一種利用超聲輔助離子液體提取微藻油脂的方法
【專利摘要】本發(fā)明設(shè)計一種利用超聲輔助離子液體提取微藻油脂的方法。該方法以含油微藻為原料，應(yīng)用離子液體,將微藻加入到離子液體中，超聲輔助溶解后，加入水和有機溶劑進行萃取分離。液相上層得到有機溶劑油脂萃取層，蒸餾得到油脂；液相下層離子液體與水的混合物，通過蒸發(fā)水分，實現(xiàn)離子液體的再生。本發(fā)明方法，一方面離子液體溶解微藻細(xì)胞壁，使微藻中的油脂得以釋放出來，能顯著提高油脂提取率；另一方面，超聲不僅對微藻細(xì)胞具有破碎作用，超聲振動還能加速離子液體及藻粉運動，增加它們相互碰撞的機會，從而提高油脂提取率。同時，該方法還具有分離條件溫和，提取溶劑綠色環(huán)保的優(yōu)點。
【專利說明】一種利用超聲輔助離子液體提取微藻油脂的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物化工【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種利用超聲輔助離子液體提取微藻油脂的方法。
技術(shù)背景
[0002]清潔燃料已成為我國必須重點研究和發(fā)展的方向。生物柴油是可望得到大規(guī)模推廣應(yīng)用的清潔的可再生能源產(chǎn)品，是我國可再生能源法中體現(xiàn)的優(yōu)先領(lǐng)域。由于目前世界各國采用的多為油料植物、糧食作物等原料，具有成本高、生長周期長和受環(huán)境限制等特點，使得生物柴油的價格高于或接近傳統(tǒng)柴油。而我國近期原料雖為地溝油，原料成本相應(yīng)較低，但是存在原料收集困難，供應(yīng)有限等缺點，導(dǎo)致目前企業(yè)生產(chǎn)停滯。因此，開發(fā)高產(chǎn)、低成本的原料刻不容緩。藻類具有光合作用效率高，環(huán)境適應(yīng)能力強、生長周期短、生物產(chǎn)量高的特點，從長遠(yuǎn)來看，藻類是制備生物柴油理想原料。
[0003]微藻脂質(zhì)資源的開發(fā)利用主要包含培養(yǎng)、提取、酯化反應(yīng)和脂肪酸組成分析等，而油脂含量的高效性體現(xiàn)，提取方法是關(guān)鍵。微藻油脂提取目前主要采用細(xì)胞破碎與有機溶劑萃取相結(jié)合的方法，常采用有機溶劑作為提取溶媒，如甲醇、丙酮、乙酸乙酯、氯仿等。這些溶媒具有較大的揮發(fā)性，會產(chǎn)生大量的有機蒸氣，不僅造成環(huán)境污染，還對人類的健康構(gòu)成極大威脅。低毒性溶劑(乙醇、異丙醇、丁醇、正己烷以及乙酸乙酯)的油脂提取率，與高毒性氯仿與甲醇組合相比，油脂提取率相對較低。因此，積極尋找和開發(fā)污染小、易回收的綠色溶劑成為廣大提取工作者的廣泛共識。
[0004]離子液體 (ionic liquids, ILs)又稱室溫離子液體，由有機陽離子和陰離子組成，陰、陽離子具有許多可能組合，可根據(jù)特定要求進行設(shè)計。與有機溶劑不同，離子液體同時存在極性區(qū)和非極性區(qū)，因而對有機物、無機物、生物大分子、氣體等都有較好溶解性，在化學(xué)反應(yīng)中被廣泛用作反應(yīng)介質(zhì)。在萃取分離領(lǐng)域，離子液體由于其液態(tài)范圍寬、不揮發(fā)、結(jié)構(gòu)可調(diào)控、對目標(biāo)物具有一定選擇性，被認(rèn)為是一種可替代傳統(tǒng)溶劑新型綠色可設(shè)計型溶劑，現(xiàn)已成為研究熱點。目前所研究的離子液體中，陽離子主要以咪唑陽離子為主，陰離子主要以鹵素離子和其它無機酸離子(如四氟硼酸根等)為主(Sun等，2010 ;Pandey，2006)。
[0005]超聲波提取是一種物理破碎過程，基本原理是應(yīng)用超聲波強化提取待提取物有效成分。超聲波對媒質(zhì)主要產(chǎn)生獨特機械振動和空化作用。當(dāng)超聲波振動時能產(chǎn)生并傳播強大能量，引起媒質(zhì)質(zhì)點以快速度和加速度進入振動狀態(tài)，使媒質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，促使有限成分進入溶劑中；同時在液體中還會發(fā)生空化作用，即在有相當(dāng)大破壞應(yīng)力作用下，液體內(nèi)部形成空化泡現(xiàn)象。