CN104450527A - 一种小球藻采收方法 - Google Patents

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Abstract

一种小球藻采收方法，属于泡沫分离技术领域。在配制培养好的小球藻原料液中加入表面活性剂，调节pH值为9～13；将加入表面活性剂的小球藻原料液装入泡沫分离设备的泡沫塔中；运行泡沫分离设备；先开启氮气压缩罐的阀门，再缓慢开启连接气体流量计的阀门，调节分离气速，直到泡沫塔下层液体颜色不再变化，关闭连接气体流量计的阀门，再关闭氮气压缩罐的阀门，待没有泡沫流入塔体中后，分别量取收集瓶和塔体中的液体，所收集的液体即为小球藻藻液产品。所述泡沫分离装置包括氮气压缩罐、缓冲瓶、气体流量计、泡沫塔、气体分布器和收集瓶。成本低、效率高、环保性好，富集比和回收率高。

Description

一种小球藻采收方法
技术领域
本发明属于泡沫分离技术领域，涉及采用泡沫分离法采收小球藻的一种小球藻采收方法。
背景技术
小球藻富含叶绿素[1]，同时含有蛋白质、矿物质、维生素及核酸等多种物质，具有抑制血糖上升、增强人体免疫、迅速修复机体、排除毒素等多方面功能。但由于其个体微小[2-3]，且在培养液中的浓度较低，使其高效采收成为问题[4]。
微藻的传统收集方法主要包括离心法，超滤发和添加絮凝剂法三种，但这些方法都存在各种缺点。离心法的能耗大，操作繁琐，且细胞易破碎；超滤法投资大，操作费用高且生产效率不高；添加絮凝剂法使用的絮凝剂则会产生污染[5]。目前鉴于这种情况，迫切需要一种适宜的方法来克服这些缺点，如果泡沫分离法可以用来分离小球藻，它将会成为大规模应用的首选方法之一，但目前采用泡沫分离法收集小球藻的适宜方法尚未见到报道。
泡沫分离法是根据表面吸附原理，通过鼓气或其他装置使液相主体中产生大量微气泡，借助气泡使溶液中具有表面活性的溶质(或颗粒)选择性地聚集在气液界面(气泡表面)，通过浮力作用上升至液相主体上方形成泡沫层，收集泡沫，从而分离、浓缩溶质或净化液相主体的过程[6-14]。泡沫分离技术因其具有低成本、高效率且对环境友好的优势，在废水处理、食品、生物、医药、化工等领域受到了很大关注[15-17]。
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发明内容
本发明的目的提供一种可达到较高富集比和回收率的小球藻采收方法。
本发明所述一种小球藻采收方法，采用泡沫分离装置采收，所述泡沫分离装置包括氮气压缩罐、缓冲瓶、气体流量计、泡沫塔、气体分布器和收集瓶；氮气压缩罐出气口接缓冲瓶进气口，缓冲瓶出气口接气体流量计进气口，气体流量计出气口接泡沫塔底部气体进口，气体分布器设于泡沫塔内底部，泡沫塔设有进料口，泡沫塔下部设有排液口，泡沫塔末端出口为产品出口，收集瓶用于收纳由泡沫塔末端产品出口流出的终产品。
所述小球藻采收方法，包括以下步骤：
1)在配制培养好的小球藻原料液中加入表面活性剂，调节pH值为9～13；
2)将加入表面活性剂的小球藻原料液装入泡沫分离设备的泡沫塔中；
3)运行泡沫分离设备；先开启氮气压缩罐的阀门，再缓慢开启连接气体流量计的阀门，调节分离气速，直到泡沫塔下层液体颜色不再变化，关闭连接气体流量计的阀门，再关闭氮气压缩罐的阀门，待没有泡沫流入塔体中后，分别量取收集瓶和塔体中的液体，所收集的液体即为小球藻藻液产品。
在步骤1)中，所述表面活性剂的加入量为每升小球藻原料液中加入0.05-0.5g表面活性剂，优选0.25g；所述表面活性剂优选十六烷基三甲基溴化胺、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠等，优选十六烷基三甲基溴化胺；所述pH值为9～13，优选pH值为11。
在步骤3)中，所述分离气速为60～80mL/min，优选70mL/min。
