用于借助极高压匀浆破裂小球藻细胞壁的优化方法

申请号 CN201480040967.0 申请日 2014-07-17 公开(公告)号 CN105392879B 公开(公告)日 2019-08-16
申请人 科比恩生物技术有限公司; 发明人 塞缪尔·帕蒂尼尔;
摘要 本 发明 涉及用于在工业规模上破裂小球藻(Chlorella)属微藻,更具体地是普通小球藻(Chlorella vulgaris)、异养小球藻(Chlorella sorokiniana)或原壳小球藻(Chlorella protothecoides)的细胞壁的优化方法,该方法实施极高压匀浆技术用于加工微藻 生物 质 。
权利要求

1.一种用于在工业规模上破裂小球藻(Chlorella)属微藻细胞的细胞壁的方法,细胞壁是通过高压匀浆进行破裂的,其特征在于如下进行高压匀浆:
在300MPa和400MPa之间的压下进行至少一次高压匀浆,或
在150MPa和300MPa之间的压力下进行至少两次连续的高压匀浆,
进料温度在4℃和40℃之间,并且
其中微藻细胞的生物质包含按重量计在15%和50%之间的固体;
以此方式保证多于80%的细胞壁破裂程度、小于1μm的产生的乳液的粒度,以及微生物负载下降到原负载的1/1000。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于小球藻属微藻是选自下组,该组由以下各项组成:普通小球藻(Chlorella vulgaris)、异养小球藻(Chlorella sorokiniana)和原壳小球藻(Chlorella protothecoides)。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于小球藻属微藻是原壳小球藻。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于该方法保证了每克乳液小于总计
10个微生物的微生物负载。
5.如权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于以单次,在300MPa和400MPa之间的压力下进行高压匀浆。
6.如权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于以连续两次、三次、四次或五次,在150MPa和250MPa之间的压力下进行高压匀浆。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于以连续两次,在150MPa和250MPa之间的压力下进行高压匀浆。
8.如权利要求1至3中任一项所述的方法,其特征在于连续两次匀浆的压力可以是相同的或不同的。
9.如权利要求1-3中任一项所述的方法,其特征在于进料温度是在20℃和40℃之间。
10.如权利要求1-3中任一项所述的方法,其特征在于微藻生物质包含按干重计至少
10%的脂质。
11.如权利要求1-3中任一项所述的方法,其特征在于微藻生物质包含按干重计至少
20%、30%、40%、50%或60%的脂质。
12.一种用于制备微藻粉的方法,该方法包括生产微藻生物质,借助如权利要求1至11中任一项所述的方法破裂细胞壁,并且干燥生物质。
13.如权利要求12所述的方法,其特征在于生物质通过喷雾干燥来进行干燥。
14.如权利要求1至11中任一项所述的破裂微藻细胞壁的方法用于制备微藻粉的用途。

说明书全文

用于借助极高压匀浆破裂小球藻细胞壁的优化方法

[0001] 本发明涉及用于在工业规模上破裂小球藻(Chlorella)属微藻,更具体地是普通小球藻(Chlorella vulgaris)、异养小球藻(Chlorella sorokiniana)或原壳小球藻(Chlorella protothecoides)的细胞壁的优化方法。

背景技术

[0002] 本领域普通技术人员熟知的是,小球藻是食品的潜在来源,因为它们富含蛋白质和其他必需营养素。
[0003] 具体地,它们包含45%的蛋白质、20%的脂肪、20%的化合物、5%的纤维素和10%的矿物质和维生素。
