一種超聲輔助微藻原位提取油脂的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物工程領(lǐng)域，具體地，涉及一種微藻原位提取油脂的方法，更具體地，涉及一種超聲輔助微藻原位提取油脂的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于石油資源日益枯竭和環(huán)境問題的嚴(yán)峻緊迫，可再生能源的開發(fā)利用成為關(guān)系國計民生的戰(zhàn)略性需求。生物柴油是生物能源的重要產(chǎn)品，但因原料不足使產(chǎn)業(yè)發(fā)展受到嚴(yán)重制約。微藻具有光合效率高、零凈碳值、易培養(yǎng)、生長周期短、油含量高等優(yōu)點(diǎn)，是一種極具前景的生物柴油大宗原料，近年已出現(xiàn)了大量的利用微藻生產(chǎn)生物柴油的新技術(shù)和新方法。
[0003]目前，通過能源微藻生產(chǎn)生物柴油的技術(shù)路線在實(shí)驗(yàn)室已實(shí)現(xiàn)，但存在的核心問題是生產(chǎn)成本太高且產(chǎn)業(yè)化技術(shù)研宄較少，如何從工程角度進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化技術(shù)改進(jìn)和深入研宄微藻油脂合成機(jī)理，提高油脂產(chǎn)量是亟待解決的關(guān)鍵問題。近年來的研宄熱點(diǎn)集中于藻種選育和培養(yǎng)條件優(yōu)化，利用代謝工程提高培養(yǎng)密度和油脂含量，設(shè)計微藻高密度培養(yǎng)的光生物反應(yīng)器等方面。盡管一定程度上提高了產(chǎn)量，但實(shí)際藻液生物質(zhì)含量仍然很低，通常密閉式反應(yīng)器培養(yǎng)獲得藻體生物量約4g/L，開放式培養(yǎng)約0.14g/Lo對于如此低生物質(zhì)含量的藻液，藻體采收和油脂提取是制備微藻柴油技術(shù)路線的關(guān)鍵步驟，是決定最終能量輸出的重要影響因素。據(jù)測算，在微藻柴油的制備過程中，藻體采收、細(xì)胞干燥和油脂提取約占生物柴油生產(chǎn)成本的50%，導(dǎo)致整個生產(chǎn)過程能源輸入接近、等于或大于輸出的不平衡，限制了工業(yè)化應(yīng)用。因此，該階段技術(shù)改進(jìn)對降低生產(chǎn)成本有重要意義。
[0004]文獻(xiàn)CN201110350428.5提供了一種微藻油脂膜基原位萃取的方法，其包括以下步驟:(1)微藻連續(xù)培養(yǎng):將產(chǎn)油藻種在培養(yǎng)基中培養(yǎng)至生長穩(wěn)定期，產(chǎn)油藻種的細(xì)胞內(nèi)逐漸積累油脂；(2)原位萃取油脂:將經(jīng)連續(xù)培養(yǎng)積累油脂后的藻液輸入萃取體系，同時輸入萃取溶劑與藻液共混形成兩相體系，藻體油脂不斷萃取至溶劑相；萃取溶劑與藻液逐漸分層，上層萃取溶劑循環(huán)使用，下層藻液循環(huán)至連續(xù)培養(yǎng)步驟；(3)實(shí)時檢測萃取溶劑中的油脂含量，若油脂濃度無顯著增加，則油脂萃取趨于飽和，移除油脂飽和的萃取溶劑，加入新的萃取溶劑。其中，布朗葡萄藻(Botryococcus braunii)的生物相容性溶劑十四燒以lOmL/min的流量通入中空纖維膜組件的管層，藻液通入中空纖維膜組件的管外，十四烷通過中空纖維膜的膜孔分散成微小液滴進(jìn)入藻液，密集的溶劑液滴因密度較小逐漸上浮，在上升過程中與藻細(xì)胞充分接觸并萃取藻體油脂。并且，該文獻(xiàn)方法中，萃取進(jìn)行2天后萃取劑十四烷中油脂濃度己經(jīng)達(dá)到最大值520mg/L，對油脂的提取率達(dá)到了 50.15%，而對照組提取率為38.05%。2天之后十四烷中油脂含量變化不大，而藻液中油脂含量逐漸恢復(fù)。此夕卜，該文獻(xiàn)方法中，檢測96h原位萃取過程中，細(xì)胞存活率保持在90%以上。
[0005]但是，研宄發(fā)現(xiàn)，上述原位提取微藻油脂的方法中，原位提取的時間需要在36小時以上，并且經(jīng)過原位提取微藻油脂后的藻液中，微藻再次積累油脂的速度出現(xiàn)較大程度地下降，因此存在提取周期長和難以循環(huán)進(jìn)行的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有的原位提取微藻油脂的方法中存在的提取周期長和難以循環(huán)進(jìn)行的缺陷，提供一種具有較短提取周期且更易循環(huán)進(jìn)行的原位提取微藻油脂的方法。
[0007]本發(fā)明的發(fā)明人出乎意料地發(fā)現(xiàn)，將含有活微藻的藻液加入有機(jī)溶劑中后，用貼壁式超聲發(fā)射單元進(jìn)行超聲處理，不但能夠以較高的產(chǎn)率和速度提取微藻油脂，還能刺激微藻保持甚至提高其再次累積油脂的能力，由此得到了本發(fā)明。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種原位提取微藻油脂的方法，該方法包括如下步驟:(a)向容器中的有機(jī)萃取溶劑中加入含有活微藻的藻液；所述容器的側(cè)壁上設(shè)置有貼壁式超聲波發(fā)射裝置；所述貼壁式超聲波發(fā)射裝置至少包括一組超聲波發(fā)射單元，所述超聲波發(fā)射單元包括對向設(shè)置在所述容器的同一橫截面上的至少兩個貼壁式超聲波振子；(b)用所述貼壁式超聲波發(fā)射裝置對所述容器中的物料進(jìn)行超聲波處理；(C)所述容器的底部收集水相液體；(d)將所述水相液體繼續(xù)進(jìn)行光照培養(yǎng)。
