一种利用烟气生产微藻油脂的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物技术和生物能源领域，具体设及一种利用烟气生产微藻油脂的方 法。
【背景技术】
[0002] 由于化石能源的日趋减少和使用化石能源造成溫室效应的增加，越来越多的科研 工作者把目光集中到可再生能源的开发和利用上。生物质能作为地球上最重要的可再生能 源，它包括林业生物质、农作物、水生植物、农业废弃物等。在诸多的生物质能源中，微藻是 重要的可再生资源。它们具有分布广泛、生物量大、光合作用效率高、环境适应能力强、生长 周期短、生物量产量高等特点。其细胞中含独特的初级或次级代谢产物，化学成分复杂。微 藻的太阳能转化效率可达到3. 5%，是生产药品、精细化工品和新型燃料的潜在资源，从微藻 中得到的脂肪酸可转化成脂肪酸甲脂，即生物柴油。
[0003] 随着世界经济的发展，大量的化石能源的使用和消耗，导致能源的短缺和环境的 日益恶化，特别是C〇2的急剧增加引起的溫室效应越来越严重。近年来，对可用于直接固定 工业废气尤其是燃烧烟气中C〇2的捕捉和封存（CCS)技术进行了广泛的研究。在运些技 术中，微藻生物固定0)2是一种具有大规模应用前景和经济上可行的CCS技术。微藻的生 长周期短、光合效率高，0)2固定效率高，一定条件下可达陆生植物的10倍W上，不仅可W减 少C〇2排放，同时也降低了培养成本；除CO 烟气中的一些SOx、NOx等成分也随着微藻 的代谢被净化处理，有效减少有害气体排放，因此利用微藻油脂作为原料生产的生物柴油 是目前最有可能满足世界运输所需燃料的可再生能源。
[0004] 目前对于小球藻、栅藻等产油微藻研究的较多。CN20110144545.6公开了一株 栅藻藻株，该藻株的生长可利用人工培养基或经适当处理的废水生长，其特点是油脂产 率高于目前大多数分藻株，该藻株应用领域包括0)2的固定，废水的净化，油脂、蛋白质、 色素、淀粉、多糖、核酸的生产。CN20120154470.4公开了一株富油海洋微藻微拟球藻（ 巧^扣心施）藻株及其应用，该藻株可在抑=4. 5的环境下正常生长，其油 脂含量可达35%。CN20111019480. X公开了一株微藻藻株（妳邱.）及其用于生产 生物柴油的应用，利用该藻株可生产高附加值的多不饱和脂肪酸，包括亚麻酸C18:3和神 经酸C24:l，其在获得生物柴油的同时，获得高附加值的副产品。CN102703326A公开了一 种高C〇2耐受性和固定率的微藻及其选育方法，但该专利所提供的藻株并未设及该藻株的 油脂含量。上述专利要么不能高效利用C〇2产油脂，要么获得的生物质中油脂含量不够高。 特别是在实际应用中，当(?的浓度高于5%时，大多数微藻的生长将受到抑制，而工业排放 的气体中的0)2浓度一般为10%~20%，并同时含有对微藻有毒害作用的物质，例如SOx、NOx 等。因此，用于直接固定工业排放的气体中的C〇2的微藻除了要求对C〇2的转化率高、生长 速率快、耐受抑范围宽之外，还要能够耐受高(?浓度和耐受SOx、NOx等有害物质。
[0005] 刘平怀等(有机碳源对单针藻细胞生长、油脂积累和光合作用的影响，生物工程， 2012，33(18): 224-246)介绍了利用有机碳源培养单针藻的一种生产方式，培养结束虽然 生物量超过了 lOg/l，但该种方式为单针藻异养培养方式，培养过程中利用葡萄糖等有机碳 源来实现细胞生长，运种培养方式没有利用C〇2等无机碳源经济，而且有机碳源的加入，在 培养过程易产生染菌问题，影响藻细胞的生长。
【发明内容】
[0006] 针对现有藻种不能满足耐受和吸收高浓度0)2,固定0)2效率低的问题，本发明提 供了一种利用烟气生产微藻油脂的方法。本发明提高了微藻培养体系对高浓度C〇2的耐受 性和溶解性，提高了固碳效率，微藻油脂的收获量明显提高，同时可W实现对烟气的净化。
[0007] 本发明利用烟气生产微藻油脂的方法，包括如下内容：（1)将微藻培养基与斜生 栅藻（况6/76沁細化？ 〇知7卿化) FSH-Y2种子液加入到光生物反应器中，调节培养体系抑为 10~12,并通入C〇2体积含量为Iv%~5v%的烟气，培养2~5天；（2)调节培养体系的 pH值为8~10,接入单针藻（必〇打ora如i扣U曲邱）SS-Bl和纤维藻（心左i別roofe細化邱.） SS-B7种子液进行混合培养，并通入C〇2体积含量为5v%~45v%的烟气，在连续光照条件下 培养至稳定期，收获微藻细胞；其中斜生栅藻FSH-Y2、单针藻SS-Bl和纤维藻SS-B7,分别于 2012年9月11日和2013年4月15日保藏于"中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生 物中屯、"，保藏编号分别为CGMCC No. 6551、CGMCC No. 7479和CGMCC No. 7478。分类命 名 A端％ ..Scenedesmus obliqnus, Monoraphidium sp, Ankistrodesmus sp..獻藏单尬從 址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号。
