微藻的养殖及采收方法
【专利摘要】本发明涉及微藻的养殖及采收方法，其中的采收方法包括:将光密度值OD680>1.6的藻液，在pH值≥7且温度≤40℃的条件下，沉降24小时以上；然后在20℃～40℃下，收获下层沉降的藻液。本发明的采收方法不需要加入任何的化学药剂，即可达到较好的沉降效果。本发明的养殖和采收方法通过在微藻养殖过程中加入少量的酸，然后在一定条件进行沉降采收，即可解决微藻养殖过程的沉降问题，又可在采收过程中以较低成本达到较好的沉降效果。
【专利说明】微藻的养殖及采收方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微藻的养殖及采收方法。
【背景技术】
[0002]微藻是一类在水中生长的种类繁多且分布极其广泛的低等植物，它是由阳光驱动的细胞工厂，通过微藻细胞高效的光合作用，吸收CO2,将光能转化为脂肪或淀粉等碳水化合物的化学能，并放出02。利用微藻生产生物能源与化学品可以同时达到“替代化石能源、减少CO2排放、净化废气与污水”三个目的。“微藻生物技术”的优势在于以下几个方面--①微藻是光合效率最高的原始植物，与农作物相比，单位面积的产率高出数十倍。微藻也是自然界中生长最为迅速的一种植物，通常在24h内，微藻所含生物质可以翻倍，在其“指数生长期”内其生物量翻倍时间可以缩短到3.5h。②微藻可以生长在高盐、高碱环境的水体中，可充分利用滩涂、盐碱地、沙漠进行大规模培养，也可利用海水、盐碱水、工业废水等非农用水进行培养，因此微藻可以不同农作物争地、争水。③产油率高，微藻干细胞的含油量可高达70%，微藻没有高等植物的根茎叶等细胞分化，在缺氮等条件下，某些单细胞微藻可大量积累油脂，是最有前景的产油生物。④微藻的培养需要利用工业废气中的CO2，缓解温室气体的排放，也可以吸收工业废气中的氮Ox，减少环境的污染。⑤生产微藻生物柴油的同时，还可以生产相当数量的微藻生物质，还可进一步获得蛋白质、多糖、脂肪酸等高价值产品。
[0003]微藻可分为原核藻类和真核藻类，原核藻类以蓝藻为主，含叶绿素a、不形成细胞器、能进行光合作用，细胞中蛋白质含量高，可达干重的70%，脂肪含量低，为5%左右；真核藻类种类比较多，是主要的生物燃料藻种的来源。常见的微藻主要归于以下八个门类:娃藻门(Bacillar1phyta)、绿藻门(Chlorophyta)、金藻门(Chrysophyta)、蓝藻门(Cyanophyta)> 甲藻门(Pyrroptata)、红藻门(Rhodophyta)、隐藻门(Cryptophyta)和黄藻门(Xanthophyta)。其中，娃藻门、绿藻门和金藻门是最具潜力的生物柴油藻种来源。
[0004]微藻高效规模化养殖技术，即通过研究开发微藻规模化养殖的新设备与新工艺来高效、低成本地获得微藻生物量，是微藻生物技术的核心之一。影响微藻生长的因素很多，主要有光、营养盐、CO2, pH、温度和O2等，这些因素在微藻规模培养过程中所产生的影响尤为突出。研究表明，微藻的生长及脂类物质的含量与光照、氮、磷和温度等培养条件密切相关。不同藻类生长和积累脂类物质的培养条件不尽相同，应该根据不同的藻种确定最佳培养条件，提高生长速率和油脂含量。微藻的养殖需要有充足的阳光、CO2、水和无机盐，温度通常要控制在20?30°C，pH值通常在近中性(pH值为5?9)，养殖介质必须能够提供组成微藻细胞的无机元素，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术中的难题，主要原因是:微藻个体微小(通常小于20微米)且藻液浓度很低(在采收浓度下，通常不到藻液质量的3%。)。现有的微藻采收方法主要是絮凝法、过滤法、离心法和沉降法。其中，絮凝法、过滤法和离心法的工艺较复杂、成本较高。沉降法具有操作简便、节省能源等优点，如CN101748068公开了一种微藻收获方法，该方法利用重力学原理，针对高密度连续培养光合生物反应系统进行不完全收获，对于浓度大于17个每毫升的藻液(相当于OD68tl=L 0)，沉降率一般可达60%以上，沉降后分离出的上层清液返回光反应系统继续利用，对于不容易沉降的微藻，需要使用PH调节剂将藻液pH调节至强碱性，使微藻产生自絮凝以加快沉降。该方法仍存在以下不足:①对于直径较小的微藻，调节PH强碱性使其自絮凝，会导致成本的增加并影响微藻的活力，不利于循环利用藻种某些情况下，轻微的扰动就会使微藻重新分散，不利于分离沉降后的清液。
