一种利用甘氨酸微藻生物絮凝的方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用甘氨酸微藻生物絮凝的方法，是在微藻培养液中加入甘氨酸，充分搅拌后继续培养，再调节培养液pH值后静置，待微藻絮凝与培养液分层后，分离出微藻生物质，达到脱水收集目的。本发明以甘氨酸作为絮凝剂，利用甘氨酸刺激微藻分泌一种具有三维空间结构的粘性胞外聚合物，而将藻细胞包裹起来，达到絮凝的目的。本发明脱水率可达到90%以上，生物质回收率高达70-90%。此外，甘氨酸无毒无害，不仅不会破坏水质，还可作为一种有机氮源和碳源被藻细胞吸收利用，促进微藻的继续增长，进而实现培养液循环利用的目的，因此本发明可降低微藻培养及采收的成本，而且操作简便，工艺简单，适用于微藻生物质产业化采收。
【专利说明】一种利用甘氨酸微藻生物絮凝的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生物工程领域，具体涉及一种利用甘氨酸微藻生物絮凝的方法。
【背景技术】
[0002]目前的工业化微藻培养大多采用跑道池、管式反应器、平板式反应器等方式。微藻采收方式有离心脱水、过滤脱水、絮凝脱水、气浮脱水和沉降脱水等。由于微藻是一种单细胞的微生物，细胞直径仅为5-20 μ m,培养密度0.5-2g/L，因此采用离心和过滤脱水需要较大的能量投入和设备成本投入，无形中提高了微藻规模化利用的成本。而气浮脱水和沉降脱水的效果较差。絮凝是指往微藻原液中加入絮凝剂，中和细胞表面电荷或形成桥接使微藻细胞快速集结沉降，达到高效收获微藻的目的。微藻絮凝收获是微藻生物质能源应用技术的重要方面，它能够将悬浮的微藻快速絮凝，得到高浓度的微藻生物质。微藻生物絮凝对微藻生物质能源开发应用的能量输入和成本控制具有重要意义。阳离子絮凝剂、聚合物絮凝剂以及PH调节是目前常用的三种絮凝方式。其中，阳离子絮凝剂(如硫酸铝、明矾、氯化铁等)通过阳离子中和藻细胞表面所带的负电荷实现絮凝，具有絮凝效率高，脱水率高的优点，但缺点是加入培养液的阳离子无法回收利用，因此长期使用阳离子絮凝剂一方面会破坏水质，导致重金属超标，且培养液无法循环利用，另一方面当以食品或食品添加剂为主要目标产物时，阳离子絮凝剂的使用会污染微藻生物质的目标产物。聚合物絮凝剂(如壳聚糖等)的效果一般低于阳离子絮凝剂，优点是避免了水资源的中金属污染，且对目标产物的影响较小，一般用于食品添加剂等高价值目标产物的絮凝。但聚合物絮凝的缺点是，聚合物的价格比较高，而且由于聚合物分子量大，添加絮凝剂的量也较大。PH絮凝是通过pH调节强化培养液中阳离子对藻细胞表面负电荷的中和作用，优点是价格低，避免水资源破坏和对目标产物的影响，缺点是絮凝效 率低，脱水效果差。
[0003]为了降低微藻采收过程中的设备投入和能耗问题，并且避免对培养液水质的破坏，解决培养液循环利用的问题，本发明提供了一种有机物絮凝的方法，即通过使用一种有机碳源甘氨酸(C2H5NO2)作为絮凝剂，利用甘氨酸刺激微藻分泌一种具有三维空间结构的粘性胞外聚合物，而将藻细胞包裹起来，达到絮凝的目的。值得说明的一点是，甘氨酸本身是一种人体必需的氨基酸，无毒无害，不仅不会破坏水质，还可作为一种有机氮源和碳源被藻细胞吸收利用，促进微藻的继续增长。因此，使用甘氨酸作为絮凝剂可以有效实现培养液的循环利用的目的。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种利用甘氨酸微藻生物絮凝的方法，以甘氨酸作为絮凝剂，利用甘氨酸刺激微藻分泌一种具有三维空间结构的粘性胞外聚合物，而将藻细胞包裹起来，达到絮凝的目的。
[0005]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种利用甘氨酸微藻生物絮凝的方法，包括以下步骤:I )、在微藻采收前，测定微藻原液中的生物质浓度和体积；
2)、根据需要采收微藻的生物量向微藻原液中加入甘氨酸，搅拌均匀；
3)、将步骤2)中加有甘氨酸的微藻原液在培养系统中继续培养，形成第一混合溶液；
4)、调整步骤3)中第一混合溶液的pH值至5~9，形成第二混合溶液；
5)、将步骤4)中的第二混合溶液置于玻璃分液器中，静置絮凝4-24h，使其分层；
6)、收集下层脱水后的微藻生物质。
[0006]步骤I)中微藻原液微藻浓度的测定可采用重力法，即通过测量干燥滤膜在抽滤前后的重量差并结合抽滤的微藻体积数计算得到，滤膜的烘干条件为105°C干燥4h。
