一种处理微藻培养液的方法
【专利摘要】本发明提供了一种处理微藻培养液的方法，其特征在于，该方法包括：（1）将待处理的微藻培养液的pH值调整为9.5-12，得到调整了pH值的微藻培养液；（2）将步骤（1）得到的调整了pH值的微藻培养液与絮凝剂溶液接触，使微藻絮凝；所述絮凝剂溶液含有壳聚糖和水溶性有机酸。通过上述技术方案，采用本发明的处理微藻培养液的方法能够将小球藻的絮凝效率提高到超过90%。
【专利说明】一种处理微藻培养液的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及工业微生物学领域，具体地，涉及一种处理微藻培养液的方法。
【背景技术】
[0002] 微藻的光合效率高，生长迅速，可以吸收大量二氧化碳（C02)，有效地降低温室效 应。微藻在生长过程中吸收大量的营养盐类，为污水处理提供良好的途径。特别是，微藻的 细胞中含有大量的脂肪酸酯，可望成为生物能源的重要基础原料。
[0003] 但是，微藻养殖液浓度较低，一般不超过1%。并且微藻在微藻培养液中处于较为 稳定的悬浮状态，且微藻多为单细胞生物，其直径通常在3-30ym之间，如果通过离心来分 离，则会因所需转速较高而能耗巨大；如果通过过滤分离，则会因极易堵塞滤孔而导致过滤 失败。因此，将微藻从微藻培养液中分离出来十分困难。
[0004]CN101095459A公开了一种海洋微藻的浓缩方法，该方法包括向微藻培养液中加入 壳聚糖的水溶性有机酸溶液，使微藻培养液中壳聚糖的浓度为〇. 3-8mg/L，且使微藻培养液 的pH值为4. 5-8. 5,并且微藻絮凝后采用静止分层或气浮的方法收集絮凝物。但是，该絮凝 剂在处理微藻培养液，特别是在处理小球藻培养液时，仍然具有分离微藻较为困难的缺陷。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是克服分离微藻较为困难的缺陷，提供一种能够更加方便有效地从 微藻培养液中分离微藻的方法。
[0006] 本发明提供了一种处理微藻培养液的方法，其特征在于，该方法包括：（1)将待处 理的微藻培养液的pH值调整为9. 5-12,得到调整了pH值的微藻培养液；（2)将步骤（1)得 到的调整了pH值的微藻培养液与絮凝剂溶液接触，使微藻絮凝；所述絮凝剂溶液含有壳聚 糖和水溶性有机酸。
[0007] 通过上述技术方案，采用本发明的处理微藻培养液的方法能够将小球藻的絮凝效 率提高到超过95%，过滤速率不低于100mL/min。
[0008] 本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【具体实施方式】
[0009] 以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体 实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0010] 本发明中，未做相反说明的情况下，气体和液体的体积数值均为标准状态下的数 值。
[0011] 本发明提供了一种处理微藻培养液的方法，其特征在于，该方法包括：（1)将待处 理的微藻培养液的pH值调整为9. 5-12,得到调整了pH值的微藻培养液；（2)将步骤（1)得 到的调整了pH值的微藻培养液与絮凝剂溶液接触，使微藻絮凝；所述絮凝剂溶液含有壳聚 糖和水溶性有机酸。
[0012] 其中，为了进一步增强絮凝的效果，优选情况下，将待处理的微藻培养液的pH值 调整为 10. 5-11. 5。
[0013] 通常，待处理的微藻培养液的pH值可以为6-9,优选为8-9 ;0D值可以为1-10,优 选为5-9。
[0014] 其中，可以通过有机碱和/或无机碱来调整pH值，优选通过无机碱来调整pH值， 更优选所述无机碱为氢氧化钠和/或氢氧化钾，更进一步优选所述无机碱为氢氧化钠。所 述无机碱可以以固体或溶液的形式使用，例如，可以使用浓度为〇. 5-2mol/L的氢氧化钠溶 液。
[0015] 其中，絮凝剂溶液可以是由含有壳聚糖和水溶性有机酸的絮凝剂溶于水而得到 的，絮凝剂溶液的浓度可以在较宽的范围内变化，只要能使絮凝剂充分溶解即可；所述絮凝 剂溶液中，壳聚糖的浓度可以为〇.l-20mg/L，水溶性有机酸的浓度可以为10-100mg/L。