[0004] 为了在食品中有效地使用小球藻,通常利用“细胞破裂”,以便促进其可消化性和吸收速率。
[0005] 通过使用不同技术,在专利性和非专利性文献中很好地描述了微藻的这一“细胞破裂”:
[0006] -物理技术(超声、微珠粒、热休克、高压等)
[0007] -化学技术(酸、、亲水有机溶剂等)
[0008] -酶技术(纤维素酶、脂肪酶等)。
[0009] 然而,不同的机械的、化学的或酶的替代方案一般不能非常成功地外推至工业规模并且实质上是在实验室规模上进行描述的。
[0010] 此外,如果细胞壁具有特别高的机械强度(具体地是对小球藻属而言)并且如果培养基中的细胞密度高(>100g/l),则技术的选择会变得非常有限。
[0011] 当除此之外还有外推的工业问题(高容量、可靠性、运营成本、投资成本等)时,现实的机械替代方案还实质上受限于使用微珠粒进行研磨以及受限于高压技术。
[0012] 通过常规高压匀浆的细胞破裂技术,本发明解决的领域,例如描述于专利申请或专利CN 102433015(用于从单细胞蓝藻中提取花菁)、CN 101817738(用于从产DHA生物中提取DHA)、US 5 885 564(用于获得包含磷脂和氟烷的载组合物)或者CN 101352249(用于从微藻生物质提取脂质和蛋白质组分)中。
[0013] 高压匀浆(在本披露的其余部分中称为“HPH”),也称为动态高压匀浆,已经通过新一代匀浆器的开发而提出,能够达到高于常规机器10-15倍的压
[0014] 已知待“破裂”的细胞材料的性质,HPH导致产生乳液,这些乳液实质上由细胞碎片、细胞内的水性液体以及油的混合物构成。
[0015] 在20世纪80年代初期,已经提出新技术,用于借助能够在液体中产生并且管理极高压(大于100MPa并且高达300-500MPa的压力)的机器的可用性,以及还借助匀浆室的新设计,来产生乳液。
[0016] 因此高压匀浆器的不同制造商提出了原型或工业规模的设备,例如Microfluidics公司、Stansted Fluid Power公司、AVP公司、Avestin公司或Niro Soavi公司。
[0017] 从概念上讲,基本匀浆器是由高压发生器,例如偶联至压力放大器上的正排量制成,该泵迫使流体穿过一系列专设计的匀浆
[0018] 加工流体的迅速增压(高达350MPa)引起约3℃/100MP的升温,同时在匀浆阀中发生的瞬时压力下降诱导更大热增加(15℃至20℃/100MPa)。
[0019] 可以将次级阀(在那里发生远远更小的压力下降)放置在主阀的旁边,以便破裂第一步骤中可能形成的聚结物。
[0020] 鉴于最终温度会很高,取决于输入温度并且取决于操作压力水平,加工流体的迅速冷却代表了用于保存加工的产物的不耐热组分的良好实践。
[0021] 显著地,在这些动态高压操作中,流体暴露于高压持续非常短的时段(1-10s)。
[0022] 在这一时段,流体必须从放大器流动至破裂阀。主要通过用可调节限定孔口使加工流体在高压下穿过排放阀,而不是通过暴露于高压,来调节破裂操作。
[0023] 无论匀浆阀是何种类型,加工流体在高压下穿过称为“匀浆空间”的合流段,然后扩张。
[0024] 由致动器控制压力,由此使得能够调节施加在阀上的力。
[0025] 因此,必须精细地控制这一HPH技术,以便是有效的,并且必须根据预期目的来进行调节。
[0026] 因此,与使用HPH来破裂例如微藻的细胞壁并列,为了使微藻更易消化,或为了释放其感兴趣的内容物,另一应用涉及微生物净化
[0027] 在此领域,Stansted Fluid Power公司已经对匀浆器阀的设计引入了显著改进,这使得能够借助增加流体的压力水平至高达350MPa,来通过改变乳液的或生物聚合物的质地,原位消毒产物。
[0028] 由于所有上述内容,当意在这一细胞破裂技术的有效工业外推时,HPH技术似乎是有前途的。
[0029] 然而,当必须应用其来破裂一般微藻细胞,并且具体是破裂小球藻的细胞时,出现了多个问题。
[0030] 涉及用HPH加工小球藻生物质的第一个问题关系到产生的乳液的性质。
