CN108970174A - 一种微藻细胞中代谢产物的萃取系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微藻细胞的萃取系统及方法，属于微藻萃取技术领域。所述系统依次连接的至少两级萃取分离单元，所述萃取分离单元包括依次连接的低渗液萃取室、真空分离室，微藻细胞依次经过第一级萃取分离单元中的低渗液萃取室、真空分离室后，再进入第二级萃取分离单元中的低渗液萃取室、真空分离室。本发明利用微藻细胞代谢响应机理的生态特征，在保证微藻细胞活性和生物相对稳定的同时，从微藻细胞中萃取代谢产物的混合液，并设计了配套的装置，大幅度提高了微藻细胞的采收和萃取效率，显著降低了微藻细胞中代谢产物的生产成本。

Description

一种微藻细胞中代谢产物的萃取系统及方法

技术领域

本发明涉及微藻的萃取技术领域，尤其涉及一种能够实现对微藻细胞中代谢产物进行多级萃取的系统。

背景技术

微藻是一种在自然环境中广泛分布的自养植物，不仅可以通过光合作用，合成油脂、蛋白质、甘油葡萄糖苷等高附加值的化合物，而且，由于光合效率高、生长快、单位亩产高等特点，被国际粮农组织认为是可能的人类未来最重要粮食资源之一。

然而，目前从微藻中提取代谢产物的主要手段是利用乙醇溶液的渗透或破壁萃取手段，如中国专利申请CN 103937604 A公开了一种提取微藻中油脂的方法，提取微藻中油脂的方法采用混合醇作为萃取溶剂，由于甲醇具有良好的穿透性，能够在常温下轻松的穿透细胞壁和细胞膜，从而进入细胞内进行油脂的提取。然而，正是由于醇具有很好的细胞壁渗透性，可以很好的穿过细胞壁或溶解细胞膜，从而使微藻代谢产物溶入乙醇中，但这种萃取分离的技术将使微藻内部组织结构因破坏而死亡，导致微藻无法实现循环培养和再提取循环操作。

中国专利CN 205462598 U公开了一种微藻油脂萃取用破碎装置，包括罐体和通过法兰连接与罐体上的端盖，端盖上通过支架安装有电机，电机的转轴端穿过端盖连接有超声波发生装置，超声波发生装置下端连接有探头，探头为锥形结构，通过伺服电机带动活动板向上运动，从而使得探头与微藻充分接触，同时探头设置成锥形，大大提高了破碎效率。然而，采用破壁方式萃取分离后得到的微藻废弃物更是一种环境治理负担，尤其对于微藻细胞中甘油葡萄糖苷(Glucosylglycerol，简称GG)的提取，GG是一类由甘油分子和葡萄糖分子通过糖苷酶反应链接而形成的糖苷类化合物，GG除作为食品的风味物质外，还在皮肤保湿、抑制糖代谢和保持蛋白稳定性方面，具有特别的功效，其在食品、化妆品、医药品等的制备领域中得到了广泛的应用，这导致产生了大量的废弃的微藻细胞，其后处理成了企业生产的一大难题，而且微藻细胞只能一次性使用，对微藻细胞的利用率明显过低。

综上，现有的从微藻中代谢产物的提取方法仍然存在对微藻的利用率低、无法实现微藻的循环培养和再提取等问题，因此，有必要研究一种新的微藻中代谢产物(尤其是微藻中甘油葡萄糖苷)的萃取系统和方法，以期实现对微藻细胞的高效、无损伤提取，进而实现对微藻细胞的高效、循环利用。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种微藻细胞中代谢产物的萃取系统及方法。本发明利用微藻细胞代谢响应机理的生态特征，在保证微藻细胞活性和生物相对稳定的同时，从微藻细胞中萃取代谢产物的混合液，并设计了配套的装置，大幅度提高了微藻细胞的萃取效率，显著降低了微藻细胞中代谢产物的生产成本。

本发明的第一目的是提供一种微藻细胞中代谢产物的萃取系统。

本发明的第二目的是提供一种微藻细胞中代谢产物的萃取方法。

本发明的第三目的是提供一种三级萃取螺旋藻中甘油葡萄糖苷的方法。

为实现上述发明目的，具体的，本发明公开了下述技术方案：

首先，本发明公开了一种微藻细胞中代谢产物的萃取系统，包括：依次连接的至少两级萃取分离单元，所述萃取分离单元包括依次连接的低渗液萃取室、真空分离室，微藻细胞依次经过第一级萃取分离单元中的低渗液萃取室、真空分离室后，再进入第二级萃取分离单元中的低渗液萃取室、真空分离室。

微藻细胞进入萃取分离单元中的低渗液萃取室后，被喷洒上低渗液进行萃取，在低渗液的作用下，微藻细胞逐渐从细胞中向低渗液中分泌待提取代谢产物，得到含有一定浓度待提取代谢产物的萃取液，含有低渗萃取液的微藻细胞进入真空分离室，真空分离室的负压通过真空抽吸将微藻细胞与萃取液分离开来，如此反复，经过至少两级萃取分离单元的萃取、分离，即可实现待提取代谢产物的高效提取。

