藻類(lèi)脂質(zhì)組合物和制備及利用所述組合物的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及包含高脂質(zhì)含量藻類(lèi)的組合物和制備及利用所述組合物的方法。具體地，本發(fā)明涉及高脂質(zhì)含量藻類(lèi)生物質(zhì)和衍生自所述藻類(lèi)生物質(zhì)的藻類(lèi)脂質(zhì)材料、制備所述藻類(lèi)生物質(zhì)的方法以及包含所述藻類(lèi)生物質(zhì)或由所述藻類(lèi)生物質(zhì)制備的生物燃料(例如，生物柴油)和膳食組合物(例如，動(dòng)物飼料)。發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的組合物和方法用于多種應(yīng)用，包括生物燃料、膳食(例如，人和動(dòng)物營(yíng)養(yǎng))、治療應(yīng)用以及研究應(yīng)用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】藻類(lèi)脂質(zhì)組合物和制備及利用所述組合物的方法
[0001]本申請(qǐng)要求2011年7月13日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)61/507，390的優(yōu)先權(quán)，其通過(guò)引用以其整體結(jié)合到本文中。
發(fā)明領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及包含高脂質(zhì)含量藻類(lèi)的組合物和制備及利用所述組合物的方法。具體地,本發(fā)明涉及高脂質(zhì)含量藻類(lèi)生物質(zhì)和衍生自所述藻類(lèi)生物質(zhì)的藻類(lèi)脂質(zhì)材料、制備所述藻類(lèi)生物質(zhì)的方法以及包含所述藻類(lèi)生物質(zhì)或由所述藻類(lèi)生物質(zhì)制備的生物燃料(例如，生物柴油)和膳食組合物(例如，動(dòng)物飼料)。發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的組合物和方法用于多種應(yīng)用，包括生物燃料、膳食(例如，人和動(dòng)物營(yíng)養(yǎng))、治療應(yīng)用以及研究應(yīng)用。
[0003]發(fā)明背景
在最近幾年，由藻類(lèi)生產(chǎn)生物燃料(例如，生物柴油)已成為熱門(mén)的領(lǐng)域。這部分是由于高品質(zhì)農(nóng)業(yè)土地不需要生長(zhǎng)藻類(lèi)(藻類(lèi)生物質(zhì))。然而，由藻類(lèi)工業(yè)生產(chǎn)生物燃料(例如，生物柴油)仍存在挑戰(zhàn)。
[0004]此外，在最近的50年間，提供動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)的方法已改變。不再喂養(yǎng)動(dòng)物任何草料或可利用的其它材料。而是，密切監(jiān)測(cè)動(dòng)物飲食的總營(yíng)養(yǎng)值和成本。通常監(jiān)測(cè)特定飲食的動(dòng)物的品質(zhì)和性能特性，調(diào)節(jié)飼料的營(yíng)養(yǎng)組分，以使得飼料的營(yíng)養(yǎng)值最大化和動(dòng)物性能特性最優(yōu)化。
[0005]然而，成本為關(guān)鍵因素。持續(xù)研究成本-有效的動(dòng)物飼料，其不僅維持動(dòng)物，而且在許多情況下引起提聞的生長(zhǎng)和價(jià)值。
[0006]發(fā)明概述
