CN102051330B - 一种快速破碎微藻细胞的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速破碎微藻细胞的方法，待破碎的微藻与液氮混合处理0.1～1小时，再经机械研磨破碎得到细胞破碎的微藻，经光照0.5～2小时后用于油脂的提取。本发明操作过程简单，生产成本低，破碎效率高，油脂得率高，反应时间短，无环境污染，可规模化，是一种满足工业化需求、环保型、实用性很强的新方法。
Description
技术领域
本发明涉及化工技术领域，具体涉及一种快速破碎微藻细胞的方法，特别是快速破碎产生物柴油微藻细胞的方法。
背景技术
微藻油脂，又称单细胞油脂，可以用来制取生物柴油。微藻产油能力较强，是大豆的30倍，与其他油料作物相比，微藻培养生产生物柴油所需占地面积最少，同时可以利用滩涂地、荒废地等非耕地。微藻还具有受气候影响小、生产成本低、生长周期短等优点，因此微藻油脂具有很大的开发潜力。
近10年来，随着世界经济的快速发展，大量化石能源的使用和消耗，导致能源严重枯竭和环境日益恶化，特别是CO2排放的急剧增加引起严重的温室效应。而微藻具有利用太阳能固定CO2合成制备生物柴油所需油脂的能力。利用微藻油脂这一新的油脂资源，可实现能源和环境的和谐而可持续发展。
由于微藻藻体小和具有细胞壁结构，其细胞破碎是目前利用微藻生产生物柴油所需油脂工艺中的一个难点之一，也是造成目前微藻油脂制备生物柴油成本居高不下的关键因素之一。传统的微藻细胞破碎方法有珠磨法(Cero′n等，Journal of Agricultural and Food Chemistry，2008年24期)，冻融法(彭卫民等，食品科学，1999年06期)，玻璃珠法(陈伟平等，生物技术，2008年01期)，超声波法(Shen等，International Journal of Agricultural &Biological Engineering，2009年01期)等。其中，研磨法是利用微藻在研磨过程中因摩擦而破碎，实现细胞内物质释放到溶液的过程，该方法具有操作繁琐，细胞破碎程度较低，不能实现规模化等缺点；冻融法是利用藻细胞在低温下冻结而体积膨胀，导致细胞空隙变大，甚至引起碎裂，该方法存在不能实现规模化，运行成本高，能耗高等问题；玻璃珠法是在高转速条件下，藻细胞与玻璃珠之间因剧烈碰撞而破碎，该方法具有运行成本偏高、破碎效果差等缺点；超声波法是利用超声波改变细胞膜的通透性，甚至破坏细胞膜，实现细胞的破碎，该方法具有运行成本偏高、不能实现规模化破碎等缺点。上述方法目前面临的难题主要是成本过高和破碎量有限。因此，急需找到一种合适的微藻细胞规模化破碎方法。
近年由于石油价格的大幅上涨，使得利用自养微藻产油脂开发燃料的研究得到许多机构高度的重视，出现了许多微藻能源公司。绿能公司从2004年9月开始在麻省理工学院20MW电厂进行示范反应器的运行，成功验证了在现实环境下的可行性。2006年11月，美国GreenFuel Technology Corp和Arizona PublicService Company报道了以微藻为生物质原料制备生物柴油研发所取得的进展。上述两公司在亚利桑那州建立了可与1040兆瓦电厂烟道气相联接的商业化系统，成功地利用烟道气中的CO2，大规模光合成培养微藻，并将微藻转化为生物“原油”，其产率可达到每年、每英亩提供5000-10000加仑(3784-7567L/亩)生物柴油及相应量生物乙醇的水平。美国绿能公司预计2008年将在亚历桑那州开始商业化生产，以后的发展目标地是澳大利亚和南非。美国能源部(DOE)每年投资数百万美元以推进该项目的商业化进程。目前微藻产生物柴油尚未实现工业化生产，还没有发现一种可规模化破碎微藻细胞且成本低廉的方法。
发明内容
针对现有技术中微藻破碎成本高、不能大规模生产的不足，本发明的目的在于提供一种大规模、快速破碎产生物柴油微藻细胞、破碎成本低、反应条件温和、环境友好、操作过程简单、微藻细胞破碎率高、油脂得率高的方法。
本发明快速破碎微藻细胞的方法包括如下内容：待破碎的微藻与液氮混合处理0.1～1小时，优选0.1～0.5小时，再经机械研磨破碎得到细胞破碎的微藻。
本发明方法中，待破碎的微藻可以是小球藻、微绿球藻、扁藻、杜氏藻、隐甲藻、等鞭金藻或硅藻等种类的微藻，可以使用干的微藻，也可以使用湿的微藻。
本发明方法中，液氮可以为普通的商品液氮，微藻与液氮的混合体积比为1∶2～5∶1。
本发明方法中，微藻与液氮混合处理后先进行解冻处理，然后机械研磨破碎，机械破碎可以采用常规的机械，如碾压机、球磨机等。微藻与液氮混合处理过程也可以同时进行机械破碎处理。
本发明方法中，细胞破碎后的微藻经光照0.5～2小时后用于油脂提取，油脂提取可以采用常规的萃取法等，如采用石油醚萃取等。光照可以采用日光或其它光线。在进行光照之前可以用清水进行冲洗。
本发明中液氮快速破碎微藻细胞主要是利用加入的液氮使藻体在短时间内温度快速下降到-196℃，藻细胞形成冰冻而急剧膨胀，在机械作用下细胞破碎，同时油脂等有效成分得到保护。
细胞的破碎情况可以利用显微镜观察，并用计数板计数的方法确定。用石油醚提取的油脂，烘干后用电子天平测油脂重量。
