微藻的養(yǎng)殖及采收方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及微藻的養(yǎng)殖及采收方法，其中的采收方法包括: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(shí)以上；然后在20℃～40℃下，收獲下層沉降的藻液。本發(fā)明的采收方法不需要加入任何的化學(xué)藥劑，即可達(dá)到較好的沉降效果。本發(fā)明的養(yǎng)殖和采收方法通過(guò)在微藻養(yǎng)殖過(guò)程中加入少量的酸，然后在一定條件進(jìn)行沉降采收，即可解決微藻養(yǎng)殖過(guò)程的沉降問(wèn)題，又可在采收過(guò)程中以較低成本達(dá)到較好的沉降效果。
【專(zhuān)利說(shuō)明】微藻的養(yǎng)殖及采收方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微藻的養(yǎng)殖及采收方法。

【背景技術(shù)】
[0002]微藻是一類(lèi)在水中生長(zhǎng)的種類(lèi)繁多且分布極其廣泛的低等植物，它是由陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)的細(xì)胞工廠，通過(guò)微藻細(xì)胞高效的光合作用，吸收CO2,將光能轉(zhuǎn)化為脂肪或淀粉等碳水化合物的化學(xué)能，并放出02。利用微藻生產(chǎn)生物能源與化學(xué)品可以同時(shí)達(dá)到“替代化石能源、減少CO2排放、凈化廢氣與污水”三個(gè)目的。“微藻生物技術(shù)”的優(yōu)勢(shì)在于以下幾個(gè)方面--①微藻是光合效率最高的原始植物，與農(nóng)作物相比，單位面積的產(chǎn)率高出數(shù)十倍。微藻也是自然界中生長(zhǎng)最為迅速的一種植物，通常在24h內(nèi)，微藻所含生物質(zhì)可以翻倍，在其“指數(shù)生長(zhǎng)期”內(nèi)其生物量翻倍時(shí)間可以縮短到3.5h。②微藻可以生長(zhǎng)在高鹽、高堿環(huán)境的水體中，可充分利用灘涂、鹽堿地、沙漠進(jìn)行大規(guī)模培養(yǎng)，也可利用海水、鹽堿水、工業(yè)廢水等非農(nóng)用水進(jìn)行培養(yǎng)，因此微藻可以不同農(nóng)作物爭(zhēng)地、爭(zhēng)水。③產(chǎn)油率高，微藻干細(xì)胞的含油量可高達(dá)70%，微藻沒(méi)有高等植物的根莖葉等細(xì)胞分化，在缺氮等條件下，某些單細(xì)胞微藻可大量積累油脂，是最有前景的產(chǎn)油生物。④微藻的培養(yǎng)需要利用工業(yè)廢氣中的CO2，緩解溫室氣體的排放，也可以吸收工業(yè)廢氣中的氮Ox，減少環(huán)境的污染。⑤生產(chǎn)微藻生物柴油的同時(shí)，還可以生產(chǎn)相當(dāng)數(shù)量的微藻生物質(zhì)，還可進(jìn)一步獲得蛋白質(zhì)、多糖、脂肪酸等高價(jià)值產(chǎn)品。
[0003]微藻可分為原核藻類(lèi)和真核藻類(lèi)，原核藻類(lèi)以藍(lán)藻為主，含葉綠素a、不形成細(xì)胞器、能進(jìn)行光合作用，細(xì)胞中蛋白質(zhì)含量高，可達(dá)干重的70%，脂肪含量低，為5%左右；真核藻類(lèi)種類(lèi)比較多，是主要的生物燃料藻種的來(lái)源。常見(jiàn)的微藻主要?dú)w于以下八個(gè)門(mén)類(lèi):娃藻門(mén)(Bacillar1phyta)、綠藻門(mén)(Chlorophyta)、金藻門(mén)(Chrysophyta)、藍(lán)藻門(mén)(Cyanophyta)> 甲藻門(mén)(Pyrroptata)、紅藻門(mén)(Rhodophyta)、隱藻門(mén)(Cryptophyta)和黃藻門(mén)(Xanthophyta)。其中，娃藻門(mén)、綠藻門(mén)和金藻門(mén)是最具潛力的生物柴油藻種來(lái)源。