与现有技术比较，本发明具有如下突出优点：
采用泡沫分离法技术，成本低、效率高、环保性好，而且经检测可达到较高富集比和回收率。本发明同时给出了优化的表面活性剂的选择、表面活性剂用量、藻液pH值、藻液原液体积、分离气速等技术参数，可达到相对较高的富集比和回收率，使小球藻的泡沫分离效果最佳。
对本发明收集的小球藻藻液产品进行检测时，需预先绘制小球藻浓度与其OD680的标准曲线图。在波长为680nm下分别测定浓度分别为0.452、0.301、0.226、0.181、0.151、0.113、0.0603和0.0301g/L小球藻藻液的OD，然后绘制出标准曲线。将本发明所得产品在波长680nm下测定微藻的OD值，根据标准曲线计算出微藻浓度，并根据浓度计算泡沫分离工艺的富集比E和收集率R。
附图说明
图1为小球藻浓度与其OD680的标准曲线图。
图2为本发明采用的泡沫分离装置结构示意图。
图3为本发明采用的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化胺时，在不同pH值下所得的小球藻藻液产品经检测的富集比和收集率变化曲线图。
图4为本发明采用的表面活性剂为十二烷基磺酸钠时，在不同pH值下所得的小球藻藻液产品经检测的富集比和收集率变化曲线图。
图5为本发明采用的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠时，在不同pH值下所得的小球藻藻液产品经检测的富集比和收集率变化曲线图。
图6为本发明采用的表面活性剂为吐温20时，在不同pH值下所得的小球藻藻液产品经检测的富集比和收集率变化曲线图。
图7为在波长680nm下检测，本发明的表面活性剂用量(表面活性剂十六烷基三甲基溴化胺)对富集比和分离率的影响曲线图。
图8为在波长680nm下检测，本发明的小球藻原料液体积对富集比和分离率的影响曲线图。
图9为在680nm下检测，本发明的分离气速对富集比和分离率的影响曲线图。
具体实施方式
参见图1，在波长为680nm下分别测定浓度分别为0.452、0.301、0.226、0.181、0.151、0.113、0.0603和0.0301g/L小球藻藻液的OD，然后绘制出的标准曲线。
参见图2，泡沫分离装置包括氮气压缩罐1、缓冲瓶2、气体流量计3、泡沫塔4、气体分布器5和收集瓶6；氮气压缩罐1出气口接缓冲瓶2进气口，缓冲瓶2出气口接气体流量计3进气口，气体流量计3出气口接泡沫塔4底部气体进口，气体分布器5设于泡沫塔4内底部，泡沫塔4设有进料口，泡沫塔4下部设有排液口7，泡沫塔4末端出口为产品出口，收集瓶6设于泡沫塔4末端出口下方，用于收纳由泡沫塔4末端产品出口流出的终产品。
所述气体分布器5是漏斗状，孔径为12μm(一般可为10～15μm)，高为10mm，直径为15mm。
所述气体流量计3(型号为LZB-4WB，参数为0～200mL/min)用来控制气体流速，缓冲瓶2用来使气流稳定。压缩氮气经缓冲瓶2进入鼓泡口，经过气体分布器5进入液相分散成气泡进行吸附形成上升泡沫流入塔外的收集瓶6中。
本发明所述采收方法，包括以下步骤：
配制培养的一份200mL的小球藻液，加入表面活性剂(选用十六烷基三甲基溴化胺最佳)并使其浓度均为0.05～0.5g/L(0.25g/L最佳)，调节pH为9～13(选择11最佳)；将小球藻液从进料口装入泡沫塔中，先开启氮气压缩罐的阀门，再缓慢开启连接气体流量计的阀门，调节气速为60～80mL/min(其中70mL/min左右最佳)，气体经过气体分布器会进入液相分散成气泡，产生的气泡会吸附小球藻并形成上升泡沫流入塔体外的收集瓶中，直到泡沫塔下层液体颜色不再变化，关闭连接气体流量计的阀门，再关闭氮气压缩罐的阀门，待没有泡沫流入塔体中后，分别量取收集瓶和塔体中液体的体积。