进一步地，所述真空分离室由真空室、侧向密封室组成，所述真空室的顶面为网孔结构，优选为由蜂窝状抽气腔组成的网孔结构，所述经过萃取后的微藻细胞和萃取液被输送至真空室的顶面，真空室内的负压将微藻细胞与萃取液抽吸分离开来。所述侧向密封室设置在除真空室顶面的其他面上，由若干个水封小室组成，其主要作用是对真空室进行密封，但由于真空室的顶面需要对萃取后的含有待提取代谢产物的萃取液进行真空抽吸，因此真空室的顶面不能进行密封。

进一步地，所述低渗液萃取室由低渗液射流管、防护罩组成；所述低渗液射流管表面设置有若干低渗液出口，且低渗液出口的喷射流呈线状、面状或散射状，低渗液射流管设置在低渗液萃取室中任意适合的地方，只要能够保证将低渗液均匀喷洒到进入到低渗液萃取室的微藻细胞上即可；所述防护罩的主要作用是防止灰尘等杂质落入微藻细胞中并防止低渗液飘散损失。

进一步地，所述萃取系统还包括藻泥均料装置，微藻细胞通过藻泥均料装置后依次通过萃取分离单元的低渗液萃取室、真空分离室，萃取后再通过真空分离室进行分离。所述藻泥均料装置的主要作用是实现微藻细胞的等厚、均匀、等行程面积分布，避免无藻泥覆盖的空缺对后面真空分离的影响。

进一步地，所述藻泥均料装置至少包括料仓，所述料仓下方设置有均料口，均料口中设置有控制阀，以便于精确控制输送的微藻细胞的流量。

优选地，所述均料口为漏斗形扁长开口，且均料口的宽度与过滤带宽度相匹配，以便于将微藻细胞等厚、均匀、全面积覆盖在过滤带上，防止空缺对后续真空分离的影响。

优选地，所述均料口为料仓出料口和布料板，或料仓出料口和布料杆构成的装置，料仓出料口将藻泥注入过滤带，由布料板或布料杆将微藻细胞等厚、均匀、全面积展开平铺在过滤带上，防止空缺对后续真空分离的影响。

进一步地，所述萃取系统还包括初级真空分离室，所述初级真空分离室与第一级萃取分离单元连接；或者，所述藻泥均料装置、初级真空分离室、第一级萃取分离单元依次连接，微藻细胞通过藻泥均料装置均匀分布后先进入初级真空分离室，然后进入第一级萃取分离单元，依次通过其中的低渗液萃取室、真空分离室；所述初级真空分离室的构造可以和萃取分离单元中的真空分离室的构造相同。

所述初级真空分离室的作用是：在微藻细胞进入萃取分离单元之前，预先抽离微藻细胞中的水分或水溶性混合物，因为经过采收后，微藻细胞形成的藻泥中仍然含有较多水分，如果不将这些水分去除，一是会影响后续低渗萃取处理中低渗液的浓度；二是会稀释萃取液中待提取代谢产物的浓度，加大后续纯化的难度、增加纯化时间、成本、影响产品品质等，不利于待提取代谢产物的工业化生产。

进一步地，所述真空分离室还包括气水分离罐、抽气机，所述抽气机与气水分离罐连接，气水分离罐与真空分离室连接。气水分离罐的主要作用是将真空分离室中抽出的气、水混合物分离后回收液体并排放气体，以维持气水分离罐真空，抽气机的主要作用是抽离真空分离室中的气体，为各级真空分离室提供真空负压。

进一步地，所述萃取系统还包括过滤传送装置，所述过滤传送装置依次穿过藻泥均料装置、初级真空分离室、萃取分离单元，过滤带设置在初级真空分离室以及萃取分离单元中的真空分离室的上表面，且与各真空分离室之间滑动接触，这样便于经过微藻细胞在经过真空分离室对微藻细胞和液体进行分离。所述过滤传送装置的主要作用是将微藻细胞输送到后续装置中进行萃取、分离。

优选地，所述过滤传送装置为过滤带，这样可以兼具运输和过滤的功能。

进一步优选的，所述过滤带为孔径小于微藻细胞的多孔过滤带；再优选为孔径小于微藻细胞的柔性过滤膜，更优选具有一定拉伸强度的平板型膜材料，所述拉伸强度以能够满足牵引机驱动循环要求的最低限度为准；这种多孔结构的过滤带既可以对微藻细胞进行运输，又可以在后续的真空分离过程中便于微藻细胞与萃取液的分离，从而使微藻细胞留在过滤带上，而含有代谢产物的萃取液进入真空室。

优选地，所述过滤带的孔径为600-3000目，进一步优选为1000-2000目。

进一步地，所述萃取系统还包括过滤带清洗装置，所述过滤带清洗装置主要作用是为调整过滤带状态以及清洗过滤带。

进一步地，所述萃取系统还包括侧向防护板，所述侧向防护板紧密固定在过滤带的两侧边缘，且随过滤带同步传动，以防止过滤带上的微藻细胞溢出过滤带的两侧边缘，并且具有侧向密封作用。

