[发明专利]一种生物酶催化破壁提取微藻油脂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微藻生物化工、微藻生物质能源、微藻高附加值天然产物化学等领域，尤其涉及一种产油微藻的细胞破壁和油脂提取方法。

背景技术

随着化石燃料价格的不断上涨以及对于化石燃料不可再生性的认识,人们对于寻找可替代性新能源的需求也在不断扩大。微藻光合自养可以在常温常压下对CO₂进行高效吸收，将光能转化为脂肪或者淀粉贮存在细胞内，并释放氧气。微藻因其具备极高的光合作用效率、高效浓缩固定CO₂的能力以及可使用海洋、滩涂、荒漠等非粮食作物用地作为养殖场所等特性，被认为是未来一种极有希望的制备生物柴油的大宗原料。

微藻细胞拥有坚固的细胞壁且细胞体积较小，常规用于油料作物加工的压榨工艺不适用于微藻油脂的制备。目前微藻油脂的提取，常常需要辅以高温、高压、超声、搅拌、微波、强酸、强碱等高能量输入为代表的细胞壁破碎和溶剂提取技术才能够有效提高胞内油脂的萃取效率，但这将大大增加提取制备微藻油脂的成本，此外，高温、高压等处理过程会导致胞内油脂在破壁过程中发生水解、酸败等油脂变质反应，高附加值天然活性产物如类胡萝卜素等也将在极端的操作条件下遭到氧化破坏。此外，微藻培养后续的脱水和干燥等过程也造成能量输入的大幅提高。发展低能能耗、高效的湿藻泥微藻破壁油脂提取技术将能大大降低能量输入，提高微藻生物质能源的能耗比，推进微藻能源的商业化进程。

与高等植物的细胞壁相比较，多数产油微藻细胞壁主要成分可能不仅仅是纤维素。一些研究认为自养过程中，绿藻细胞壁中除了含有纤维素外，还有大量甲壳素、果胶、壳聚糖、糖蛋白等物质外，有些还含有一种叫做algaenan酸碱难以降解的高分子聚合物。目前，对微藻细胞壁的生物质组成的认识尚有待深入。多数酶法破碎细胞壁研究的成功案例主要集中在异养过程的菌类和藻类，如酵母、异养小球藻等。专利CN103787864B中公开了一种采用碱性蛋白酶对劣质壶菌发酵液进行破壁的成功案例；专利CN102875658B中采用碱性蛋白酶以及纤维素酶也成功对异养发酵的三种微藻进行了酶催化破壁，但该发明中还在破壁反应之前采用了高温热水处理，无法判断破壁过程的主要贡献是高温处理还是酶催化降解反应。此外，专利CN103173273A还公布了一种先用强酸、高温、高压处理后，再用蛋白酶等酶催化破壁的案例。上述发明依然无法克服目前异养型产油微藻在温和条件下的破壁和油脂提取等技术方面存在的瓶颈，对油脂提取设备的要求较高，能量输入也很大。本发明根据对微藻细胞壁生物质组成方面的初步认识，有针对性的采用生物酶催化进行自养型和异养型单细胞产油微藻细胞的破壁提油。

发明内容

本发明的目的是在于提供了一种生物酶催化破壁提取微藻油脂的方法，方法易行，操作简便，针对产油微藻尤其是自养型产油微藻的高效破壁提油，旨在减少微藻生物能源及微藻高附加值活性产物的下游处理步骤，降低了微藻提油过程的能量输入，提高了微藻能源的能效比，进而大大降低了微藻生物质能源的综合生产成本。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：

一种生物酶催化破壁提取微藻油脂的方法，包括以下步骤：

步骤1：在培养收获的产油微藻的湿藻泥、藻浆、干燥粉或发酵液中依次加入磷酸盐缓冲溶液、生物酶催化剂，搅拌反应体系并加热至25℃-60℃，启动微藻细胞壁酶催化降解反应；

步骤2：酶催化降解反应完毕后，将步骤1中的反应体系调整pH值至7.5－9，然后将酶催化降解液温度提高至70－80℃并维持该温度0.5小时-4小时；

步骤3：待反应完毕后，将步骤2中酶催化降解体系的温度降低至40℃，并向反应体系中加入萃取剂进行油脂萃取操作(萃取操作参照文献Bigognoetal.,2002Phytochemistry60,497-503中所述方法进行)，然后再加入破乳剂后通过离心进行分层；

步骤4:将步骤3中分离获得的油相经减压蒸馏（蒸馏时间与压力和温度有关系，无需注明，操作温度40-60℃，真空度10mbar-500mbar)或者薄膜蒸发浓缩获得微藻油脂，薄膜蒸发操作温度为60-80℃，转膜速度为50-200rpm，真空度为40mbar-200mbar。