另外，超聲波許多次級效應(yīng)如加熱、乳化、擴散、擊碎、化學(xué)、生物、絮凝效應(yīng)等也能加速待提取物有效成分在溶劑中擴散稀釋，促進其有效成分充分與溶劑混合，有利于提取。王雪青等采用反復(fù)凍融和超聲波破碎法破碎了 17種微藻細(xì)胞，以利于細(xì)胞內(nèi)活性物質(zhì)提取，細(xì)胞破碎結(jié)果顯示:經(jīng)過12min的超聲處理，所有實驗藻種的破碎率均在90%以上。超聲波輔助技術(shù)作為一種先進的提取方法，具有操作簡便快捷、提取溫度低、提取率聞、提取物的結(jié)構(gòu)不被破壞等特點。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種綠色、高效的提取微藻中的油脂成分的新方法，即提供一種利用超聲輔助離子液體來提取微藻中油脂的方法。
[0007]為了避免現(xiàn)有技術(shù)中有機溶劑提取帶來的問題，本發(fā)明提供了一種超聲波和離子液體相結(jié)合提取微藻油脂的新方法。一方面利用離子液體溶解微藻細(xì)胞壁，使微藻細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞壁上的油脂得以釋放出來，能顯著提高油脂的提取率；另一方面，利用超聲對微藻細(xì)胞具有破碎作用，以及超聲振動加速離子液體及藻粉運動，增加它們相互碰撞的機會，從而提聞油脂提取率。
[0008]本發(fā)明方法，包括以下步驟:
[0009](I)將藻粉與離子液體按1: 100~1: 3的質(zhì)量比混合均勻，然后超聲溶解。
[0010](2)加入水和有機溶劑萃取:所加入有機溶劑與離子液體的體積比為1:1~I: 3，水與有機溶劑的體積比為1: 3，振蕩后靜置分層。
[0011](3)液相上層得到有機溶劑油脂萃取層，除去有機溶劑后，得到油脂；液相下層為離子液體與水的混合物，通過蒸發(fā)除去水相，實現(xiàn)離子液體的再生。
[0012]步驟(1)中所述藻粉來自于產(chǎn)油微藻小球藻或柵藻。超聲溶解的條件為在頻率為20KHz，功率100~300W的超聲中處理0.5~4h，處理溫度為50~110°C。離子液體選自1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽([Emim] CH3COO)，或溴化1-丁基-3-甲基咪唑([Bmim]Br)，氯化1- 丁基-3-甲基咪唑([Bmim] Cl),氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑([Amim] Cl)。
[0013]步驟(2)中所述有機溶劑選自氯仿、正己烷或石油醚。
[0014]步驟(3)中所述有機溶劑可回收利用。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點是:該方法超聲波的細(xì)胞破碎及振動作用對油脂提取的促進作用，以及離子液體較強的溶解性能，來提取微藻中的油脂，提取效率高。一方面離子液體溶解微藻細(xì)胞壁，使微藻中的油脂得以釋放出來，能顯著提高油脂提取率；另一方面，超聲不僅對微藻細(xì)胞具有破碎作用，超聲振動還能加速離子液體及藻粉運動，增加它們相互碰撞的機會，從而提高油脂提取率。同時，該方法還具有分離條件溫和，提取溶劑綠色環(huán)保的優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明方法工藝流程圖【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步說明:
[0018]實施例1
[0019]取Ig柵藻加入到50gl-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽([Emim]CH3COO)離子液體中，升溫至50°C，超聲功率20KHz，溶解4h后，加入正己烷以及水(正己烷與離子液體體積比為1:1，水與有機溶劑的體積比為1: 3)，溶液靜置分層，產(chǎn)生少量微藻細(xì)胞壁等成份的沉淀，液相上層為含有油脂的正己烷相，液相下層為離子液體以及水混合相。取出上層溶液，蒸餾除去正己烷，得到油脂0.43g ;離子液體與水混合相通過蒸餾除去水分，實現(xiàn)離子液體再生。[0020]實施例2