进一步地，所述低渗液萃取室还包括过渡板，所述过渡板为无孔的光滑平面板，过渡板设置在穿过低渗液萃取室的过滤带下面，且过滤带能够滑动通过过渡板表面，其主要作用是托举过滤带在其上滑动，更好地防止萃取液流失。

设置至少两级萃取分离单元的原因是：经过去除了多余水分的微藻细胞进入第一级萃取分离单元中的低渗液萃取室，被喷上低渗液，微藻细胞在低渗液的作用下，逐渐从细胞中向低渗液中分泌待提取代谢产物，得到含有代谢产物的萃取液和微藻细胞混合物，进入真空分离室，实现萃取液与微藻细胞的一级分离，微藻细胞继续进入第二级萃取分离单元，按同样的过程完成微藻细胞的二级或更多级的萃取、分离；另外，通过设定过滤带的传送速率与低渗萃取和真空分离过程匹配，实现微藻细胞的多级萃取和分离同步完成，可以大大缩短待提取代谢产物的萃取分离时间，实现产物收益的最大化。

其次，本发明公开了一种微藻细胞中代谢产物的萃取方法，包括如下步骤；

(1)将微藻细胞送入藻泥均料装置后，经过初级真空分离室分离出其中多余的水分，然后进入至少两级萃取分离单元，经过其中的低渗液萃取室萃取后得到含有代谢产物的萃取液和微藻细胞混合物，再进入真空分离室，实现萃取液与微藻细胞的一级分离，微藻细胞继续进入第二级萃取分离单元，按同样的过程完成微藻细胞的二级萃取和分离，如此循环，完成微藻细胞的多级萃取、分离；

(2)从步骤(1)中分离出的萃取液用于下一步处理，分离出的微藻细胞则用于循环培养。

本发明的萃取方法中，在萃取微藻细胞中的待提取代谢产物时，采用的萃取液为低渗液，包括洁净无盐水溶液、低盐水溶液、降低细胞渗透压的钾盐或镁盐水溶液等，由于高渗透压的盐溶液、高浓度乙醇溶液这些萃取液具有很好的穿过细胞壁或溶解细胞膜的能力，萃取时将会破坏微藻细胞内部组织结构，导致微藻细胞死亡，微藻细胞无法实现工厂化循环培养和再提取循环操作，而且采用破壁模式提取代谢产物后产生的大量废弃微藻也是一种环境治理负担。上述盐水溶液的浓度可根据不同微藻细胞特性需要进行配制，本发明不做具体限定。

优选地，所述低渗液为洁净无盐水溶液；进一步优选为无菌去离子水。

最后，本发明公开了一种三级萃取螺旋藻中甘油葡萄糖苷的方法，包括如下步骤：

(1)首先，将微藻细胞输送至藻泥均料装置中的料仓，控制阀控制匀料口将微藻细胞输送到并均匀、全面积地覆盖在过滤带上；

(2)过滤带将步骤(1)中的微藻细胞进一步输送至初级真空分离器，脱除微藻细胞表面多余的液体后，继续输送至萃取分离单元；

(3)步骤(2)中的微藻细胞依次经过第一级、第二级、第三级萃取分离单元后，分别得到含有不同甘油葡萄糖苷浓度的萃取液，经过第三级萃取后的微藻细胞送入培养装置中进行循环培养，萃取液进行下一步纯化处理。

需要说明的是，微藻细胞的萃取系统运行的参数可根据微藻细胞的萃取、分离效率和保证微藻细胞的活性进行相应的优化和调整，且萃取分离单元的级数包括但不限于本发明所述的三级萃取分离单元，即，从第二级萃取分离单元出来微藻细胞还可以再经过第三级或更多级数的萃取分离单元。

与现有技术相比，本发明取得的有益效果是：

(1)本发明在萃取系统中设计了兼具运输和过滤功能的多孔过滤带，可以同步实现微藻细胞与萃取液的运输和分离。其次，可以通过设定多孔过滤带的传送速率与低渗萃取和真空分离过程相匹配，实现微藻细胞的多级萃取和分离同步进行，从而大大缩短待提取代谢产物的萃取分离周期。最后，本实施例在萃取系统中设计了藻泥均料装置，可以实现微藻细胞的等厚、均匀、等行程面积分布，避免无藻泥覆盖的空缺对后面真空分离的影响。

(2)本发明在萃取系统中设计了初级真空分离室，所述初级真空分离室设置在第一级萃取分离单元之前，从而在微藻细胞进入第一级萃取分离单元之前，预先抽离微藻细胞中的水分或水溶性混合物，因为经过采收后，微藻细胞形成的藻泥中仍然含有较多水分，如果不将这些水分去除，一是会影响后续低渗萃取处理中低渗液的浓度；二是会稀释萃取液中待提取代谢产物的浓度，加大后续纯化的难度、增加纯化时间、成本、影响产品品质等，不利于代谢产物的工业化生产。

(3)本发明在萃取系统中设计了侧向防护板和过渡板，侧向防护板具有防止过滤带上的微藻细胞从过滤带的两侧边缘溢出的作用，造成微藻细胞的浪费和增加额外的清理工序，并且侧向防护板具有侧向密封作用；过渡板可以托举多孔过滤带在其表面上滑动，能够有效防止多孔过滤带上萃取液的流失。