[0007]步骤2)中每升微藻原液添加0.1-2 g甘氨酸。
[0008]步骤3)中培养天数与微藻浓度成反比，当微藻原液浓度在f 4 g/L时培养f 4天，当微藻原液浓度>4 g/L时培养I天，微藻原液浓度<lg/L时培养5天。
[0009]步骤4)中pH的调整采用盐酸溶液、NaOH溶液或KOH溶液。
[0010]本发明的显著优点在于:
(I)本发明提供了一种有机物生物絮凝的方法，即通过使用甘氨酸作为絮凝剂，利用甘氨酸刺激微藻分泌一种具有三维空间结构的粘性胞外聚合物，而将藻细胞包裹起来，达到絮凝的目的。此外，甘氨酸本身是一种人体必需的氨基酸，无毒无害，不仅不会破坏水质，还可作为一种有机氮源和碳源被藻细胞吸收利用，促进微藻的继续增长。因此，使用甘氨酸作为絮凝剂可以有效实现培养液的循环利用的目的。
[0011](2)利用本发明的甘氨酸絮凝方法，可以有效实现微藻脱水的目的，脱水率可达到90%以上，且微藻回收率可以达到70-90%，因此，本发明是一种切实可行的微藻生物絮凝方法。
[0012](3)采用本发明的方法可减少微藻采收的设备投入，采收过程中能耗极低，且甘氨酸售价低廉，絮凝过程中用量也极少，具有较高的经济效益，适合大规模生产。
【具体实施方式】
[0013]一种利用甘氨酸微藻生物絮凝的方法，包括以下步骤:
1)、在微藻采收前，测定微藻原液中的生物质浓度和体积，分别标为DW1和V1；
2)、根据需要采收微藻的体积，每升微藻原液中添加0.1-2 g甘氨酸，搅拌均匀；
3)、将步骤2)中加有甘氨酸的微藻原液在培养系统中继续培养，形成第一混合溶液，测定第一混合溶液中微藻浓度和体积，分别标为DW2和V2 ;培养天数与微藻浓度成反比，当微藻原液浓度在f 4 g/L时培养1-4天，当微藻原液浓度>4 g/L时培养I天，微藻原液浓度<lg/L时培养5天；
4)、采用盐酸溶液、NaOH溶液或KOH溶液调整步骤3)中第一混合溶液的pH值至5~9，形成第二混合溶液；
5)、将步骤4)中的第二混合溶液置于玻璃分液器中，静置絮凝4-24h，使其分层；
6)、收集下层脱水后的微藻生物质，测定上层液中微藻浓度和体积，分别标为DW3和V3,计算得到微藻絮凝效率。
[0014]步骤I)中微藻原液微藻浓度的测定可采用重力法，即通过测量干燥滤膜在抽滤前后的重量差并结合抽滤的微藻体积数计算得到，滤膜的烘干条件为105°C干燥4h。[0015]微藻絮凝效率采用脱水率和生物质回收率两个指标来衡量:
脱水率的计算公式为:脱水率=V3/V2X 100% ；
生物质回收率的计算公式为:生物质回收率=(DW2 X V2-DW3X V3)/(DW2 X V2) X 100%。
[0016]取生物质浓度、甘氨酸量、培养时间和pH值4个变量进行微藻絮凝效率估算模型的RSM建模。选取葡萄藻brauniI (FACHB-357)为实验藻种，进行RSM实验设计，实验设计详见表1。
[0017]表1中心组合设计各因素水平表
【权利要求】
1.一种利用甘氨酸微藻生物絮凝的方法，其特征在于:包括以下步骤: I )、在微藻采收前，测定微藻原液中的生物质浓度和体积； 2)、根据需要采收微藻的生物量向微藻原液中加入甘氨酸，搅拌均匀； 3)、将步骤2)中加有甘氨酸的微藻原液在培养系统中继续培养，形成第一混合溶液； 4)、调整步骤3)中第一混合溶液的pH值至5~9，形成第二混合溶液； 5)、将步骤4)中的第二混合溶液置于玻璃分液器中，静置絮凝4-24h，使其分层； 6)、收集下层脱水后的微藻生物质。
2.根据权利要求1所述的利用甘氨酸微藻生物絮凝的方法，其特征在于:步骤2)中每升微藻原液添加0.1-2 g甘氨酸。
3.根据权利要求1所述的利用甘氨酸微藻生物絮凝的方法，其特征在于:步骤4)中培养天数与微藻浓度成反比，当微藻原液浓度在f 4 g/L时培养1-4天，当微藻原液浓度>4g/L时培养I天，微藻原液浓度<lg/L时培养5天。
4.根据权利要求1所述的利用甘氨酸微藻生物絮凝的方法，其特征在于:步骤4)中pH的调整采用盐酸溶液、NaOH溶液或KOH溶液。
【文档编号】C12P1/04GK103757055SQ201410034617
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月25日 优先权日:2014年1月25日
【发明者】沈英, 赵云, 徐新苗, 陈家城, 陈潮洲 申请人:福州大学