[0008] 本发明所述斜生栅藻FSH-Y2藻株在显微镜下藻细胞呈纺键形，丛生，有细胞壁膜 包裹，颜色为深绿色；单个藻细胞直径约为6~10 y m。该藻株在高PH值下能够很好地吸 收利用二氧化碳，快速生长繁殖。
[0009] 本发明所述单针藻SS-Bl藻株是一种淡水绿藻，藻细胞为长叶形，绿色，藻种长为 10~20 y m，宽2~4 y m，内含色素，平板藻落形态为S形，深绿色。该藻株能够耐受高浓度 的％和SO 2,可W利用含％和SO 2的废气或烟气进行光照自养生长获取富含油脂的生物 质，固碳效率高。
[0010] 本发明所述纤维藻SS-B7藻株是一种淡水绿藻，在显微镜下藻细胞为绿色，镶形 或弓形、丛生、弯曲，自中央向两端渐尖细，末端尖，长大约5~6ym，中央宽约2ym。该藻 株能够耐受高浓度的C〇2和NOx,可W利用含CO 2和NOx的废气或烟气进行光照自养生长获 取富含油脂的生物质，固碳效率高。
[0011] 本发明中，微藻培养基采用本领域人员熟知的BG11、SE、BBM等培养微藻的液体培 养基。所述斜生栅藻FSH-Y2种子液的制备方法如下：将培养基的pH调节为10~12,在溫 度为20~30°C，光照周期为2地，光暗时间比为14:10,光照强度为2000~lOOOOLux的条 件下，振荡培养至对数生长期。单针藻SS-Bl种子液和纤维藻SS-B7种子液的制备方法如 下：将微藻培养基的抑调节为7~9,在溫度为20~30°C，光照周期为2地，光暗时间比为 14:10,光照强度为2000~lOOOOLux，振荡培养至对数生长期。
[0012] 本发明中控制微藻种子液的总接种量为微藻培养基总体积的5%~20%，其中斜 生栅藻FSH-Y2种子液，单针藻SS-Bl种子液和纤维藻SS-B7种子液的体积比为2:1:1~ 6:1:1。
[0013] 本发明中，所述烟气来源于硫横回收装置焚烧尾气、催化裂化再生尾气或S-zorb 再生尾气，优选S-zorb再生尾气；其中C02含量为5v%~45v%，S0 2含量为不超过600X10 6 (v/v)，N0x含量不超过 500X 10 6 (v/v)。
[0014] 本发明中，微藻混合培养的溫度为20~30°C，光照强度为2000~lOOOOLux，培养 至生长稳定期结束。通过离屯、、沉降等方式收获微藻细胞，测定细胞干重和油脂含量，细胞 干重可达到12g/L W上，细胞的生物质产率达到1. 5g/(L ? d)，油脂含量可达到细胞干重的 46% W上，同时二氧化碳的脱除率提高到50% W上。
[0015] 与现有技术相比，本发明可W带来W下有益效果： 1、 首先采用可耐受高抑环境的斜生栅藻FSH-Y2进行单独培养，初始的高抑和间歇光 照可W抑制微藻培养初期杂菌和病虫害的生长，有助于微藻处于生长优势；并且高抑环境 有利于二氧化碳的溶解，使二氧化碳更容易被微藻吸收利用，有助于提高二氧化碳的固定 效率； 2、 培养2~5天后降低抑，加入可耐受烟气中S〇2和NOx的单针藻SS-Bl和纤维藻 SS-B7进行连续光照培养，有助于促进微藻的快速生长，提高微藻的生长速率。而且，运=种 微藻可W相互配合，比单一藻种培养具有更高的的固碳效率，二氧化碳的脱除率更高，获得 的生物质含有更多的油脂； 3、 本发明的混合培养体系能够耐受高浓度的C〇2、S〇2和NOx，可W利用废气中的CO 2进 行自养生长，固定C〇2,缓解目前工业社会带来的溫室效应和废气污染问题。
【具体实施方式】
[0016] 下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。本发明中，wt%为质量分数，V%为体 积分数。
[0017] 本发明微藻培养采用BGll培养基，配方如表1和表2所示。 阳01引 表1 BGll培养基
*表2表1中A5+Co solution的组成
首先按照表1和表2制备BGll液体培养基，将斜生栅藻FSH-Y2的培养基的抑调节 为10,将培养单针藻SS-B7和纤维藻SS-B7的培养基的抑调节为7. 5,然后将斜生栅藻 FSH-Y2、单针藻SS-Bl和纤维藻SS-B7分别接种于上述培养基中。在恒溫光照摇床中培养， 培养溫度为25°C，光照周期为2地，光暗时间比为14:10,光照强度5000LUX，12化pm振荡培 养至对数生长期，获得斜生栅藻FSH-Y2种子液、单针藻SS-Bl种子液和纤维藻SS-B7种子 液，将上述种子液在15°C弱光下保存备用。
[0019] 实施例1 (1)在1化光生物反应器中，加入实施例1制备的斜生栅藻FSH-Y2种子液和微藻培养 基，FSH-Y2种子液的加入量为400mU微藻培养基的pH值调节为10,加入量为化，培养光照 强度为5000LUX，光照周期为2地，光暗时间比