本發(fā)明涉及包含高脂質(zhì)含量藻類(lèi)的組合物和制備及利用所述組合物的方法。具體地，本發(fā)明涉及高脂質(zhì)含量藻類(lèi)生物質(zhì)和衍生自所述藻類(lèi)生物質(zhì)的藻類(lèi)脂質(zhì)材料、制備所述藻類(lèi)生物質(zhì)的方法以及包含所述藻類(lèi)生物質(zhì)或由所述藻類(lèi)生物質(zhì)制備的生物燃料(例如，生物柴油)和膳食組合物(例如，動(dòng)物飼料)。發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的組合物和方法用于多種應(yīng)用，包括生物燃料、膳食(例如，人和動(dòng)物營(yíng)養(yǎng))、治療應(yīng)用以及研究應(yīng)用。
[0007]因此，本發(fā)明提供了一種制備包含期望的高脂肪含量(例如，至少67%總脂肪)的藻類(lèi)生物質(zhì)的方法，所述方法包括在足以提供包含期望的高脂肪含量的藻類(lèi)生物質(zhì)的培養(yǎng)條件下培養(yǎng)藻類(lèi)。本發(fā)明已鑒定可能得到包含期望水平的總脂肪(例如，至少67%總脂肪)的藻類(lèi)生物質(zhì)的培養(yǎng)條件。本發(fā)明不局限于根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生的藻類(lèi)生物質(zhì)的總脂肪含量(例如，按重量計(jì))。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，根據(jù)本發(fā)明產(chǎn)生和/或使用的藻類(lèi)生物質(zhì)包含按重量計(jì)至少67%的脂肪含量。然而，本發(fā)明還提供產(chǎn)生藻類(lèi)生物質(zhì)的組合物和方法，所述藻類(lèi)生物質(zhì)含有更大(例如，大于68%、大于69%、大于70%、大于71%、大于72%、大于73%、大于74%、大于75%、大于76%、大于77%、大于78%、大于79%、大于80%、大于81%、大于82%、大于85%或更多)或更少(例如，約66%、約65%、約64%、約63%、約62%、約61%、約60%、約59%、約58%、約57%、約56%、約55%、約54%或更少)量的總脂肪。實(shí)際上，本文描述的方法和組合物可用于產(chǎn)生含 有任何期望水平的總脂肪含量的藻類(lèi)生物質(zhì)。在一些實(shí)施方案中，藻類(lèi)生物質(zhì)以序貫的方式在兩種或更多種類(lèi)型的培養(yǎng)基中培養(yǎng)。例如，在一些實(shí)施方案中，所述兩種或更多種培養(yǎng)基中的一種培養(yǎng)基含有50 g/L的碳源、約7.5 g/L酵母提取物、約0.15g/L硫酸鎂、約0.15 g/L氯化鈣和0.15 g/L氯化鎂。本發(fā)明不局限于所述碳源。實(shí)際上，可使用多種碳源，包括但不限于碳水化合物(例如葡萄糖、果糖、木糖、蔗糖、麥芽糖或可溶性淀粉)以及油酸、脂肪(例如大豆油)、糖蜜、甘油、甘露醇和乙酸鈉、棉籽粉、甘油、糖蜜和玉米浸潰液。在一些實(shí)施方案中，所述兩種或更多種培養(yǎng)基中的另一種培養(yǎng)基含有50 g/L的碳源、約7.5 g/L酵母提取物、約4.0 g/L硫酸鎂、約I g/L尿素、約2 g/L氯化鈣、約2 g/L氯化鎂和約0.25 g/L磷酸一鉀。在一些實(shí)施方案中，所述兩種或更多種培養(yǎng)基中的一種培養(yǎng)基含有碳源、酵母提取物和海鹽。在一些實(shí)施方案中，并且如本文所述，藻類(lèi)在第一培養(yǎng)基(例如，含有葡萄糖、酵母提取物和海鹽)中培養(yǎng)；轉(zhuǎn)移至第二培養(yǎng)基(例如，含有葡萄糖、酵母提取物、硫酸鎂、氯化鈣和氯化鎂)并且在其中孵育；和轉(zhuǎn)移至第三培養(yǎng)基(例如，含有葡萄糖、酵母提取物、硫酸鎂、尿素、氯化鈣、氯化鎂和磷酸一鉀)并且在其中孵育。在一些實(shí)施方案中，所述培養(yǎng)基中的一種補(bǔ)充有分批進(jìn)給的進(jìn)料。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，第三培養(yǎng)基補(bǔ)充有分批進(jìn)給的進(jìn)料。