專利名稱：微藻處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微藻加工領(lǐng)域，具體而言，涉及微藻的處理方法。
背景技術(shù)：
微藻是一類個(gè)體微小的光能自養(yǎng)和/或異養(yǎng)型單細(xì)胞生物，具有分布廣泛、種類繁多、光合效率高、生長(zhǎng)速度快、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。微藻每年固定的CO2約占全球凈光合產(chǎn)量的40%，再加上其富含脂類、烴類、蛋白、可溶性多糖，以及蝦青素、β-胡蘿卜素等高價(jià)值天然色素，因此在環(huán)保、能源和健康等問題備受矚目的今天，微藻越來越受到人們的關(guān)注。微藻養(yǎng)殖完成后，要對(duì)其進(jìn)行收集、干燥、破壁與提取等處理以獲得微藻藻油。微藻收集一直是制約微藻產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。由于微藻個(gè)體微小、生物量濃度較低，且細(xì)胞密度與水體相當(dāng)，傳統(tǒng)的收集方法為離心、過濾與絮凝沉淀法。傳統(tǒng)的微藻處理需要經(jīng)過收集、干燥、破壁與提取等步驟，處理工藝復(fù)雜，能耗高， 環(huán)境有好些差，對(duì)有效成分保護(hù)不夠。傳統(tǒng)的收集方法為離心、過濾、絮凝沉淀法與溶氣氣浮法等，以上方法或存在著能耗高、效率低，或存在收集裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，或存在環(huán)境友好性差等問題。微藻藻油提取的傳統(tǒng)方法多為有機(jī)溶劑法、壓榨法與超臨界萃取法，以上方法要求對(duì)微藻先進(jìn)行干燥處理。傳統(tǒng)的干燥方法多為冷凍干燥與噴霧干燥，以上干燥方法能耗
很1 。由于微藻具有纖維素性細(xì)胞壁，某些種類的微藻細(xì)胞壁厚、質(zhì)地堅(jiān)硬，在對(duì)微藻藻油進(jìn)行提取前需進(jìn)行破壁處理以提高藻油提取率。傳統(tǒng)的微藻破壁方法很多，如傳統(tǒng)上的機(jī)械粉碎、凍融、超聲波、膠體磨等物理方法和生物酶解方法等。近幾年先后提出了氣爆法、 高壓均質(zhì)法和超高速氣體粉碎法等。但上述方法都存在明顯的缺點(diǎn)，或用時(shí)較長(zhǎng)、或溫度較高、或粉碎效果不佳、或沒有有效保護(hù)生物活性成分。結(jié)果導(dǎo)致細(xì)胞壁破壁效率低下以及生物活性成分損失嚴(yán)重。其中中國(guó)科學(xué)院海洋研究所劉建國(guó)等人提出了一種微藻細(xì)胞破壁方法 (CN02153296. 6-海藻細(xì)胞壁的汽爆破壁方法)，該方法先將微藻物料通過人工添加保護(hù)劑形成均質(zhì)保護(hù)層，然后將微藻加壓到400bar，再讓物料瞬間失壓至常壓狀態(tài)，使失壓的物料以3倍以上的音速快速噴出，在降壓過程中，微藻粒子由于受到撞擊效應(yīng)、剪切效應(yīng)和空穴效應(yīng)的聯(lián)合作用而迅速破壁。該方法具有操作壓力高、需要添加保護(hù)劑、破壁前進(jìn)行低溫預(yù)處理等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)以上缺點(diǎn)，提出了藻液破壁與干燥的新方法，該方法將微藻收集、破壁與干燥一步完成。具體而言，本發(fā)明提供了一種微藻處理方法，包括調(diào)節(jié)微藻藻液的PH值；通入氣體對(duì)調(diào)節(jié)PH值后的微藻藻液進(jìn)行加壓；對(duì)加壓后的微藻藻液進(jìn)行加熱；保持加壓加熱狀態(tài)；使加壓加熱后的微藻藻液進(jìn)入常溫常壓環(huán)境，并與常溫常壓環(huán)境中設(shè)置的多孔擋板發(fā)生碰撞。本發(fā)明將調(diào)節(jié)PH值后的微藻藻液通過高壓泵直接輸送到高壓罐中，同時(shí)將一定量的氣體也加入到高壓罐中，并使高壓罐升高到一定的壓力。然后對(duì)高壓罐中物料進(jìn)行加熱，加熱的同時(shí)進(jìn)行攪拌。停留一段時(shí)間后，讓微藻藻液瞬間失去壓力至常壓狀態(tài)，失壓的物料高速噴出，在管道出口與多孔擋板發(fā)生撞擊，微藻細(xì)胞在撞擊、膨脹、加熱、水解等作用下發(fā)生破壁。同時(shí)在常壓罐中氣體將大部分水?dāng)y帶出，與破壁的微藻、藻油分離，藻油、破壁后的微藻與小部分水留在罐中，在一個(gè)工藝中實(shí)現(xiàn)微藻的收集、干燥與破壁等過程。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，將含水量在80%以上的微藻藻液加入到高壓罐中， 并在高壓罐中加入少量堿使藻液pH = 7 9，或者加入少量的酸使藻液pH = 5 7，然后向高壓罐中充入隊(duì)或者CO2氣體使高壓罐中使壓力升到1 20MPa，優(yōu)選8 12MPa。