[0006]在微藻养殖过程中，微藻沉降会导致生物量积累变慢、生长效率降低等问题，现有方法是采用搅拌、曝气等手段让藻液流动以避免微藻沉降，从而保证微藻的顺利生长，然而这必然造成较大的能耗和物耗，导致微藻养殖成本的上升。
【发明内容】
[0007]本发明的目的之一是提供一种微藻的采收方法，解决现有微藻沉降采收方法中存在的问题。本发明的目的之二是提供一种微藻的养殖和采收方法，既能解决微藻养殖过程中的微藻沉降问题，又能提高微藻沉降采收的效果。
[0008]一种微藻的采收方法，将光密度值0D_>1.6的藻液，在pH值彡7且温度彡40°C的条件下，沉降24小时以上；然后在20°C?40°C下，收获下层沉降的藻液。
[0009]试验发现，虽然采收时的藻液浓度很低(不到藻液质量的3%。)，但藻液浓度仍对微藻沉降有明显的影响，当藻液的光密度值OD68tl < 1.6时，微藻十分难于沉降。根据本发明的方法，藻液的光密度值0D_>1.6时,进行沉降；优选藻液的光密度值OD68tl > 2,进行沉降，更优选藻液的光密度值OD68tl > 3.5时，进行沉降。
[0010]试验发现，当藻液呈酸性时，微藻十分难于沉降。根据本发明的方法，需要将藻液的PH值控制在> 7，优选> 8。本发明不需要将藻液pH调节至强碱性，只需要使用pH调节剂或依赖微藻自身生长导致的藻液PH值上升使其处于非酸性状态即可。优选的条件下，依赖微藻自身生长使藻液PH值为7?9时，再进行沉降。
[0011]根据本发明的方法，需要在彡40°C的条件下进行沉降。当沉降温度大于40°C时，易使微藻的活力降低，甚至死亡，不利于循环利用藻种。
[0012]优选的沉降时间为24?72小时。
[0013]根据本发明的方法，需要将收获温度控制在20°C?40°C。试验发现，当温度<20°C时，轻微的藻液扰动，就会导致沉降的微藻重新分散，因此需要将收获温度控制在20°C?40。。。
[0014]沉降深度可依据具体的微藻和现有技术确定,一般为50mm?1000mm,较佳的深度为 50 ?120mm。
[0015]所述的微藻优选属于绿藻门，更优选是小球藻或栅藻。
[0016]—种微藻的养殖和米收方法,包括；
[0017](I)在微藻的养殖过程中，向藻液中加入酸，使加入酸后的藻液pH值为酸性，养殖至藻液光密度值0D_>1.6 ;
[0018](2)将步骤(I)得到的藻液，在pH值彡7且温度彡40°C的条件下，沉降24小时以上；然后在20°C?40°C下，收获下层沉降的藻液，上层浓度较稀的藻液返回步骤(I)循环利用。
[0019]应该理解到，为了不影响微藻的生长，本发明中调节pH值所加的酸应可以被微藻所代谢，例如，可以为醋酸或柠檬酸。优选为醋酸。
[0020]还应理解到，在微藻的养殖过程中，随着微藻的不断生长繁殖，藻液的pH值是上升的，本发明所述的“加入酸后的藻液PH值”是指加入酸后立即测量的pH值。
[0021]根据本发明的方法，向藻液中加入酸的主要目的是为了使微藻不易沉降，因此不需加入过多的酸，一般在16?168小时内加入一次酸即可，优选每隔24小时左右,加入一次酸。对于小球藻和栅藻而言，加入醋酸还可以大幅提升生物量积累速率。基于本领域的常识，加入酸的量，不应使“加入酸后的藻液PH值”超出适宜微藻生长的范围，一般使加入酸后的藻液PH值呈酸性即可。优选的情况下，酸的加入量使加入酸后的藻液pH值为5?
