专利名称：利用趋光性采收微藻藻体的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明提供一种利用微藻趋光性采收藻体的方法。本发明还提供一种 简单改造而成的趋光性微藻采收装置。
背景技术：
藻类是最低等的、自养的放氧植物，它是低等植物中种类繁多、分布 极其广泛的一个类群。无论是海洋、淡水湖泊等水域，或是潮湿的土壤、 树千等处，几乎在有光和潮湿的任何地方都能生存。微藻是指一些微观的 单细胞、群体或丝状的藻类，大多数是浮游藻类，生物量大、分布广。藻
类通过热解可获得生物质燃油，是重要的可再生生物能源；通过农业化学 技术可从一些富含脂肪的微藻中提取油脂，用于制备食用油和生物柴油； 藻类中还含有多种维生素、胡萝卜素、蛋白质、脂肪酸等成分，是药用活 性物质的来源；藻类还可用于污水处理等。地球上的生物每年通过光合作 用可固定8xl0、碳，生产1.46xl0"t的生物质，其中40°/。应归功于藻类的 光合作用。因此，藻类生物与人类的生存和发展有极其密切的关系，是重 要的可再生生物资源。
趋光性就是生物对光刺激的趋向性。藻类也表现出趋光性，它们以 感光器官接收光，以运动器官执趋行趋光运动，如单细胞双鞭毛衣藻 (chlamydomonas)在它身体的一侧的前端有一粒眼点，用于接受光，眼 点约占细胞表面积的1%，宽为0.65[im。细胞体前端有两根相对眼点位置 不对称的鞭毛，通过它们的拍打驱动细胞对光源的趋向性定向运动。但其 缺少眼点的突变体和本来就没有眼点的双鞭藻仍具有趋光性。在趋光反 应的研究中，人们己经获得几种不同的作用光谱，并发现有些次要刺激 因素如温度、亮度和化学物质对很多趋光性有一定影响。
目前从微藻培养液中采收藻体的方法有高速离心法，微孔膜过滤法， 絮凝法、气浮法等，概述如下l.-离心法利用离心机产生的离心力采收藻体，在工业化大规模 生产中，通常需要专门的大型离心机设备；目前离心法主要用于采收杜 氏盐藻，小球藻，螺旋藻等；
2:微孔膜过滤法微孔膜过滤是一种与膜孔径大小相关的筛分过 程，以膜两侧的压力差为驱动力，以膜为过滤介质，在一定的压力下， 当微藻培养液流过膜表面时，膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及 、分子物质通过而成为透过液，而微藻培养液中体积大于膜表面微孔径 的藻体则被截留在膜的进液侧，从而实现对微藻藻体的分离的目的；H 前微孔膜过滤法主要用于采收杜氏盐藻，小球藻，扁藻等；
3:絮凝法在微藻培养液中加入一定量的吸附剂(通常为0.5-2.5%
w/v)，充分搅拌，放置一定时间，再加入0.01-0.1。/。(w/v)的絮凝剂，搅 拌待出现藻体絮凝物，再加入助沉剂，用过滤等方法收集；目前絮凝法 主要用于采收盐藻，蓝藻，绿藻等；
4:气浮法其原理是设法使微藻培养液中产生大量的微气泡，以 形成水、气、及微藻藻体的三相混合体，在界面张力、气泡上升浮力和 静水压力差等多种力的共同作用下，促进微细气泡粘附在被采收的微 藻上后，因粘合体密度小于水而上浮到水面，从而使微藻培养液中微 藻被分离；目前气浮法主要用于采收盐藻等。
虽然上述现有的技术方案能够收集藻体，但是这些现有技术存在一些 缺点，例如，采用用离心法处理微藻培养液，需要用昂贵的离心机，价格 通常在几十万到上百万，设备投入成本高、能耗大；采用膜过滤法存在膜 污染严重、清洗困难、成本高等缺点；絮凝法虽然操作较简单，但硫酸铝 钾等絮凝剂及聚丙烯酰胺等助剂需要洗涤去除，费工时，成本高；气浮法 需要增加供气设备和气体，成本高，也不环保。此外，这些收集方法藻体 的采收不连续，与细胞培养过程分立，导致生产过程缺乏连续性和统一性， 在很大程度上降低了生产设备的综合利用效率。
针对上述方法所存在的缺点，本发明其目是提供一种能在常温常压下 简单、快速、环保、浓缩比例大、低成本的从微藻培养液中采收微藻藻体 的方法。
发明内容
在第一方面中，本发明提供一种利用微藻的趋光性采收微藻藻体的方 法，具体而言，该方法包括下列步骤
