CN101962618A - 一种利用多糖收获微藻的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用含酸性基团的多糖收获微藻的方法，利用带有可解离酸性基团(包括羧基、磷酸基或硫酸基等)的多糖(包括纤维素、海藻酸盐、细菌纤维素、淀粉、壳聚糖、甲壳素等)为絮凝剂，将适当用量的多糖聚电解质溶液添加到微藻悬浮液中，再调节悬浮液pH值，使微藻絮凝沉降，然后静止分层、脱水、干燥，得微藻固体。带有羧基、硫酸基或磷酸基的多糖荷电性可通过pH值及酸性基团含量调节，适用于不同品种微藻的沉降。多糖具有良好的生物活性、安全无毒，与微藻的化学成分类似，对微藻后续加工应用无不良影响，且可与微藻一起共同利用，如用于生物医药、食品、动物饲料、生物柴油、燃料乙醇生产等等。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用多糖絮凝沉降微藻，再脱水收获微藻的方法。
背景技术
微藻是一类在陆地、海洋分布广泛，营养丰富、光合利用度高的自养生物，微藻细胞代谢化学成分复杂，富含蛋白质、脂类、藻多糖、β-胡萝卜素、多种无机元素(如Cu，Fe，Se，Mn，Zn等)等物质，是生产生物医药、精细化学品的潜在资源，在医药工业、食品工业、化妆品、动物饲料等领域有着良好应用前景。相对于其他植物，藻类含有较高的脂类、可溶性多糖等，可以用来生产生物柴油或乙醇，热解所得生物质燃油平均热值高达33MJ/kg，是木材或农作物秸秆的1.6倍，微藻能源是当今新能源领域的一个重要研究方向。微藻繁殖快、藻类的光合作用效率比树木高，且所需养分不多，主要是阳光、水和CO2，同木质纤维素材料相比，开发微藻不会与农牧业发展争地，而且微藻利用光合作用捕获废气中的CO2，可起到缓解温室效应、保护环境的作用。
藻类具有光合作用效率高、环境适应能力强、生长周期短、产量高、营养物质丰富、经济效益高、用途广泛等突出特点，使藻类在各领域的研究工作蓬勃发展，社会经济效益潜力巨大。在微藻养殖应用过程中，微藻收获是其中一个关键环节，微藻浓缩富集方法是决定微藻生产成本和应用领域的重要因素。微藻常用分离法有滤网过滤法、离心分离法和气浮法等。因于微藻体积极小，容易造成滤网堵塞，滤网过滤法的微藻收集效率较低；离心分离法可有效分离微藻，但该方法所需能耗很大，影响了该方法的大规模应用；气浮法是一种较有潜力的微藻富集法，但该法需有合理的气浮分离设备及分离工艺，分离效果受设备结构及工艺条件等诸多因素影响。目前微藻富集报道较多的方法是pH值法或化学法，通过调节微藻培养液的pH值，可以使微藻在特定pH值范围内沉降；化学法是通过向培养液添加无机或有机化合物，使微藻发生絮凝沉降，常用的化合物有明矾、聚铁化合物、聚铝化合物等物质，这些物质将与微藻一同沉降，污染微藻，导致微藻后续应用加工受影响，也有研究者采用聚丙烯酰胺、甲壳素、褐藻胶等为絮凝剂，但效果不明显，可能与离子强度大小有关。多糖是海藻细胞的主要成份，以多糖为絮凝剂对海藻的后续加工及应用不会产生不良影响。通过化学改性可向多糖引入不同活性基团，如羧基、磷酸基、硫酸基等，使多糖呈现聚电解质结构和高分子絮凝性能，可有效絮凝沉降微藻悬浮液。
发明内容
本发明提供一种利用多糖收获微藻的方法，尤其是含有酸性基团的多糖收获微藻的方法，含有酸性基团的多糖即为聚阴离子多糖。
本发明所涉及微藻收获方法，利用含有酸性基团的多糖聚电解质(即聚阴离子多糖)为絮凝剂，将适当用量的多糖聚电解质添加到微藻悬浮液中，再调节悬浮液pH值，使微藻絮凝沉降，然后静止分层、脱水、干燥，得微藻固体。
本发明采用带有可解离酸性基团(包括羧基、硫酸基、磷酸基等)的多糖(包括纤维素、细菌纤维素、海藻酸盐、淀粉、壳聚糖、甲壳素等)，酸性基团含量为0.1～3.0mol/mol糖元。带有羧基、磷酸基、硫酸基的多糖多具有良好的生物活性、安全无毒，与微藻的化学成分类似，对微藻后续加工应用无不良影响，且其自身具有良好性能，可与微藻一起共同利用，如用于生物医药、食品、动物饲料、生物柴油、燃料乙醇生产等等。
本发明采用带有可解离酸性基团(酸性基团含量0.1～3.0mol/mol糖元)的多糖可在较宽pH范围应用，pH可为9.0～12.0，酸性基团解离，呈聚电解质结构，起到高分子絮凝剂作用。据酸性基团含量和pH值范围不同，本发明所用聚阴离子多糖电解质溶液的浓度可介于0.2～1.0mg/ml。
本方法适用于从多种微藻悬浮液中收获微藻，包括小球藻、拟微球藻、螺旋藻、巴夫藻、金藻或三角褐指藻等。
具体实施方式
实例1：取小球藻培养液400ml置于500ml烧杯中，向其中加入82mg羧甲基纤维素，调节pH至9.88，20min后，小球藻沉淀完全，将上层清液倒出，得小球藻浓缩液，将该浓缩液冷冻干燥，得小球藻固体2.01g。所用羧甲基纤维素取代度1.5(酸性基团含量1.5mol/mol糖元)。
实例2：取拟微球藻培养液400ml置于500ml烧杯中，向其中加入80mg羧甲基纤维素，调节pH至9.79，20min后，拟微球藻沉淀完全，将上层清液倒出，得拟微球藻浓缩液，将该浓缩液冷冻干燥，得拟微球藻固体2.05g。所用羧甲基纤维素取代度1.5(即酸性基团含量1.5mol/mol糖元)。