[0004]微藻高效規(guī)?；B(yǎng)殖技術(shù)，即通過(guò)研究開(kāi)發(fā)微藻規(guī)?；B(yǎng)殖的新設(shè)備與新工藝來(lái)高效、低成本地獲得微藻生物量，是微藻生物技術(shù)的核心之一。影響微藻生長(zhǎng)的因素很多，主要有光、營(yíng)養(yǎng)鹽、CO2, pH、溫度和O2等，這些因素在微藻規(guī)模培養(yǎng)過(guò)程中所產(chǎn)生的影響尤為突出。研究表明，微藻的生長(zhǎng)及脂類(lèi)物質(zhì)的含量與光照、氮、磷和溫度等培養(yǎng)條件密切相關(guān)。不同藻類(lèi)生長(zhǎng)和積累脂類(lèi)物質(zhì)的培養(yǎng)條件不盡相同，應(yīng)該根據(jù)不同的藻種確定最佳培養(yǎng)條件，提高生長(zhǎng)速率和油脂含量。微藻的養(yǎng)殖需要有充足的陽(yáng)光、CO2、水和無(wú)機(jī)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(yǎng)殖介質(zhì)必須能夠提供組成微藻細(xì)胞的無(wú)機(jī)元素，如氮、P、K、S1、Fe等。
[0005]如何高效率、低成本地采收微藻一直是微藻生物技術(shù)中的難題，主要原因是:微藻個(gè)體微小(通常小于20微米)且藻液濃度很低(在采收濃度下，通常不到藻液質(zhì)量的3%。)?，F(xiàn)有的微藻采收方法主要是絮凝法、過(guò)濾法、離心法和沉降法。其中，絮凝法、過(guò)濾法和離心法的工藝較復(fù)雜、成本較高。沉降法具有操作簡(jiǎn)便、節(jié)省能源等優(yōu)點(diǎn)，如CN101748068公開(kāi)了一種微藻收獲方法，該方法利用重力學(xué)原理，針對(duì)高密度連續(xù)培養(yǎng)光合生物反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行不完全收獲，對(duì)于濃度大于17個(gè)每毫升的藻液(相當(dāng)于OD68tl=L 0)，沉降率一般可達(dá)60%以上，沉降后分離出的上層清液返回光反應(yīng)系統(tǒng)繼續(xù)利用，對(duì)于不容易沉降的微藻，需要使用PH調(diào)節(jié)劑將藻液pH調(diào)節(jié)至強(qiáng)堿性，使微藻產(chǎn)生自絮凝以加快沉降。該方法仍存在以下不足:①對(duì)于直徑較小的微藻，調(diào)節(jié)PH強(qiáng)堿性使其自絮凝，會(huì)導(dǎo)致成本的增加并影響微藻的活力，不利于循環(huán)利用藻種某些情況下，輕微的擾動(dòng)就會(huì)使微藻重新分散，不利于分離沉降后的清液。
[0006]在微藻養(yǎng)殖過(guò)程中，微藻沉降會(huì)導(dǎo)致生物量積累變慢、生長(zhǎng)效率降低等問(wèn)題，現(xiàn)有方法是采用攪拌、曝氣等手段讓藻液流動(dòng)以避免微藻沉降，從而保證微藻的順利生長(zhǎng)，然而這必然造成較大的能耗和物耗，導(dǎo)致微藻養(yǎng)殖成本的上升。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的之一是提供一種微藻的采收方法，解決現(xiàn)有微藻沉降采收方法中存在的問(wèn)題。本發(fā)明的目的之二是提供一種微藻的養(yǎng)殖和采收方法，既能解決微藻養(yǎng)殖過(guò)程中的微藻沉降問(wèn)題，又能提高微藻沉降采收的效果。
[0008]一種微藻的采收方法，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(shí)以上；然后在20°C?40°C下，收獲下層沉降的藻液。
