Способ извлечения липидов из микроводоросли chlorella sorokiniana
Владельцы патента RU 2694405:
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") (RU)
Изобретение относится к биотехнологии. Предложен способ извлечения липидов из биомассы микроводоросли Chlorella sorokiniana. Способ включает дезинтеграцию клеток биомассы в смеси гексан:этиловый спирт в соотношении 1-9:9-1 при соотношении сухой биомассы к растворителю 1:20 в СВЧ-поле мощностью 120 Вт при давлении 1 атм в течение 5-15 мин с последующей экстракцией по методу Сокслета в смеси н-гексан:этанол в соотношении 9:1 и соотношении сухой биомассы к растворителю 1:30. Способ обеспечивает повышение выхода целевого продукта. 2 табл.
Изобретение относится к области биотехнологии, в частности к способам извлечения липидов из биомассы микроводорослей, которые могут быть использованы в качестве сырья для производства биодизеля 3-го поколения и биологически активных добавок.
Известен способ получения комплекса биологически активных веществ путем разрушения сырья (оболочек клетки) двукратным замораживанием [Патент РФ № 2256700, опубл. 20.07.2005 по классам МПК C12N 1/12, A23K 1/00, A23J 3/20, C12H 1/00]. Способ предусматривает культивирование Chlorella vulgaris, отделение биомассы и ее двукратное замораживание, отделение клеточного сока и экстракцию твердой фракции католитом. Полученные экстракт, клеточный сок и жидкую фракцию, полученную при культивировании Chlorella vulgaris объединяют. Способ позволяет получить комплекс биологически активных веществ, содержащих ферменты и антибиотические вещества.
Известен способ извлечения липидов из биомассы [Патент РФ № 2388812, опубл. 10.05.2010 по классам МПК C12N 1/12, C12P 7/64], заключающийся в разрушении клеточных оболочек микроводоросли Chlorella в аппарате, создающем вихревое электромагнитное поле с хаотически движущимися ферромагнитными частицами, воздействующими на сырье. Затем полученную суспензию биомассы подвергают экстракции органическим растворителем с наложением импульсно-кавитационного воздействия в роторном импульсно-кавитационном аппарате. Способ позволяет получить липидную фракцию из биомассы микроводоросли с высоким выходом и использовать ее в дальнейшем в качестве сырья для биодизельного топлива.
Наиболее близким аналогом является способ выделения липидов для биодизеля из биомассы микроводоросли рода Chlorella [Пат. 2617959, опубл. 28.04.2017 по классам МПК C12N 1/12, C12P 1/00, C12R 1/89]. Способ включает гомогенизацию сухой биомассы микроводоросли измельчением, обработку смесью органических растворителей хлороформ-метанол или хлороформ-этанол в соотношении 1:2-2:1. Суспензию биомассы подвергают обработке ультразвуком с частотой 30-50 кГц в течение 5-20 минут и отделяют липиды. Изобретение обеспечивает повышение выхода целевого продукта. Недостатком вышеуказанного способа является токсичность используемых растворителей в больших количествах.
Технической проблемой заявляемого изобретения является разработка способа извлечения липидной фракции из биомассы микроводоросли рода Chlorella sorokiniana, обеспечивающего высокий выход липидной фракции до 16,5 % и позволяющего использовать полученную фракцию при производстве, в том числе, биологически активных добавок.
Технический результат достигается за счет заявляемого способа извлечения липидов из биомассы микроводоросли CHLORELLA SOROKINIANA, заключающегося в том, что выращенную биомассу подвергают микрофильтрации, лиофильной сушке до получения сухой биомассы с влажностью не более 5%, после чего проводят дезинтеграцию клеток биомассы в смеси гексан:этиловый спирт в соотношении 1-9:9-1 при соотношении сухой биомассы к растворителю 1:20, в СВЧ-поле мощностью 120 Вт при давлении 1 атм в течении 5-15 минут, последующую экстракцию по методу Сокслета в смеси этанол:н-гексана в соотношении 1-9:9-1 и соотношении сухой биомассы к растворителю 1:30.
Способ реализуют следующим образом.