(4)本发明将萃取系统中的各级真空分离室设计为由真空室、侧向密封室、气水分离罐组成；侧向密封室可以对真空室进行密封，提供稳定的真空环境；气水分离罐可以及时将经过真空分离室的萃取液抽离出来，实现微藻细胞和萃取液的高效分离；其次，本发明将真空室设计为由蜂窝状抽气腔组成的网孔结构，这种网孔状的真空室具有更大的内部表面积，可以为从真空分离室抽离出来的水分提供更多的附着点，从而更有助于气、水的分离

(5)本发明采用低渗液进行萃取，不会破坏微藻细胞内部组织结构，不会导致微藻细胞死亡，经过萃取后的微藻细胞仍然能够保持良好的活性，能够用于循环培养和提取，大幅度降低待提取代谢产物的生产成本；另外，通过设定过滤带的传送速率，可以控制微藻细胞在一级低渗液萃取室中的萃取时间，使微藻细胞的萃取和分离同步完成，可以大大缩短待提取代谢产物的生产周期。

(6)本发明的多级萃取分离有助于尽可能地将微藻细胞中的待提取代谢产物提取出来，经过三级萃取分离后，即可实现90％以上的待提取代谢产物的萃取分离率，实现产物收益的最大化。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明实施例1中微藻细胞的二级萃取系统的结构示意图。

图2为本发明实施例2中微藻细胞的三级萃取系统的结构示意图。

图3为本发明实施例3中微藻细胞的三级萃取系统的结构示意图。

图4为本发明实施例4中微藻细胞的三级萃取系统的结构示意图。

图5为本发明实施例5中微藻细胞的三级萃取系统的结构示意图。

图6为本发明真空分离室的截面示意图。

附图中标记分别代表：A-第一级萃取分离单元、B-第二级萃取分离单元、C-第三级萃取分离单元、1-一级低渗液萃取室、2-一级真空分离室、3-二级低渗液萃取室、4-二级真空分离室、5-低渗液射流管、6-防护罩、7-三级低渗液萃取室、8-三级真空分离室、9-多孔过滤带、10-藻泥均料装置、11-匀料仓、12-均料口、13-控制阀、14-微藻细胞、15-初级真空分离室、16-侧向防护板、17-过渡板、18-真空室、19-侧向密封室、20-气水分离罐、21-抽气机、22-过滤带清洗装置。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，目前从微藻中提取代谢产物的主要手段是利用乙醇溶液的渗透或破壁萃取手段，但这种萃取分离的技术将使微藻内部组织结构因破坏而死亡，导致微藻无法实现循环培养和再提取循环操作；而且破壁模式的提取废弃物也是一种环境治理负担；因此，本发明提出了一种微藻细胞的萃取系统及方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，一种微藻细胞的二级萃取系统，所述萃取系统包括：第一级萃取分离单元A、第二级萃取分离单元B。

所述第一级萃取分离单元A由一级低渗液萃取室1、一级真空分离室2构成。

所述第二级萃取分离单元B由二级低渗液萃取室3、二级真空分离室4构成。

所述一级低渗液萃取室1、二级低渗液萃取室3均由低渗液射流管5、防护罩6构成。

微藻细胞首先进入第一级萃取分离单元A中的一级低渗液萃取室1后，通过低渗液射流管5喷洒上低渗液进行萃取，在低渗液的作用下，微藻细胞逐渐从细胞中向低渗液中分泌待提取代谢产物，得到含有一定浓度待提取代谢产物的萃取液，含有低渗萃取液的微藻细胞进入一级真空分离室2，一级真空分离室2的负压通过真空抽吸将微藻细胞与萃取液分离开来，然后经过第二级萃取分离单元B，经过二次萃取、分离后即可实现代谢产物的高效提取。

需要说明的是，两级萃取单元的设置是本发明多级萃取技术思路的最低限度的设计，不保证一定能够取得理想的萃取效果，亦不构成对本发明多级萃取技术思路的限制，本实施例仅作为体现本发明多级萃取技术思路的示例性说明，如果要取得更好的萃取效果，抑或是要使整个萃取系统的运行自动化程度更高、更加便捷等，还需进一步增加萃取单元的数量或设置其他的辅助设备，对此，本发明将在后续的实施例中进行更加详细、具体的说明。

实施例2

本实施例提供一种萃取分离效果更优的三级萃取系统，为实现这一目的，首先，本实施例在萃取系统中设计了兼具运输和过滤功能的多孔过滤带，可以同步实现微藻细胞与萃取液的运输和分离。其次，可以通过设定多孔过滤带的传送速率与低渗萃取和真空分离过程相匹配，实现微藻细胞的多级萃取和分离同步进行，从而大大缩短待提取代谢产物的萃取分离周期。最后，本实施例在萃取系统中设计了藻泥均料装置，可以实现微藻细胞的等厚、均匀、等行程面积分布，避免无藻泥覆盖的空缺对后面真空分离的影响。

