微藻的養殖及採收方法

2023-05-28 14:20:46

微藻的養殖及採收方法
【專利摘要】本發明涉及微藻的養殖及採收方法，其中的採收方法包括:將光密度值OD680>1.6的藻液，在pH值≥7且溫度≤40℃的條件下，沉降24小時以上；然後在20℃～40℃下，收穫下層沉降的藻液。本發明的採收方法不需要加入任何的化學藥劑，即可達到較好的沉降效果。本發明的養殖和採收方法通過在微藻養殖過程中加入少量的酸，然後在一定條件進行沉降採收，即可解決微藻養殖過程的沉降問題，又可在採收過程中以較低成本達到較好的沉降效果。
【專利說明】微藻的養殖及採收方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及微藻的養殖及採收方法。

【背景技術】
[0002]微藻是一類在水中生長的種類繁多且分布極其廣泛的低等植物，它是由陽光碟機動的細胞工廠，通過微藻細胞高效的光合作用，吸收CO2,將光能轉化為脂肪或澱粉等碳水化合物的化學能，並放出02。利用微藻生產生物能源與化學品可以同時達到「替代化石能源、減少CO2排放、淨化廢氣與汙水」三個目的。「微藻生物技術」的優勢在於以下幾個方面--①微藻是光合效率最高的原始植物，與農作物相比，單位面積的產率高出數十倍。微藻也是自然界中生長最為迅速的一種植物，通常在24h內，微藻所含生物質可以翻倍，在其「指數生長期」內其生物量翻倍時間可以縮短到3.5h。②微藻可以生長在高鹽、高鹼環境的水體中，可充分利用灘涂、鹽鹼地、沙漠進行大規模培養，也可利用海水、鹽鹼水、工業廢水等非農用水進行培養，因此微藻可以不同農作物爭地、爭水。③產油率高，微藻幹細胞的含油量可高達70%，微藻沒有高等植物的根莖葉等細胞分化，在缺氮等條件下，某些單細胞微藻可大量積累油脂，是最有前景的產油生物。④微藻的培養需要利用工業廢氣中的CO2，緩解溫室氣體的排放，也可以吸收工業廢氣中的氮Ox，減少環境的汙染。⑤生產微藻生物柴油的同時，還可以生產相當數量的微藻生物質，還可進一步獲得蛋白質、多糖、脂肪酸等高價值產品。
[0003]微藻可分為原核藻類和真核藻類，原核藻類以藍藻為主，含葉綠素a、不形成細胞器、能進行光合作用，細胞中蛋白質含量高，可達乾重的70%，脂肪含量低，為5%左右；真核藻類種類比較多，是主要的生物燃料藻種的來源。常見的微藻主要歸於以下八個門類:娃藻門(Bacillar1phyta)、綠藻門(Chlorophyta)、金藻門(Chrysophyta)、藍藻門(Cyanophyta)> 甲藻門(Pyrroptata)、紅藻門(Rhodophyta)、隱藻門(Cryptophyta)和黃藻門(Xanthophyta)。其中，娃藻門、綠藻門和金藻門是最具潛力的生物柴油藻種來源。
[0004]微藻高效規模化養殖技術，即通過研究開發微藻規模化養殖的新設備與新工藝來高效、低成本地獲得微藻生物量，是微藻生物技術的核心之一。影響微藻生長的因素很多，主要有光、營養鹽、CO2, pH、溫度和O2等，這些因素在微藻規模培養過程中所產生的影響尤為突出。研究表明，微藻的生長及脂類物質的含量與光照、氮、磷和溫度等培養條件密切相關。不同藻類生長和積累脂類物質的培養條件不盡相同，應該根據不同的藻種確定最佳培養條件，提高生長速率和油脂含量。微藻的養殖需要有充足的陽光、CO2、水和無機鹽，溫度通常要控制在20?30°C，pH值通常在近中性(pH值為5?9)，養殖介質必須能夠提供組成微藻細胞的無機元素，如氮、P、K、S1、Fe等。
