一種利用甘氨酸微藻生物絮凝的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用甘氨酸微藻生物絮凝的方法，是在微藻培養(yǎng)液中加入甘氨酸，充分?jǐn)嚢韬罄^續(xù)培養(yǎng)，再調(diào)節(jié)培養(yǎng)液pH值后靜置，待微藻絮凝與培養(yǎng)液分層后，分離出微藻生物質(zhì)，達(dá)到脫水收集目的。本發(fā)明以甘氨酸作為絮凝劑，利用甘氨酸刺激微藻分泌一種具有三維空間結(jié)構(gòu)的粘性胞外聚合物，而將藻細(xì)胞包裹起來，達(dá)到絮凝的目的。本發(fā)明脫水率可達(dá)到90%以上，生物質(zhì)回收率高達(dá)70-90%。此外，甘氨酸無(wú)毒無(wú)害，不僅不會(huì)破壞水質(zhì)，還可作為一種有機(jī)氮源和碳源被藻細(xì)胞吸收利用，促進(jìn)微藻的繼續(xù)增長(zhǎng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)液循環(huán)利用的目的，因此本發(fā)明可降低微藻培養(yǎng)及采收的成本，而且操作簡(jiǎn)便，工藝簡(jiǎn)單，適用于微藻生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)化采收。
【專利說明】一種利用甘氨酸微藻生物絮凝的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物工程領(lǐng)域，具體涉及一種利用甘氨酸微藻生物絮凝的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前的工業(yè)化微藻培養(yǎng)大多采用跑道池、管式反應(yīng)器、平板式反應(yīng)器等方式。微藻采收方式有離心脫水、過濾脫水、絮凝脫水、氣浮脫水和沉降脫水等。由于微藻是一種單細(xì)胞的微生物，細(xì)胞直徑僅為5-20 μ m,培養(yǎng)密度0.5-2g/L，因此采用離心和過濾脫水需要較大的能量投入和設(shè)備成本投入，無(wú)形中提高了微藻規(guī)?；玫某杀尽６鴼飧∶撍统两得撍男Ч^差。絮凝是指往微藻原液中加入絮凝劑，中和細(xì)胞表面電荷或形成橋接使微藻細(xì)胞快速集結(jié)沉降，達(dá)到高效收獲微藻的目的。微藻絮凝收獲是微藻生物質(zhì)能源應(yīng)用技術(shù)的重要方面，它能夠?qū)腋〉奈⒃蹇焖傩跄玫礁邼舛鹊奈⒃迳镔|(zhì)。微藻生物絮凝對(duì)微藻生物質(zhì)能源開發(fā)應(yīng)用的能量輸入和成本控制具有重要意義。陽(yáng)離子絮凝劑、聚合物絮凝劑以及PH調(diào)節(jié)是目前常用的三種絮凝方式。其中，陽(yáng)離子絮凝劑(如硫酸鋁、明礬、氯化鐵等)通過陽(yáng)離子中和藻細(xì)胞表面所帶的負(fù)電荷實(shí)現(xiàn)絮凝，具有絮凝效率高，脫水率高的優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是加入培養(yǎng)液的陽(yáng)離子無(wú)法回收利用，因此長(zhǎng)期使用陽(yáng)離子絮凝劑一方面會(huì)破壞水質(zhì)，導(dǎo)致重金屬超標(biāo)，且培養(yǎng)液無(wú)法循環(huán)利用，另一方面當(dāng)以食品或食品添加劑為主要目標(biāo)產(chǎn)物時(shí)，陽(yáng)離子絮凝劑的使用會(huì)污染微藻生物質(zhì)的目標(biāo)產(chǎn)物。聚合物絮凝劑(如殼聚糖等)的效果一般低于陽(yáng)離子絮凝劑，優(yōu)點(diǎn)是避免了水資源的中金屬污染，且對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物的影響較小，一般用于食品添加劑等高價(jià)值目標(biāo)產(chǎn)物的絮凝。但聚合物絮凝的缺點(diǎn)是，聚合物的價(jià)格比較高，而且由于聚合物分子量大，添加絮凝劑的量也較大。PH絮凝是通過pH調(diào)節(jié)強(qiáng)化培養(yǎng)液中陽(yáng)離子對(duì)藻細(xì)胞表面負(fù)電荷的中和作用，優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低，避免水資源破壞和對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物的影響，缺點(diǎn)是絮凝效 率低，脫水效果差。