为使本领域技术人员更加清楚地了解本实施例的萃取系统，现结合具体的附图进行说明：

一种微藻细胞的三级萃取系统，如图2所示，所述萃取系统包括：第一级萃取分离单元A、第二级萃取分离单元B、所述第三级萃取分离单元C、藻泥均料装置10、过滤传送装置。

所述第一级萃取分离单元A由一级低渗液萃取室1、一级真空分离室2构成。

所述第二级萃取分离单元B由二级低渗液萃取室3、二级真空分离室4构成。

所述第三级萃取分离单元C由三级低渗液萃取室7、三级真空分离室8构成。

所述一级低渗液萃取室1、二级低渗液萃取室3、三级低渗液萃取室7均由低渗液射流管5、防护罩6构成。所述低渗液射流管5表面设置有低渗液出口，且低渗液出口的喷射流呈线状；低渗液出口能够将低渗液均匀地喷洒在微藻细胞中；所述防护罩6覆盖在多孔过滤带9的上部，可有效防止灰尘等杂质落入微藻细胞中。

所述一级萃取分离单元A、第二级萃取分离单元B、第三级萃取分离单元C依次连接。

所述过滤传送装置依次穿过藻泥均料装置10的底部、一级低渗液萃取室1、一级真空分离室2、二级低渗液萃取室3、二级真空分离室4、三级低渗液萃取室7、三级真空分离室8，且多孔过滤带9设置在各级真空分离室的上表面与真空室滑动接触。

所述过滤传送装置为孔径小于微藻细胞的多孔过滤带9，这种具有多孔结构的过滤带既可以对微藻细胞进行运输，又可以在后续的真空分离过程中便于微藻细胞与萃取液的分离，从而使微藻细胞留在过滤带上，而含有代谢产物的萃取液进入真空室。

所述藻泥均料装置6设置在多孔过滤带9上方，微藻细胞14通过藻泥均料装置6后分布在过滤带上，然后依次通过第一级萃取分离单元A、第二级萃取分离单元B、所述第三级萃取分离单元C进行萃取和分离。

所述微藻细胞均料装置6包括匀料仓11、均料口12和控制阀13，其中，均料口12设置在匀料仓11下方，控制阀13设置在均料口12中，以便于精确控制向过滤带9上输送的微藻细胞流量。

实施例3

本实施例提供另一种萃取分离效果更优的三级萃取系统，为实现这一目的，本实施例在萃取系统中设计了初级真空分离室，所述初级真空分离室设置在第一级萃取分离单元之前，从而在微藻细胞进入第一级萃取分离单元之前，预先抽离微藻细胞中的水分或水溶性混合物，因为经过采收后，微藻细胞形成的藻泥中仍然含有较多水分，如果不将这些水分去除，一是会影响后续低渗萃取处理中低渗液的浓度；二是会稀释萃取液中待提取代谢产物的浓度，加大后续纯化的难度、增加纯化时间、成本、影响产品品质等，不利于代谢产物的工业化生产。

为使本领域技术人员更加清楚地了解本实施例的萃取系统，现结合具体的附图进行说明：

一种微藻细胞的三级萃取系统，如图3所示，所述萃取系统包括：第一级萃取分离单元A、第二级萃取分离单元B、所述第三级萃取分离单元C、藻泥均料装置10、初级真空分离室15、过滤传送装置。

所述第一级萃取分离单元A由一级低渗液萃取室1、一级真空分离室2构成。

所述第二级萃取分离单元B由二级低渗液萃取室3、二级真空分离室4构成。

所述第三级萃取分离单元C由三级低渗液萃取室7、三级真空分离室8构成。

所述一级低渗液萃取室1、二级低渗液萃取室3、三级低渗液萃取室7均由低渗液射流管5、防护罩6构成，所述低渗液射流管5表面设置有低渗液出口，且低渗液出口的喷射流呈面状；低渗液出口能够将低渗液均匀地喷洒在微藻细胞中；所述防护罩6覆盖在多孔过滤带9的上部，可有效防止灰尘等杂质落入微藻细胞中。

所述初级真空分离室15、一级萃取分离单元A、第二级萃取分离单元B、第三级萃取分离单元C依次连接。

所述过滤传送装置依次穿过初级真空分离室15、一级低渗液萃取室1、一级真空分离室2、二级低渗液萃取室3、二级真空分离室4、三级低渗液萃取室7、三级真空分离室8，且过滤带9设置在各级真空分离室的上表面与真空室滑动接触。

所述过滤传送装置为孔径小于微藻细胞的多孔过滤带9，且所述过滤带9由孔径为3000目的膜材料制成，这种具有多孔结构的过滤带既可以对微藻细胞进行运输，又可以在后续的真空分离过程中便于微藻细胞与萃取液的分离，从而使微藻细胞留在过滤带上，而含有代谢产物的萃取液进入真空室。

所述藻泥均料装置6设置在多孔过滤带9上方，微藻细胞14通过藻泥均料装置6后分布在过滤带上，然后依次通过第一级萃取分离单元A、第二级萃取分离单元B、所述第三级萃取分离单元C。