然后將高壓罐進(jìn)行加熱到80 120°C，優(yōu)選80 100°C，此時(shí)，高壓罐中的壓力上升到10 15MPa，并保持加壓加熱狀態(tài)IOmin 120min，優(yōu)選IOmin 30min，同時(shí)對(duì)物料進(jìn)行攪拌。 然后打開高壓罐后閥門使物料瞬間失壓至常壓狀態(tài)，失壓的物料以高速噴出，與管線出口的多孔擋板發(fā)生撞擊。大部分水被氣體攜帶到常壓罐后的收集罐中，常壓罐的溫度為室溫。 破壁后的微藻以及藻油留在常壓罐。經(jīng)過以上過程實(shí)現(xiàn)微藻破壁，藻油提取率在90%以上， 同時(shí)藻液中的水、微藻內(nèi)的水被攜帶出，從而與微藻、藻油實(shí)現(xiàn)分離，藻液含水量達(dá)到45% 以下，達(dá)到微藻部分干燥的效果。本文中所述的微藻藻液是指微藻及其培養(yǎng)液，含水量在85%以上。上述方法中的微藻優(yōu)選小球藻(chlorella)。上述方法中用于調(diào)節(jié)pH值的酸優(yōu)選硫酸、鹽酸、醋酸中的至少一種。上述方法中用于調(diào)節(jié)pH值的堿優(yōu)選氫氧化鈉、氫氧化鉀中的至少一種。上述方法中所述的常溫為室溫，常壓為大氣壓。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1)不需要添加保護(hù)劑和低溫預(yù)處理等工藝步驟，工藝流程簡(jiǎn)單，能耗低。2)用于加壓的氣體還可以在將藻液泄放到常壓的步驟中起到帶走水分的作用，一步完成微藻的破壁、干燥和收集，可以將微藻藻液中的水分由90%左右降低到40%左右， 降低約50%。3)操作壓力和溫度不高，能耗低，油脂活性組分不易破壞。4)在本發(fā)明的工藝步驟中，綜合利用了酸或堿催化水解、加熱膨脹、壓力差、以及撞擊多孔擋板等手段進(jìn)行微藻破壁，微藻細(xì)胞在撞擊、膨脹、加熱、水解等作用下發(fā)生破壁， 破壁效率高，藻油提取率在90%以上，甚至達(dá)到95%以上。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的微藻破壁、干燥示意裝置圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的各個(gè)方面和特點(diǎn)作進(jìn)一步的描述。圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的微藻破壁、干燥示意裝置圖。其中1為高壓泵，2為高壓泵，3為高壓罐，4為加熱爐，5為常壓罐。圖1示出的流程為將藻液、藻泥與一定量的酸或者堿混合液通過高壓泵直接輸送到高壓罐中，同時(shí)將一定量的氣體( 或CO2)也加入到高壓罐中，并使高壓罐壓力升高到一定壓力。然后將高壓罐進(jìn)行加熱到一定溫度，同時(shí)使壓力升高到。以上溫度、壓力條件下的物料在高壓罐中停留一段時(shí)間，同時(shí)對(duì)物料攪拌進(jìn)行攪拌。然后打開高壓罐后閥門使物料瞬間失壓至常壓狀態(tài)，失壓的物料以高速噴出，與管線出口的多孔擋板發(fā)生撞擊(利于破壁)。大部分水被氣體攜帶到常壓罐外，常壓罐的溫度為室溫。破壁后的微藻以及藻油留在常壓罐。破壁后藻油提取率的測(cè)試方法如下取少量未處理藻泥置烘箱105°C下烘干，按 GC第二法測(cè)定脂肪本底值( ；取提油后藻渣置烘箱105°C下烘干，按GC第二法測(cè)定脂肪含量Cs，Sms為提取用藻的干重質(zhì)量，ms為提取后藻渣的干重質(zhì)量(g)，根據(jù)公式提取率=
(C藻Xm藻C瘦Xm瘦)/C藻Xm藻i十胃下面的實(shí)施例可以使本領(lǐng)域技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。實(shí)施例1取含水量為88. 6%的小球藻(chlorella)(原藻含油率為四· 145% (干基))藻液400ml，然后向小球藻藻液中滴加醋酸，調(diào)節(jié)W1值為5。將調(diào)節(jié)好的藻液加入到高壓罐中， 然后向高壓罐中加入高壓氮?dú)?，使高壓罐中壓力維持在8MPa。將高壓罐加熱到80°C，同時(shí)壓力上升到lOMPa，在該條件下維持池。然后將物料泄放到常溫常壓罐中，破壁后的微藻以及藻油留在常壓罐，同時(shí)大量水被氮?dú)鈹y帶出常壓罐，達(dá)到部分微藻干燥的效果。然后對(duì)真空罐中收集得到的產(chǎn)品進(jìn)行藻油提取率的測(cè)試，破壁后藻油提取率為86. 8%。實(shí)施例2取含水量為88. 6%的異氧小球藻(chlorella vulga)(原藻含油率為29. 145% (干基))藻液400ml，然后向小球藻藻液中滴加氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)W1值為9。將調(diào)節(jié)好的藻液加入到高壓罐中，然后向高壓罐中加入高壓氮?dú)猓垢邏汗拗袎毫S持在12MPa。將高壓罐加熱到120°C，同時(shí)壓力上升到15MPa，在該條件下維持lOmin。然后將物料泄放到常溫常壓罐中，破壁后的微藻以及藻油留在常壓罐，同時(shí)大量水被氮?dú)鈹y帶出常壓罐，達(dá)到部分微藻干燥的效果。