1) 在适合微藻生长的条件下，在微藻培养装置中培养微藻，至待采 收的微藻生长到所需要的可采收阶段；
2) 将存在至少一个透光面的微藻培养装置或采收装置的所有透光面 用遮光层遮盖，并且在任意一个透光面的遮光层上开一个或多个光孔，在 该光孔处放置光源(太阳光，日光灯，特定波长的光源等)；
3) 经过适当的时间，待培养液中的微藻基本上聚集在光源的周围时， 除去清液，得到高浓度的藻体。
在本发明的方法中，步骤l)中所述的可采收的阶段是指微藻的对数 生长期或稳定性。此外，本发明的方法还包括将步骤3)所得到的高浓度 藻体进一步浓缩的步骤。其中所述光孔在微藻培养装置或采收装置的任意 一个透光面的遮光层的任何位置，优选地，所述光孔在微藻培养装置或采 收装置的底部透光面或侧面偏下部透光面的遮光层上。更优选地，所述每 个光孔的直径小于微藻培养装置或采收装置底面直径的1/5-1/25。
根据生物趋光性的研究成果，趋光性是指生物可以朝着光源的方向定 向运动，这种运动可以是靠近光源(正趋光性)和远离光源(负趋光性)。 本发明的方法优选应用于具有正趋光性的微藻。在本发明中，除非另外指 明，当提及"趋光性"时，是指靠近光源定向运动的正趋光性。本领域的 技术人员应该理解，本发明的方法适用于任何能够表现出趋光行为的藻 类，包括，但不限于，任何能够移动的表现出趋光行为的藻类，其可以包 括任何具有鞭毛、能移动的表现出趋光行为的藻类，也可以包括任何不具 有鞭毛但能够移动的表现出趋光行为的藻类。
适用于采用本发明的方法采收的藻类的实例包括，但不限于，杜氏盐 藻、小球藻、缺壳缘绿藻、衣藻、或蓝藻等。
在本发明的优选实施方案中，所述光源放置在培养或釆收装置的底 部、侧面偏下的位置、或者采收所需要的任何位置，只要所述培养装置或 采收装置的对应的面透光即可。优选地，所述光源放置在底部透光面上。
在本发明的优选实施方案中，所述光源可以是任何波长的可见光源，
6条件是所要采收的藻类对所用光源有理想的趋光性。所述光源可以是根据 具体微藻实验获得最佳波长的光源，但也可以直接用一般的白色光源或太
阳光灯，光强等参数不做强制限定，例如光强可以为5000Lux、 10000Lux、 或25000Lux等。
本领域的技术人员还应该理解，本发明对所用的藻类培养装置或收集 装置的形状没有限制，可以是传统工艺中所用的任何形状，比如圆柱形、 长方形、或其它规则或不规则的任何形状，只要存在至少一个透光面即可。 优选地，底部为透光面。所用的遮光材料可以是传统工艺中所用的任何遮 光材料。
本发明的微藻藻体采收方法一般在15°C-35C进行，优选地，在最适 合待采收的微藻生长的温度采收效果最好。例如，在一个优选实施方案中， 本发明的微藻藻体采收方法在25'C进行。
利用本发明的微藻藻体采收方法，其藻体的采收率是80%以上，优选 地是85%以上，更优选地是99%以上。
尽管藻类的趋光性运动通常是缓慢的，但是根据待采收的藻液的藻体 密度和体积，适当布置需要的光孔数目、光孔直径、和光强度等参数，可 以将采收到80。/。以上的藻体所需要的时间控制在约12-96小时内。因此， 与现有的离心法、絮凝法等藻体采收方法相比，本发明的利用趋光性采收 藻体的方法具有吸引性。
在本发明的第二方面中，考虑到目前工业上所用的微藻培养装置通常 为完全透光的或至少一面透光的，例如，管道式光生物反应器和板箱式光 生物反应器等，本发明提供一种趋光性微藻采收装置，其由存在至少一个 透光面的微藻培养装置或采收装置改造而成，所述改造的趋光性微藻采收 装置特征在于，在存在至少一个透光面的所述培养装置或采收装置的所有 透光面的外表面覆盖遮光层，在任意一个透光面的遮光层上开一个或多个 光孔，并在所述光孔处放置光源。其中所述光孔在微藻培养装置或采收装 置的任意一个透光面的遮光层的任何位置，优选地，所述光孔在微藻培养 装置或采收装置的底部透光面或侧面偏下部透光面的遮光层上。更优选 地，所述每个光孔的直径小于微藻培养装置或采收装置底面直径的 1/5-1/25。在本发明的一个实施方案中，本发明将目前所用的存在至少一个透光 面的采收装置改造成利用趋光性的新采收装置，例如，可以在原采收装置 所有透光面的外表面覆盖遮光层，在原采收装置的任意一个透光面的遮光 层上开一个或多个光孔，并在所述光孔处放置光源，由此改造成本发明所 述的趋光性微藻采收装置。