[0031] 尤其是,这一乳液的稳定性将取决于位于界面的分子,并且还取决于匀浆技术所提供的乳化工作。
[0032] 对于将其用于多种食品应用,所述乳液的稳定性一般是必需的。
[0033] 第二个问题涉及干燥所述乳液。
[0034] 的确,当此乳液被干燥(例如通过喷雾干燥)时,乳液的精细度将决定粉末流动的特性,脂质封装的特性,以及相对于氧化的稳定性的特性。
[0035] 根据预期应用,最终产物都将是更易于使用的。
[0036] 取决于基质,乳化所需的能量可以是极高的,以便设法产生足够细并且稳定的乳液。
[0037] 第三个问题是在用于精炼/纯化湿生物质例如小球藻发酵汁的方法期间,待观察的微生物质量
[0038] 在其中在未灭菌环境中进行精炼/纯化方案的情况下,要采取具体预防措施来限制微生物污染的发展(例如冷冻方法、限制中间贮存期持续时间等)。
[0039] 然而,这些预防手段可能是不充足的,并且在产生最终产物的最终步骤中,巴氏消毒/灭菌步骤证明是必需的。
[0040] 面对这三个问题,本领域普通技术人员将不得不依靠具有连续研磨步骤、巴氏消毒步骤/灭菌步骤和采用适当技术的匀浆步骤的费力的方法。
[0041] 发明主题
[0042] 为了克服这些限制,本申请公司选择对极高(或超高)压技术控制进行研究,以便成功地同时进行这三个作用并且因此显著简化操作顺序。
[0043] 更具体地,本申请公司决定利用应由本领域普通技术人员常规地分开考虑的HPH技术应用的不同领域中的两个。
[0044] 第一个领域涉及可以由HPH技术引起的物理变化,例如悬浮液的或乳液的颗粒的、小滴的或微团的尺寸减小和尺寸分布的变窄(总体上描述并且用于制备或稳定乳液或制备纳米颗粒和纳米悬浮液类型,或出于获得粘度和质地方面的改变的目的)。
[0045] 第二个领域中心是围绕由HPH诱导的细胞“破裂”的作用,这一般应用于生物技术和制药工业中回收细胞内物质,其中通常,HPH用于降低食品和药剂产品中的微生物负载。
[0046] 因此以此方式进行HPH使得能够有效将其单独用于破裂微藻细胞,同时利用此技术提供的所有功能性,以便管理与以下项有关的问题:
[0047] -产生乳液,
[0048] -干燥所述乳液
[0049] -在精炼/纯化溶解的生物质期间,潜在的微生物污染物的存在。
[0050] 还使得能够免除偶联HPH与其他技术的需要,这些技术如在现有技术中所述(例如使用被用于降解微藻细胞壁的具体的酶),以便有效地破裂微藻细胞。
[0051] 因此,本发明涉及用于在工业规模上破裂小球藻属微藻细胞的细胞壁的方法,细胞壁是通过高压匀浆进行破裂的,其特征在于如下进行高压匀浆:
[0052] -在300和400MPa之间的压力下进行至少一次高压匀浆,或
[0053] -在150和300MPa之间的压力下进行至少两次连续的高压匀浆,以及[0054] -进料温度在4℃和40℃之间,
[0055] 以此方式保证多于80%的细胞壁破裂程度、小于1μm的产生的乳液的粒度,以及微生物负载的下降,具体地下降到原负载的1/1000或1/10000。
[0056] 具体地,该方法保证了每克乳液小于总计10个微生物的微生物负载。
[0057] 优选地,在包含按重量计15%和50%之间的固体的微藻细胞的生物质、具体地是按微藻细胞干重计15%至50%的固体的生物质上进行高压匀浆。
[0058] 优选地,小球藻属微藻是选自下组,该组由以下各项组成:普通小球藻、异养小球藻和原壳小球藻,并且更具体地是原壳小球藻。优选地,微藻生物质包含按干重计至少10%的脂质,优选地按干重计至少20%、30%、40%、50%或60%的脂质。
[0059] 在一个具体实施例中,进料温度是在20℃和40℃之间。
[0060] 在一个优选实施例中,在300和400MPa之间的压力下,单次进行高压匀浆。
[0061] 在另一优选实施例中,在150和300MPa之间的、优选在150和250MPa之间的压力下,连续地分两次、三次、四次或五次进行高压匀浆。具体地,在150和250MPa之间的压力下,连续地分两次进行高压匀浆。两个连续次的压力可以是相同的或不同的。