所述微藻细胞均料装置6包括匀料仓11、均料口12和控制阀13，其中，均料口12设置在匀料仓11下方，控制阀13设置在均料口12中，以便于精确控制向过滤带9上输送的微藻细胞流量。

所述均料口12为料仓出料口和布料板构成的结构；且所述均料口12为漏斗形扁长开口，均料口12的宽度与多孔过滤带9的宽度相匹配，以便于将微藻细胞等厚、均匀、全面积覆盖在多孔过滤带上，防止空缺对后续真空分离的影响。

实施例4

本实施例提供另一种萃取分离效果更优的三级萃取系统，为实现这一目的，本实施例在萃取系统中设计了侧向防护板和过渡板，侧向防护板具有防止过滤带上的微藻细胞从过滤带的两侧边缘溢出的作用，造成微藻细胞的浪费和增加额外的清理工序，并且侧向防护板具有侧向密封作用；过渡板可以托举多孔过滤带在其表面上滑动，能够有效防止多孔过滤带上萃取液的流失。

为使本领域技术人员更加清楚地了解本实施例的萃取系统，现结合具体的附图进行说明：

一种微藻细胞的三级萃取系统，如图4所示，所述萃取系统包括：第一级萃取分离单元A、第二级萃取分离单元B、所述第三级萃取分离单元C、侧向防护板16、过渡板17、过滤传送装置。

所述第一级萃取分离单元A由一级低渗液萃取室1、一级真空分离室2构成。

所述第二级萃取分离单元B由二级低渗液萃取室3、二级真空分离室4构成。

所述第三级萃取分离单元C由三级低渗液萃取室7、三级真空分离室8构成。

所述一级低渗液萃取室1、二级低渗液萃取室3、三级低渗液萃取室7均由低渗液射流管5、防护罩6构成；所述低渗液射流管5表面设置有低渗液出口，且低渗液出口的喷射流呈散射状；低渗液出口能够将低渗液均匀地喷洒在微藻细胞中；所述防护罩6覆盖在多孔过滤带9的上部，可有效防止灰尘等杂质落入微藻细胞中。

所述一级萃取分离单元A、第二级萃取分离单元B、第三级萃取分离单元C依次连接。

所述过滤传送装置依次穿过一级低渗液萃取室1、一级真空分离室2、二级低渗液萃取室3、二级真空分离室4、三级低渗液萃取室7、三级真空分离室8，且过滤带9设置在各级真空分离室的上表面与真空室滑动接触。

所述过滤传送装置为孔径小于微藻细胞的多孔过滤带9，且所述过滤带9由孔径为1000目的膜材料制成，这种具有多孔结构的过滤带既可以对微藻细胞进行运输，又可以在后续的真空分离过程中便于微藻细胞与萃取液的分离，从而使微藻细胞留在过滤带上，而含有代谢产物的萃取液进入真空室。

所述侧向防护板16紧密固定在多孔过滤带9的两侧边缘，且随多孔过滤带9同步传动，以防止过滤带上的微藻细胞溢出过滤带的两侧边缘。

所述过渡板17为无孔的光滑平面板，过渡板设置在穿过低渗液萃取室的过滤带下面，且过滤带能够滑动通过过渡板表面，所述低渗液萃取室包括所一级低渗液萃取室1、二级低渗液萃取室3、三级低渗液萃取室7。

实施例5

本实施例提供另一种萃取分离效果更优的三级萃取系统，为实现这一目的，首先，本实施例将萃取系统中的各级真空分离室设计为由真空室、侧向密封室、气水分离罐组成；侧向密封室可以对真空室进行密封，提供稳定的真空环境；气水分离罐可以及时将经过真空分离室的萃取液抽离出来，实现微藻细胞和萃取液的高效分离；其次，本发明将真空室设计为由蜂窝状抽气腔组成的网孔结构，这种网孔状的真空室具有更大的内部表面积，可以为从真空分离室抽离出来的水分提供更多的附着点，从而更有助于气、水的分离。

为使本领域技术人员更加清楚地了解本实施例的萃取系统，现结合具体的附图进行说明：

一种微藻细胞的三级萃取系统，如图5、6所示，所述萃取系统包括：第一级萃取分离单元A、第二级萃取分离单元B、所述第三级萃取分离单元C、藻泥均料装置10、初级真空分离室15、侧向防护板16、过渡板17、真空室18、侧向密封室19、气水分离罐20、抽气机21、过滤带清洗装置22、过滤传送装置。

所述第一级萃取分离单元A由一级低渗液萃取室1、一级真空分离室2构成。

所述第二级萃取分离单元B由二级低渗液萃取室3、二级真空分离室4构成。

所述第三级萃取分离单元C由三级低渗液萃取室7、三级真空分离室8构成。

所述一级低渗液萃取室1、二级低渗液萃取室3、三级低渗液萃取室7均由低渗液射流管5、防护罩6构成；所述低渗液射流管5表面设置有低渗液出口，且低渗液出口的喷射流呈线状；低渗液出口能够将低渗液均匀地喷洒在微藻细胞中；所述防护罩6覆盖在多孔过滤带9的上部，可有效防止灰尘等杂质落入微藻细胞中。

