一種從微藻粉中超臨界萃取DHA油脂的方法與流程

本發明涉及微生物油脂提取
技術領域：
，特別涉及一種用超臨界CO2萃取法提取多不飽和脂肪酸油脂DHA的方法。
背景技術：
：DHA，二十二碳六烯酸英文縮寫，俗稱腦黃金，化學名稱為二十二碳-4，7，10，13，16，19-烯酸(全順式)，含有6個不飽和雙鍵，是一種重要的多不飽和脂肪酸(Polyunsaturatedfattyacid)，屬于ω-3系列多不飽和脂肪酸，存在于人體的各個器官中。DHA是大腦和視網膜中的重要結構性脂肪酸，分別占大腦和視網膜所含有全部ω-3脂肪酸的97％和93％。它還是心臟的重要組成，具有抗心血管病、促進智力發育和抑癌等作用。因此，近年來廣泛被用保健膠囊、食品、飼料等產品中。多項研究都證明，從嬰兒期到成年，每個人都能從DHA的足量供應中獲益。傳統上，ω-3多不飽和脂肪酸包括DHA主要是從海洋魚油中提取，但隨著海洋漁業資源的日益緊張，魚油很難滿足人們對于ω-3多不飽和脂肪酸的需求。同時，以魚油為原料生產的ω-3多不飽和脂肪酸存在腥臭味，后處理過程要經油水分離、濃縮、蒸餾、精制、脫臭等步驟，工藝復雜，產品價格昂貴。海洋微生物，特別是一些微藻與真菌，被認為是海洋食物鏈中ω-3多不飽和脂肪酸的原始生產者。海洋魚類自身并不能合成大量多不飽和脂肪酸，只是由于攝食了這類微生物才使得ω-3多不飽和脂肪酸在體內積累，其產量難以滿足要求。因此，利用海洋微生物替代魚油生產ω-3多不飽和脂肪酸DHA成為各國研究的重點，從微藻中提取不飽和脂肪酸，具有較大的開發價值。微藻DHA油脂的直接提取方法與大多數植物油類的提取方法相似，主要有物理壓榨法、有機溶劑提取法、超臨界萃取法等。物理壓榨法具有工藝簡單、配套設備少、生產靈活、油品質量好、色澤淺、風味純正等特點，但壓榨后的榨餅殘油量高，壓榨過程動力消耗大，榨條等零部件易磨損，且壓榨毛油中含有一定量的餅屑，在油脂精煉之前必須進行過濾處理，另外，榨餅通常需要再進行有機溶劑提取。有機溶劑提取法是目前國內外廣泛應用的微藻油脂提取法，按操作形式可分為浸出法、攪拌熱回流法、索氏提取法等，有機溶劑提取法的優點是，出油率高、生產過程可以控制在較低溫下進行、動力消耗小、容易實現大規模和自動化生產，但所用溶劑大多易燃，溶劑蒸汽具有一定的毒性，生產過程安全性差，此外，溶劑提取法提取的油脂中有溶劑殘留，故其質量較壓榨毛油差。超臨界CO2萃取技術在20世紀60年代才開始發展，目前在化工分離、材料制備、反應工程、生物工程等開展了廣泛的基礎研究和過程開發，由于它的萃取溫度低(CO2的臨界溫度31.1℃)、不易破壞被萃取物的生理活性、選擇性好、無溶劑殘留，具有避免產物氧化、不影響萃取物有效成分、萃取速度快、使用安全、不污染環境等優勢，特別適合用于熱敏性物質和易氧化物質的萃取和分離。利用超臨界CO2萃取技術從微藻中提取DHA藻油具有極大的應用前景，但是傳統超臨界CO2萃取方式通常存在萃取收率低、生產成本高等缺陷。微藻油脂大多存在于由較為堅韌的細胞壁所包裹的藻體細胞內，而且部分油脂以與蛋白質或糖類結合的脂蛋白、脂多糖的形式存在，較難分離出來，在油脂提取前應該對藻體進行前破壁處理，因此CO2超臨界萃取法必須與適宜的破壁方法相結合才能更有效地萃取DHA藻油。中國專利文獻CN101550078A公開了一種超臨界萃取裂殖壺菌不飽和脂肪酸的方法，通過優選萃取工藝參數，同時應用超聲波強化作用，在不改變提取物的性質的同時，能顯著提高提取效率。該發明方法萃取時間短，萃取的不飽和脂肪酸純度高，但超聲波破壁具有耗能高、破壁范圍較小、破壁效果較差等缺點。