同样地，用于本发明所改造的趋光性微藻采收装置的光源可以是太阳 光、日光灯、或特定波长的光源等，其中所述特定波长的光源为波长在待 采收的微藻趋光性光谱范围内的光源。并且其中所述光源是任意光强的，
例如光强为5000Lux、 10000Lux、或25000Lux等。
对于用于微藻的开放式培养生产的露天培养池，如跑道池，需要根据 具体情况区别对待。例如，对于小型的露天培养池，可以在其上部露天面 覆盖遮光层，在遮光层上留有一个或多个光孔，放置适当的光源，利用趋 光性将藻体聚集在上层，然后排出下层的低藻体密度的培养液，而采收藻 体。但是对于大型的露天培养池，因其体积一般巨大，采用覆盖遮光层利 用趋光性采收的方法，反而费时费力，可以将微藻培养液分批次转移到本 发明改造的釆收装置中，利用本发明的方法进行采收。
因此，结合上述两方面的内容，在本发明的一个优选实施方案中，本
发明的利用微藻的趋光性采收微藻藻体的方法包括下列步骤
(1) 在适合微藻生长的条件下，在微藻培养装置中培养微藻，至对数
生长期或稳定期；
(2) 将存在至少一个透光面的所述培养装置的所有透光面用遮光层覆 盖，并且在任意一个透光面的遮光层上开一个或多个光孔，在所述光孔处 放置光源；和
C3)经过适当的时间，待培养液中的微藻基本上聚集在光源的周围时 除去清液，得到高浓度的藻体；
其中所述方法还包括将步骤(3)中收集到的微藻藻体进一步浓縮的步骤。 优选地，上述步骤(2)放置光源的一面为培养装置的底面。更优选地， 上述步骤(3)的微藻藻体采收在适合微藻生长的条件下进行，例如在25°C 进行，并且步骤(3)的采收时间约为12-96小时，例如，约24小时，约 36小时，约60小时，或约96小时。与常规采收方法相比较，该方法的优点在于，釆收装置由培养装置简单改造而成，实现了藻体培养和采收的连 续性，提高了生产设备的综合利用效率。
本领域的技术人员应该理解，在具体的实践中，所述光源也可以放置 在由培养装置或采收装置改造得到的新采收装置的内部，但是在装置内部 放置光源显然比在装置外部放置光源难度大，且成本高，所以本发明优选 将光源放置在装置外部。
在第三方面中，本发明还提供本发明改造的趋光性微藻采收装置的应 用，所述趋光性微藻釆收装置用于采收具有鞭毛、能移动并表现出趋光行 为的微藻，或不具有鞭毛但能移动并能表现趋光行为的微藻。优选地，所 述趋光性微藻采收装置用于采收杜氏盐藻、小球藻、缺壳缘绿藻、衣藻、 或蓝藻等。
综上所述，本发明的优点在于，本发明的藻体采收方法比传统的离心 法、微孔膜过滤法、絮凝法、气浮法等方法采收微藻成本低，操作方便，
不会污染环境；不需要额外的采收装置，所用的趋光性采收装置可以由培 养装置进行简单改造而成，也可以将原采收装置进行简单改造而成。本发 明优选在培养结束后，对所用的培养装置进行简单的改造后即可进行采 收，方便易行，成本低，不需要后期投入，效率高。
从下面结合附图的详细描述中，本发明的上述特征和优点将更明显， 其中
图1显示光孔设置在底部遮光层处的实施方案的示意图，其中1表示 光孔；2表示光源；3表示柱状培养器，该培养器至少底部是透光的，并 且它的所有透光面都用遮光层遮盖。
图2显示光孔设置在侧面偏下部遮光层处的实施方案的示意图，其中 1表示光孔；2表示光源；3表示柱状培养器，该培养器至少侧面是透光的， 并且它的所有透光面都用遮光层遮盖。
具体实施例方式
根据微藻对光源的趋光性行为，本发明方法是这样实现的在待采收