[0009]通過上述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)了微藻培養(yǎng)、油脂提取不間斷進(jìn)行，且油脂提取后微藻仍能保證微藻活性，實(shí)現(xiàn)了微藻連續(xù)規(guī)模化油脂生產(chǎn)。
[0010]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0011]附圖是用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的【具體實(shí)施方式】一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0012]圖1是本發(fā)明所用的超聲輔助微藻原位提取油脂的裝置的示意圖。
[0013]附圖標(biāo)記說明
[0014]I微藻光照培養(yǎng)器2第一婦動泵
[0015]3液體分布器4第一超聲波發(fā)射單元
[0016]5第二超聲波發(fā)射單元 6容器
[0017]7水相區(qū)8第二蠕動泵
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的【具體實(shí)施方式】僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0019]參照圖1，本發(fā)明提供了一種原位提取微藻油脂的方法，其中，該方法包括如下步驟:(a)向容器6中的有機(jī)萃取溶劑中加入含有活微藻的藻液；所述容器6的側(cè)壁上設(shè)置有貼壁式超聲波發(fā)射裝置；所述貼壁式超聲波發(fā)射裝置至少包括一組超聲波發(fā)射單元，所述超聲波發(fā)射單元包括對向設(shè)置在所述容器6的同一橫截面上的至少兩個貼壁式超聲波振子；(b)用所述貼壁式超聲波發(fā)射裝置對所述容器6中的物料進(jìn)行超聲波處理；(c)所述容器6的底部收集水相液體；(d)將所述水相液體繼續(xù)進(jìn)行光照培養(yǎng)。
[0020]其中，優(yōu)選地，相對于所述容器6中每升的有機(jī)萃取溶劑，所述含有活微藻的藻液的加入速度為l_20mL/min，更優(yōu)選為2-10mL/min。其中，相對于所述容器6中每升的有機(jī)萃取溶劑，含有活微藻的藻液的總加入量可以為0.3-3升，優(yōu)選為1-2升。
[0021]其中，優(yōu)選地，所述含有活微藻的藻液通過具有孔的液體分布器3加入所述容器6中，所述孔的孔徑為l_5mm，更優(yōu)選為2-4mm。
[0022]其中，通過控制含有活微藻的藻液的加入速度和液體分布器3的孔的孔徑，可以調(diào)整含有活微藻的藻液在所述有機(jī)萃取溶劑中的保留時間為0.5-10小時。
[0023]其中，所述容器6中的有機(jī)萃取溶劑的溫度可以為15_45°C，優(yōu)選為20_40°C。
[0024]其中，所述有機(jī)萃取溶劑只要能溶解微藻油脂且具有較好的生物相容性并且不與水互溶即可，優(yōu)選地，所述有機(jī)萃取溶劑包括含有10-18個碳原子的烷烴，例如癸烷、十二烷、十四烷、十六烷和十六烷中的至少一種，更優(yōu)選為十六烷；所述微藻可以為常規(guī)的的各種生產(chǎn)油脂的微藻，例如所述微藻可以包括小球藻、硅藻、葡萄藻和金藻中的至少一種，優(yōu)選地，所述微藻為小球藻，所述小球藻可以小球藻(Chlorella sorokiniana)、原始小球藻(Chlorella protothecoides)、蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)和普通小球藻(Chlorella vulgaris)中的至少一種。上述微藻可以通過商購獲得。
[0025]其中，所述超聲波處理的條件可以包括:超聲體積比功率為10-80W/L，頻率為20-100kHz ;優(yōu)選地，所述超聲波處理的條件包括:超聲體積比功率為20-70W/L，頻率為25-50kHzo其中，超聲波處理的時間沒有特別的要求，隨著藻液的加入，可以持續(xù)地進(jìn)行超聲波處理。
[0026]其中，所述超聲波發(fā)射單元包括至少一對貼壁式超聲波振子，即所述超聲波發(fā)射單元至少包括相對設(shè)置的第一超聲波振子和第二超聲波振子，所述超聲波發(fā)射單元也可以包括兩對以上的貼壁式超聲波振子；優(yōu)選地，所述超聲波發(fā)射單元包括正交設(shè)置在所述容器6的同一橫截面上的四個貼壁式超聲波振子。
[0027]其中，為了進(jìn)一步提高微藻油脂的提取效率并且增加提取后的微藻再次產(chǎn)油的能力，優(yōu)選地，所述貼壁式超聲波發(fā)射裝置包括至少兩組高低設(shè)置的所述超聲波發(fā)射單元，例如，所述貼壁式超聲波發(fā)射裝置包括設(shè)置在容器6上層的第一超聲波發(fā)射單元4和設(shè)置在容器6下層的第二超聲波發(fā)射單元5。
[0028]其中，所述超聲波發(fā)射單元中的貼壁式超聲波發(fā)射振子可以同時發(fā)射超聲波。為了進(jìn)一步提高微藻油脂的提取效率并且增加提取后的微藻再次產(chǎn)油的能力，優(yōu)選地，所述超聲波發(fā)射單元中，相對設(shè)置的兩個貼壁式超聲波振子