中國專利文獻CN102181320A公開了一種生物發酵DHA藻油的提取方法，包括以下步驟：a)將微藻發酵液固液分離后得到的固體物干燥，得到干燥菌體；b)以超臨界二氧化碳為萃取劑對所述干燥菌體進行萃取，得到二氧化碳流體；c)對所述二氧化碳流體進行減壓分離，得到DHA藻油。實驗表明，采用該發明提供的方法得到的DHA藻油中，DHA的含量大于40％，但提取收率最高僅為85.23％，且需要加入乙醇作為助萃取劑，存在安全風險和溶劑殘留隱患。中國專利文獻CN104388178A公開了一種從藻類細胞中提取DHA藻油的方法，包括如下步驟：(1)將藻類細胞發酵液經離心、噴霧干燥后，制備藻類細胞干粉，然后將藻類細胞干粉與無水乙醇混合均勻，然后進行高壓勻質破壁，制得破壁乙醇溶液；(2)將破壁乙醇溶液進行低溫真空蒸發，去除乙醇，制得破壁菌體；(3)取破壁菌體，進行CO2超臨界萃取，制得DHA藻油。該發明在高壓勻漿破壁前，先將藻類細胞干粉用無水乙醇浸泡，從而大幅提高萃取率和提取率。但是該方法用到有機溶劑無水乙醇，最終產品會有乙醇殘留，且采用的高壓勻質破壁效果并不理想，提取收率最高只有62.6％。中國專利文獻CN104206562A公布了一種一步法制備富含DHA的植物油的方法，它主要是通過將粉碎的裂壺藻藻粉與適量的植物油混合均勻，然后投入萃取釜中，在一定的溫度壓力下先進行靜態浸泡，再進行動態萃取，萃取完畢之后，將所得藻渣再次粉碎，并重復之前的操作進行二次萃取。該發明采用植物油替代極性溶劑作為夾帶劑添加到萃取釜中，既顯著提高裂壺藻油脂中DHA提取效率又同時免除了后期脫除有機溶劑的過程，實現了用植物油直接提取裂壺藻油脂中DHA的一種有效新方法。但是采用該方法得到的油脂是DHA混合油，DHA含量較低(10％～15％)，且提取收率最高也只有84.0％。技術實現要素：針對上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種收率較高、產品品質優異的從微藻粉中超臨界萃取DHA油脂的方法。所述從微藻粉中超臨界萃取DHA油脂的方法，包括如下步驟：(1)將干燥后的DHA微藻粉經過膨化機進行膨化處理，使微藻粉破壁，得到膨化微藻粉；(2)將膨化微藻粉裝入超臨界萃取裝置的萃取釜中；(3)以超臨界CO2為萃取劑對所述DHA膨化微藻粉進行萃取，通過調節CO2進料壓力、溫度和流量，得到含DHA毛油的超臨界CO2流體；(4)對所述含DHA毛油的超臨界CO2流體進行減壓分離，得到DHA毛油。根據本發明，步驟(1)所述膨化機采用單螺桿擠壓式膨化機或雙螺桿擠壓式膨化機，優選雙螺桿擠壓式膨化機；根據本發明，步驟(1)所述膨化破壁的膨化溫度為40～100℃，優選50～90℃，更優選60～80℃；膨化時間為30～90s，優選45～80s，更優選50～60s；步驟(1)所述微藻粉選自以裂殖壺菌(Schizochytriumsp.)、吾肯式壺藻(Ulkeniaamoeboida)、寇氏隱甲藻(Crypthecodiniumcohnii)或者破囊壺菌(Thraustochytriumsp.)為菌種，經生物發酵、噴霧干燥得到的微藻粉。