本發(fā)明不局限于所利用的分批進(jìn)給的進(jìn)料的類(lèi)型或持續(xù)時(shí)間。在一些實(shí)施方案中，分批進(jìn)給的進(jìn)料包含尿素和磷酸一鉀。本發(fā)明不局限于用于培養(yǎng)物的培養(yǎng)基組分的量和/或比率。本文詳述可用作各種培養(yǎng)基(例如，第一培養(yǎng)基、第二培養(yǎng)基、分批培養(yǎng)基和分批進(jìn)料的培養(yǎng)基)中的每一種的組分的實(shí)例。在一些實(shí)施方案中，在 停止分批進(jìn)料的過(guò)程后12-24小時(shí)，從培養(yǎng)物(例如，從第三培養(yǎng)基)收獲藻類(lèi)生物質(zhì)。在一些實(shí)施方案中，在所有的營(yíng)養(yǎng)物已從第三培養(yǎng)基除去/消耗后，從所述培養(yǎng)基收獲藻類(lèi)生物質(zhì)。本發(fā)明不局限收獲藻類(lèi)生物質(zhì)的方式。實(shí)際上,可使用多種方式收獲生物質(zhì)，包括但不限于本文描述的方法。在一些實(shí)施方案中，經(jīng)由離心收獲藻類(lèi)生物質(zhì)。在一些實(shí)施方案中，在收獲藻類(lèi)生物質(zhì)之前，將包含藻類(lèi)生物質(zhì)的培養(yǎng)基冷卻。本發(fā)明不局限在收獲之前將包含藻類(lèi)生物質(zhì)的培養(yǎng)基冷卻的溫度。實(shí)際上，可使用多種溫度，包括但不限于本文描述的那些。在一些實(shí)施方案中，將包含藻類(lèi)生物質(zhì)的培養(yǎng)基冷卻至約5-25°C。本發(fā)明不局限用于本發(fā)明的藻類(lèi)的類(lèi)型。實(shí)際上，可使用多種藻類(lèi)(例如，單獨(dú)或組合)，包括但不限于本文描述的那些。在一些實(shí)施方案中，藻類(lèi)為來(lái)自小球藻{Chlorella、屬、裂壺藻iSchizochytriuni)屬或隱甲藻iCrypthecodiniuni)屬的藻株或種類(lèi)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，薇類(lèi)為Schizochytrium limacinum。在一些實(shí)施方案中，第一培養(yǎng)基含有約50g/L葡萄糖、約10 g/L酵母提取物和約4 g/L海鹽。在一些實(shí)施方案中，第二培養(yǎng)基含有約50 g/L葡萄糖、約7.5 g/L酵母提取物、約0.15 g/L硫酸鎂、約0.15 g/L氯化鈣和0.15g/L氯化鎂。在一些實(shí)施方案中，第三培養(yǎng)基含有約50 g/L葡萄糖、約7.5 g/L酵母提取物、約4.0 g/L硫酸鎂、約I g/L尿素、約2 g/L氯化鈣、約2 g/L氯化鎂和約0.25 g/L磷酸一鉀。在一些實(shí)施方案中，培養(yǎng)條件包括在空氣流和攪動(dòng)條件下于30°C進(jìn)行藻類(lèi)培養(yǎng)，以保持溶解的氧在約10%。在一些實(shí)施方案中，第三培養(yǎng)基(例如，在接種主發(fā)酵罐(例如，70, 000 L、120，000 L、256，000 L容器)時(shí)存在的培養(yǎng)基)含有氮(N):磷(P):鉀(K)的初始比率為46:13:8.5的培養(yǎng)基。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，在分批培養(yǎng)模式和分批進(jìn)料培養(yǎng)模式中，N:P:K比率相同。在一些實(shí)施方案中,在用于分批模式和分批進(jìn)料模式二者的培養(yǎng)基中，鎂(Mg):鈣(Ca)的比率為3:1，但是可使用更高(例如，4:1、4.5:1或更高)和更低(例如，2.5:1、2:1、1.5:1或更低)比率。在另一實(shí)施方案中，在用于分批模式和分批進(jìn)料模式二者的培養(yǎng)基中，使用1:1比率的氯(CI2):硫酸根(SO4),但是可使用更高(例如，2:1、3:1、4:1、5:1或更多)和更低(例如，1:2、1:3、1:4、1:5或更低)比率。