專利名稱：用超臨界CO₂等溫變壓技術(shù)萃取微藻油脂的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微藻脂肪酸油脂提取、特別是一種用超臨界CO2等溫變壓技術(shù)萃取微藻油脂的方法。
背景技術(shù)：
隨著全球經(jīng)濟發(fā)展和人口增長，油脂與人類的關(guān)系越來越密切，無論是作為生物柴油的原料還是加工成為保健食品，油脂都具有至關(guān)重要的作用。目前，油脂的主要來源仍然是植物以及動物脂肪，但是這種傳統(tǒng)的油脂來源已經(jīng)不能完全滿足人們食用、工業(yè)等生活中的各種需求。然而許多微藻含油脂量極高，據(jù)保守估計，每年每公頃微藻可生產(chǎn)30000 50000L油脂，而富油植物，如棕櫚和麻風(fēng)樹等，每年每公頃的油脂產(chǎn)量僅為1300 2400L。微藻是具有光合作用效率高、環(huán)境適應(yīng)能力強、生長快、周期短等特點，通過提供光照、CO2、營養(yǎng)液、水體等簡單基本的條件，就可以達到快速擴增繁殖的效果，特別是通過調(diào)控培養(yǎng)的微藻可以達到較高含量的油脂。在理想的生長條件或有利的環(huán)境下，產(chǎn)油微藻僅僅產(chǎn)生少量的甘油三酯(油脂的主要成分)。當(dāng)產(chǎn)油微藻處在由化學(xué)或者物理環(huán)境刺激造成的不利條件下的時候，就會大量合成甘油三酯，同時伴隨著油脂和脂肪酸組分的顯著改變。大多數(shù)微藻的油脂組成主要為甘油三酯和C14 C22的長鏈脂肪酸，其中脂肪酸以C16與C18系脂肪酸為主。微藻個體微小，細胞壁大多厚實，油脂萃取操作過程費時費力，而且需要耗用大量有機萃取劑。因而，研究萃取微藻油脂的技術(shù)方法具有重要實際意義，越來越受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。目前，國內(nèi)外微藻油脂的提取方法各異，提取效果良莠不齊，如使用有機溶劑萃取方法萃取微藻油脂，存在有溶劑殘留問題。超臨界CCV流體萃取工藝是目前國內(nèi)外分離研究開發(fā)的新一代分離技術(shù)，所得產(chǎn)品無有機污染、能較好地保留熱敏性成分，產(chǎn)品純度高、收率高、特別適用提取天然動植物中的有效成分，是當(dāng)今“綠色保健”工程中的重要生產(chǎn)工藝之一。超臨界CO2是應(yīng)用最廣的超臨界流體，純CO2的臨界壓力為7. 39MPa，臨界溫度為31. 06°C，處于臨界壓力和臨界溫度以上狀態(tài)的CO2被稱為超臨界C02。超臨界CO2的分子力很小，類似于氣體；而密度卻很大，接近于液體，是一種氣液不分的狀態(tài)。超臨界CO2具有良好的傳質(zhì)特性，溶質(zhì)溶解速率比液體快得多，對固體物質(zhì)的溶解和攜帶能力比氣體大得多。在臨界點附近，壓力和溫度的微小變化也會引起某些物質(zhì)在CO2中溶解能力的極大變化。
超臨界CO2等溫變壓萃取技術(shù)正是利用其特殊的傳遞屬性，而達到對物質(zhì)進行分離的目的。通常當(dāng)物質(zhì)溶于超臨界流體(SCF)后，保持系統(tǒng)溫度不變，降低系統(tǒng)壓力，會使溶質(zhì)的溶解度明顯降低，從而將溶質(zhì)與溶劑分離。與傳統(tǒng)的溶劑萃取相比，超臨界流體萃取(SFE)具有純度高，收率大，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良，后續(xù)工藝處理簡單的特點。