[发明专利]从盐水藻类选择性提取蛋白质

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2010年4月6日提交的题为Extraction with Fractionation of Oil and Proteinaceous Material from Oleaginous Material的美国临时申请No.61/321,290和2010年4月6日提交的题为Extraction With Fractionation of Oil and Co-Products from Oleaginous Material的美国临时申请No.61/321,286的权益，其完整内容特此通过引用并入本文。

发明领域

本发明涉及提取和分馏藻类产物，包括但不限于油和蛋白。更具体地，本文所述的系统和方法以略微非极性的溶剂利用分步提取和分馏来加工湿藻类生物质。

发明背景

石油是主要包括烃类的天然来源。从地球提取石油是昂贵、危险的，经常以环境为代价。而且，世界范围的油储备正在快速减少。由于运输和转化石油为可用燃料诸如汽油和喷气燃料所需的加工，成本还增加了。

藻类近年来由于其产生脂质的能力而获得了明显的重要性，可用于产生可持续的生物燃料。可以利用这一能力来产生可再生燃料，减少全球气候变化，和处理废水。藻类作为生物燃料原料的优势来自于多种因素，包括与典型陆生油料作物植物相比高的每英亩生产率、基于非食物的原料来源、使用本来非生产性、不可耕作的土地、使用宽范围的水源(淡水、半咸水、盐水和废水)、产生生物燃料和有价值的副产物诸如类胡萝卜素和叶绿素二者。

在过去几十年已经筛选和研究了数千种藻类物种的脂质产量。其中，已经鉴定了富集脂质产量的约300种物种。脂质的组成和含量在生命周期的不同阶段变化，并受环境和培养条件影响。由于藻类细胞壁的生化组成和物理性质的显著差异性，用于提取的策略和方法取决于采用的单独藻类物种/株系是相当不同的。由于细胞壁的厚度和藻类细胞的小尺寸(约2至约20nm)，传统物理提取工艺诸如挤压，对藻类不能很好地起作用。而且与从种子回收的典型油类相比，藻油中的大量极性脂质带来精炼问题。

收获后，培养物中典型的藻类浓度从约0.1-1.0%(w/v)变化。这意味着，在试图提取油之前，必须去除每单位重量藻类多达1000倍的水量。目前，现有的含油材料油提取方法严格地要求几乎完全干燥的进料以改进所提取的油的产率和品质。由于加热藻类团块使其充分干燥所需能量的量，使得向生物燃料工艺进料藻类是不经济的。通常，在高温挤压或压碎进料以强化提取。由于藻类的单细胞测微性质，这些步骤以现有的设备可能不起作用。而且，藻油由于存在双键长链脂肪酸是非常不稳定的。传统提取方法中使用的高温导致油降解，从而增加这类方法的成本。

本领域已知通过使用己烷作为溶剂从干燥的藻类团块提取油。这一工艺是能量密集型的。使用热来干燥和使用己烷来提取产生较低品质的产物，因为这一类型的加工导致脂质和蛋白降解。

藻油提取可分为两类：破坏性方法和非破坏性方法。

破坏性方法包括通过机械、热、酶促或化学方法展平细胞。大多数破坏性方法产生乳液，需要昂贵的清除工艺。藻油包含大百分比的极性脂质和蛋白，这增强中性脂质的乳化。乳化被溶液中保留的营养素和盐成分进一步稳定化。乳液是复杂混合物，包含中性脂质、极性脂质、蛋白和其他藻类产物，需要深入精炼工艺来分离中性脂质，中性脂质是被转化为生物燃料的进料。

非破坏性方法提供低产量。乳化(Milking)是使用溶剂或化学品来从生长的藻类培养物提取脂质。虽然有时用来提取藻类产物，但是由于溶剂毒性和细胞壁破坏，乳化对于一些物种的藻类可能不起作用。这一困难使得难以开发通用的工艺。而且，由于介质中溶剂的最大可获得浓度，所需溶剂的体积将是庞大的。

多相提取将要求大量蒸馏，使用复杂的溶剂混合物，并使用于溶剂回收和再循环的机械成为必要。这使得这样的提取对于用在藻油技术中不实用和不经济。

因此，为了克服这些缺点，本领域中存在对用于提取和分馏藻类产物，尤其是藻油、藻类蛋白和藻类类胡萝卜素的改进方法和系统的需求。

发明概要

本文所述的实施方案一般涉及用于从包括例如藻类生物质的含油材料提取具有不同极性的脂质的系统和方法。尤其是，本文所述的实施方案涉及使用不同极性的溶剂和/或一系列膜式滤器从藻类生物质提取不同极性的脂质。在一些实施方案中，该滤器是微滤器。