[0016] 其中，相对于1体积份的调整了pH值的微藻培养液，所述絮凝剂溶液的用量可以 为0. 0005-0. 02体积份。为了进一步增强絮凝的效果，优选情况下，相对于1体积份的调整 了pH值的微藻培养液，所述絮凝剂溶液的用量为0. 002-0. 008体积份。
[0017] 其中，接触的温度可以为15-35°c，优选为20-30°C。
[0018] 其中，接触的时间可以为30-200分钟，优选为50-150°C。其中，接触可以在搅拌下 进行，也可以在静置下进行。优选地，先通过搅拌使发生接触的物料混合均匀，然后在静置 下维持接触。
[0019] 其中，所述方法还可以包括：将微藻絮凝后的物料进行过滤。其中，过滤的方法没 有特别的要求，可以为压滤或抽滤，例如板框压滤。
[0020] 其中，絮凝剂的各组成成分可以同时、单独或顺序溶解于水中。
[0021] 其中，所述壳聚糖是指由自然界广泛存在的几丁质（chitin)经过脱乙酰作用得 至IJ的物质，所述壳聚糖的N-脱乙酰度的数值可以在较大范围内变化，只要能使所述壳聚糖 溶于水即可，例如，所述壳聚糖的N-脱乙酰度可以在40mol%以上，优选地，所述壳聚糖的 N-脱乙酰度为50-100m〇l%。其中，所述N-脱乙酰度的数值是指根据文献《溶剂对壳聚糖粘 度及Markjtouwink方程参数的影响》（化学世界，2003年第8期417页冲记载的电位滴定 法测量得到的数值。
[0022] 其中，所述壳聚糖的粘度也可以在较大范围内变化，例如在40mPa*s以上，优选情 况下，所述壳聚糖的粘度为50-1000mPa?s。其中，所述壳聚糖的粘度是指所述壳聚糖溶于 水中所形成的浓度为1重量％的溶液的表观粘度，所述壳聚糖的粘度的数值是指根据文献 《溶剂对壳聚糖粘度及Markjtouwink方程参数的影响》（化学世界，2003年第8期417页） 中记载的逐步稀释法测量得到的数值。
[0023] 根据本发明的絮凝剂，其中，所述水溶性有机酸是指能够溶于水的含有羧基的化 合物，优选地，所述水溶性有机酸为乙酸、苯甲酸、乳酸、氯乙酸、丙酸、甲酸、草酸、柠檬酸和 酒石酸中的至少一种。其中，"能够溶于水"是指在20°C下，在100g水中的溶解度不小于 10g。
[0024] 其中，所述待处理的微藻培养液中的微藻的种类没有特别的限 制，可以为各种培养的微藻。所述微藻的分类信息是指按照文献(Michael Guiry(2005). ^AlgaeBase-listingtheworld'salgae".TheIrishScientist:74-75)中 的分类体系确定的。
[0025] 根据本发明的方法，其中，本发明的方法特别适合用于产油微藻的微藻培养液的 处理，优选情况下，所述待处理的微藻培养液中的微藻为小球藻属（Chlorella)、葡萄藻属 (Botryococcus)和拟微球藻属（Nannochloropsis)中的至少一种的微藻。
[0026] 根据本发明的方法，其中，本发明的方法特别适合用于产油工程微藻的微藻 培养液的处理，优选情况下，所述待处理的微藻培养液中的微藻为小球藻（Chlorella sorokiniana)、原始小球藻（Chlorellaprotothecoides)、蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa)和普通小球藻（Chlorellavulgaris)中的至少一种。
[0027]目前，具有较大的产业利用价值的产油工程微藻为小球藻属（Chlorella)的微藻， 例如小球藻（Chlorellasorokiniana)、原始小球藻（Chlorellaprotothecoides)、蛋白核 小球藻（Chlorellapyrenoidosa)和普通小球藻（Chlorellavulgaris)中的至少一种。小 球藻属（Chlorella)的微藻较其他产油微藻更加难以从微藻培养液中通过絮凝沉淀而得到 分离。本发明的方法特别适合用于通过絮凝沉淀而将小球藻属（Chlorella)的微藻从微藻 培养液中分离。