9的微藻生长到一定阶段(例如，对数期、生长后期等，根据藻体用途的需 要确定)后，将存在至少一个透光面的微藻培养或采收装置的所有透光面 用遮光层遮盖，并且在任意一个透光面的遮光层上开一个或多个光孔，在 该光孔处放置光源(太阳光，日光灯，特定波长的光源等)，微藻培养液中 的微藻对光刺激产生趋光性响应，向着光源点方向不断聚集。经过一定时
间，待培养液中的微藻基本上(例如，80%以上)聚集在光源的周围时， 除去清液，得到高浓度的藻体。通常将光源放置在培养或采收装置透光的 底部外侧，培养液中的藻体将集中在底部，排出上层清液，下层为高浓度 的藻液。起到采收藻体的目的。
以下通过实施例来进一步阐明本发明。但是应该理解，所述实施例只 是举例说明的目的，并不意欲限制本发明的范围和精神。
实施例1:
在100ml容量瓶的装100ml处于生长后期的杜氏盐藻培养液，藻体 OD，为0.8,对容量瓶进行避光处理，25"C培养，在避光的容量瓶避光层 的偏下部侧面开一直径0.5cm的小孔，5000Lux的光从此孔透入，24小时 后，与没有光照收集的对比组相比，藻体OD"o为0.044，容量瓶中99% 的杜氏盐藻聚集在透光小口的周围，倒掉上清，下层为收集到的高浓度的 藻液。
实施例2:
在100ml容量瓶中装有100ml处于生长后期的杜氏盐藻培养液，藻体 OD，为0.8。对容量瓶进行避光处理，25"C培养，在避光的容量瓶避光层 的底部开一直径0.5cm的小孔，5000Lux的光从此孔透入，24小时后，与 没有光照收集的对比组相比，容量瓶中几乎全部的杜氏盐藻聚集在透光小
口的周围，倒掉上清，下层为收集到的高浓度的藻液。上层培养液的OD750
为0.07，回收率约为97°/。。 实施例3:
在50L柱状培养器(底部为透光层)中装50L培养到对数期的杜氏盐藻UTEX999培养液，藻体01)75()为0.8。对该培养器进行遮光处理，在培 养器遮光层底下部一面开一个光孔，放置一白色点光源，光孔直径5cm， 光强为10000Lux，收集温度为25t:， 36小时后绝大部分的杜氏盐藻聚集 在光源周围，用水泵抽去上清，下层为收集到的高浓度的藻液，上清藻体 OD"o约为0.09，藻体的回收率约为卯％。
实施例4:
--个1000L的圆柱状收集器(透光；顶部开口，底面直径5m)，装有 1000L培养到对数期的杜氏盐藻UTEX999培养液，藻体OD，约为0.75。 用遮光材料进行避光处理，在侧面底下部遮光层上绕圆柱均匀开10个光 孔(每个光孔直径25cm)，每个光孔处放置一个光源，共分布10个光源， 光强25000Lux ，收集温度为25。C，约60小时后，上清微藻OD"。约为 0.1，采收率达到85%左右。
在本发明方法的具体实践过程中，光源优选地可以布置在培养或收集 装置的透光的底部外侧或侧面底下部外侧，待藻体聚集在底部后，除去上 层清液，剩下的为高浓度的藻体，从而起到藻体收集的目的。所使用的光 源可以是根据具体微藻实验获得最佳波长的光源，但也可以直接用一般的 白色光源或太阳光灯，光强等参数不做强制限定。本发明的微藻藻体采收 方法一般在15°C-35"C进行，优选地，在最适合待采收的微藻生长的温度 (如25t:)采收效果最好。尽管藻类的趋光性运动通常是缓慢的，但是根 据待釆收的藻液的藻体密度和体积，适当布置需要的光孔数目、光孔直径、 和光强度等参数，可以将采收到80%以上的藻体所需要的时间控制在约 12-96小时内。
应该理解，尽管参考其示例性的实施方案，已经对本发明进行具体地 显示和描述，.但是本领域的普通技术人员应该理解，可以在其中进行各种 形式和细节的变化，而不背离由后附的权利要求所限义的本发明的精神和 范围。
权利要求
1. 一种利用微藻的趋光性采收微藻藻体的方法，所述方法包括下列步骤1)在适合微藻生长的条件下，在微藻培养装置中培养微藻，至待采收的微藻生长到可采收的阶段；2)将存在至少一个透光面的微藻培养装置或采收装置的所有透光面用遮光层遮盖，并且在任意一个透光面的遮光层上开一个或多个光孔，在所述光孔处放置光源；和3)经过适当的时间，待培养液中的微藻基本上聚集在光源的周围时，除去清液，得到高浓度的藻体。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括将步骤3)中收集到的微藻藻体进一步浓缩的步骤。
