一種處理微藻培養液的方法
【專利摘要】本發明提供了一種處理微藻培養液的方法，其特征在于，該方法包括：（1）將待處理的微藻培養液的pH值調整為9.5-12，得到調整了pH值的微藻培養液；（2）將步驟（1）得到的調整了pH值的微藻培養液與絮凝劑溶液接觸，使微藻絮凝；所述絮凝劑溶液含有殼聚糖和水溶性有機酸。通過上述技術方案，采用本發明的處理微藻培養液的方法能夠將小球藻的絮凝效率提高到超過90%。
【專利說明】一種處理微藻培養液的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及工業微生物學領域，具體地，涉及一種處理微藻培養液的方法。
【背景技術】
[0002] 微藻的光合效率高，生長迅速，可以吸收大量二氧化碳（C02)，有效地降低溫室效 應。微藻在生長過程中吸收大量的營養鹽類，為污水處理提供良好的途徑。特別是，微藻的 細胞中含有大量的脂肪酸酯，可望成為生物能源的重要基礎原料。
[0003] 但是，微藻養殖液濃度較低，一般不超過1%。并且微藻在微藻培養液中處于較為 穩定的懸浮狀態，且微藻多為單細胞生物，其直徑通常在3-30ym之間，如果通過離心來分 離，則會因所需轉速較高而能耗巨大；如果通過過濾分離，則會因極易堵塞濾孔而導致過濾 失敗。因此，將微藻從微藻培養液中分離出來十分困難。
[0004]CN101095459A公開了一種海洋微藻的濃縮方法，該方法包括向微藻培養液中加入 殼聚糖的水溶性有機酸溶液，使微藻培養液中殼聚糖的濃度為〇. 3-8mg/L，且使微藻培養液 的pH值為4. 5-8. 5,并且微藻絮凝后采用靜止分層或氣浮的方法收集絮凝物。但是，該絮凝 劑在處理微藻培養液，特別是在處理小球藻培養液時，仍然具有分離微藻較為困難的缺陷。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是克服分離微藻較為困難的缺陷，提供一種能夠更加方便有效地從 微藻培養液中分離微藻的方法。
[0006] 本發明提供了一種處理微藻培養液的方法，其特征在于，該方法包括：（1)將待處 理的微藻培養液的pH值調整為9. 5-12,得到調整了pH值的微藻培養液；（2)將步驟（1)得 到的調整了pH值的微藻培養液與絮凝劑溶液接觸，使微藻絮凝；所述絮凝劑溶液含有殼聚 糖和水溶性有機酸。
[0007] 通過上述技術方案，采用本發明的處理微藻培養液的方法能夠將小球藻的絮凝效 率提高到超過95%，過濾速率不低于100mL/min。
[0008] 本發明的其他特征和優點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【具體實施方式】
[0009] 以下對本發明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體 實施方式僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。
[0010] 本發明中，未做相反說明的情況下，氣體和液體的體積數值均為標準狀態下的數 值。
[0011] 本發明提供了一種處理微藻培養液的方法，其特征在于，該方法包括：（1)將待處 理的微藻培養液的pH值調整為9. 5-12,得到調整了pH值的微藻培養液；（2)將步驟（1)得 到的調整了pH值的微藻培養液與絮凝劑溶液接觸，使微藻絮凝；所述絮凝劑溶液含有殼聚 糖和水溶性有機酸。
[0012] 其中，為了進一步增強絮凝的效果，優選情況下，將待處理的微藻培養液的pH值 調整為 10. 5-11. 5。
[0013] 通常，待處理的微藻培養液的pH值可以為6-9,優選為8-9 ;0D值可以為1-10,優 選為5-9。
[0014] 其中，可以通過有機堿和/或無機堿來調整pH值，優選通過無機堿來調整pH值， 更優選所述無機堿為氫氧化鈉和/或氫氧化鉀，更進一步優選所述無機堿為氫氧化鈉。所 述無機堿可以以固體或溶液的形式使用，例如，可以使用濃度為〇. 5-2mol/L的氫氧化鈉溶 液。