[0062] 本发明还涉及用于制备小球藻属、具体地是原壳小球藻的微藻粉的方法,该方法包括产生微藻生物质,借助根据本发明的方法破裂细胞壁,和干燥生物质,特别是通过喷雾进行干燥。
[0063] 还涉及借助该方法获得微藻粉。优选地,该方法包括在150和300Mpa之间的压力下连续地进行至少两次高压匀浆。
[0064] 最终,本发明涉及根据本发明的用于破裂微藻细胞壁的方法用于制备如上所述的微藻粉的用途。
[0065] 发明详细说明
[0066] 本申请公司已经发现,用于破裂小球藻属微藻的细胞壁的极高(或超高)压匀浆技术的管理开发使得能够达到希望的研磨质量。
[0067] 这一管理开发被理解为是指在原壳小球藻的情况下,适应模型微藻,研究并且优化用于进行HPH的每一参数。
[0068] 本发明的优选微藻可以在异养条件(在作为碳源的糖上并且在缺乏光的条件下)生长。本申请公司建议选择小球藻属的富脂质微藻。所使用的微藻可以选自但不限于原壳小球藻、凯斯勒小球藻(Chlorella kessleri)、极微小球藻(Chlorella minutissima)、小球藻属(Chlorella sp.)、耐热性小球藻(Chlorella sorokiniama)、luteoviridis小球藻(luteoviridis ChlorellaChlorella luteoviridis)、普通小球藻、reisiglii小球藻(Chlorella reisiglii)、椭圆小球藻(Chlorella ellipsoidea)、嗜糖小球藻(Chlorella saccarophila)、凯斯勒类小球藻(Parachlorella kessleri)、beijerinkii类小球藻(Parachlorella beijerinkii)、大型原藻(Prototheca stagnora)和桑椹形原藻(Prototheca moriformis)。优选地,根据本发明所使用的微藻属于原壳小球藻物种。
[0069] 在液体培养基中培养该微藻以便于生产此类生物质。根据本发明,将微藻在没有光(异养条件)存在下培养在含有碳源以及氮源的一种培养基中。固体和液体生长培养基在文献中通常都有,并且适合于许多微生物菌株的特定培养基的制备的推荐做法可见于例如网上www.utex.org/(由德克萨斯大学奥斯汀分校维护的一个网站,针对其藻类培养物保藏(UTEX))。生物质的这种生产在发酵罐(或生物反应器)中进行。
[0070] 生物反应器、培养条件和异养性生长与增殖方法的特定实例可以按任何适合的方式组合以改进微藻生长和脂质的效率。
[0071] 优选地,极高压匀浆方法应用于其的生物质具有按干重计15%和50%之间的固体含量。具体地,固体含量可以在25%和45%之间,优选在35%和45%之间。优选地,在应用极高压匀浆方法之前,洗涤并且浓缩生物质。在一个优选实施例中,当提到固体含量时,它是指按干重计,微藻细胞的含量。
[0072] 此外,微藻生物质的脂质含量优选是按干重计至少10%、20%、30%、40%、50%或60%中的最小值,例如,在20%和80%之间,或在30%和70%之间。
[0073] 根据应用的压力、进行匀浆的次数和进料流体的温度,评估细胞破裂程度[0074] 如将在下文示例,证明应用至流体的压力和进行匀浆的次数对细胞破裂的效率具有显著影响。
[0075] 因此,根据按照本发明的方法,建议在以下条件下进行工作:
[0076] -在300和400MPa之间的压力下匀浆至少一次,并且优选进行单次匀浆,或[0077] -在150和300MPa之间、优选在150和250MPa之间的压力下,连续地进行至少两次匀浆,并且
[0078] -进料温度在4℃和40℃之间。
[0079] 使用本方法,细胞壁破裂的百分比是多于80%、85%或90%。此外,通过本方法,显著降低了微生物负载。具体地,微生物负载是每克乳液小于总计10个微生物。
[0080] 在该单次匀浆实施例中,压力可以在300和325MPa之间、在325和350MPa之间、在350和375MPa之间、或在375和400MPa之间。