[0028] 以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
[0029] 制备实施例1
[0030] 按照文献（《不同培养基及组成对两种小球藻生长和油脂的影响》胡慧慧，徐年军， 生物学杂志，2012. 29 (4) 12?16)中的方法培养小球藻（Chlorellasorokiniana)，该小 球藻（Chlorellasorokiniana)购自ATCC，商品号为22521?，共得到4份小球藻培养液，第 1份小球藻培养液0D值为5. 99,pH值为8. 69 ;第2份小球藻培养液0D值为6. 09,pH值为 8. 87 ;第3份小球藻培养液0D值为7. 05,pH值为8. 31 ;第4份小球藻培养液0D值为6. 08， pH值为 8. 54。
[0031] 按照文献（《不同培养基及组成对两种小球藻生长和油脂的影响》胡慧慧，徐年军， 生物学杂志，2012. 29 (4)12?16)中的方法培养普通小球藻（Chlorellavulgaris)，该普 通小球藻（Chlorellavulgaris)购自ATCC，商品号为30821?，共得到1份普通小球藻培养 液，0D值为5. 99,pH值为8. 69。
[0032] 实施例1
[0033] 室温下，取制备实施例1中的0D值为5. 99,pH值为8. 69的第1份小球藻培养液 800mL，在lOOrprn的搅拌下加入lmol/L的氢氧化钠水溶液，调整pH值为11。然后在lOOrprn 的搅拌下，相对于1体积份的调整了pH值的微藻培养液，加入0. 005体积份的絮凝剂溶液， 加入完成后搅拌30分钟，再静置30分钟，得到处理后的小球藻培养液。
[0034]其中，该絮凝剂溶液是将壳聚糖(购自国药集团化学试剂有限公司，批号F20100408,粘度50?800mPa^N-脱乙酰度80?95%)和乙酸依次溶于水中后形成的含 有10mg/L的壳聚糖和50mg/L的乙酸的水溶液。
[0035] 实施例2
[0036] 室温下，取制备实施例1中的0D值为5. 99,pH值为8. 69的第1份小球藻培养 液800mL，在lOOrprn的搅拌下加入lmol/L的氢氧化钠水溶液，调整pH值为11. 5。然后在 lOOrprn的搅拌下，相对于1体积份的调整了pH值的微藻培养液，加入0. 002体积份的絮凝 剂溶液，加入完成后搅拌10分钟，再静置40分钟，得到处理后的小球藻培养液。
[0037] 其中，该絮凝剂溶液是将壳聚糖(购自国药集团化学试剂有限公司，批号 F20100408,粘度50?800mPa^N-脱乙酰度80?95%)和乙酸依次溶于水中后形成的含 有0.lmg/L的壳聚糖和100mg/L的草酸的水溶液。
[0038] 实施例3
[0039] 室温下，取制备实施例1中的0D值为5. 99,pH值为8. 69的第1份小球藻培养 液800mL，在lOOrpm的搅拌下加入lmol/L的氢氧化钠水溶液，调整pH值为10. 5。然后在 lOOrprn的搅拌下，相对于1体积份的调整了pH值的微藻培养液，加入0. 008体积份的絮凝 剂溶液，加入完成后搅拌40分钟，再静置60分钟，得到处理后的小球藻培养液。
[0040] 其中，该絮凝剂溶液是将壳聚糖(购自国药集团化学试剂有限公司，批号 F20100408,粘度50?800mPa^N-脱乙酰度80?95%)和乙酸依次溶于水中后形成的含 有20mg/L的壳聚糖和10mg/L的柠檬酸的水溶液。
[0041] 实施例4
[0042] 按照实施例1的方法得到处理后的小球藻培养液，不同的是调整pH值为12。
[0043] 实施例5
[0044] 按照实施例1的方法得到处理后的小球藻培养液，不同的是调整pH值为9. 5。
[0045] 实施例6
[0046] 按照实施例1的方法得到处理后的小球藻培养液，不同的是相对于1体积份的调 整了pH值的微藻培养液，加入0. 0005体积份的絮凝剂溶液。
[0047] 实施例7
[0048] 按照实施例1的方法得到处理后的小球藻培养液，不同的是相对于1体积份的调 整了pH值的微藻培养液，加入0. 02体积份的絮凝剂溶液。
[0049] 对比例1