根據本發明，步驟(3)所述的超臨界萃取溫度為40～80℃，優選50～70℃，更優選60℃；萃取壓力為20～50MPa，優選30～45MPa，更優選35～40MPa；萃取時間為30～120min，優選40～90min，更優選60～80min；CO2用量為0.2～1.0L/g微藻粉，優選0.5～0.7L/g微藻粉；根據本發明，步驟(4)所述的含DHA毛油的超臨界CO2流體的減壓分離優選分兩級進行減壓分離，第一級分離壓力7～11MPa，分離溫度40～55℃，第二級分離壓力4～7MPa，分離溫度30～40℃，分離后得到DHA毛油，分離后的CO2氣體進入儲罐循環使用。本發明的有益效果：(1)本發明采用膨化的方法對DHA微藻粉進行破壁處理，破壁率高，使得萃取收率明顯高于現有技術；(2)本發明采用超臨界CO2流體萃取微藻粉中的DHA，由于提取溫度低、時間短、不接觸空氣，可有效避免DHA有效成分的破壞和損失，產品中DHA的含量高，無溶劑殘留，酸價、過氧化值、茴香胺值低，產品質量好；(3)因DHA毛油產品質量好，可大大降低后續精煉的負荷，精煉收率高；另外，微藻粉經超臨界萃取完剩下的藻粕，其所含的蛋白質、多糖等營養成分不被破壞且無溶劑殘留，有利于進一步開發利用，可顯著增加經濟效益；(4)萃取過程不使用有機溶劑，產品及藻粕均無溶劑殘留，且CO2是一種不活潑氣體，屬于不燃性氣體，萃取過程不發生化學反應，無臭無味無毒，可提高生產過程的安全性、改善生產作業人員的工作環境；(5)CO2價格便宜，純度高，且能循環使用，從而降低了生產成本。附圖說明圖1是本發明的工藝流程示意圖。具體實施方式下面結合實施例對本發明做進一步闡述。實施例中未注明具體條件者，按照常規條件或制造商建議的條件進行，所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市購獲得的常規產品，其中：DHA微藻粉Ⅰ：由裂殖壺菌發酵液經噴霧干燥制備得到，含油量45.0％，水分4.8％；DHA微藻粉Ⅱ：由寇氏隱甲藻發酵液經噴霧干燥制備得到，含油量48.5％，水分3.9％。萃取收率計算公式：萃取收率＝毛油重量/(微藻粉重量×微藻粉含油量)×100％DHA的含量、酸價、過氧化值以及茴香胺值依照如下方法進行檢測：項目檢測方法DHA含量(以C22H32O2甘油三酯計)，w/％GB26400-2011酸價(以KOH計)/(mg/g)GB/T5009.37過氧化值/(meq/kg)GB/T5009.37滴定法茴香胺值GB/T24304-2009實施例1將雙螺桿膨化機加熱片升溫至60℃，取5kgDHA微藻粉Ⅰ投入膨化機，膨化時間為60s，得到膨化后的DHA微藻粉。取300g膨化后的微藻粉投入超臨界CO2萃取釜中，封閉萃取釜，打開CO2鋼瓶氣閥，CO2經過濾器、流量計、冷凝器、高壓泵使CO2壓力達到30MPa，控制CO2流量為120～130L/h，超臨界CO2經預熱器預熱至50℃后進入萃取釜對DHA微藻粉進行萃取，萃取后的CO2流體經減壓閥進入分離器Ⅰ，在8MPa、45℃條件下進行第一級分離，得到第一級毛油，經過第一級分離后的CO2流體繼續經減壓閥進入分離器Ⅱ，在4.5MPa、40℃條件下進行第二級分離，得到第二級毛油，分離后的CO2氣體進入儲罐循環使用，萃取60min后，從第一級分離器和第二級分離器收集到DHA毛油126g，萃取收率93.3％，所得DHA毛油中DHA含量為48.3％，酸價1.2mgKOH/g，過氧化值1.0meq/kg，茴香胺值5.5。實施例2將雙螺桿膨化機加熱片升溫至80℃，取5kgDHA微藻粉Ⅰ投入膨化機，膨化時間為60s，得到膨化后的DHA微藻粉。取300g膨化后的微藻粉投入超臨界CO2萃取釜中，萃取條件同實施例1，最終收集到DHA毛油129g，萃取收率95.6％，所得DHA毛油中DHA含量為47.6％，酸價1.3mgKOH/g，過氧化值1.2meq/kg，茴香胺值6.5。