[0015] 其中，絮凝劑溶液可以是由含有殼聚糖和水溶性有機酸的絮凝劑溶于水而得到 的，絮凝劑溶液的濃度可以在較寬的范圍內變化，只要能使絮凝劑充分溶解即可；所述絮凝 劑溶液中，殼聚糖的濃度可以為〇.l-20mg/L，水溶性有機酸的濃度可以為10-100mg/L。
[0016] 其中，相對于1體積份的調整了pH值的微藻培養液，所述絮凝劑溶液的用量可以 為0. 0005-0. 02體積份。為了進一步增強絮凝的效果，優選情況下，相對于1體積份的調整 了pH值的微藻培養液，所述絮凝劑溶液的用量為0. 002-0. 008體積份。
[0017] 其中，接觸的溫度可以為15-35°c，優選為20-30°C。
[0018] 其中，接觸的時間可以為30-200分鐘，優選為50-150°C。其中，接觸可以在攪拌下 進行，也可以在靜置下進行。優選地，先通過攪拌使發生接觸的物料混合均勻，然后在靜置 下維持接觸。
[0019] 其中，所述方法還可以包括：將微藻絮凝后的物料進行過濾。其中，過濾的方法沒 有特別的要求，可以為壓濾或抽濾，例如板框壓濾。
[0020] 其中，絮凝劑的各組成成分可以同時、單獨或順序溶解于水中。
[0021] 其中，所述殼聚糖是指由自然界廣泛存在的幾丁質（chitin)經過脫乙酰作用得 至IJ的物質，所述殼聚糖的N-脫乙酰度的數值可以在較大范圍內變化，只要能使所述殼聚糖 溶于水即可，例如，所述殼聚糖的N-脫乙酰度可以在40mol%以上，優選地，所述殼聚糖的 N-脫乙酰度為50-100m〇l%。其中，所述N-脫乙酰度的數值是指根據文獻《溶劑對殼聚糖粘 度及Markjtouwink方程參數的影響》（化學世界，2003年第8期417頁沖記載的電位滴定 法測量得到的數值。
[0022] 其中，所述殼聚糖的粘度也可以在較大范圍內變化，例如在40mPa*s以上，優選情 況下，所述殼聚糖的粘度為50-1000mPa?s。其中，所述殼聚糖的粘度是指所述殼聚糖溶于 水中所形成的濃度為1重量％的溶液的表觀粘度，所述殼聚糖的粘度的數值是指根據文獻 《溶劑對殼聚糖粘度及Markjtouwink方程參數的影響》（化學世界，2003年第8期417頁） 中記載的逐步稀釋法測量得到的數值。
[0023] 根據本發明的絮凝劑，其中，所述水溶性有機酸是指能夠溶于水的含有羧基的化 合物，優選地，所述水溶性有機酸為乙酸、苯甲酸、乳酸、氯乙酸、丙酸、甲酸、草酸、檸檬酸和 酒石酸中的至少一種。其中，"能夠溶于水"是指在20°C下，在100g水中的溶解度不小于 10g。
[0024] 其中，所述待處理的微藻培養液中的微藻的種類沒有特別的限 制，可以為各種培養的微藻。所述微藻的分類信息是指按照文獻(Michael Guiry(2005). ^AlgaeBase-listingtheworld'salgae".TheIrishScientist:74-75)中 的分類體系確定的。
[0025] 根據本發明的方法，其中，本發明的方法特別適合用于產油微藻的微藻培養液的 處理，優選情況下，所述待處理的微藻培養液中的微藻為小球藻屬（Chlorella)、葡萄藻屬 (Botryococcus)和擬微球藻屬（Nannochloropsis)中的至少一種的微藻。
[0026] 根據本發明的方法，其中，本發明的方法特別適合用于產油工程微藻的微藻 培養液的處理，優選情況下，所述待處理的微藻培養液中的微藻為小球藻（Chlorella sorokiniana)、原始小球藻（Chlorellaprotothecoides)、蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa)和普通小球藻（Chlorellavulgaris)中的至少一種。
[0027]目前，具有較大的產業利用價值的產油工程微藻為小球藻屬（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)中的至少一種。小 球藻屬（Chlorella)的微藻較其他產油微藻更加難以從微藻培養液中通過絮凝沉淀而得到 分離。本發明的方法特別適合用于通過絮凝沉淀而將小球藻屬（Chlorella)的微藻從微藻 培養液中分離。