6.5。
[0022]优选的情况下，步骤(I)中，当依赖微藻自身生长使藻液pH值彡7时，再通过步骤
(2)进行收获。
[0023]步骤(2)中，所述“上层浓度较稀的藻液”的光密度值OD68tl ( 0.6，优选为0.4?
0.6。
[0024]步骤(2)与前述的微藻采收方法相同，在此不再赘述。
[0025]所述的微藻优选属于绿藻门，更优选是小球藻或栅藻。
[0026]微藻养殖系统可以是开放池养殖系统，也可以是封闭式光生物反应器系统。
[0027]现有的微藻沉降采收方法存在重复性不理想、微藻易重新分散的问题，本发明不需要加入任何的化学药剂，通过对多种因素的综合控制，可以较好地解决这一技术问题。在微藻的养殖过程中，需要避免微藻沉降，以使微藻快速生长；而采用沉降采收，又需要微藻具有较好的沉降性能，才能降低成本、提高效率。本发明通过在微藻养殖过程中加入少量的酸，然后在藻液达到一定浓度且依赖其自身生长使藻液pH值> 7时，再进行沉降采收，可以很好地解决这一矛盾。对于小球藻和栅藻而言，加入醋酸还可以大幅提升生物量的积累速率。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]附图1是本发明一种优选实施方式的示意流程图。
[0029]附图2是小球藻的生长曲线。
【具体实施方式】
[0030]藻液光密度值(OD68tl值)测定
[0031]光密度值用分光光度计测定，以蒸馏水作对照，测定藻液在波长680nm处的吸光值，作为微藻养殖浓度的指标。
[0032]藻液沉降性能的测定
[0033]1.实施例1?3及比较例I?2
[0034]藻液光密度值在沉降前后的变化记为沉降率，作为衡量藻液的沉降性能的指标，测量位置在液面下40_。记沉降前的光密度值为OD1,沉降后的光密度值为OD2。
[0035]沉降率=(OD1-OD2) /OD1X 100%
[0036]2.实施例4?5及比较例4
[0037]沉降率=(Od2-OD1)ZOD2X100Z70
[0038]OD1和OD2分别为测定时搅拌前后含有微藻的培养液的吸光值，即OD1为测定时搅拌前含有微藻的培养液的吸光值，OD2为测定时通过搅拌使含有微藻的培养液中的微藻全部悬浮在培养液中的状态下的吸光值。
[0039]以下通过实施例进一步说明本发明，但并不因此构成对本发明的限制。
[0040]实施例1
[0041]将400ml小球藻藻液(以BGll培养基养殖，OD680为2.367)放置于烧杯中，调节PH=7，环境温度为25°C，避光沉降24h，上清液OD68tl为0.250，沉降率达到89%，48h后沉降率达到90%ο
[0042]实施例2
[0043]将400ml小球藻藻液(以BGll培养基养殖，OD680为7.290)放置于烧杯中，调节PH=8，环境温度为30°C，避光沉降24h，上清液OD68tl为0.507，沉降率达到93%，48h后沉降率达到93.4%ο
[0044]实施例3
[0045]将400ml小球藻藻液(以BGll培养基养殖，OD680为3.521)放置于烧杯中，调节PH=9，环境温度为35°C，避光沉降24h，上清液OD68tl为0.247，沉降率达到93%。
[0046]比较例I
[0047]将400ml小球藻藻液(以BGll培养基养殖，OD680为1.575)放置于烧杯中，调节PH=8，环境温度为25°C，避光沉降24h，上清液OD68tl为1.114，沉降率仅达到29%，48h后沉降率也只能达到66%。
[0048]比较例2
[0049]将400ml小球藻藻液(以BGll培养基养殖，OD680为3.928)放置于烧杯中，调节PH=6，环境温度为25°C，避光沉降48h，上清液OD68tl为1.288，沉降率为67%。
[0050]比较例3
[0051]将250ml小球藻藻液(以BGll培养基养殖，OD680为9.2)放置于丝扣试剂瓶中，调节pH=8，45°C水浴恒温2h，避光沉降24h，上清液OD680为0.94，将清液回收，以1:1的比例添加BGll培养基继续培养，24h后OD680为0.4，48h后为0.1。
[0052]实施例4