實施例3將雙螺桿膨化機加熱片升溫至60℃，取5kgDHA微藻粉Ⅰ投入膨化機，膨化時間為60s，得到膨化后的DHA微藻粉。取300g膨化后的微藻粉投入超臨界CO2萃取釜中，封閉萃取釜，打開CO2鋼瓶氣閥，CO2經過濾器、流量計、冷凝器、高壓泵使CO2壓力達到40MPa，控制CO2流量為120～130L/h，超臨界CO2經預熱器預熱至60℃后進入萃取釜對DHA微藻粉進行萃取，萃取后的CO2流體經減壓閥進入分離器Ⅰ，在9MPa、50℃條件下進行第一級分離，得到第一級毛油，經過第一級分離后的CO2流體繼續經減壓閥進入分離器Ⅱ，在5MPa、35℃條件下進行第二級分離，得到第二級毛油，分離后的CO2氣體進入儲罐循環使用，萃取30min后，從第一級分離器和第二級分離器收集到DHA毛油120g，萃取收率88.9％，所得DHA毛油中DHA含量為48.3％，酸價1.1mgKOH/g，過氧化值1.2meq/kg，茴香胺值6.0。實施例4將雙螺桿膨化機加熱片升溫至60℃，取5kgDHA微藻粉Ⅰ投入膨化機，膨化時間為60s，得到膨化后的DHA微藻粉。取300g膨化后的微藻粉投入超臨界CO2萃取釜中，封閉萃取釜，打開CO2鋼瓶氣閥，CO2經過濾器、流量計、冷凝器、高壓泵使CO2壓力達到40MPa，控制CO2流量為120～130L/h，超臨界CO2經預熱器預熱至60℃后進入萃取釜對DHA微藻粉進行萃取，萃取后的CO2流體經減壓閥進入分離器Ⅰ，在9MPa、50℃條件下進行第一級分離，得到第一級毛油，經過第一級分離后的CO2流體繼續經減壓閥進入分離器Ⅱ，在5MPa、35℃條件下進行第二級分離，得到第二級毛油，分離后的CO2氣體進入儲罐循環使用，萃取90min后，從第一級分離器和第二級分離器收集到DHA毛油131g，萃取收率97.0％，所得DHA毛油中DHA含量為48.0％，酸價1.4mgKOH/g，過氧化值1.3meq/kg，茴香胺值5.8。實施例5將雙螺桿膨化機加熱片升溫至80℃，取5kgDHA微藻粉Ⅰ投入膨化機，膨化時間為90s，得到膨化后的DHA微藻粉。取300g膨化后的微藻粉投入超臨界CO2萃取釜中，封閉萃取釜，打開CO2鋼瓶氣閥，CO2經過濾器、流量計、冷凝器、高壓泵使CO2壓力達到45MPa，控制CO2流量為120～130L/h，超臨界CO2經預熱器預熱至70℃后進入萃取釜對DHA微藻粉進行萃取，萃取后的CO2流體經減壓閥進入分離器Ⅰ，在11MPa、55℃條件下進行第一級分離，得到第一級毛油，經過第一級分離后的CO2流體繼續經減壓閥進入分離器Ⅱ，在6MPa、40℃條件下進行第二級分離，得到第二級毛油，分離后的CO2氣體進入儲罐循環使用，萃取120min后，從第一級分離器和第二級分離器收集到DHA毛油133g，萃取收率98.5％，所得DHA毛油中DHA含量為47.8％，酸價1.5mgKOH/g，過氧化值1.4meq/kg，茴香胺值7.0。實施例6將雙螺桿膨化機加熱片升溫至100℃，取5kgDHA微藻粉Ⅰ投入膨化機，膨化時間為30s，得到膨化后的DHA微藻粉。