與常規(guī)蒸餾法分離技術(shù)相比，SFE具有整套工藝簡潔、操作簡單、無溶劑殘留和相應(yīng)的后處理要求、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有微藻油脂提取技術(shù)的缺陷，提供一種提高脂肪酸油脂的產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良，油脂純度高的用超臨界CO2等溫變壓技術(shù)萃取微藻油脂的方法。本發(fā)明以如下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題其工藝步驟如下(I)原料預(yù)處理將干燥的微藻除雜后，粉碎、研磨，過150 250目篩，篩下物為微藻干粉；(2)填裝將粉碎后的微藻干粉裝入萃取釜中；(3)萃取將超臨界CO2注入萃取釜中，使萃取釜內(nèi)的壓力保持在12 25MPa ;爸內(nèi)萃取溫度保持在34 42°C，萃取時間為150 180min ；
(4)分離萃取完畢后，攜帶溶質(zhì)的超臨界CO2先后經(jīng)過一級分離器等溫降壓到8 15MPa，二級分離器等溫降壓到6 7MPa，收集從一、二級分離器釜底析出的脂肪酸油脂萃取物。步驟(I)所述的微藻干粉顆粒度優(yōu)選值為200目。步驟⑵所述的萃取爸填裝系數(shù)為80 85%。步驟⑶所述的萃取優(yōu)選值為壓力20MPa，溫度36°C，時間180min。步驟(4)所述的分離的優(yōu)選值為一級分離器等溫降壓到lOMPa，二級分離器等溫降壓到6MPa。本發(fā)明的方法全過程不需要用有機溶劑，因此萃取物無殘留溶劑，萃取過程不會發(fā)生氧化，也不會發(fā)生熱裂解，油脂收率高、純度高，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良，整套工藝簡潔、操作簡單，無相應(yīng)的后處理要求。同時也防止了萃取過程對人體的毒害和對環(huán)境的污染。


圖I為本發(fā)明用超臨界CO2等溫變壓技術(shù)萃取微藻油脂的方法的工藝流程圖。圖I中=I-CO2儲罐，2-高壓壓縮機，3-冷卻器，4-壓力、溫度測量，5-減壓閥，6-萃取釜，7-廢渣收集器，8-加熱器，9- 一級分離器，10- 二級分離器，11-過濾器，12-緩沖罐，13-循環(huán)壓縮機。
具體實施例方式本發(fā)明應(yīng)用超臨界CO2流體等溫變壓技術(shù)萃取微藻油脂的方法中應(yīng)當(dāng)考慮，原料粉碎顆粒度、萃取溫度、萃取壓力、萃取釜填裝量和萃取時間等因素對油脂萃取收率的影響。經(jīng)實驗研究分析表明①微藻破碎顆粒度的大小與油收率有直接關(guān)系。因為顆粒度越小，傳質(zhì)面積越大，同時使更多的微藻類植物細胞壁被破碎，有利于萃取；②在保持壓力等條件一定時，萃取回收率隨著溫度的逐漸升高而降低，在36°C時回收率最大；③當(dāng)壓力12 25MPa變化而其他條件保持不變時，回收率隨壓力的變化會出現(xiàn)較大變化幅度壓力持續(xù)升高，回收率有增加，但增幅會越來越??；④萃取釜填裝系量取80 85%為宜；萃取時間控制在150 180min為宜。