[0081] 在连续地进行若干次匀浆的实施例中,压力可以是在150和175MPa之间、在175和200MPa之间、在200和225MPa之间、在225和250MPa之间、在250和275MPa之间、或在275和
300MPa之间。具体地,压力可以在200和300Mpa之间、或在200和250MPa之间。
[0082] 进料温度可以在20℃和40℃之间。可替代地,进料温度可以在4℃和10℃之间、在10℃和20℃之间、在20℃和30℃之间或在30℃和40℃之间。
[0083] 评估HPH技术产生细颗粒乳液的能力
[0084] 如将在下文示出,在使用球磨的例证中,进行或不进行染色的光学显微术观察示出,在于用HPH进行破裂的技术使得能够产生与用更常规的细胞破裂方法的乳液相比更细的乳液。
[0085] 源自HPH细胞破裂的乳液部分特征在于非常小的粒度,而源自球磨的乳液部分特征在于从1至多于40μm的更粗糙粒度。的确,使用根据本发明的方法,具有小于1μm的粒度的群体是显著存在的,并且甚至会在乳液中占多数。
[0086] 在一个实施例中,借助根据本发明的方法获得的源自HPH细胞破裂的乳液部分特征在于用此粉制备的乳液的粒度。然后通过激光粒度分析(激光粒度分析仪2000E–尔文(Malvern)仪器公司)来分析这些乳液。
[0087] 因此,借助根据本发明的方法获得的乳液特征在于具有代表总群体的至少20%、30%、40%或50%的小于1μm的粒度的群体。术语“%”旨在指作为粒度的函数,代表%体积的图中的面积分布百分比。
[0088] 在一个优选实施例中,借助根据本发明的方法获得的乳液特征在于具有代表总群体的多于50%的小于1μm的粒度的群体。术语“%”旨在指作为粒度的函数,代表%体积的图中的面积分布百分比。
[0089] 在一个特别优选的实施例中,该方法包括在150和300MPa之间、优选在200和300MPa之间、具体地是在250MPa的压力下连读地进行至少两次匀浆,并且借助根据本发明方法获得的乳液特征在于具有代表总群体的多于50%的小于1μm的粒度的群体。
[0090] 因此,借助其粒度特征,用高压匀浆获得的乳液与源自球磨的乳液相比,要稳定得多。
[0091] 虽然使用极高压,具体地是至少300MPa,已经证明,对于破裂微藻细胞而言,单次匀浆是足够的。本申请公司已经证明,极高压匀浆将导致如果分连读若干次生产,则乳液更加被稳定化。因此,该方法可以包括连续地进行两次、三次、四次或五次匀浆。然而,出于工业目的,优选地是限制匀浆次数。因此,在一个优选实施例中,将使用连读两次匀浆。用于每次匀浆的压力可以是不同的或可以是恒定的。
[0092] 可以在任何可获得的高压匀浆器,例如由Microfluidics公司、Stansted Fluid Power公司、AVP公司、Avestin公司或Niro Soavi公司提供的那些上进行该方法。
[0093] 本发明还涉及用于制备如上所述的微藻粉的方法,该方法包括产生微藻生物质,借助根据本发明的方法破裂细胞壁,和干燥生物质,特别是通过喷雾进行干燥。在细胞壁破裂之前,能够洗涤生物质和/或将其浓缩。本发明还涉及借助上述方法获得微藻粉。
[0094] 更一般地说,本发明涉及用于制备如上所述微藻粉的方法,该方法使用根据本发明的用于破裂微藻细胞壁的工艺。因此本发明涉及根据本发明的用于破裂微藻细胞壁的方法用于制备如上所述的微藻粉的用途。
[0095] 此微藻粉在食品行业中具有用途。因此,本发明还涉及根据本发明的或借助根据本发明的方法获得的粉在食品行业中的用途。具体地,本发明涉及用于制备食品组合物的方法,该方法包括添加这样一种微藻粉至食品组合物的成分或将其添加至食品组合物。例如,此类用途描述于专利申请WO 2010/045368、WO 2010/120923或US 2010/0297296中。
[0096] 术语“工业规模”优选旨在指以下方法,其中:
[0097] -研磨室或破裂室的体积大于或等于100升,优选大于或等于500升;和/或[0098] -流速大于1m3/h;和/或
[0099] -一个批次是从1至200m3。
[0100] 此外,在一个优选工业规模的模式中,按重量计,特别是按细胞的干重计,生物质具有15%至50%的固体。