[0005]如何高效率、低成本地採收微藻一直是微藻生物技術中的難題，主要原因是:微藻個體微小(通常小於20微米)且藻液濃度很低(在採收濃度下，通常不到藻液質量的3%。)。現有的微藻採收方法主要是絮凝法、過濾法、離心法和沉降法。其中，絮凝法、過濾法和離心法的工藝較複雜、成本較高。沉降法具有操作簡便、節省能源等優點，如CN101748068公開了一種微藻收穫方法，該方法利用重力學原理，針對高密度連續培養光合生物反應系統進行不完全收穫，對於濃度大於17個每毫升的藻液(相當於OD68tl=L 0)，沉降率一般可達60%以上，沉降後分離出的上層清液返回光反應系統繼續利用，對於不容易沉降的微藻，需要使用PH調節劑將藻液pH調節至強鹼性，使微藻產生自絮凝以加快沉降。該方法仍存在以下不足:①對於直徑較小的微藻，調節PH強鹼性使其自絮凝，會導致成本的增加並影響微藻的活力，不利於循環利用藻種某些情況下，輕微的擾動就會使微藻重新分散，不利於分離沉降後的清液。
[0006]在微藻養殖過程中，微藻沉降會導致生物量積累變慢、生長效率降低等問題，現有方法是採用攪拌、曝氣等手段讓藻液流動以避免微藻沉降，從而保證微藻的順利生長，然而這必然造成較大的能耗和物耗，導致微藻養殖成本的上升。


【發明內容】

[0007]本發明的目的之一是提供一種微藻的採收方法，解決現有微藻沉降採收方法中存在的問題。本發明的目的之二是提供一種微藻的養殖和採收方法，既能解決微藻養殖過程中的微藻沉降問題，又能提高微藻沉降採收的效果。
[0008]一種微藻的採收方法，將光密度值0D_>1.6的藻液，在pH值彡7且溫度彡40°C的條件下，沉降24小時以上；然後在20°C?40°C下，收穫下層沉降的藻液。
[0009]試驗發現，雖然採收時的藻液濃度很低(不到藻液質量的3%。)，但藻液濃度仍對微藻沉降有明顯的影響，當藻液的光密度值OD68tl 1.6時,進行沉降；優選藻液的光密度值OD68tl > 2,進行沉降，更優選藻液的光密度值OD68tl > 3.5時，進行沉降。
[0010]試驗發現，當藻液呈酸性時，微藻十分難於沉降。根據本發明的方法，需要將藻液的PH值控制在> 7，優選> 8。本發明不需要將藻液pH調節至強鹼性，只需要使用pH調節劑或依賴微藻自身生長導致的藻液PH值上升使其處於非酸性狀態即可。優選的條件下，依賴微藻自身生長使藻液PH值為7?9時，再進行沉降。
[0011]根據本發明的方法，需要在彡40°C的條件下進行沉降。當沉降溫度大於40°C時，易使微藻的活力降低，甚至死亡，不利於循環利用藻種。
[0012]優選的沉降時間為24?72小時。
[0013]根據本發明的方法，需要將收穫溫度控制在20°C?40°C。試驗發現，當溫度<20°C時，輕微的藻液擾動，就會導致沉降的微藻重新分散，因此需要將收穫溫度控制在20°C?40。。。
[0014]沉降深度可依據具體的微藻和現有技術確定,一般為50mm?1000mm,較佳的深度為 50 ?120mm。
[0015]所述的微藻優選屬於綠藻門，更優選是小球藻或柵藻。
[0016]—種微藻的養殖和米收方法,包括；
[0017](I)在微藻的養殖過程中，向藻液中加入酸，使加入酸後的藻液pH值為酸性，養殖至藻液光密度值0D_>1.6 ;
[0018](2)將步驟(I)得到的藻液，在pH值彡7且溫度彡40°C的條件下，沉降24小時以上；然後在20°C?40°C下，收穫下層沉降的藻液，上層濃度較稀的藻液返回步驟(I)循環利用。
[0019]應該理解到，為了不影響微藻的生長，本發明中調節pH值所加的酸應可以被微藻所代謝，例如，可以為醋酸或檸檬酸。優選為醋酸。
[0020]還應理解到，在微藻的養殖過程中，隨著微藻的不斷生長繁殖，藻液的pH值是上升的，本發明所述的「加入酸後的藻液PH值」是指加入酸後立即測量的pH值。
[0021]根據本發明的方法，向藻液中加入酸的主要目的是為了使微藻不易沉降，因此不需加入過多的酸，一般在16?168小時內加入一次酸即可，優選每隔24小時左右,加入一次酸。對於小球藻和柵藻而言，加入醋酸還可以大幅提升生物量積累速率。基於本領域的常識，加入酸的量，不應使「加入酸後的藻液PH值」超出適宜微藻生長的範圍，一般使加入酸後的藻液PH值呈酸性即可。優選的情況下，酸的加入量使加入酸後的藻液pH值為5?
