液水相的三相混合物；
(3)获得的三相混合物利用超亲水过滤材料过滤后即实现油水分离。
步骤(1)中，本发明中的微生物来源包括醋杆菌(Acetobacter)科所属微生物，醋杆菌(Acetobacter)科所属微生物包括巴氏醋杆菌(Acetobacter pasteurianus)，例如，20002；醋酸醋杆菌(Acetobacter aceti)，例如，21684，均可通过中国工业微生物菌种保藏管理中心(CICC)购买得到，木醋杆菌(Acetobacter xylinus)，例如，23767TM，可通过美国模式培养物集存库(ATCC)购买得到。但是对这些菌种来源并没有特别的限定，也可采用其它常规途径购买得到。
形成微生物纤维的微生物纤维素的基本单元是六碳糖由β-(1，4)糖苷键连接组成的纤维素长链，该长链具有丰富的亲水性基团-羟基，这些丰富的亲水性基团具有较高的亲水性。在本发明优选的技术方案中，所述醋杆菌(Acetobacter)科所属微生物为木醋杆菌(Acetobacter xylinus)，能够通过常规的市售途径购买得到，可以为23767TM，可通过美国模式培养物集存库(ATCC)购买得到，但并不仅仅限于此，任何可以产生微生物纤维的木醋杆菌均可。选用此菌种产生的微生物纤维，是由于其产生的微生物纤维的亲水性十分优异，适合分离微生物油脂，并且取得了突出的技术效果。
在本发明优选的技术方案中，利用醋杆菌(Acetobacter)科所属微生物发酵后得到微生物纤维的具体方法包括：
将木醋杆菌(Acetobacter xylinus)进行培养发酵，培养基配方为：蛋白胨10.0g，牛肉浸膏5.0g，NaCl 5.0g，葡萄糖10.0g，蒸馏水定容至1L，pH 6.0；培养温度为30℃；需氧类型：好氧；发酵时间：14天。
将完成培养发酵的木醋杆菌发酵液初步浓缩，然后除去水分得到微生物纤维滤饼，将此微生物纤维滤饼进行剪切粉碎得到长度不大于10mm的细纤维，然后与羟甲基纤维素助剂混合打浆后，得到微生物纤维浆料，将此浆料均匀涂布在载体上，涂布量在50-200克每平方米，涂布后烘干，即可得到超亲水过滤材料。
在本发明优选的技术方案中，所述载体是滤布，更具体应用形式是压滤机滤布或布袋过滤器滤袋。
步骤(2)中，所述产油微生物为破囊壶菌(Thraustochytrids)科或小球藻科(Chlorella vulgaris)所属微生物。
破囊壶菌(Thraustochytrids)科或小球藻科(Chlorella vulgaris)所属微生物发酵产生的微生物油脂中多不饱和脂肪酸含量丰富，高达70％以上，尤其是DHA、EPA和DPA的含量很高。在本发明优选的技术方案中，所述破囊壶菌(Thraustochytrids)科所属微生物包括裂殖壶菌(Schizochytrium)，小球藻科(Chlorella vulgaris)所属微生物包括雨生红球藻(Haematococcus Pluvialis)。
在本发明优选的技术方案中，所述的微生物油脂的成分包括二十二碳六烯酸(DHA)、二十碳五烯酸(EPA)、二十一碳五烯酸(DPA)和二十四碳一烯酸(C24:1(15))及其它们的甘油三酯形式。
本发明具体的应用技术方案之一是：首先对产油微生物发酵结束后得到的发酵液进行浓缩，然后进行破壁得到混合有微生物粕、微生物油脂和发酵液水相的三相混合物；再对此三相混合物进行三相离心分离，最后离心分离后的含油水相进入装配微生物纤维材料滤布的板框压滤机或布袋过滤器中，使得油相和水相分离，回收水相中的残油。
本发明另一具体的应用技术方案是：首先对产油微生物发酵结束后得到的发酵液进行破壁得到混合有微生物粕、微生物油脂和发酵液水相的三相混合物；然后此三相混合物进入装配微生物纤维材料滤布的板框压滤机或布袋过滤器中进行分离，水相被分离出，得到固相和油相作为滤渣，再通过离心分离出油相，并对作为滤渣的微生物粕进行萃取回收残油。
本发明的方法避免了现有三相离心分离工艺中的水相中残油问题；避免了全程溶剂萃取的安全和成本问题。使用本分离方法能提高生产艺过程中产品的收率1-3％，有效提升了生产的经济效益。
本发明的第二个方面，提供一种分离微生物油脂的超亲水过滤材料，该材料是通过以下方法制备得到的：
利用醋杆菌(Acetobacter)科所属微生物发酵后得到醋杆菌纤维，将醋杆菌纤维涂布于载体上，得到超亲水过滤材料。