在一些實(shí)施方案中，在接種主發(fā)酵罐(例如，70，000 L、120，000 L、256，000 L容器)時(shí)，在培養(yǎng)基中硫酸根(SO4):磷酸根(PO4)的比率為16:1，但是可使用更高(例如，20:1、25:1、30:1、32:1或更高)和更低(例如，10:1、8:1、5:1、3:1或更低)比率。在一些實(shí)施方案中，在產(chǎn)生含有期望的脂肪含量(例如，大于67%脂肪)的藻類(lèi)生物質(zhì)的全部培養(yǎng)物(例如，包括接種體、第一接種階段、第二接種階段和主發(fā)酵罐培養(yǎng)物)結(jié)束時(shí)已分批和進(jìn)料的硫酸根(SO4):磷酸根(PO4)的總比率為5.3:1，但是可使用更高(例如，5.5:1、5.7:1、6:1、7:1、8:1或更高)和更低(例如，5:1、4.5:1、4:1、3:1或更低)比率。在一些實(shí)施方案中，在接種主發(fā)酵罐(例如，70，000 L、120，000 L、256，000 L容器)時(shí)，在培養(yǎng)基中氯(Cl2):磷酸根(PO4)的比率為16:1，但是可使用更高(例如，20:1、25:1、30:1、32:1或更高)和更低(例如，10:1、8: 1、5:1、3:1或更低)比率。在一些實(shí)施方案中，在產(chǎn)生含有期望的脂肪含量(例如，大于67%脂肪)的藻類(lèi)生物質(zhì)的全部培養(yǎng)物(例如，包括接種體、第一接種階段、第二接種階段和主發(fā)酵罐培養(yǎng)物)結(jié)束時(shí)已分批和進(jìn)料的氯(Cl2):磷酸根(PO4)的總比率為5.3:1，但是可使用更高(例如，5.5:1,5.7:1、6:1、7:1、8:1 或更高)和更低(例如，5:1、4.5:1、4:1、3:1 或更低)比率。
[0008]本發(fā)明還提供具有期望的高脂肪含量(例如，按重量計(jì)至少67%的總脂肪含量)的藻類(lèi)生物質(zhì)。在一些實(shí)施方案中，生物質(zhì)包含約170-250 mg/g 二十二碳六烯酸(DHA)和/或約150-400 mg/g棕櫚酸。在一些實(shí)施方案中,本發(fā)明提供了一種包含藻類(lèi)生物質(zhì)(例如，干燥的藻類(lèi)生物質(zhì))或其組分(例如，其脂肪酸組分)的脂質(zhì)組合物、食品或其它材料。在一些實(shí)施方案中，藻類(lèi)生物質(zhì)(例如，干燥的藻類(lèi)生物質(zhì)(例如，根據(jù)本文描述的方法產(chǎn)生的))含有期望量的 總脂肪和/或其它組分(例如，大于約68%總脂肪、大于約69%總脂肪、大于約70%總脂肪、大于約71%總脂肪、大于約72%總脂肪、大于約73%總脂肪、大于約74%總脂肪、大于約75%總脂肪、大于約76%總脂肪、大于約77%總脂肪或大于約78%總脂肪)。在一些實(shí)施方案中，將本發(fā)明的藻類(lèi)生物質(zhì)(例如，含有大于67%總脂肪)干燥，使得生物質(zhì)含有少于5%水分(例如，少于4.5%水分、少于4%水分、少于3.5%水分、少于3%水分、少于2.5%水分、少于2%水分或少于1.5%水分)。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的藻類(lèi)生物質(zhì)(例如，含有少于5%水分的干燥的生物質(zhì))含有約170-250 mg/g或更多的二十二碳六烯酸(DHA)(例如，約 170-180 mg/g DHA、約 180-190 mg/g DHA、約 190-200 mg/g DHA,約200-210 mg/g DHA、約210-220 mg/g DHA、約220-230 mg/g DHA、約230-240 mg/g DHA、約240-250 mg/g DHA或多于250 mg/g DHA)。