所述初级真空分离室15、一级萃取分离单元A、第二级萃取分离单元B、第三级萃取分离单元C依次连接。

所述过滤传送装置依次穿过初级真空分离室15、一级低渗液萃取室1、一级真空分离室2、二级低渗液萃取室3、二级真空分离室4、三级低渗液萃取室7、三级真空分离室8，且过滤带9设置在各级真空分离室的上表面与真空室滑动接触。

所述过滤传送装置为孔径小于微藻细胞的多孔过滤带9，且所述过滤带9由孔径为600目的膜材料制成，这种具有多孔结构的过滤带既可以对微藻细胞进行运输，又可以在后续的真空分离过程中便于微藻细胞与萃取液的分离，从而使微藻细胞留在过滤带上，而含有代谢产物的萃取液进入真空室。

所述藻泥均料装置6设置在多孔过滤带9上方，微藻细胞14通过藻泥均料装置6后分布在过滤带上，然后依次通过第一级萃取分离单元A、第二级萃取分离单元B、所述第三级萃取分离单元C。

所述微藻细胞均料装置6包括匀料仓11、均料口12和控制阀13，其中，均料口12设置在匀料仓11下方，控制阀13设置在均料口12中，以便于精确控制向过滤带9上输送的微藻细胞流量。所述均料口12为料仓出料口和布料杆构成的装置。

所述过滤带清洗装置22可以调整过滤带的运行状态，并及时清洗过滤带上粘附的微藻细胞。

所述初级真空分离室15、一级真空分离室2、二级真空分离室4、三级真空分离室8均由真空室18、侧向密封室19、气水分离罐20组成，且各级真空分离室中的气水分离罐20均与抽气机21连接。

所述真空室18为由蜂窝状抽气腔组成的网孔结构；经过萃取后的微藻细胞和萃取液被输送至真空室的顶面，真空室内的负压将微藻细胞与萃取液抽吸分离开来。

所述侧向密封室19由水封小室组成，其主要作用是对真空室18进行密封；所述侧向密封室的主要作用是对真空室进行密封，但由于真空室的顶面需要对萃取后的含有待提取代谢产物的萃取液进行真空抽吸，因此真空室的顶面不能进行密封。所述抽气机21不仅可以为各级真空分离室提供真空条件，而且能够及时抽离真空室18中的气、水；所述气水分离罐20能够及时将真空室18中抽出的气、水混合物分离后回收或排放。

实施例6

一种利用实施例5所述的系统萃取螺旋藻细胞中甘油葡萄糖苷的方法，包括如下步骤：

(1)首先，将螺旋藻送入藻泥均料装置10中的料仓11，控制阀13控制匀料口12将螺旋藻输送到并均匀、全面积地覆盖在过滤带18上；

(2)多孔过滤带9(由孔径为2000目的膜材料制成)将步骤(1)中的螺旋藻细胞首先进入初级真空分离室15中，在抽气机21的驱动下，抽离螺旋藻形成的藻泥中的水分，并通过抽离气水分离罐20对这些水分进行排放；

(3)经过抽离了多余水分的螺旋藻进入一级低渗液萃取室1后，被喷上低渗液，螺旋藻在低渗液的作用下，逐渐从细胞中向低渗液中分泌甘油葡萄糖苷，所述低渗液为洁净无菌去离子水；

(4)螺旋藻经过一级低渗液萃取室1的萃取后，低渗液中含有待提取物甘油葡萄糖苷，然后通过一级真空分离室2将含有甘油葡萄糖苷的低渗液及时抽离出来；

(5)螺旋藻从一级真空分离室2进入二级低渗液萃取室3后，继续被喷上低渗液，螺旋藻逐渐从细胞中继续向低渗液中分泌甘油葡萄糖苷，然后依次经过二级真空分离室4、三级低渗液萃取室7、三级真空分离室8，经过本实施例的三级萃取系统萃取分离，甘油葡萄糖苷的萃取分离率达到90％以上，最后，经过萃取分离后的螺旋藻输送到培养系统进行循环培养，低渗液则用于下一步纯化处理。

以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微藻细胞中代谢产物的萃取系统，其特征在于：包括依次连接的至少两级萃取分离单元；

所述萃取分离单元包括依次连接的低渗液萃取室、真空分离室；

微藻细胞依次经过第一级萃取分离单元中的低渗液萃取室、真空分离室后，再进入第二级萃取分离单元中的低渗液萃取室、真空分离室。

2.如权利要求1所述的微藻细胞中代谢产物的萃取系统，其特征在于：所述萃取系统还包括藻泥均料装置，微藻细胞通过藻泥均料装置后依次通过萃取分离单元的低渗液萃取室、真空分离室；