本发明的第三个方面，提供一种上述超亲水过滤材料在分离微生物油脂中的应用。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
如图1所示，发酵罐1中的裂殖壶菌发酵后收获液进入砂磨机2进行研磨破壁，而后三相混合物进入三相卧螺离心机3分离，固相藻粕分出后收集进入萃取车间，含有DHA微生物油脂的轻质油相进入毛油暂存罐4，含有大约2-5％的残油的水相进入带有木醋杆菌纤维滤布的板框压滤机5进行连续压滤，水相流出作为废水，残油的油相不能通过木醋杆菌纤维滤布，作为滤饼收集后进入毛油暂存罐4。经模拟实验检测，废水中的残油为0.1％，相比于现有技术中的工艺，提高生产艺过程中产品的收率3％，达到本发明专利的预期指标。
其中，所述木醋杆菌纤维滤布的制备方法，具体包括以下步骤：
将木醋杆菌(Acetobacter xylinus)23767TM进行培养发酵，培养基配方为：蛋白胨10.0g，牛肉浸膏5.0g，NaCl 5.0g，葡萄糖10.0g，蒸馏水定容至1L，pH 6.0；培养温度为30℃；需氧类型：好氧；发酵时间：14天。
将完成培养发酵的木醋杆菌发酵液通过离心方式初步浓缩，然后通过压滤机除去水分得到微生物纤维滤饼，将此微生物纤维滤饼进行剪切粉碎得到长度不大于10mm的细纤维，然后与羟甲基纤维素助剂混合利用砂磨机打浆后，得到微生物纤维浆料，将此浆料均匀涂布在载体上，涂布量在150克每平方米，涂布后烘干，即可得到木醋杆菌纤维滤布。
实施例2
如图2所示，发酵罐1中的雨生红球藻发酵后收获液首先进入碟片离心机6进行浓缩，使其含水量降至85％以下，浓缩收获液随后进入高压均质机7进行均质破壁，形成均匀的三相混合浆料，然后此浆料含有进入带有木醋杆菌纤维滤布(实施例1中制备得到的)的板框压滤机5进行连续压滤，水相作为废水被排出，固相藻渣和微生物油脂作为滤饼被收集后进入蝶式离心机6进行分离，得到的雨生红球藻微生物油脂进入毛油暂存罐4，离心后的粕进入萃取工段。经模拟实验检测，废水中的残油为0.08％，相比于现有技术中的工艺，提高生产艺过程中产品的收率3％，达到本发明专利的预期指标。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种利用微生物纤维分离微生物油脂的方法，其特征是，该方法包括以下步骤：
利用醋杆菌(Acetobacter)科所属微生物发酵后的微生物纤维涂布于载体上，得到超亲水过滤材料；
超亲水过滤材料的具体制备方法是：将完成培养发酵的木醋杆菌发酵液初步浓缩，然后除去水分得到微生物纤维滤饼，将此微生物纤维滤饼进行剪切粉碎得到长度不大于10mm的细纤维，然后与羟甲基纤维素助剂混合打浆后，得到微生物纤维浆料，将此浆料均匀涂布在载体上，涂布量在50-200克每平方米，涂布后烘干，即可得到超亲水过滤材料；
对产油微生物发酵结束后得到的发酵液进行破壁，得到含有微生物粕、微生物油脂和发酵液水相的三相混合物；所述微生物油脂的成分包括二十二碳六烯酸(DHA)、二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳五烯酸(DPA)和二十四碳一烯酸及其它们的甘油三酯形式；
获得的三相混合物利用超亲水过滤材料过滤后即实现油水分离。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是：所述载体是滤布。
3.如权利要求2所述的方法，其特征是：所述滤布为压滤机滤布或布袋过滤器滤袋。
4.如权利要求1所述的方法，其特征是，具体的应用方案是：首先对产油微生物发酵结束后得到的发酵液进行浓缩，然后进行破壁得到混合有微生物粕、微生物油脂和发酵液水相的三相混合物；再对此三相混合物进行三相离心分离，最后离心分离后的含油水相进入装配微生物纤维材料滤布的板框压滤机或布袋过滤器中，使得油相和水相分离，回收水相中的残油。
5.如权利要求1所述的方法，其特征是，具体的应用方案是：首先对产油微生物发酵结束后得到的发酵液进行破壁得到混合有微生物粕、微生物油脂和发酵液水相的三相混合物；然后此三相混合物进入装配微生物纤维材料滤布的板框压滤机或布袋过滤器中进行分离，水相被分离出，得到固相和油相作为滤渣，再通过离心分离出油相，并对作为滤渣的微生物粕进行萃取回收残油。
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