3. 根据权利要求l所述的方法，其中步骤l)中所述的可采收的阶段是指微藻的对数生长期或稳定期。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中藻体采收在15'C-35。C进行。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中藻体采收在25'C进行。
6. 根据权利要求1所述的方法，所述方法的采收时间为12小时-96小时。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中所述光孔在微藻培养装置或采收装置的任意一个透光面的遮光层的任何位置。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中所述光孔在微藻培养装置或釆收装置的底部透光面或侧面偏下部透光面的遮光层上。
9. 根据权利要求8所述的方法，其中所述每个光孔的直径小于所述培养装置或采收装置底面直径的1/5-1/25。
10. 根据权利要求1所述的方法，其中所述光源为太阳光、日光灯、或特定波长的光源等，其中所述特定波长的光源为波长在待采收的微藻趋光性光谱范围内的光源。
11. 根据权利要求IO所述的方法，其中所述光源是任意光强的。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中所述光源的光强是5000Lux、10000Lux、或25000Lux等。
13. 根据权利要求1所述的方法，所述方法的采收率是80%以上。
14. 根据权利要求1所述的方法，所述方法的采收率是85%以上。
15. 根据权利要求l所述的方法，所述方法的采收率是99%以上。
16. 根据权利要求l或2所述的方法，其中所述微藻是具有趋光性行为的微藻，其包括具有鞭毛、能移动并表现出趋光行为的微藻，或不具有鞭毛但能移动并能表现趋光行为的微藻。
17. 权利要求16的方法，其中所述微藻包括杜氏盐藻、小球藻、缺壳缘绿藻、衣藻、或蓝藻等。
18. —种趋光性微藻采收装置，其由存在至少一个透光面的微藻培养装置或采收装置改造而成，其特征在于，在所述培养装置或采收装置的所有透光面的外表面覆盖遮光层，在任意一个透光面的遮光层上开一个或多个光孔，并在所述光孔处放置光源。
19. 根据权利要求18所述的趋光性微藻采收装置，其中所述光孔的直径小于所述培养装置或采收装置底面直径的1/5-1/25。
20. 根据权利要求18或19所述的趋光性微藻采收装置，其中所述光孔在微藻培养装置或采收装置的底部透光面或侧面偏下部透光面的遮光层上。
21. 根据权利要求18所述的趋光性微藻采收装置的应用，所述趋光性微藻采收装置用于采收具有鞭毛、能移动并表现出趋光行为的微藻，或不具有鞭毛但能移动并能表现趋光行为的微藻。
22. 根据权利要求21所述的应用，所述趋光性微藻采收装置用于采收杜氏盐藻、小球藻、缺壳缘绿藻、衣藻、或蓝藻等。
全文摘要
本发明提供一种利用微藻趋光性采收藻体的方法，所述方法包括下列步骤1)在适合微藻生长的条件下，在微藻培养装置中培养微藻，至待采收的微藻生长到所需要的可采收阶段；2)将微藻培养装置或采收装置的所有透光面用遮光层遮盖，并且在任意一个透光面的遮光层上开一个或多个光孔，在该光孔处放置光源；3)经过适当的时间，待培养液中的微藻基本上聚集在光源的周围时，除去清液，得到高浓度的藻体。本发明还提供一种简单改造而成的趋光性微藻采收装置。
文档编号C12N1/12GK101519636SQ200910131278
公开日2009年9月2日 申请日期2009年4月13日 优先权日2009年4月13日
发明者洪 吴, 尹顺吉, 王媛媛, 蔡忠贞, 袁普卫, 平 邓 申请人:新奥科技发展有限公司