或，所述藻泥均料装置至少包括料仓，所述料仓下方设置有均料口，均料口中设置有控制阀；

优选地，所述均料口为料仓出料口和布料板，或仓出料口和布料杆构成的组合装置；

优选地，所述均料口为漏斗形扁长开口，且均料口的宽度与过滤带宽度相匹配。

3.如权利要求1所述的微藻细胞中代谢产物的萃取系统，其特征在于：所述萃取系统还包括初级真空分离室，所述初级真空分离室与第一级萃取分离单元连接；

优选地，所述初级真空分离室的构造和第一级、第二级萃取分离单元中的真空分离室的构造相同。

4.如权利要求2所述的微藻细胞中代谢产物的萃取系统，其特征在于：所述萃取系统还包括初级真空分离室，所述藻泥均料装置、初级真空分离室、第一级萃取分离单元依次连接，微藻细胞通过藻泥均料装置均匀分布后先进入初级真空分离室，再进入第一级萃取分离单元；

优选地，所述初级真空分离室的构造和第一级、第二级萃取分离单元中的真空分离室的构造相同。

5.如权利要求3或4所述的微藻细胞中代谢产物的萃取系统，其特征在于：所述萃取分离单元中的真空分离室以及初级真空分离室均由真空室、侧向密封室组成；所述真空室的顶面为网孔结构，优选为由蜂窝状抽气腔组成的网孔结构；所述侧向密封室设置在除真空室顶面的其他面上；优选地，所述侧向密封室由若干个水封小室组成。

6.如权利要求1-4任一项所述的微藻细胞中代谢产物的萃取系统，其特征在于：所述低渗液萃取室由低渗液射流管、防护罩组成；所述低渗液射流管表面设置有若干低渗液出口，优选地，所述低渗液出口的喷射流呈线状、面状或散射状；

或，所述真空分离室还包括气水分离罐，所述气水分离罐与真空分离室连接；

或，所述真空分离室还包括抽气机，所述气水分离罐均与抽气机连接。

7.如权利要求1-4任一项所述的微藻细胞中代谢产物的萃取系统，其特征在于：所述萃取系统还包括过滤传送装置；

所述过滤传送装置依次穿过依次连接的至少两级萃取分离单元，且所述过滤传送装置设置在萃取分离单元中的真空分离室的上表面，并与各真空分离室之间滑动接触；

或者，所述过滤传送装置依次穿过藻泥均料装置、依次连接的至少两级萃取分离单元，且所述过滤传送装置设置在萃取分离单元中的真空分离室的上表面，并与各真空分离室之间滑动接触；

或者，所述过滤传送装置依次穿过初级真空分离室、依次连接的至少两级萃取分离单元，且所述过滤传送装置设置在初级真空分离室和萃取分离单元中的真空分离室的上表面，并与各真空分离室之间滑动接触；

或者，所述过滤传送装置依次穿过藻泥均料装置、初级真空分离室、依次连接的至少两级萃取分离单元，且所述过滤传送装置设置在初级真空分离室和萃取分离单元中的真空分离室的上表面，并与各真空分离室之间滑动接触；

优选地，所述过滤传送装置为过滤带，进一步优选为孔径小于微藻细胞的多孔过滤带；再优选为柔性过滤膜制成的过滤带，更优选拉伸强度能够满足牵引机驱动循环要求的最低限度的平板型膜材料制成的过滤带。

8.如权利要求7所述的微藻细胞中代谢产物的萃取系统，其特征在于：所述低渗液萃取室还包括过渡板，所述过渡板为无孔的光滑平面板，设置在穿过低渗液萃取室的过滤带下面，且过滤带能够滑动通过过渡板表面；

优选地，所述过滤带的孔径为600-3000目，进一步优选为1000-2000目；

或，所述萃取系统还包括能够调整过滤带状态、清洗过滤带的过滤带清洗装置；

或，所述萃取系统还包括侧向防护板，所述侧向防护板紧密固定在过滤带的两侧边缘，且随过滤带同步传动。

9.利用权利要求1-8任一项所述的萃取系统萃取微藻细胞中代谢产物的方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)将微藻细胞送入藻泥均料装置后，经过初级真空分离室分离出其中多余的水分，然后进入至少两级萃取分离单元，经过其中的低渗液萃取室萃取后得到含有代谢产物的萃取液和微藻细胞混合物，再进入真空分离室，实现萃取液与微藻细胞的一级分离，微藻细胞继续进入第二级萃取分离单元，按同样的过程完成微藻细胞的二级萃取和分离，如此循环，完成微藻细胞的多级萃取、分离；

(2)从步骤(1)中分离出的萃取液用于下一步处理，分离出的微藻细胞则用于循环培养。

10.利用权利要求8所述的萃取系统萃取螺旋藻中甘油葡萄糖苷的方法，，其特征在于：包括如下步骤：

(1)首先，将微藻细胞输送至藻泥均料装置中的料仓，控制阀控制匀料口将微藻细胞输送到并均匀、全面积地覆盖在过滤带上；

(2)过滤带将步骤(1)中的微藻细胞进一步输送至初级真空分离器，脱除微藻细胞表面多余的液体后，继续输送至萃取分离单元；

(3)步骤(2)中的微藻细胞依次经过第一级、第二级、第三级萃取分离单元后，分别得到含有不同甘油葡萄糖苷浓度的萃取液，经过第三级萃取后的微藻细胞送入培养装置中进行循环培养，萃取液进行下一步纯化处理。