Выращенную биомассу подвергают фильтрации в установке, которая состоит из фильтрующей градуированной насадки d=47 мм, V= 300 мл; приемной колбы 1 л; опорной насадки, шлиф 40/35. Мембранный фильтр (марки Nylon 66, с размером пор 0,45 мкм, диаметром 47 мм) помещают между стеклянным основанием опорной базы и фильтрующей насадкой и закрепляют с помощью алюминиевого зажима. Опорная база соединяется с приемной колбой с помощью притертого соединения и подсоединяется к вакуумному насосу. Полученную массу подвергают лиофильной сушке в установке модели «АК» (производство «Профлаб») до получения сухой биомассы с влажностью не более 5%. Лиофилизация биомассы обеспечивает дополнительную дезинтеграцию клеток микроводоросли. Условия лиофилизации следующие: давление 0,5 мбар, температура – 350С.
Дезинтеграцию клеток биомассы микроводоросли Chlorella sorokiniana проводят в микроволновой системе пробоподготовки «Минотавр» при мощности 120 Вт, времени обработки 5-15 минут, при давлении 1 атм, температура обработки 52-58 0С. Дезинтеграцию клеток микроводоросли проводили в смеси органических растворителей гексан: этиловый спирт (1-9:9-1) при соотношении сухой биомассы к растворителю 1:20.
В таблице 1 представлены параметры обработки в СВЧ-поле биомассы микроводоросли Chlorella sorokiniana и выход липидов.
Таблица 1. Параметры обработки биомассы микроводоросли Chlorella sorokiniana и выход липидов.
| № п/п | Факторы | Образец № 1 | Образец № 2 | Образец № 3 |
| 1 | Продолжительность СВЧ -облучения, мин | 5 | 10 | 15 |
| 2 | Мощность СВЧ-облучения, Вт | 120 | 120 | 120 |
| 3 | Температура обработки СВЧ, °С | 52 | 55 | 58 |
| 4 | Выход липидов (М, %) из лиофилизированной биомассы |
10,0+0,5 | 16,5+0,5 | 14,3+0,5 |
Полученную биомассу после дезинтеграции микроводорослей Chlorella sorokiniana подвергают экстракции с помощью аппарата Сокслет (Sohxlet) модели Büchi E-812 SOX. Для этого 3 г образца после дезинтеграции биомассы помещают в целлюлозный стакан (размерами 33х94 мм). В качестве экстрагента использовали смесь растворителей этанола и н-гексана (в соотношении 1:9-9:1). На 3 г сухой биомассы использовали 70-130 мл экстрагента.
Было определено, что для полной экстракции липидов целесообразно проводить 10-25 циклов экстракции в течении 128-214 минут (таблица 2).
Таблица 2. Параметры экстракции липидной фракции
| № п/п | Факторы | Образец № 1 | Образец № 2 | Образец № 3 |
| 1 | Время экстракции, мин | 128 | 171 | 214 |
| 2 | Количество экстрагента, мл | 70 | 90 | 130 |
| 3 | Количество циклов экстракции | 15 | 20 | 25 |
| 4 | Соотношение растворителей н-гексан: этиловый спирт |
7:3 | 9:1 | 9,5:0,5 |
| Штамм CCAP 211 / 8K | ||||
| 5 | Выход липидов (М, %) из лиофилизированной биомассы |
15,0+0,5 | 16,5+0,5 | 16,5+0,5 |
| Штамм SAG 211-8k | ||||
| 6 | Выход липидов (М, %) из лиофилизированной биомассы |
15,0+0,5 | 16,5+0,5 | 16,5+0,5 |
Таким образом, заявляемый способ позволяет увеличить выход липидов до 16,5 %. При соотношении системы растворителей н-гексан:этанол– 1:9, выход продукта составляет около 6%, при соотношении 7:3 выход продукта составляет - 15 %, при соотношении н-гексана:этанол - 9:1, выход продукта составляет – 16,5 %. Дальнейшее увеличение соотношения растворителей на выход продукта не оказывает значительного влияния.
Способ извлечения липидов из биомассы микроводоросли Chlorella sorokiniana, заключающийся в том, что выращенную биомассу подвергают микрофильтрации, лиофильной сушке до получения сухой биомассы с влажностью не более 5%, после чего проводят дезинтеграцию клеток биомассы в смеси гексан:этиловый спирт в соотношении 1-9:9-1 при соотношении сухой биомассы к растворителю 1:20 в СВЧ-поле мощностью 120 Вт при давлении 1 атм в течение 5-15 мин, последующую экстракцию по методу Сокслета в смеси н-гексан:этанол в соотношении 9:1 и соотношении сухой биомассы к растворителю 1:30.