6.5。
[0022]優選的情況下，步驟(I)中，當依賴微藻自身生長使藻液pH值彡7時，再通過步驟
(2)進行收穫。
[0023]步驟(2)中，所述「上層濃度較稀的藻液」的光密度值OD68tl ( 0.6，優選為0.4?
0.6。
[0024]步驟(2)與前述的微藻採收方法相同，在此不再贅述。
[0025]所述的微藻優選屬於綠藻門，更優選是小球藻或柵藻。
[0026]微藻養殖系統可以是開放池養殖系統，也可以是封閉式光生物反應器系統。
[0027]現有的微藻沉降採收方法存在重複性不理想、微藻易重新分散的問題，本發明不需要加入任何的化學藥劑，通過對多種因素的綜合控制，可以較好地解決這一技術問題。在微藻的養殖過程中，需要避免微藻沉降，以使微藻快速生長；而採用沉降採收，又需要微藻具有較好的沉降性能，才能降低成本、提高效率。本發明通過在微藻養殖過程中加入少量的酸，然後在藻液達到一定濃度且依賴其自身生長使藻液pH值> 7時，再進行沉降採收，可以很好地解決這一矛盾。對於小球藻和柵藻而言，加入醋酸還可以大幅提升生物量的積累速率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]附圖1是本發明一種優選實施方式的示意流程圖。
[0029]附圖2是小球藻的生長曲線。

【具體實施方式】
[0030]藻液光密度值(OD68tl值)測定
[0031]光密度值用分光光度計測定，以蒸餾水作對照，測定藻液在波長680nm處的吸光值，作為微藻養殖濃度的指標。
[0032]藻液沉降性能的測定
[0033]1.實施例1?3及比較例I?2
[0034]藻液光密度值在沉降前後的變化記為沉降率，作為衡量藻液的沉降性能的指標，測量位置在液面下40_。記沉降前的光密度值為OD1,沉降後的光密度值為OD2。
[0035]沉降率=(OD1-OD2) /OD1X 100%
[0036]2.實施例4?5及比較例4
[0037]沉降率=(Od2-OD1)ZOD2X100Z70
[0038]OD1和OD2分別為測定時攪拌前後含有微藻的培養液的吸光值，即OD1為測定時攪拌前含有微藻的培養液的吸光值，OD2為測定時通過攪拌使含有微藻的培養液中的微藻全部懸浮在培養液中的狀態下的吸光值。
[0039]以下通過實施例進一步說明本發明，但並不因此構成對本發明的限制。
[0040]實施例1
[0041]將400ml小球藻藻液(以BGll培養基養殖，OD680為2.367)放置於燒杯中，調節PH=7，環境溫度為25°C，避光沉降24h，上清液OD68tl為0.250，沉降率達到89%，48h後沉降率達到90%ο
[0042]實施例2
[0043]將400ml小球藻藻液(以BGll培養基養殖，OD680為7.290)放置於燒杯中，調節PH=8，環境溫度為30°C，避光沉降24h，上清液OD68tl為0.507，沉降率達到93%，48h後沉降率達到93.4%ο
[0044]實施例3
[0045]將400ml小球藻藻液(以BGll培養基養殖，OD680為3.521)放置於燒杯中，調節PH=9，環境溫度為35°C，避光沉降24h，上清液OD68tl為0.247，沉降率達到93%。
[0046]比較例I
[0047]將400ml小球藻藻液(以BGll培養基養殖，OD680為1.575)放置於燒杯中，調節PH=8，環境溫度為25°C，避光沉降24h，上清液OD68tl為1.114，沉降率僅達到29%，48h後沉降率也只能達到66%。
[0048]比較例2
[0049]將400ml小球藻藻液(以BGll培養基養殖，OD680為3.928)放置於燒杯中，調節PH=6，環境溫度為25°C，避光沉降48h，上清液OD68tl為1.288，沉降率為67%。
[0050]比較例3
[0051]將250ml小球藻藻液(以BGll培養基養殖，OD680為9.2)放置於絲扣試劑瓶中，調節pH=8，45°C水浴恆溫2h，避光沉降24h，上清液OD680為0.94，將清液回收，以1:1的比例添加BGll培養基繼續培養，24h後OD680為0.4，48h後為0.1。
[0052]實施例4