其具體工藝步驟如下I.原料預(yù)處理微藻破碎顆粒度的大小與油收率有直接關(guān)系。顆粒度越小，傳質(zhì)面積越大，同時使更多的微藻類植物細胞壁被破碎，有利于萃取。將干燥的微藻除雜后，在粉碎機中粉碎，并通過研磨，過150 250目篩(粒徑106 58 μ m)，篩下物為微藻干粉；2.填裝將粉碎后的微藻干粉裝入萃取釜中，為了充分利用高壓空間，萃取釜的填裝系數(shù)取80 85% ;3.萃取將超臨界CO2注入萃取釜中，使萃取釜內(nèi)的壓力保持在12 25MPa ;爸內(nèi)萃取溫度保持在34 42°C，萃取時間為150 180min ；4.分離萃取完畢后，攜帶溶質(zhì)的超臨界CO2先后經(jīng)過一級分離器等溫降壓到8 15MPa、二級分離器等溫降壓到6 7MPa，收集從一、二級分離器釜底析出的脂肪酸油脂萃取物即得產(chǎn)品。 實施例I :I.原料預(yù)處理微藻干燥原料經(jīng)過除雜質(zhì)，粉碎研磨，過150目篩(粒徑106 μ m)，取下篩下物，待超臨界萃取。2.微藻填裝將粉碎后的微藻細干粉裝入萃取釜6中，填裝系數(shù)取80%，填裝完成后蓋好萃取釜的密封蓋。3.萃取將CO2儲罐I的CO2經(jīng)過高壓壓縮機2壓縮、冷卻器3冷卻達到超臨界狀態(tài)以后，注入萃取釜6中進行萃取。萃取釜內(nèi)的壓力保持18MPa，萃取溫度保持在38°C，萃取時間控制在 150min。4.油脂分離萃取操作完成以后，萃取釜6內(nèi)的萃取殘留物經(jīng)底部收集器7排出，釜內(nèi)的超臨界CO2攜帶萃取物經(jīng)過減壓閥5降壓、加熱器8加熱升溫后，先后進入一級分離器9、二級分離器10。一級分離器9內(nèi)，溫度保持38°C，壓力降到8MPa，蒸出的CO2從頂部排出，油脂萃取物逐漸析出在釜底，但仍含有大量C02。因此，需再經(jīng)過二級分離器10進行二次等溫降壓分離，壓力保持在6MPa，二級分離器10釜底殘留物為最終萃取物。整個超臨界CO2萃取系統(tǒng)是一個可連續(xù)循環(huán)的系統(tǒng)，從一級分離器9、二級分離器10頂部泄壓排出的CO2，經(jīng)過濾器11和緩沖罐12，由循環(huán)壓縮機13打回CO2儲罐I內(nèi)，供系統(tǒng)循環(huán)使用。實施例2 I.原料預(yù)處理微藻干燥原料經(jīng)過除雜質(zhì)，粉碎研磨，過200目篩(粒徑75 μ m)，取下篩下物，待超臨界萃取。2.微藻填裝將粉碎后的微藻細干粉裝入萃取釜6中，填裝系數(shù)取85%，填裝完成后蓋好萃取釜的密封蓋。3.萃取
將CO2儲罐I的CO2經(jīng)過高壓壓縮機2壓縮，冷卻器3冷卻達到超臨界狀態(tài)以后，注入萃取釜6中進行萃取。萃取釜內(nèi)的壓力保持20MPa，萃取溫度保持在42°C，萃取時間控制在 160min。4.油脂分離
萃取操作完成以后，萃取釜6內(nèi)的萃取殘留物經(jīng)底部收集器7排出，釜內(nèi)的超臨界CO2攜帶萃取物經(jīng)過減壓閥5降壓、加熱器8加熱升溫后，先后進入一級分離器9、二級分離器10。一級分離器9內(nèi)，溫度保持42°C，壓力降到12MPa，蒸出的CO2從頂部排出，油脂萃取物逐漸析出在釜底，但仍含有大量C02。因此，需再經(jīng)過二級分離器10進行二次等溫降壓分離，壓力保持在6MPa，分離器10釜底殘留物為最終萃取物。循環(huán)系統(tǒng)同實施例I。實施例3 I.原料預(yù)處理微藻干燥原料經(jīng)過除雜質(zhì)，粉碎研磨，過250目篩(粒徑58 μ m)，取下篩下物，待超臨界萃取。2.微藻填裝將粉碎后的微藻細干粉裝入萃取釜6中，填裝系數(shù)取83%，填裝完成后蓋好萃取釜的密封蓋。3.萃取將CO2儲罐I的CO2經(jīng)過高壓壓縮機2壓縮，冷卻器3冷卻達到超臨界狀態(tài)以后，注入萃取釜6中進行萃取。