[0053]将实施例2得到的上清液(OD680为0.507)与BGl I培养基以1:1比例混合放于养殖系统中培养，加入醋酸调节PH为5.4，不加搅拌通入CO2置于阳光下培养，培养到第七天时再次加入醋酸调节pH为6.5，继续培养。生长15天时OD2为7.28，沉降率为5.02%,其生长曲线参见图2。
[0054]实施例5
[0055]将实施例2得到的上清液(OD680为0.507)与BGl I培养基以1:1比例混合放于养殖系统中培养，每隔24小时加入一次醋酸调节pH为5?7，不加搅拌通入CO2置于阳光下培养，生长15天时OD2为7.968，沉降率为3.63%，其生长曲线参见图2。
[0056]比较例4
[0057]将实施例2得到的上清液(OD680为0.507)与BGl I培养基以1:1比例混合放于养殖系统中培养，不加入醋酸，不加搅拌通入CO2置于阳光下培养。生长15天时OD2为6.53， 沉降率为32.82%。其生长曲线参见图2。
【权利要求】
1.一种微藻的采收方法，将光密度值0D_>1.6的藻液，在pH值> 7且温度彡40°C的条件下，沉降24小时以上；然后在20°C?40°C下，收获下层沉降的藻液。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，藻液的光密度值OD68tl> 3.5时，进行沉降。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，依赖微藻自身生长使藻液PH值为7?9时，再进行沉降。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，沉降时间为24?72小时。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的微藻属于绿藻门。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的微藻是小球藻或栅藻。
7.一种微藻的养殖和米收方法，包括: (1)在微藻的养殖过程中，向藻液中加入酸，使加入酸后的藻液PH值为酸性，养殖至藻液光密度值0D_>1.6 ; (2)将步骤(I)得到的藻液，在pH值彡7且温度彡40°C的条件下，沉降24小时以上；然后在20°C?40°C下，收获下层沉降的藻液，上层浓度较稀的藻液返回步骤(I)循环利用。
8.按照权利要求7所述的方法,其特征在于,在16?168小时内加入一次酸。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，每隔24小时左右，加入一次酸。
10.按照权利要求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值为5 ?6.5。
11.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(I)中，当依赖微藻自身生长使藻液pH值彡7时，再通过步骤(2)进行收获。
12.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述“上层浓度较稀的藻液”的光密度值OD68tl <0.6。
13.按照权利要求12所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述“上层浓度较稀的藻液”的光密度值为0.4?0.6。
14.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的微藻属于绿藻门。
15.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的微藻是小球藻或栅藻。
16.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的酸为醋酸或柠檬酸。
【文档编号】C12N1/12GK104232489SQ201310231031
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年6月9日 优先权日:2013年6月9日
【发明者】程琳, 荣峻峰, 周旭华, 黄绪耕 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院