检测时，是在波长680nm下测定收集瓶和塔体中微藻的OD值，根据图1的标准曲线计算出微藻浓度，并根据浓度计算泡沫分离工艺的富集比E和收集率R。
富集比E＝Cf/Co
收集率R＝QfCf/(QoCo)
其中Co、Cf分别为原料液、采收泡沫液中微藻的浓度；Qo、Qf分别为原料液、采收泡沫液(破泡处理后)的体积。
实施例1
配制培养的28份200mL的小球藻液，分为4组，分别加入十六烷基三甲基溴化胺、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、吐温20作为表面活性剂并使其浓度均为0.1g/L，将每组中的7份小球藻液分别调节pH为1，3，5，7，9，11，13。
将小球藻液从进料口装入泡沫塔中，先开启氮气压缩罐的阀门，再缓慢开启连接气体流量计的阀门，调节气速为60-80mL/min(其中70mL/min左右最佳)，气体经过气体分布器会进入液相分散成气泡，产生的气泡会吸附小球藻并形成上升泡沫流入塔体外的收集瓶中，直到泡沫塔下层液体颜色不再变化，先关闭连接气体流量计的阀门，再关闭氮气压缩罐的阀门，待没有泡沫流入塔体中后，分别量取收集瓶和塔体中液体的体积，并在波长680nm下测定收集瓶和塔体中微藻的OD值，根据图1的标准曲线计算出微藻浓度，并计算泡沫分离工艺的富集比E和收集率R。
结果如图3～图6所示，结果表明：以十六烷基三甲基溴化胺作为表面活性剂时，当藻液pH＝11时可以达到富集比E达到6.8和收集率R95％；以十二烷基磺酸钠作表面活性剂时，当藻液pH＝1时可以达到富集比E＝5.2和收集率R＝90％；以十二烷基苯磺酸钠作表面活性剂时，当藻液pH＝1时可以达到富集比E＝6.6和收集率R＝84％；以吐温20作表面活性剂时，当藻液pH＝3时可以达到富集比E＝2和收集率R＝75％。故选用十六烷基三甲基溴化胺为最佳表面活性剂，且藻液的最佳pH为11。
实施例2
在泡沫塔的高度、分离气速一定的情况下，表面活性剂的不同用量会影响气泡效果，即泡沫层高度和液体层高度的比值，从而影响吸附到气液界面的表面活性分子、泡沫排水和泡沫分离。
配制培养的5份200mL的小球藻液，表面活性剂十六烷基三甲基溴化胺用量分别定为0.5g、0.1g、0.05g、0.01g、0.005g，pH均调节到11。其他条件均按照实施例1所述过程进行常规泡沫分离，收集泡液，检测并记录OD680按照图1的标准曲线计算出对应的富集比和分离率。研究小球藻原液中加入表面活性剂用量对泡沫分离采收小球藻富集比和回收率的影响，如图7所示。
图7表明：当表面活性剂用量低于0.05g时，小球藻的富集比和分离率都随着表面活性剂用量的增加而变大，当表面活性剂用量高于0.05g后，小球藻的富集比和分离率都随着表面活性剂用量的增加而变小。说明在表面活性剂浓度为0.25g/L(实验中分离原液200ml，表面活性剂用量0.05g)时，分离效果趋于最优，分离率为96.9％，获得最大富集比6.56。
实施例3
若泡沫分离塔的高度是固定的，不同的分离原液体积会影响泡沫层高度和液体层高度的比值，并进而影响到吸附到气液界面的表面活性分子、泡沫排水和泡沫分离。
配制培养的4份小球藻液，体积分别设定为100ml、150ml、200ml、250ml，表面活性剂十六烷基三甲基溴化胺用量均为0.25g/L，pH均调节到11。其他条件按照实施例1中所述进行常规泡沫分离，收集泡液，检测并记录OD680按照图1的标准曲线计算出对应的富集比和分离率，探究分离原液体积对泡沫分离采收小球藻富集比和回收率的影响，如图8所示。
图8表明：分离原液用量少于200毫升时，小球藻的富集比随着分离原液用量的增加而增加，但分离率变化不大；当分离原液用量高于200毫升时，小球藻的富集比随着分离原液用量的增加而减少，分离率变化甚微。说明在加载液体200mL时，分离效果趋于最优，分离率为0.954，获得最大富集比6.61。
实施例4