[0050] 按照实施例1的方法得到处理后的小球藻培养液，不同的是调整pH值为8. 5。
[0051] 对比例2
[0052] 按照实施例1的方法得到处理后的小球藻培养液，不同的是用盐酸调整pH值为 4. 5。
[0053] 对比例3
[0054] 按照实施例1的方法得到处理后的小球藻培养液，不同的是调整pH值为12. 5。
[0055] 测试实施例1
[0056] 分别测定实施例1-7和对比例1-3得到的处理后的小球藻培养液絮凝效率和分层 后下层质量比阻、过滤速率和絮凝收率。其中，絮凝效率是指原藻液0D值减去加入絮凝剂 后液面下2cm处藻液0D值，与原藻液0D值之比；过滤速率(将单位时间内获得的滤液体积 称为过滤速率）是根据文献（《化工原理》，陈敏恒，华东理工大学出版社)。测定得到的数值 如表1所示。
[0057] 表 1
[0058]
【权利要求】
1. 一种处理微藻培养液的方法，其特征在于，该方法包括： (1) 将待处理的微藻培养液的pH值调整为9. 5-12,得到调整了 pH值的微藻培养液； (2) 将步骤（1)得到的调整了 pH值的微藻培养液与絮凝剂溶液接触，使微藻絮凝；所述 絮凝剂溶液含有壳聚糖和水溶性有机酸。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，将待处理的微藻培养液的pH值调整为 10. 5-11. 5〇
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过无机碱来调整pH值，所述无机碱为氢氧 化钠和/或氢氧化钾。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述絮凝剂溶液中，壳聚糖的浓度为0. l_20mg/ L，水溶性有机酸的浓度为10-100mg/L。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中，相对于1体积份的调整了 pH值的微藻培养液，所 述絮凝剂溶液的用量为〇. 0005-0. 02体积份。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中，相对于1体积份的调整了 pH值的微藻培养液，所 述絮凝剂溶液的用量为〇. 002-0. 008体积份。
7. 根据权利要求1、2、4、5或6所述的方法，其中，接触的温度为15-35°C，接触的时间 为30-200分钟。
8. 根据权利要求1、2、4、5或6所述的方法，其中，所述方法还包括：将微藻絮凝后的物 料进行过滤。
9. 根据权利要求1、2、4、5或6所述的方法，其中，所述壳聚糖的N-脱乙酰度为 50_100mol%。
10. 根据权利要求9所述的方法，其中，所述壳聚糖的粘度为50-1000mPa ? s。
11. 根据权利要求1、2、4、5、6或10所述的方法，其中，所述水溶性有机酸为苯甲酸、乳 酸、氯乙酸、丙酸、甲酸、草酸、柠檬酸和酒石酸中的至少一种。
12. 根据权利要求1、2、4、5、6或10所述的方法，其中，所述待处理的微藻培养液中的微 藻为小球藻属（Chlorella)、葡萄藻属（Botryococcus)和拟微球藻属（Nannochloropsis) 中的至少一种的微藻。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中，所述待处理的微藻培养液中的微藻为小球 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)中的至少一种。
14. 根据权利要求1、2、4、5、6、10或13所述的方法，其中，待处理的微藻培养液的pH值 为 8-9, 0D 值为 1-10。
【文档编号】C12N1/12GK104342373SQ201310318341
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年7月26日 优先权日:2013年7月26日
【发明者】孙春燕, 刘伟, 黄绪耕, 周旭华, 荣峻峰 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