本发明微藻细胞的破碎是利用液氮来破碎，通过后处理技术可直接提取油脂，操作过程简单，生产成本低，无环境污染，可规模化，是一种满足工业化需求、实用性很强的新方法。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明方法的过程和效果。
实施例1
将需破碎的藻10g(烘干后质量)加入研钵中，向研钵中加入液氮，加入液氮量为覆盖住藻体，在常温常压下反应0.1h，待藻解冻后，用杵研磨1分钟，蒸馏水冲洗，显微镜下观察破碎情况，用计数板统计细胞破碎个数，后在太阳光下照射1h，用石油醚提取油脂，烘干后称量。统计细胞破碎情况及对油脂提取进行取样分析，结果见表一。
实施例2
将需破碎的藻10g(烘干后质量)加入研钵中，向研钵中加入液氮，加入液氮量为藻体体积的30％，在常温常压下反应0.3h，反应的同时进行搅拌研磨，待藻解冻后，用杵研磨1分钟，蒸馏水冲洗，显微镜下观察破碎情况，用计数板统计细胞破碎个数，后在太阳光下照射1h，用石油醚提取油脂，烘干后称量。统计细胞破碎情况及对油脂提取进行取样分析，结果见表一。
实施例3
将需破碎的藻10g(烘干后质量)加入研钵中，向研钵中加入液氮，加入液氮量为覆盖住藻体，在常温常压下反应0.5h，待藻解冻后，用杵研磨1分钟，蒸馏水冲洗，显微镜下观察破碎情况，用计数板统计细胞破碎个数，后在太阳光下照射1h，用石油醚提取油脂，烘干后称量。统计细胞破碎情况及对油脂提取进行取样分析，结果见表一。
实施例4
将需破碎的藻10g(烘干后质量)加入研钵中，向研钵中加入液氮，加入液氮量为藻体体积的20％，在常温常压下反应0.5h，待藻解冻后，用杵研磨3分钟，蒸馏水冲洗，显微镜下观察破碎情况，用计数板统计细胞破碎个数，后在太阳光下照射1h，用石油醚提取油脂，烘干后称量。统计细胞破碎情况及对油脂提取进行取样分析，结果见表一。
实施例5
将需破碎的藻10g(烘干后质量)加入研钵中，向研钵中加入液氮，加入液氮量为藻体体积的50％，在常温常压下反应0.5h，待藻解冻后，用杵研磨3分钟，蒸馏水冲洗，显微镜下观察破碎情况，用计数板统计细胞破碎个数，后在太阳光下照射1h，用石油醚提取油脂，烘干后称量。统计细胞破碎情况及对油脂提取进行取样分析，结果见表一。
实施例6
将需破碎的藻10g(烘干后质量)加入研钵中，向研钵中加入液氮，加入液氮量为藻体体积的80％，在常温常压下反应0.5h，待藻解冻后，用杵研磨3分钟，蒸馏水冲洗，显微镜下观察破碎情况，用计数板统计细胞破碎个数，后在太阳光下照射0.5h，用石油醚提取油脂，烘干后称量。统计细胞破碎情况及对油脂提取进行取样分析，结果见表一。
实施例7
将需破碎的藻10g(烘干后质量)加入研钵中，向研钵中加入液氮，加入液氮量为藻体体积的200％，在常温常压下反应0.5h，待藻解冻后，用杵研磨3分钟，蒸馏水冲洗，显微镜下观察破碎情况，用计数板统计细胞破碎个数，后在太阳光下照射2h，用石油醚100ml提取油脂，烘干后称量。统计细胞破碎情况及对油脂提取进行取样分析，结果见表一。
对比例1
将需破碎的藻10g(烘干后质量)加入研钵中，向研钵中加入石英沙0.5g，研磨1h，显微镜下观察破碎情况，用石油醚100ml提取油脂，烘干后称量。统计细胞破碎情况及对油脂提取进行取样分析，结果见表一。
对比例2
将需破碎的藻10g(烘干后质量)用超声破碎，破碎功率为400W，破碎时间为20分钟，破碎间隔时间为10秒，破碎温度为30℃，显微镜下观察破碎情况，用计数板统计细胞破碎个数，用石油醚100ml提取油脂，烘干后称量。统计细胞破碎情况及对油脂提取进行取样分析，结果见表一。
对比例3
将需破碎的藻10g(烘干后质量)用玻璃珠法破碎，摇床转速为200转每分钟，转30min，显微镜下观察破碎情况，用计数板统计细胞破碎个数，用石油醚100ml提取油脂，烘干后称量。统计细胞破碎情况及对油脂提取进行取样分析，结果见表一。
表一实施例及反应结果
Claims (6)
1.一种快速破碎微藻细胞的方法，其特征在于：待破碎的微藻与液氮混合处理0.1～1小时，再经机械研磨破碎得到细胞破碎的微藻；
其中：微藻与液氮混合处理后先进行解冻处理，然后机械研磨破碎。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：待破碎的微藻与液氮混合处理0.1～0.5小时。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：待破碎的微藻是小球藻、微绿球藻、扁藻、杜氏藻、隐甲藻、等鞭金藻或硅藻。
4.按照权利要求1或3所述的方法，其特征在于：待破碎的微藻使用干的微藻，或者使用湿的微藻。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：微藻与液氮的混合体积比为1∶2～5∶1。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：细胞破碎后的微藻经光照0.5～2小时后用于油脂提取。
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