若泡沫分离塔的高度、分离原液体积等条件是固定的，泡沫分离时的分离气速会影响气泡速率，从而改变气泡在分离原液中的停留时间，进而影响到吸附到气液界面的表面活性分子、泡沫排水和泡沫分离。
配制培养的5份200mL的小球藻液，均加入表面活性剂十六烷基三甲基溴化胺浓度并使其浓度为0.25g/L，pH调节均为11，按照实施例1中所述过程进行常规泡沫分离，其中分离气速分别设定为50ml/min、70ml/min、90ml/min、110ml/min、150ml/min。分离结束后收集泡液，检测并记录OD680按照图1的标准曲线计算出对应的富集比和分离率，探究小球藻泡沫分离过程中分离气速对泡沫分离小球藻采收的富集比和回收率的影响，如图9所示。
图9表明，当分离气速低于70ml/min时，小球藻的富集比随着分离气速的增加而增加；当分离气速高于70ml/min时，小球藻的富集比随着分离气速的增加而减小，而分离率均维持在99％左右。说明在泡沫分离气速70ml/min时，分离效果趋于最优，分离率为99％，获得最大富集比8.391。
综上所述，本发明结果证明：表面活性剂选用十六烷基三甲基溴化胺、表面活性剂用量0.05～0.5g/L(0.25g/L最佳)、分离原液体积150～250ml(200ml最佳)、分离气速50～90ml/min(70ml/min最佳)、pH为9～13(pH11最佳)的条件下，利用泡沫分离法分离小球藻的效果最好，富集比和回收率相对较高，回收率可达99％，富集比可为8.391。

Claims (9)

1.一种小球藻采收方法，其特征在于，采用泡沫分离装置采收，所述泡沫分离装置包括氮气压缩罐、缓冲瓶、气体流量计、泡沫塔、气体分布器和收集瓶；氮气压缩罐出气口接缓冲瓶进气口，缓冲瓶出气口接气体流量计进气口，气体流量计出气口接泡沫塔底部气体进口，气体分布器设于泡沫塔内底部，泡沫塔设有进料口，泡沫塔下部设有排液口，泡沫塔末端出口为产品出口，收集瓶用于收纳由泡沫塔末端产品出口流出的终产品；
所述采收方法包括以下步骤：
1)在配制培养好的小球藻原料液中加入表面活性剂，调节pH值；
2)将加入表面活性剂的小球藻原料液装入泡沫分离设备的泡沫塔中；
3)运行泡沫分离设备；先开启氮气压缩罐的阀门，再缓慢开启连接气体流量计的阀门，调节分离气速，直到泡沫塔下层液体颜色不再变化，关闭连接气体流量计的阀门，再关闭氮气压缩罐的阀门，待没有泡沫流入塔体中后，分别量取收集瓶和塔体中的液体，所收集的液体即为小球藻藻液产品。
2.如权利要求1所述一种小球藻采收方法，其特征在于，步骤1)中，所述表面活性剂的加入量为每升小球藻原料液中加入0.05～0.5g表面活性剂。
3.如权利要求2所述一种小球藻采收方法，其特征在于，所述表面活性剂的加入量为每升小球藻原料液中加入0.25g表面活性剂。
4.如权利要求1所述一种小球藻采收方法，其特征在于，步骤1)中，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化胺、十二烷基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠。
5.如权利要求4所述一种小球藻采收方法，其特征在于，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化胺。
6.如权利要求1所述一种小球藻采收方法，其特征在于，步骤1)中，所述pH值为9～13，优选pH值为11。
7.如权利要求6所述一种小球藻采收方法，其特征在于，所述pH值为11。
8.如权利要求1所述一种小球藻采收方法，其特征在于，步骤3)中，所述分离气速为60～80mL/min。
9.如权利要求8所述一种小球藻采收方法，其特征在于，所述分离气速为70mL/min。
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