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的藻類(lèi)生物質(zhì)(例如，含有少于5%水分的干燥的生物質(zhì))含有約150-400 mg/g或更多的棕櫚酸(IUPAC名稱(chēng):十六烷酸(例如，約 150-200 mg/g、約 200-225 mg/g、約 225-250 mg/g、約 250-275mg/g、約 275-300 mg/g、約 300-325 mg/g、約 325-350 mg/g、約 350-375 mg/g、約 375-400mg/g或多于400 mg/g))。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的藻類(lèi)生物質(zhì)(例如，含有少于5%水分的干燥的生物質(zhì))含有約300-600 mg/g或更多的總脂肪酸(例如，約300-350 mg/g、約350-400 mg/g、約 400-450 mg/g、約 450-500 mg/g、約 500-550 mg/g、約 550-600 mg/g 或多于600 mg/g脂肪酸))。在一些實(shí)施方案中,本發(fā)明的藻類(lèi)生物質(zhì)(例如，含有少于5%水分的干燥的生物質(zhì))含有少于約15%蛋白質(zhì)(例如，少于約14%蛋白質(zhì)、少于約13%蛋白質(zhì)、少于約12%蛋白質(zhì)、少于約11%蛋白質(zhì)、少于約10%蛋白質(zhì)、少于約9%蛋白質(zhì)或少于約8%蛋白質(zhì))。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的藻類(lèi)生物質(zhì)或其組分用于制備生物燃料(例如，生物柴油)。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的藻類(lèi)生物質(zhì)或其組分用于制備食品(例如，動(dòng)物飼料或飼料組分)。
[0009]附圖簡(jiǎn)述
圖1描述根據(jù)本發(fā)明的各方面在大規(guī)模、異養(yǎng)藻類(lèi)生物質(zhì)生產(chǎn)期間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。
[0010]圖2顯示從若干獨(dú)立的大規(guī)模藻類(lèi)培養(yǎng)物中收獲的藻類(lèi)生物質(zhì)的脂肪酸特征。
[0011]圖3顯示利用本文所述的材料和方法收獲的生物質(zhì)的綜合脂肪酸特征。
[0012]定義
本文使用的“磷脂”是指具有以下通用結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物:
【權(quán)利要求】
1.一種制備包含至少67%總脂肪的藻類(lèi)生物質(zhì)的方法，所述方法包括在足以提供包含67%或更多總脂肪的藻類(lèi)生物質(zhì)的培養(yǎng)條件下培養(yǎng)藻類(lèi)。
2.權(quán)利要求1的方法，其中所述藻類(lèi)生物質(zhì)以序貫的方式在兩種或更多種類(lèi)型的培養(yǎng)基中培養(yǎng)。
3.權(quán)利要求2的方法，其中所述兩種或更多種培養(yǎng)基中的一種培養(yǎng)基含有50g/L的碳源、約7.5 g/L酵母提取物、約0.15 g/L硫酸鎂、約0.15 g/L氯化鈣和0.15 g/L氯化鎂。
4.權(quán)利要求3的方法，其中所述碳源為糖。
5.權(quán)利要求4的方法，其中所述糖為葡萄糖。
6.權(quán)利要求2的方法，其中所述兩種或更多種培養(yǎng)基中的一種培養(yǎng)基含有50g/L的碳源、約7.5 g/L酵母提取物、約4.0 g/L硫酸鎂、約I g/L尿素、約2 g/L氯化韓、約2 g/L氯化鎂和約0.25 g/L磷酸一鉀。
7.權(quán)利要求6的方法，其中所述碳源為糖。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述糖為葡萄糖。