[0028] 以下將通過實施例對本發明進行詳細描述。
[0029] 制備實施例1
[0030] 按照文獻（《不同培養基及組成對兩種小球藻生長和油脂的影響》胡慧慧，徐年軍， 生物學雜志，2012. 29 (4) 12?16)中的方法培養小球藻（Chlorellasorokiniana)，該小 球藻（Chlorellasorokiniana)購自ATCC，商品號為22521?，共得到4份小球藻培養液，第 1份小球藻培養液0D值為5. 99,pH值為8. 69 ;第2份小球藻培養液0D值為6. 09,pH值為 8. 87 ;第3份小球藻培養液0D值為7. 05,pH值為8. 31 ;第4份小球藻培養液0D值為6. 08， pH值為 8. 54。
[0031] 按照文獻（《不同培養基及組成對兩種小球藻生長和油脂的影響》胡慧慧，徐年軍， 生物學雜志，2012. 29 (4)12?16)中的方法培養普通小球藻（Chlorellavulgaris)，該普 通小球藻（Chlorellavulgaris)購自ATCC，商品號為30821?，共得到1份普通小球藻培養 液，0D值為5. 99,pH值為8. 69。
[0032] 實施例1
[0033] 室溫下，取制備實施例1中的0D值為5. 99,pH值為8. 69的第1份小球藻培養液 800mL，在lOOrprn的攪拌下加入lmol/L的氫氧化鈉水溶液，調整pH值為11。然后在lOOrprn 的攪拌下，相對于1體積份的調整了pH值的微藻培養液，加入0. 005體積份的絮凝劑溶液， 加入完成后攪拌30分鐘，再靜置30分鐘，得到處理后的小球藻培養液。
[0034]其中，該絮凝劑溶液是將殼聚糖(購自國藥集團化學試劑有限公司，批號F20100408,粘度50?800mPa^N-脫乙酰度80?95%)和乙酸依次溶于水中后形成的含 有10mg/L的殼聚糖和50mg/L的乙酸的水溶液。
[0035] 實施例2
[0036] 室溫下，取制備實施例1中的0D值為5. 99,pH值為8. 69的第1份小球藻培養 液800mL，在lOOrprn的攪拌下加入lmol/L的氫氧化鈉水溶液，調整pH值為11. 5。然后在 lOOrprn的攪拌下，相對于1體積份的調整了pH值的微藻培養液，加入0. 002體積份的絮凝 劑溶液，加入完成后攪拌10分鐘，再靜置40分鐘，得到處理后的小球藻培養液。
[0037] 其中，該絮凝劑溶液是將殼聚糖(購自國藥集團化學試劑有限公司，批號 F20100408,粘度50?800mPa^N-脫乙酰度80?95%)和乙酸依次溶于水中后形成的含 有0.lmg/L的殼聚糖和100mg/L的草酸的水溶液。
[0038] 實施例3
[0039] 室溫下，取制備實施例1中的0D值為5. 99,pH值為8. 69的第1份小球藻培養 液800mL，在lOOrpm的攪拌下加入lmol/L的氫氧化鈉水溶液，調整pH值為10. 5。然后在 lOOrprn的攪拌下，相對于1體積份的調整了pH值的微藻培養液，加入0. 008體積份的絮凝 劑溶液，加入完成后攪拌40分鐘，再靜置60分鐘，得到處理后的小球藻培養液。
[0040] 其中，該絮凝劑溶液是將殼聚糖(購自國藥集團化學試劑有限公司，批號 F20100408,粘度50?800mPa^N-脫乙酰度80?95%)和乙酸依次溶于水中后形成的含 有20mg/L的殼聚糖和10mg/L的檸檬酸的水溶液。
[0041] 實施例4
[0042] 按照實施例1的方法得到處理后的小球藻培養液，不同的是調整pH值為12。
[0043] 實施例5
[0044] 按照實施例1的方法得到處理后的小球藻培養液，不同的是調整pH值為9. 5。
[0045] 實施例6
[0046] 按照實施例1的方法得到處理后的小球藻培養液，不同的是相對于1體積份的調 整了pH值的微藻培養液，加入0. 0005體積份的絮凝劑溶液。
[0047] 實施例7