[0009]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，雖然采收時(shí)的藻液濃度很低(不到藻液質(zhì)量的3%。)，但藻液濃度仍對(duì)微藻沉降有明顯的影響，當(dāng)藻液的光密度值OD68tl < 1.6時(shí)，微藻十分難于沉降。根據(jù)本發(fā)明的方法，藻液的光密度值0D_>1.6時(shí),進(jìn)行沉降；優(yōu)選藻液的光密度值OD68tl > 2,進(jìn)行沉降，更優(yōu)選藻液的光密度值OD68tl > 3.5時(shí)，進(jìn)行沉降。
[0010]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)藻液呈酸性時(shí)，微藻十分難于沉降。根據(jù)本發(fā)明的方法，需要將藻液的PH值控制在> 7，優(yōu)選> 8。本發(fā)明不需要將藻液pH調(diào)節(jié)至強(qiáng)堿性，只需要使用pH調(diào)節(jié)劑或依賴(lài)微藻自身生長(zhǎng)導(dǎo)致的藻液PH值上升使其處于非酸性狀態(tài)即可。優(yōu)選的條件下，依賴(lài)微藻自身生長(zhǎng)使藻液PH值為7?9時(shí)，再進(jìn)行沉降。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的方法，需要在彡40°C的條件下進(jìn)行沉降。當(dāng)沉降溫度大于40°C時(shí)，易使微藻的活力降低，甚至死亡，不利于循環(huán)利用藻種。
[0012]優(yōu)選的沉降時(shí)間為24?72小時(shí)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的方法，需要將收獲溫度控制在20°C?40°C。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度<20°C時(shí)，輕微的藻液擾動(dòng)，就會(huì)導(dǎo)致沉降的微藻重新分散，因此需要將收獲溫度控制在20°C?40。。。
[0014]沉降深度可依據(jù)具體的微藻和現(xiàn)有技術(shù)確定,一般為50mm?1000mm,較佳的深度為 50 ?120mm。
[0015]所述的微藻優(yōu)選屬于綠藻門(mén)，更優(yōu)選是小球藻或柵藻。
[0016]—種微藻的養(yǎng)殖和米收方法,包括；
[0017](I)在微藻的養(yǎng)殖過(guò)程中，向藻液中加入酸，使加入酸后的藻液pH值為酸性，養(yǎng)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(shí)以上；然后在20°C?40°C下，收獲下層沉降的藻液，上層濃度較稀的藻液返回步驟(I)循環(huán)利用。
[0019]應(yīng)該理解到，為了不影響微藻的生長(zhǎng)，本發(fā)明中調(diào)節(jié)pH值所加的酸應(yīng)可以被微藻所代謝，例如，可以為醋酸或檸檬酸。優(yōu)選為醋酸。
[0020]還應(yīng)理解到，在微藻的養(yǎng)殖過(guò)程中，隨著微藻的不斷生長(zhǎng)繁殖，藻液的pH值是上升的，本發(fā)明所述的“加入酸后的藻液PH值”是指加入酸后立即測(cè)量的pH值。
[0021]根據(jù)本發(fā)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(guò)多的酸，一般在16?168小時(shí)內(nèi)加入一次酸即可，優(yōu)選每隔24小時(shí)左右,加入一次酸。對(duì)于小球藻和柵藻而言，加入醋酸還可以大幅提升生物量積累速率?；诒绢I(lǐng)域的常識(shí)，加入酸的量，不應(yīng)使“加入酸后的藻液PH值”超出適宜微藻生長(zhǎng)的范圍，一般使加入酸后的藻液PH值呈酸性即可。優(yōu)選的情況下，酸的加入量使加入酸后的藻液pH值為5?
6.5。
[0022]優(yōu)選的情況下，步驟(I)中，當(dāng)依賴(lài)微藻自身生長(zhǎng)使藻液pH值彡7時(shí)，再通過(guò)步驟
(2)進(jìn)行收獲。
[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(yōu)選為0.4?