[0101] 本发明将从下列旨在为说明性的和非限制性的实例中更清楚地得以理解。
[0102] 实例
[0103] 实例1.原壳小球藻微藻的生物质的制备和使用的工具的呈现
[0104] 发酵方案改编自总体上完整地描述于专利申请WO 2010/120923中的发酵方案。
[0105] 用预先培养的原壳小球藻接种生产发酵罐。接种后,体积达到9000l。
[0106] 使用的碳源是通过应用时间/温度方案灭菌的55%w/w葡萄糖浆。
[0107] 该发酵是分批补料发酵,其间调节葡萄糖流速,以便维持从3至10g/l的残余葡萄糖浓度。
[0108] 生产发酵罐时间是从4至5天。
[0109] 在发酵结束时,细胞浓度达到185g/l。
[0110] 在葡萄糖进料期过程中,限制培养基中的含氮量,以便允许按50%的量(按生物质重量计)的脂质累积。
[0111] 发酵温度被维持在28℃。
[0112] 在接种前,将发酵pH调节至6.8,并且然后在发酵期间将其调整至这一相同值上。
[0113] 通过控制发酵罐的通气、背压和搅拌,将溶解氧维持在30%的最小值。
[0114] 用在75℃1min并且然后冷却至6℃的方案,在一个HTST带上热处理发酵汁。
[0115] 然后以6比1(水/发酵汁)的稀释比,用除碳酸饮用水洗涤生物质,并且通过使用Alfa Laval Feux 510进行离心,将其浓缩至250g/l(25% DCW“干细胞重量”)。
[0116] 细胞破裂程度的测量
[0117] 相对于初始参比样品,通过研磨后残余细胞的显微计数,测量研磨程度。
[0118] 将样品稀释至1/800。
[0119] 通过在10×40的放大倍数的光学显微镜下,根据使用的标准方法,对马拉色氏(Malassez)细胞计数,来进行分析。
[0120] 通过相对于初始参比样品,计算残余细胞的百分比,来确定细胞破裂程度。
[0121] 实例2.压力值、匀浆次数和温度对通过HPH破裂原壳小球藻的效率的影响的测量[0122] 测试了应用的压力值(100MPa和150MPa)和匀浆次数对研磨的效率的影响,表示为根据实例1制备的生物质的破裂的%程度。
[0123] 在范围高达150MPa的动态压力下使用具有SEO阀的Rannie LAB 10.51VH匀浆器(SPX)高压匀浆系统。按大约60l/h的流速引入生物质。
[0124] 图1清晰地示出,压力和匀浆次数越大,破裂效率就将越好。
[0125] 以单次匀浆、但是在不同压力下进行了第二系列的测试,以根据应用的压力评估细胞破裂的效率。
[0126] 为了做到这一点,在范围高达380MPa的动态压力下,使用了Stansted Fluid Power公司11300(15kW)连续超高压系统。
[0127] 按单次匀浆,以大约100l/h的流速,将产物连续进料。
[0128] 如图2中所示,从100MPa开始,细胞的破裂是可见的,并且从150 MPa开始,细胞的破裂开始变得显著。
[0129] 在300MPa,细胞破裂程度超过70%,并且在使用该技术可得的最大压力下,达到80%以上的程度。
[0130] 通过连续地进行两次匀浆,但是限制压力至250MPa,来进行第三系列的测试。
[0131] 如图3中所示,按此配置,通过在200Mpa以上的压力下连续地累积两次匀浆,获得了约90%的细胞破裂程度。
[0132] 按此配置,可能限制应用至匀浆阀的压力至小于250Mpa的值。
[0133] 这一方案使得能够限制匀浆阀磨损现象。
[0134] 在另一系列的测试中评估输入温度对细胞破裂效率的影响。
[0135] 产物进料温度的增加有利地作用于细胞破裂效率(多于5%的增益)-参见图编号4。
[0136] 然而,高压匀浆方法的放热性产生了非常显著的温度升高,这会构成根据在输出处产物的敏感性的限制。因此,根据在输出处的最大可容许阈值限制输入温度。
[0137] 结论是,根据按照本发明的方法的一个优选模式,建议在以下条件下进行工作:
[0138] -按单次匀浆,在350和400MPa之间的压力下,或
[0139] -按连续地进行两次匀浆,在200和250MPa之间的压力下,