[0053]將實施例2得到的上清液(OD680為0.507)與BGl I培養基以1:1比例混合放於養殖系統中培養，加入醋酸調節PH為5.4，不加攪拌通入CO2置於陽光下培養，培養到第七天時再次加入醋酸調節pH為6.5，繼續培養。生長15天時OD2為7.28，沉降率為5.02%,其生長曲線參見圖2。
[0054]實施例5
[0055]將實施例2得到的上清液(OD680為0.507)與BGl I培養基以1:1比例混合放於養殖系統中培養，每隔24小時加入一次醋酸調節pH為5?7，不加攪拌通入CO2置於陽光下培養，生長15天時OD2為7.968，沉降率為3.63%，其生長曲線參見圖2。
[0056]比較例4
[0057]將實施例2得到的上清液(OD680為0.507)與BGl I培養基以1:1比例混合放於養殖系統中培養，不加入醋酸，不加攪拌通入CO2置於陽光下培養。生長15天時OD2為6.53， 沉降率為32.82%。其生長曲線參見圖2。
【權利要求】
1.一種微藻的採收方法，將光密度值0D_>1.6的藻液，在pH值> 7且溫度彡40°C的條件下，沉降24小時以上；然後在20°C?40°C下，收穫下層沉降的藻液。
2.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於，藻液的光密度值OD68tl> 3.5時，進行沉降。
3.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於，依賴微藻自身生長使藻液PH值為7?9時，再進行沉降。
4.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於，沉降時間為24?72小時。
5.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的微藻屬於綠藻門。
6.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述的微藻是小球藻或柵藻。
7.一種微藻的養殖和米收方法，包括: (1)在微藻的養殖過程中，向藻液中加入酸，使加入酸後的藻液PH值為酸性，養殖至藻液光密度值0D_>1.6 ; (2)將步驟(I)得到的藻液，在pH值彡7且溫度彡40°C的條件下，沉降24小時以上；然後在20°C?40°C下，收穫下層沉降的藻液，上層濃度較稀的藻液返回步驟(I)循環利用。
8.按照權利要求7所述的方法,其特徵在於,在16?168小時內加入一次酸。
9.按照權利要求8所述的方法，其特徵在於，每隔24小時左右，加入一次酸。
10.按照權利要求7所述的方法，其特徵在於，酸的加入量使加入酸後的藻液pH值為5 ?6.5。
11.按照權利要求7所述的方法，其特徵在於，步驟(I)中，當依賴微藻自身生長使藻液pH值彡7時，再通過步驟(2)進行收穫。
12.按照權利要求7所述的方法，其特徵在於，步驟(2)中，所述「上層濃度較稀的藻液」的光密度值OD68tl <0.6。
13.按照權利要求12所述的方法，其特徵在於，步驟(2)中，所述「上層濃度較稀的藻液」的光密度值為0.4?0.6。
14.按照權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述的微藻屬於綠藻門。
15.按照權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述的微藻是小球藻或柵藻。
16.按照權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述的酸為醋酸或檸檬酸。
【文檔編號】C12N1/12GK104232489SQ201310231031
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月9日 優先權日:2013年6月9日
【發明者】程琳, 榮峻峰, 周旭華, 黃緒耕 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院