0.6。
[0024]步驟(2)與前述的微藻采收方法相同，在此不再贅述。
[0025]所述的微藻優(yōu)選屬于綠藻門(mén)，更優(yōu)選是小球藻或柵藻。
[0026]微藻養(yǎng)殖系統(tǒng)可以是開(kāi)放池養(yǎng)殖系統(tǒng)，也可以是封閉式光生物反應(yīng)器系統(tǒng)。
[0027]現(xiàn)有的微藻沉降采收方法存在重復(fù)性不理想、微藻易重新分散的問(wèn)題，本發(fā)明不需要加入任何的化學(xué)藥劑，通過(guò)對(duì)多種因素的綜合控制，可以較好地解決這一技術(shù)問(wèn)題。在微藻的養(yǎng)殖過(guò)程中，需要避免微藻沉降，以使微藻快速生長(zhǎng)；而采用沉降采收，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(fā)明通過(guò)在微藻養(yǎng)殖過(guò)程中加入少量的酸，然后在藻液達(dá)到一定濃度且依賴(lài)其自身生長(zhǎng)使藻液pH值> 7時(shí)，再進(jìn)行沉降采收，可以很好地解決這一矛盾。對(duì)于小球藻和柵藻而言，加入醋酸還可以大幅提升生物量的積累速率。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]附圖1是本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施方式的示意流程圖。
[0029]附圖2是小球藻的生長(zhǎng)曲線(xiàn)。

【具體實(shí)施方式】
[0030]藻液光密度值(OD68tl值)測(cè)定
[0031]光密度值用分光光度計(jì)測(cè)定，以蒸餾水作對(duì)照，測(cè)定藻液在波長(zhǎng)680nm處的吸光值，作為微藻養(yǎng)殖濃度的指標(biāo)。
[0032]藻液沉降性能的測(cè)定
[0033]1.實(shí)施例1?3及比較例I?2
[0034]藻液光密度值在沉降前后的變化記為沉降率，作為衡量藻液的沉降性能的指標(biāo)，測(cè)量位置在液面下40_。記沉降前的光密度值為OD1,沉降后的光密度值為OD2。
[0035]沉降率=(OD1-OD2) /OD1X 100%
[0036]2.實(shí)施例4?5及比較例4
[0037]沉降率=(Od2-OD1)ZOD2X100Z70
[0038]OD1和OD2分別為測(cè)定時(shí)攪拌前后含有微藻的培養(yǎng)液的吸光值，即OD1為測(cè)定時(shí)攪拌前含有微藻的培養(yǎng)液的吸光值，OD2為測(cè)定時(shí)通過(guò)攪拌使含有微藻的培養(yǎng)液中的微藻全部懸浮在培養(yǎng)液中的狀態(tài)下的吸光值。
[0039]以下通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但并不因此構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。
[0040]實(shí)施例1
[0041]將400ml小球藻藻液(以BGll培養(yǎng)基養(yǎng)殖，OD680為2.367)放置于燒杯中，調(diào)節(jié)PH=7，環(huán)境溫度為25°C，避光沉降24h，上清液OD68tl為0.250，沉降率達(dá)到89%，48h后沉降率達(dá)到90%ο
[0042]實(shí)施例2
[0043]將400ml小球藻藻液(以BGll培養(yǎng)基養(yǎng)殖，OD680為7.290)放置于燒杯中，調(diào)節(jié)PH=8，環(huán)境溫度為30°C，避光沉降24h，上清液OD68tl為0.507，沉降率達(dá)到93%，48h后沉降率達(dá)到93.4%ο
[0044]實(shí)施例3
[0045]將400ml小球藻藻液(以BGll培養(yǎng)基養(yǎng)殖，OD680為3.521)放置于燒杯中，調(diào)節(jié)PH=9，環(huán)境溫度為35°C，避光沉降24h，上清液OD68tl為0.247，沉降率達(dá)到93%。
[0046]比較例I
[0047]將400ml小球藻藻液(以BGll培養(yǎng)基養(yǎng)殖，OD680為1.575)放置于燒杯中，調(diào)節(jié)PH=8，環(huán)境溫度為25°C，避光沉降24h，上清液OD68tl為1.114，沉降率僅達(dá)到29%，48h后沉降率也只能達(dá)到66%。
[0048]比較例2
[0049]將400ml小球藻藻液(以BGll培養(yǎng)基養(yǎng)殖，OD680為3.928)放置于燒杯中，調(diào)節(jié)PH=6，環(huán)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(yǎng)基養(yǎng)殖，OD680為9.2)放置于絲扣試劑瓶中，調(diào)節(jié)pH=8，45°C水浴恒溫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(yǎng)基繼續(xù)培養(yǎng)，24h后OD680為0.4，48h后為0.1。
[0052]實(shí)施例4