[0048] 按照實施例1的方法得到處理后的小球藻培養液，不同的是相對于1體積份的調 整了pH值的微藻培養液，加入0. 02體積份的絮凝劑溶液。
[0049] 對比例1
[0050] 按照實施例1的方法得到處理后的小球藻培養液，不同的是調整pH值為8. 5。
[0051] 對比例2
[0052] 按照實施例1的方法得到處理后的小球藻培養液，不同的是用鹽酸調整pH值為 4. 5。
[0053] 對比例3
[0054] 按照實施例1的方法得到處理后的小球藻培養液，不同的是調整pH值為12. 5。
[0055] 測試實施例1
[0056] 分別測定實施例1-7和對比例1-3得到的處理后的小球藻培養液絮凝效率和分層 后下層質量比阻、過濾速率和絮凝收率。其中，絮凝效率是指原藻液0D值減去加入絮凝劑 后液面下2cm處藻液0D值，與原藻液0D值之比；過濾速率(將單位時間內獲得的濾液體積 稱為過濾速率）是根據文獻（《化工原理》，陳敏恒，華東理工大學出版社)。測定得到的數值 如表1所示。
[0057] 表 1
[0058]
【權利要求】
1. 一種處理微藻培養液的方法，其特征在于，該方法包括： (1) 將待處理的微藻培養液的pH值調整為9. 5-12,得到調整了 pH值的微藻培養液； (2) 將步驟（1)得到的調整了 pH值的微藻培養液與絮凝劑溶液接觸，使微藻絮凝；所述 絮凝劑溶液含有殼聚糖和水溶性有機酸。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中，將待處理的微藻培養液的pH值調整為 10. 5-11. 5〇
3. 根據權利要求1或2所述的方法，其中，通過無機堿來調整pH值，所述無機堿為氫氧 化鈉和/或氫氧化鉀。
4. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述絮凝劑溶液中，殼聚糖的濃度為0. l_20mg/ L，水溶性有機酸的濃度為10-100mg/L。
5. 根據權利要求4所述的方法，其中，相對于1體積份的調整了 pH值的微藻培養液，所 述絮凝劑溶液的用量為〇. 0005-0. 02體積份。
6. 根據權利要求5所述的方法，其中，相對于1體積份的調整了 pH值的微藻培養液，所 述絮凝劑溶液的用量為〇. 002-0. 008體積份。
7. 根據權利要求1、2、4、5或6所述的方法，其中，接觸的溫度為15-35°C，接觸的時間 為30-200分鐘。
8. 根據權利要求1、2、4、5或6所述的方法，其中，所述方法還包括：將微藻絮凝后的物 料進行過濾。
9. 根據權利要求1、2、4、5或6所述的方法，其中，所述殼聚糖的N-脫乙酰度為 50_100mol%。
10. 根據權利要求9所述的方法，其中，所述殼聚糖的粘度為50-1000mPa ? s。
11. 根據權利要求1、2、4、5、6或10所述的方法，其中，所述水溶性有機酸為苯甲酸、乳 酸、氯乙酸、丙酸、甲酸、草酸、檸檬酸和酒石酸中的至少一種。
12. 根據權利要求1、2、4、5、6或10所述的方法，其中，所述待處理的微藻培養液中的微 藻為小球藻屬（Chlorella)、葡萄藻屬（Botryococcus)和擬微球藻屬（Nannochloropsis) 中的至少一種的微藻。
13. 根據權利要求12所述的方法，其中，所述待處理的微藻培養液中的微藻為小球 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)中的至少一種。
14. 根據權利要求1、2、4、5、6、10或13所述的方法，其中，待處理的微藻培養液的pH值 為 8-9, 0D 值為 1-10。
【文檔編號】C12N1/12GK104342373SQ201310318341
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年7月26日 優先權日:2013年7月26日
【發明者】孫春燕, 劉偉, 黃緒耕, 周旭華, 榮峻峰 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院