[0003]為了降低微藻采收過程中的設(shè)備投入和能耗問題，并且避免對(duì)培養(yǎng)液水質(zhì)的破壞，解決培養(yǎng)液循環(huán)利用的問題，本發(fā)明提供了一種有機(jī)物絮凝的方法，即通過使用一種有機(jī)碳源甘氨酸(C2H5NO2)作為絮凝劑，利用甘氨酸刺激微藻分泌一種具有三維空間結(jié)構(gòu)的粘性胞外聚合物，而將藻細(xì)胞包裹起來，達(dá)到絮凝的目的。值得說明的一點(diǎn)是，甘氨酸本身是一種人體必需的氨基酸，無(wú)毒無(wú)害，不僅不會(huì)破壞水質(zhì)，還可作為一種有機(jī)氮源和碳源被藻細(xì)胞吸收利用，促進(jìn)微藻的繼續(xù)增長(zhǎng)。因此，使用甘氨酸作為絮凝劑可以有效實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)液的循環(huán)利用的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種利用甘氨酸微藻生物絮凝的方法，以甘氨酸作為絮凝劑，利用甘氨酸刺激微藻分泌一種具有三維空間結(jié)構(gòu)的粘性胞外聚合物，而將藻細(xì)胞包裹起來，達(dá)到絮凝的目的。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種利用甘氨酸微藻生物絮凝的方法，包括以下步驟:I )、在微藻采收前，測(cè)定微藻原液中的生物質(zhì)濃度和體積；
2)、根據(jù)需要采收微藻的生物量向微藻原液中加入甘氨酸，攪拌均勻；
3)、將步驟2)中加有甘氨酸的微藻原液在培養(yǎng)系統(tǒng)中繼續(xù)培養(yǎng)，形成第一混合溶液；
4)、調(diào)整步驟3)中第一混合溶液的pH值至5~9，形成第二混合溶液；
5)、將步驟4)中的第二混合溶液置于玻璃分液器中，靜置絮凝4-24h，使其分層；
6)、收集下層脫水后的微藻生物質(zhì)。
[0006]步驟I)中微藻原液微藻濃度的測(cè)定可采用重力法，即通過測(cè)量干燥濾膜在抽濾前后的重量差并結(jié)合抽濾的微藻體積數(shù)計(jì)算得到，濾膜的烘干條件為105°C干燥4h。
[0007]步驟2)中每升微藻原液添加0.1-2 g甘氨酸。
[0008]步驟3)中培養(yǎng)天數(shù)與微藻濃度成反比，當(dāng)微藻原液濃度在f 4 g/L時(shí)培養(yǎng)f 4天，當(dāng)微藻原液濃度>4 g/L時(shí)培養(yǎng)I天，微藻原液濃度<lg/L時(shí)培養(yǎng)5天。
[0009]步驟4)中pH的調(diào)整采用鹽酸溶液、NaOH溶液或KOH溶液。
[0010]本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于:
(I)本發(fā)明提供了一種有機(jī)物生物絮凝的方法，即通過使用甘氨酸作為絮凝劑，利用甘氨酸刺激微藻分泌一種具有三維空間結(jié)構(gòu)的粘性胞外聚合物，而將藻細(xì)胞包裹起來，達(dá)到絮凝的目的。此外，甘氨酸本身是一種人體必需的氨基酸，無(wú)毒無(wú)害，不僅不會(huì)破壞水質(zhì)，還可作為一種有機(jī)氮源和碳源被藻細(xì)胞吸收利用，促進(jìn)微藻的繼續(xù)增長(zhǎng)。因此，使用甘氨酸作為絮凝劑可以有效實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)液的循環(huán)利用的目的。
[0011](2)利用本發(fā)明的甘氨酸絮凝方法，可以有效實(shí)現(xiàn)微藻脫水的目的，脫水率可達(dá)到90%以上，且微藻回收率可以達(dá)到70-90%，因此，本發(fā)明是一種切實(shí)可行的微藻生物絮凝方法。
[0012](3)采用本發(fā)明的方法可減少微藻采收的設(shè)備投入，采收過程中能耗極低，且甘氨酸售價(jià)低廉，絮凝過程中用量也極少，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益，適合大規(guī)模生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0013]一種利用甘氨酸微藻生物絮凝的方法，包括以下步驟:
1)、在微藻采收前，測(cè)定微藻原液中的生物質(zhì)濃度和體積，分別標(biāo)為DW1和V1；
2)、根據(jù)需要采收微藻的體積，每升微藻原液中添加0.1-2 g甘氨酸，攪拌均勻；
3)、將步驟2)中加有甘氨酸的微藻原液在培養(yǎng)系統(tǒng)中繼續(xù)培養(yǎng)，形成第一混合溶液，測(cè)定第一混合溶液中微藻濃度和體積，分別標(biāo)為DW2和V2 ;培養(yǎng)天數(shù)與微藻濃度成反比，當(dāng)微藻原液濃度在f 4 g/L時(shí)培養(yǎng)1-4天，當(dāng)微藻原液濃度>4 g/L時(shí)培養(yǎng)I天，微藻原液濃度<lg/L時(shí)培養(yǎng)5天；
4)、采用鹽酸溶液、NaOH溶液或KOH溶液調(diào)整步驟3)中第一混合溶液的pH值至5~9，形成第二混合溶液；
5)、將步驟4)中的第二混合溶液置于玻璃分液器中，靜置絮凝4-24h，使其分層；
6)、收集下層脫水后的微藻生物質(zhì)，測(cè)定上層液中微藻濃度和體積，分別標(biāo)為DW3和V3,計(jì)算得到微藻絮凝效率。
[0014]步驟I)中微藻原液微藻濃度的測(cè)定可采用重力法，即通過測(cè)量干燥濾膜在抽濾前后的重量差并結(jié)合抽濾的微藻體積數(shù)計(jì)算得到，濾膜的烘干條件為105°C干燥4h。[0015]微藻絮凝效率采用脫水率和生物質(zhì)回收率兩個(gè)指標(biāo)來衡量:
脫水率的計(jì)算公式為:脫水率=V3/V2X 100% ；
生物質(zhì)回收率的計(jì)算公式為:生物質(zhì)回收率=(DW2 X V2-DW3X V3)/(DW2 X V2) X 100%。
[0016]取生物質(zhì)濃度、甘氨酸量、培養(yǎng)時(shí)間和pH值4個(gè)變量進(jìn)行微藻絮凝效率估算模型的RSM建模。選取葡萄藻brauniI (FACHB-357)為實(shí)驗(yàn)藻種，進(jìn)行RSM實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)詳見表1。
[0017]表1中心組合設(shè)計(jì)各因素水平表
【權(quán)利要求】
1.一種利用甘氨酸微藻生物絮凝的方法，其特征在于:包括以下步驟: I )、在微藻采收前，測(cè)定微藻原液中的生物質(zhì)濃度和體積； 2)、根據(jù)需要采收微藻的生物量向微藻原液中加入甘氨酸，攪拌均勻； 3)、將步驟2)中加有甘氨酸的微藻原液在培養(yǎng)系統(tǒng)中繼續(xù)培養(yǎng)，形成第一混合溶液； 4)、調(diào)整步驟3)中第一混合溶液的pH值至5~9，形成第二混合溶液； 5)、將步驟4)中的第二混合溶液置于玻璃分液器中，靜置絮凝4-24h，使其分層； 6)、收集下層脫水后的微藻生物質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用甘氨酸微藻生物絮凝的方法，其特征在于:步驟2)中每升微藻原液添加0.1-2 g甘氨酸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用甘氨酸微藻生物絮凝的方法，其特征在于:步驟4)中培養(yǎng)天數(shù)與微藻濃度成反比，當(dāng)微藻原液濃度在f 4 g/L時(shí)培養(yǎng)1-4天，當(dāng)微藻原液濃度>4g/L時(shí)培養(yǎng)I天，微藻原液濃度<lg/L時(shí)培養(yǎng)5天。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用甘氨酸微藻生物絮凝的方法，其特征在于:步驟4)中pH的調(diào)整采用鹽酸溶液、NaOH溶液或KOH溶液。
【文檔編號(hào)】C12P1/04GK103757055SQ201410034617
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月25日
【發(fā)明者】沈英, 趙云, 徐新苗, 陳家城, 陳潮洲 申請(qǐng)人:福州大學(xué)