取300g膨化后的微藻粉投入超臨界CO2萃取釜中，封閉萃取釜，打開CO2鋼瓶氣閥，CO2經過濾器、流量計、冷凝器、高壓泵使CO2壓力達到20MPa，控制CO2流量為120～130L/h，超臨界CO2經預熱器預熱至80℃后進入萃取釜對DHA微藻粉進行萃取，萃取后的CO2流體經減壓閥進入分離器Ⅰ，在7MPa、55℃條件下進行第一級分離，得到第一級毛油，經過第一級分離后的CO2流體繼續經減壓閥進入分離器Ⅱ，在4MPa、40℃條件下進行第二級分離，得到第二級毛油，分離后的CO2氣體進入儲罐循環使用，萃取90min后，從第一級分離器和第二級分離器收集到DHA毛油125g，萃取收率92.6％，所得DHA毛油中DHA含量為48.0％，酸價1.4mgKOH/g，過氧化值1.3meq/kg，茴香胺值6.0。實施例7將雙螺桿膨化機加熱片升溫至40℃，取5kgDHA微藻粉Ⅰ投入膨化機，膨化時間為90s，得到膨化后的DHA微藻粉。取300g膨化后的微藻粉投入超臨界CO2萃取釜中，封閉萃取釜，打開CO2鋼瓶氣閥，CO2經過濾器、流量計、冷凝器、高壓泵使CO2壓力達到50MPa，控制CO2流量為120～130L/h，超臨界CO2經預熱器預熱至40℃后進入萃取釜對DHA微藻粉進行萃取，萃取后的CO2流體經減壓閥進入分離器Ⅰ，在11MPa、40℃條件下進行第一級分離，得到第一級毛油，經過第一級分離后的CO2流體繼續經減壓閥進入分離器Ⅱ，在7MPa、30℃條件下進行第二級分離，得到第二級毛油，分離后的CO2氣體進入儲罐循環使用，萃取120min后，從第一級分離器和第二級分離器收集到DHA毛油127g，萃取收率94.1％，所得DHA毛油中DHA含量為48.2％，酸價1.0mgKOH/g，過氧化值1.2meq/kg，茴香胺值5.4。實施例8將單螺桿膨化機加熱片升溫至80℃，取5kgDHA微藻粉Ⅰ投入膨化機，膨化時間為60s，得到膨化后的DHA微藻粉。取300g膨化后的微藻粉投入超臨界CO2萃取釜中，萃取條件同實施例1，從第一級分離器和第二級分離器收集到DHA毛油123g，萃取收率91.1％，所得DHA毛油中DHA含量為48.2％，酸價1.2mgKOH/g，過氧化值1.3meq/kg，茴香胺值5.8。實施例9將雙螺桿膨化機加熱片升溫至60℃，取5kgDHA微藻粉Ⅱ投入膨化機，膨化時間為60s，得到膨化后的DHA微藻粉。取300g膨化后的微藻粉投入超臨界CO2萃取釜中，萃取條件同實施例1，從第一級分離器和第二級分離器收集到DHA毛油135g，萃取收率92.8％，所得DHA毛油中DHA含量為45.2％，酸價1.2mgKOH/g，過氧化值1.0meq/kg，茴香胺值5.0。實施例10將單螺桿膨化機加熱片升溫至80℃，取5kgDHA微藻粉Ⅱ投入膨化機，膨化時間為60s，得到膨化后的DHA微藻粉。取300g膨化后的微藻粉投入超臨界CO2萃取釜中，萃取條件同實施例1，從第一級分離器和第二級分離器收集到DHA毛油132g，萃取收率90.7％，所得DHA毛油中DHA含量為45.0％，酸價1.3mgKOH/g，過氧化值1.2meq/kg，茴香胺值6.2。對比例1取300g未膨化的DHA微藻粉Ⅰ投入超臨界CO2萃取釜中，萃取條件同實施例1，最終收集到DHA毛油56g，萃取收率41.5％，所得DHA毛油中DHA含量為47.1％，酸價1.4mgKOH/g，過氧化值1.3meq/kg，茴香胺值6.5。對比例2將雙螺桿膨化機加熱片升溫至60℃，取5kgDHA微藻粉Ⅰ投入膨化機，膨化時間為60s，得到膨化后的DHA微藻粉。取300g膨化后的微藻粉，加入1.5L植物油抽提溶劑，60℃下攪拌30min，過濾，藻粕繼續加植物油抽提溶劑萃取2次，合并濾液，60℃下減壓濃縮至干，得到DHA毛油122g，萃取收率90.4％，所得DHA毛油中DHA含量45.3％，酸價1.8mg/KOH/g，過氧化值4.9meq/kg，茴香胺值13.5。當前第1頁1 2 3