Способ извлечения липидов из микроводоросли Chlorella sorokiniana Российский патент 2019 года по МПК C12N1/12 C12P1/00 C12R1/89 

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.

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.

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.