[0021]取Ig柵藻加入到100g溴化1-丁基-3-甲基咪唑(Br[Emim])離子液體中，升溫至80°C，超聲功率20KHz，溶解0.5h后，加入氯仿以及水(氯仿與離子液體體積比為1:3，水與有機溶劑的體積比為1: 3)，溶液靜置分層，產(chǎn)生少量微藻細(xì)胞壁等成份的沉淀，液相上層為含有油脂的氯仿相，液相下層為離子液體以及水混合相。取出上層溶液，蒸餾除去氯仿，得到油脂0.28g ;離子液體與水混合相通過蒸餾除去水分，實現(xiàn)離子液體再生。 [0022]實施例3
[0023]取Ig小球藻加入到3gl_乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽([Emim]CH3COO)離子液體中，升溫至110°c，超聲功率20KHZ，溶解2h后，加入一定量的正己烷以及水(正己烷與離子液體體積比為1:2，水與有機溶劑的體積比為1: 3)，溶液靜置分層，產(chǎn)生少量微藻細(xì)胞壁等成份的沉淀，液相上層為含有油脂的正己烷相，液相下層為離子液體以及水混合相。取出上層溶液，蒸餾除去正己烷，得到油脂0.23g;離子液體與水混合相通過蒸餾除去水分，實現(xiàn)離子液體再生。
[0024]實施例4
[0025]取Ig小球藻加入到60g氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑([Amim] Cl離子液體中，升溫至70°C，超聲功率20KHz，溶解2h后，加入一定量的石油醚以及水(石油醚與離子液體體積比為1:2，水與有機溶劑的體積比為1: 3)，溶液靜置分層，產(chǎn)生少量微藻細(xì)胞壁等成份的沉淀，液相上層為含有油脂的石油醚相，液相下層為離子液體以及水混合相。取出上層溶液，蒸餾除去石油醚，得到油脂0.41g ;離子液體與水混合相通過蒸餾除去水分，實現(xiàn)離子液體再生。
[0026]實施例5
[0027]取Ig柵藻加入到3g氯化1-丁基-3-甲基咪唑([Bmim]Cl離子液體中，升溫至50°C，超聲功率20KHz，溶解0.5h后，加入一定量的石油醚以及水(石油醚與離子液體體積比為1:3，水與有機溶劑的體積比為1: 3)，溶液靜置分層，產(chǎn)生少量微藻細(xì)胞壁等成份的沉淀，液相上層為含有油脂的石油醚相，液相下層為離子液體以及水混合相。取出上層溶液，蒸餾除去石油醚，得到油脂0.15g ;離子液體與水混合相通過蒸餾除去水分，實現(xiàn)離子液體再生。
【權(quán)利要求】
1.一種利用超聲輔助離子液體從微藻中提取油脂的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: (1)將藻粉與離子液體按1: 100~1: 3的質(zhì)量比混合均勻，然后超聲溶解； (2)加入水和有機溶劑萃取:所加入有機溶劑與離子液體的體積比為1:1~1: 3,水與有機溶劑的體積比為1: 3，振蕩后靜置分層； (3)液相上層得到有機溶劑油脂萃取層，除去有機溶劑后，得到油脂；液相下層為離子液體與水的混合物，通過蒸發(fā)除去水相，實現(xiàn)離子液體的再生。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用超聲輔助離子液體從微藻中提取油脂的方法，其特征在于，步驟(1)中所述藻粉來自于產(chǎn)油微藻小球藻或柵藻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用超聲輔助離子液體從微藻中提取油脂的方法，其特征在于，步驟(1)中超聲溶解的條件為在頻率為20KHz，功率100~300W的超聲中處理0.5~4h，處理溫度為50~110°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用超聲輔助離子液體從微藻中提取油脂的方法，其特征在于，步驟(1)所述離子液體選自1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽，或溴化1- 丁基-3-甲基咪唑，氯化1- 丁基-3-甲基咪唑，氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用超聲輔助離子液體從微藻中提取油脂的方法，其特征在于，步驟(2)中所述的`有機溶劑選自氯仿或正己烷、石油醚。
【文檔編號】C11B1/10GK103695156SQ201310618440
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】羅文 , 呂鵬梅, 王忠銘, 袁振宏, 李惠文, 楊玲梅, 周衛(wèi)征 申請人:中國科學(xué)院廣州能源研究所