[0053]將實(shí)施例2得到的上清液(OD680為0.507)與BGl I培養(yǎng)基以1:1比例混合放于養(yǎng)殖系統(tǒng)中培養(yǎng)，加入醋酸調(diào)節(jié)PH為5.4，不加攪拌通入CO2置于陽(yáng)光下培養(yǎng)，培養(yǎng)到第七天時(shí)再次加入醋酸調(diào)節(jié)pH為6.5，繼續(xù)培養(yǎng)。生長(zhǎng)15天時(shí)OD2為7.28，沉降率為5.02%,其生長(zhǎng)曲線(xiàn)參見(jiàn)圖2。
[0054]實(shí)施例5
[0055]將實(shí)施例2得到的上清液(OD680為0.507)與BGl I培養(yǎng)基以1:1比例混合放于養(yǎng)殖系統(tǒng)中培養(yǎng)，每隔24小時(shí)加入一次醋酸調(diào)節(jié)pH為5?7，不加攪拌通入CO2置于陽(yáng)光下培養(yǎng)，生長(zhǎng)15天時(shí)OD2為7.968，沉降率為3.63%，其生長(zhǎng)曲線(xiàn)參見(jiàn)圖2。
[0056]比較例4
[0057]將實(shí)施例2得到的上清液(OD680為0.507)與BGl I培養(yǎng)基以1:1比例混合放于養(yǎng)殖系統(tǒng)中培養(yǎng)，不加入醋酸，不加攪拌通入CO2置于陽(yáng)光下培養(yǎng)。生長(zhǎng)15天時(shí)OD2為6.53， 沉降率為32.82%。其生長(zhǎng)曲線(xiàn)參見(jiàn)圖2。
【權(quán)利要求】
1.一種微藻的采收方法，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(shí)以上；然后在20°C?40°C下，收獲下層沉降的藻液。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，藻液的光密度值OD68tl> 3.5時(shí)，進(jìn)行沉降。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，依賴(lài)微藻自身生長(zhǎng)使藻液PH值為7?9時(shí)，再進(jìn)行沉降。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，沉降時(shí)間為24?72小時(shí)。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的微藻屬于綠藻門(mén)。
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的微藻是小球藻或柵藻。
7.一種微藻的養(yǎng)殖和米收方法，包括: (1)在微藻的養(yǎng)殖過(guò)程中，向藻液中加入酸，使加入酸后的藻液PH值為酸性，養(yǎng)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(shí)以上；然后在20°C?40°C下，收獲下層沉降的藻液，上層濃度較稀的藻液返回步驟(I)循環(huán)利用。
8.按照權(quán)利要求7所述的方法,其特征在于,在16?168小時(shí)內(nèi)加入一次酸。
9.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，每隔24小時(shí)左右，加入一次酸。
10.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，酸的加入量使加入酸后的藻液pH值為5 ?6.5。
11.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，步驟(I)中，當(dāng)依賴(lài)微藻自身生長(zhǎng)使藻液pH值彡7時(shí)，再通過(guò)步驟(2)進(jìn)行收獲。
12.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，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(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，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(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的微藻屬于綠藻門(mén)。
15.按照權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述的微藻是小球藻或柵藻。
16.按照權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述的酸為醋酸或檸檬酸。
【文檔編號(hào)】C12N1/12GK104232489SQ201310231031
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月9日
【發(fā)明者】程琳, 榮峻峰, 周旭華, 黃緒耕 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院