9.權(quán)利要求2的方法，其中所述兩種或更多種培養(yǎng)基中的一種培養(yǎng)基含有碳源、酵母提取物和海鹽。
10.權(quán)利要求9的方法，其中所述碳源為糖。
11.權(quán)利要求10的方法，其中所述糖為葡萄糖。
12.權(quán)利要求2的方法，其中所述藻類(lèi)在含有葡萄糖、酵母提取物和海鹽的第一培養(yǎng)基中培養(yǎng)；轉(zhuǎn)移至含有葡萄糖、酵母提取物、硫酸鎂、氯化鈣和氯化鎂的第二培養(yǎng)基并且在其中孵育；和轉(zhuǎn)移至含 有葡萄糖、酵母提取物、硫酸鎂、尿素、氯化鈣、氯化鎂和磷酸一鉀的第三培養(yǎng)基并且在其中孵育。
13.權(quán)利要求12的方法，其中所述第三培養(yǎng)基有用分批進(jìn)料補(bǔ)充。
14.權(quán)利要求13的方法，其中所述分批進(jìn)料包含尿素和磷酸一鉀。
15.權(quán)利要求12的方法，其中在停止分批進(jìn)料過(guò)程后12-24小時(shí)，從第三培養(yǎng)基收獲所述藻類(lèi)生物質(zhì)。
16.權(quán)利要求15的方法，其中在所有的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)已從培養(yǎng)基除去/消耗后，從第三培養(yǎng)基收獲所述藻類(lèi)生物質(zhì)。
17.權(quán)利要求15的方法，其中通過(guò)離心包含所述藻類(lèi)生物質(zhì)的第三培養(yǎng)基，收獲所述藻類(lèi)生物質(zhì)。
18.權(quán)利要求17的方法，其中在收獲藻類(lèi)生物質(zhì)之前，將所述第三培養(yǎng)基冷卻。
19.權(quán)利要求18的方法，其中將所述第三培養(yǎng)基冷卻至約5-25°C。
20.權(quán)利要求1的方法，其中所述藻類(lèi)為Iimacinum。
21.權(quán)利要求12的方法，其中所述第一培養(yǎng)基含有約50g/L葡萄糖、約10 g/L酵母提取物和約4 g/L海鹽。
22.權(quán)利要求12的方法，其中所述第二培養(yǎng)基含有約50g/L葡萄糖、約7.5 g/L酵母提取物、約0.15 g/L硫酸鎂、約0.15 g/L氯化鈣和0.15 g/L氯化鎂。
23.權(quán)利要求12的方法，其中所述第三培養(yǎng)基含有約50g/L葡萄糖、約7.5 g/L酵母提取物、約4.0 g/L硫酸鎂、約I g/L尿素、約2 g/L氯化鈣、約2 g/L氯化鎂和約0.25 g/L磷酸一鉀。
24.權(quán)利要求1的方法，其中所述培養(yǎng)條件包括在空氣流和攪動(dòng)條件下于30°C進(jìn)行藻類(lèi)培養(yǎng)，以保持溶解的氧在10%。
25.權(quán)利要求1的方法，其中在無(wú)菌條件下培養(yǎng)藻類(lèi)。
26.一種總脂肪含量為按重量計(jì)至少67%的藻類(lèi)生物質(zhì)，所述生物質(zhì)包含約170-250mg/g 二十二碳六烯酸(DHA)和約150-400 mg/g棕櫚酸。
27.一種脂質(zhì)組合物，所述組合物由權(quán)利要求26的藻類(lèi)生物質(zhì)制備。
28.一種食品，所述食品包含權(quán)利要求27的脂質(zhì)組合物。
29.一種食品，所述食品包含權(quán)利要求26的藻類(lèi)生物質(zhì)。
30.一種總脂肪含量為按重量計(jì)至少67%的藻類(lèi)生物質(zhì)。
31.總脂肪含量為按重量計(jì)至少67%的藻類(lèi)生物質(zhì)在制備生物燃料中的用途。
32.權(quán)利要求31的用途，其中所述生物燃料為生物柴油。
【文檔編號(hào)】C12P7/64GK103917636SQ201280034672
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月13日
【發(fā)明者】K.A.拉尼, R.A.蒂蒙斯 申請(qǐng)人:全技術(shù)公司