萃取釜內(nèi)的壓力保持25MPa，萃取溫度保持在34°C，萃取時間控制在 180min。4.油脂分離萃取操作完成以后，萃取釜6內(nèi)的萃取殘留物經(jīng)底部收集器7排出，釜內(nèi)的超臨界CO2攜帶萃取物經(jīng)過減壓閥5降壓、加熱器8加熱升溫后，先后進入一級分離器9、二級分離器10。一級分離器9內(nèi)，溫度保持34°C，壓力降到15MPa，蒸出的CO2從頂部排出，油脂萃取物逐漸析出在釜底，但仍含有大量C02。因此，需再經(jīng)過二級分離器10進行二次等溫降壓分離，壓力保持在7MPa，分離器10釜底殘留物為最終萃取物。循環(huán)系統(tǒng)同實施例I。
權(quán)利要求
1.一種用超臨界CO2等溫變壓技術(shù)萃取微藻油脂的方法，其特征是工藝步驟如下 (1)原料預(yù)處理將干燥的微藻除雜后，粉碎、研磨，過150 250目篩，篩下物為微藻干粉； (2)填裝將粉碎后的微藻干粉裝入萃取釜中； (3)萃取將超臨界CO2注入萃取釜中，使萃取釜內(nèi)的壓力保持在12 25MPa;釜內(nèi)萃取溫度保持在34 42°C，萃取時間為150 180min ； (4)分離萃取完畢后，攜帶溶質(zhì)的超臨界CO2先后經(jīng)過一級分離器等溫降壓到8 15MPa，二級分離器等溫降壓到6 7MPa，收集從一、二級分離器釜底析出的脂 肪酸油脂萃取物。
2.如權(quán)利要求I所述的用超臨界CO2等溫變壓技術(shù)萃取微藻油脂的方法，其特征在于步驟(I)所述的微藻干粉顆粒度優(yōu)選值為200目。
3.如權(quán)利要求I所述的用超臨界CO2等溫變壓技術(shù)萃取微藻油脂的方法，其特征在于步驟(2)所述的萃取釜填裝系數(shù)為80 85%。
4.如權(quán)利要求I所述的用超臨界CO2等溫變壓技術(shù)萃取微藻油脂的方法，其特征在于步驟(3)所述的萃取優(yōu)選值為壓力20MPa，溫度36°C，時間180min。
5.如權(quán)利要求I所述的用超臨界CO2等溫變壓技術(shù)萃取微藻油脂的方法，其特征在于步驟(4)所述的分離的優(yōu)選值為一級分離器等溫降壓到lOMPa，二級分離器等溫降壓到6MPa0
全文摘要
一種用超臨界CO2等溫變壓技術(shù)萃取微藻油脂的方法，將干燥的微藻除雜后，粉碎、研磨，粉碎后的微藻干粉裝入萃取釜中，將超臨界CO2注入萃取釜中，在壓力為12～25MPa、溫度為34～42℃、時間為150～180min下萃??；攜帶溶質(zhì)的超臨界CO2先后經(jīng)過兩級分離器等溫降壓分離，收集從兩級分離器釜底析出的脂肪酸油脂萃取物得產(chǎn)品。本發(fā)明的方法全過程不需要用有機溶劑，因此萃取物無殘留溶劑，萃取過程不會發(fā)生氧化，也不會發(fā)生熱裂解，油脂收率高、純度高，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)良，整套工藝簡潔、操作簡單，無相應(yīng)的后處理要求。同時也防止了萃取過程對人體的毒害和環(huán)境的污染。
文檔編號C11B1/04GK102643714SQ20121006111
公開日2012年8月22日 申請日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月9日
發(fā)明者盧朝霞, 盧譽遠, 唐興中, 李宏君, 楊茂立, 梁景, 田宗義, 粟滿榮, 莫宇飛, 藍明新, 謝云果, 黃福川 申請人:廣西大學(xué)