[发明专利]制备生物燃料、叶绿素和类胡萝卜素的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§120要求2011年5月31日提交的标题为“MethodsofProducingBiofuels,ChlorophyllsandCarotenoids”的美国专利申请No.13/149,595的权益，美国专利申请No.13/149,595为2011年4月6日提交的标题为“MethodsofandSystemsforIsolating NutraceuticalProductsfromAlgae”的美国申请No13/081,221的部分继续申请案并要求其权益，美国申请No13/081,221要求2010年4月6日提交的标题为“ExtractionwithFractionationofOilandProteinaceous MaterialfromOleaginousMaterial”的美国临时申请No.61/321,290和2010年4月6日提交的标题为“ExtractionWithFractionationofOiland Co-ProductsfromOleaginousMaterial”的美国临时申请No.61/321,286的优先权，这些专利申请的全部内容据此通过引用并入本文。

发明领域

本发明涉及提取和分级分离藻类产物，包括但不限于油类和蛋白质。更具体地说，本文所述的系统和方法以略微非极性溶剂利用分步提取和分级分离来加工湿藻类生物质。

发明背景

石油为一类主要由烃组成的天然资源。从地球中提取石油是非常昂贵的、危险的且通常以牺牲环境为代价。此外，世界范围内的石油储备正在迅速减少。由于运输和将石油转化成有用的燃料(诸如汽油和喷气燃料)所需的加工，成本还增加了。

近年来，藻类由于其生产脂质的能力已经获得了显著的重要性，所述脂类可用于生产可持续的生物燃料。这种能力可用于生产可再生燃料、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越性来自多种因素，包括与典型的陆生油料作物相比高的每英亩产量，基于非食物的原料资源，使用另外的非生产性、非可耕性土地，采用多种水源(淡水、咸水、盐水和废水)，生产生物燃料和有价值的副产物(诸如类胡萝卜素和叶绿素)两者。

在过去的几十年中，已经对世界范围内数千物种的藻类的脂质产量进行了筛选和研究。其中，已经鉴定了富含脂质产量的约300个物种。脂质组成和含量在生命周期的不同阶段变化且受环境和培养条件的影响。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根据所用的单独藻类物种/株系是相当不同的。考虑到藻类细胞壁的厚度和藻类细胞的较小尺寸(约2至约20nm)，传统的物理提取工艺(诸如挤压)对藻类的效果不是很好。此外，与从种子中回收的典型油相比，藻类油中的大量极性脂质带来精制问题。

收获后，培养物中典型藻类浓度的范围为约0.1-1.0%(w/v)。这意味着在尝试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供料以改善所提取的油的产率和品质。由于加热藻类团块以使其充分干燥所需的能量的量，所以将藻类供料至生物燃料的工艺变得不经济。通常，在高温下挤压或压碎供料以强化提取。由于藻类的单细胞微量性质，这些步骤对于现有设备可能不起作用。此外，藻类油由于存在双键长链脂肪酸是非常不稳定的。在传统提取方法中使用的高温引起油的降解，从而增加这些方法的成本。

本领域已知通过使用己烷作为溶剂从干燥的藻类团块中提取油。该工艺为能量密集型的。使用热来干燥以及使用己烷来提取生产较低品质的产物，因为这种类型的加工引起脂质和蛋白质降解。

藻类油提取可分为两类：破坏性方法或非破坏性方法。

破坏性方法包括通过机械、热、酶促或化学方法裂解细胞。大多数破坏性方法产生乳液，这需要昂贵的清洗工艺。藻类油含有很大百分比的极性脂质和蛋白质，这增强中性脂质的乳化。乳化被溶液中留存的营养素和盐组分进一步稳定化。该乳液为含有中性脂质、极性脂质、蛋白质和其它藻类产物的复杂混合物，其需要深入精制工艺来分离中性脂质，所述中性脂质为转化为生物燃料的供料。

非破坏性方法提供低产率。乳化(Milking)是使用溶剂或化学品来从生长的藻类培养物中提取脂质。虽然有时用于提取藻类产物，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。这种复杂性使得难以开发通用的工艺。此外，由于培养基中溶剂的最大可获得浓度，所需溶剂的体积将是庞大的。