实例3：取小球藻培养液400ml置于500ml烧杯中，向其中加入120mg海藻酸钠，调节pH至10.16，30min后，小球藻沉淀完全，将上层清液倒出，得小球藻浓缩液，将该浓缩液冷冻干燥，得小球藻固体2.23g。
实例4：取拟微球藻培养液400ml置于500ml烧杯中，向其中加入120mg海藻酸钠，使海藻酸钠浓度达0.3mg/ml，调节pH至10.35，30min后，拟微球藻沉淀完全，将上层清液倒出，得拟微球藻浓缩液，将该浓缩液冷冻干燥，得拟微球藻固体2.16g。
实例5：取小球藻培养液400ml置于500ml烧杯中，向其中加入92mg硫酸细菌纤维素，调节pH至10.02，30min后，小微球藻沉淀完全，将上层清液倒出，得小微球藻浓缩液，将该浓缩液冷冻干燥，得小微球藻固体2.15g。硫酸细菌纤维素取代度2.0(即酸性基团含量2.0mol/mol糖元)。
实例6：取拟微球藻培养液400ml置于500ml烧杯中，向其中加入89mg硫酸细菌纤维素，调节pH至10.14，30min后，拟微球藻沉淀完全，将上层清液倒出，得拟微球藻浓缩液，将该浓缩液冷冻干燥，得拟微球藻固体2.15g。硫酸细菌纤维素取代度2.0(即酸性基团含量2.0mol/mol糖元))。
实例7：取小球藻培养液400ml置于500ml烧杯中，向其中加入112mg羧甲基淀粉，调节pH至10.56，45min后，小球藻沉淀完全，将上层清液倒出，得小球藻浓缩液，将该浓缩液冷冻干燥，得小球藻固体1.87g。所用羧甲基淀粉取代度1.8(酸性基团含量1.8mol/mol糖元)。
实例8：取拟微球藻培养液400ml置于500ml烧杯中，向其中加入113mg羧甲基淀粉，调节pH至10.67，50min后，拟微球藻沉淀完全，将上层清液倒出，得拟微球藻浓缩液，将该浓缩液冷冻干燥，得拟微球藻固体1.90g。所用羧甲基淀粉取代度1.8(即酸性基团含量1.8mol/mol糖元)。
实例9：取小球藻培养液400ml置于500ml烧杯中，向其中加入112mg硫酸化壳聚糖，调节pH至10.56，45min后，小球藻沉淀完全，将上层清液倒出，得小球藻浓缩液，将该浓缩液冷冻干燥，得小球藻固体1.87g。所用硫酸化壳聚糖代度1.7(酸性基团含量1.7mol/mol糖元)。
实例10：取拟微球藻培养液400ml置于500ml烧杯中，向其中加入116mg硫酸化壳聚糖，调节pH至10.57，50min后，拟微球藻沉淀完全，将上层清液倒出，得拟微球藻浓缩液，将该浓缩液冷冻干燥，得拟微球藻固体2.06g。所用硫酸化壳聚糖取代度1.7(即酸性基团含量1.7mol/mol糖元)。
实例11：取拟微球藻培养液400ml置于500ml烧杯中，向其中加入121mg磷酸化甲壳素，调节pH至10.19，35min后，拟微球藻沉淀完全，将上层清液倒出，得拟微球藻浓缩液，将该浓缩液冷冻干燥，得拟微球藻固体1.92g。所用磷酸化甲壳素取代度2.8(即酸性基团含量2.8mol/mol糖元)。
实例12：取小球藻培养液400ml置于500ml烧杯中，向其中加入122mg磷酸化甲壳素，调节pH至10.23，40min后，小球藻沉淀完全，将上层清液倒出，得小球藻浓缩液，将该浓缩液冷冻干燥，得小球藻固体1.88g。所用磷酸化甲壳素取代度2.8(酸性基团含量2.8mol/mol糖元)。
对比例1：取拟微球藻培养液400ml置于500ml烧杯中，向其中加入20％NaOH溶液，调节pH至12.00，120min后，拟微球藻沉淀完全，将上层清液倒出，得拟微球藻浓缩液，将该浓缩液冷冻干燥，得拟微球藻固体0.67g。
对比例2：取小球藻培养液400ml置于500ml烧杯中，向其中加入300mg壳聚糖，静置5小时后观察，无沉淀现象。
本技术实例中所用拟微球藻原始pH值为9.69，小球藻原始pH值为9.78。
Claims (5)
1.一种利用含酸性基团的多糖收获微藻的方法，其特征在于向微藻悬浮液添加含酸性基团的多糖聚电解质溶液，调节多糖浓度为0.2-1.0mg/ml和悬浮液pH值为9.0-12.0，使微藻絮凝沉降，然后静止分层、脱水、干燥，得微藻固体。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所用多糖为带有可解离酸性基团的多糖类物质，其中酸性基团包括羧基、硫酸基或磷酸基，多糖包括纤维素、淀粉、海藻酸盐、细菌纤维素、甲壳素或壳聚糖，酸性基团含量为0.1～3.0mol/mol糖元。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于多糖聚电解质溶液为中性水溶液或碱性水溶液。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的微藻为小球藻、拟微球藻、螺旋藻、巴夫藻、金藻或三角褐指藻。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所用多糖含酸性基团的多糖为羧甲基纤维素。
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