然后對(duì)真空罐中收集得到的產(chǎn)品進(jìn)行藻油提取率的測(cè)試，破壁后藻油提取率為98. 3%。實(shí)施例3取含水量為99. 7%的異氧小球藻(chlorella vulga)(原藻含油率為29. 145% (干基))藻液400ml，然后向小球藻藻液中滴加硫酸，調(diào)節(jié)W1值為6。將調(diào)節(jié)好的藻液加入到高壓罐中，然后向高壓罐中加入高壓氮?dú)?，使高壓罐中壓力維持在12MPa。將高壓罐加熱到110°C，同時(shí)壓力上升到14. 5MPa，在該條件下維持lh。然后將物料泄放到常溫常壓罐中，破壁后的微藻以及藻油留在常壓罐，同時(shí)大量水被氮?dú)鈹y帶出常壓罐，達(dá)到部分微藻干燥的效果。然后對(duì)真空罐中收集得到的產(chǎn)品進(jìn)行藻油提取率的測(cè)試，破壁后藻油提取率為 95. 3%。實(shí)施例4取含水量為99. 7%的異氧小球藻(chlorella vulga)(原藻含油率為29. 145% (干基))藻液400ml，然后向小球藻藻液中滴加氫氧化鉀溶液，調(diào)節(jié)W1值為8。將調(diào)節(jié)好的藻液加入到高壓罐中，然后向高壓罐中加入高壓氮?dú)猓垢邏汗拗袎毫S持在llMPa。將高壓罐加熱到100°C，同時(shí)壓力上升到13MPa，在該條件下維持30min。然后將物料泄放到常溫常壓罐中，破壁后的微藻以及藻油留在常壓罐，同時(shí)大量水被氮?dú)鈹y帶出常壓罐，達(dá)到部分微藻干燥的效果。然后對(duì)真空罐中收集得到的產(chǎn)品進(jìn)行藻油提取率的測(cè)試，破壁后藻油提取率為96. 2%。實(shí)施例1至實(shí)施例4的工藝條件和結(jié)果如表1所示。表1工藝條件和結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種微藻處理方法，包括 調(diào)節(jié)微藻藻液的PH值；通入氣體對(duì)調(diào)節(jié)PH值后的微藻藻液進(jìn)行加壓； 對(duì)加壓后的微藻藻液進(jìn)行加熱； 保持加壓加熱狀態(tài)；使加壓加熱后的微藻藻液進(jìn)入常溫常壓環(huán)境，并與常溫常壓環(huán)境中設(shè)置的多孔擋板發(fā)生碰撞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述氣體為氮?dú)饣蚨趸?，所述保持加壓加熱狀態(tài)時(shí)的壓力為10 15MPa。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，將加壓后的微藻藻液加熱到80 120°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，將加壓后的微藻藻液加熱到80 100°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求2中任一項(xiàng)所述的方法，其中，保持加熱加壓狀態(tài)IOmin 120min。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，保持加熱加壓狀態(tài)IOmin 30min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過加入酸將微藻藻液的PH值調(diào)節(jié)到5 7，其中酸選自硫酸、鹽酸、醋酸中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過加入堿將微藻藻液的PH值調(diào)節(jié)到7 9，其中堿選自氫氧化鈉、氫氧化鉀中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1中任一項(xiàng)所述的方法，其中常溫常壓環(huán)境為室溫和大氣壓環(huán)境。
全文摘要
本發(fā)明提供一種微藻處理方法，包括調(diào)節(jié)微藻藻液的pH值；通入氣體對(duì)調(diào)節(jié)pH值后的微藻藻液進(jìn)行加壓；對(duì)加壓后的微藻藻液進(jìn)行加熱；保持加壓加熱狀態(tài)；使加壓加熱后的微藻藻液進(jìn)入常溫常壓環(huán)境，并與常溫常壓環(huán)境中設(shè)置的多孔擋板發(fā)生碰撞。本發(fā)明提供的方法具有工藝流程簡(jiǎn)單，能耗低，一步完成微藻的破壁、干燥和收集，可以將微藻藻液中的水分降低約50％，操作壓力和溫度不高，油脂活性組分不易破壞，藻油提取率最優(yōu)達(dá)到95％以上的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C12N1/06GK102504999SQ201110435889
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者宋慶峰, 宋成才, 張玉寶, 曹雅琴, 杜娟, 王青, 程樂明, 谷蔚, 趙曉 申請(qǐng)人:新奧科技發(fā)展有限公司