[0140] -进料温度在4℃和40℃之间。
[0141] 实例3.通过HPH破裂产生的乳液的质量
[0142] 源自根据实例1的发酵的生物质的组合物特征在于占多数的脂质部分(大约50%/干重)。
[0143] 由此在细胞破裂后,产生了乳液(具有细胞碎片/油的水相)。
[0144] 由脂质小球的精细度来决定此乳液的稳定性。
[0145] 匀浆的目标是将脂质小球的直径最小化并且同时使它们尽可能地均匀;这然后导致稳定性的改进和介质粘度增加。
[0146] 因此将其与球磨技术相比较,除了细胞破裂的简单目标之外,关于它匀浆并且由此稳定化产生的乳液的潜能,评估了高压匀浆技术。
[0147] 然后使用直径0.5mm的酸锆球,用Netzsch Labstar球磨机来研磨生物质(圆周速度:12m/s、90%填充率、流速:6kg/h)。
[0148] 然后在光学显微镜下进行评估,以便根据使用的方法比较乳液。
[0149] 图5和6使得能够可视化用两种技术(在350MPa下按一次匀浆进行的HPH、和球磨)产生的乳液的尺寸的差异。
[0150] 图6证明了以下事实:与在HPH加工后获得的乳液相比(图5),球磨导致产生远远更粗糙的乳液,具有更大并且更不均匀的小球尺寸;产生的乳液在视觉上远远更细。
[0151] 与用球磨获得的乳液相比,为了更确切地表征HPH技术的乳化潜能,根据建造者的说明书,在激光粒度分析仪(激光粒度分析仪2000E–马尔文(Malvern)仪器公司)上分析产生的乳液。
[0152] 图7使得能够表征在产生细的并且潜在稳定的乳液中使用的方法的效率。
[0153] 在细胞破裂后,在两种情况下,就其本身而言,与具有单峰群体(具有在1和10μm之间分布的全细胞直径)的初始生物质相比,观察到双峰群体。
[0154] 然而,在球磨的情况下,根据显微观察,乳液是粗糙的,分布在1和100μm之间。
[0155] 这就是说第一个群体,在1和30μm之间,由残余完整细胞以及还有尺寸<30μm的脂质小球组成。
[0156] 就其本身而言,第二个群体由乳液组成,该乳液由具有大于40μm的直径的脂质小球组成。
[0157] 因此总体上,源自球磨的乳液是粗糙的并且非常不均匀。
[0158] 在用高压匀浆进行细胞破裂的情况下,它是第二个群体,分布在1和10μm之间,其组成专有地为残余完整细胞。
[0159] 作为第一个群体,源自细胞破裂的乳液部分特征在于非常小的粒度,小于1μm。
[0160] 因此,借助其粒度特征,用高压匀浆获得的乳液与源自球磨的乳液相比,要稳定得多。
[0161] 图8随后证明了匀浆压力对乳液的粒度分布的影响。
[0162] 事实上应当指出,应用的压力越高,解释对应于1μm和10μm群体的幅值上的减小的残余完整细胞的量就越低。
[0163] 然后伴随压力增加,对应于乳化脂质小球的部分的幅值增加,添加至此的是平均粒度分布的降低。
[0164] 图9说明的另外的测试目标在于评估实施一次或两次高压(250MPa)匀浆的系统。
[0165] 因此应当指出,与当匀浆方法组成为单次匀浆时相比,当匀浆方法组成为在极高压下连续地进行两次匀浆时,压力的影响是最大的(由此产生了与用单次匀浆的最大可得压力相比,甚至更大的累积压力)。
[0166] 凭借这些极高压匀浆配置,源自细胞破裂的脂质乳液被大大地稳定化,由此有助于用于加工此乳液的剩余操作以及还有它在应用中的用途。
[0167] 实例4.微生物负载的减小
[0168] 关于在匀浆前降低生物质污染的潜能,评估了极高压加工。
[0169] 由匀浆器阀上的压力产生的剪切,连同温度增加,显著降低了生物质的微生物负载并且由此产生了灭菌力。
[0170] 因此,用Stansted Fluid Power公司11300(15kW)连续超高压系统上的不同压力方案评估了净化潜能。
[0171] 下表呈现了在这些条件下获得的微生物负载结果。
[0172]
[0173] 通过允许接近灭菌的实质上总微生物减少,极高压匀浆允许微生物负载显著减小。
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