CN104774766A - 一种高通量分选微藻的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微藻生物技术领域，涉及一种高通量分选微藻的方法，具体包括以下步骤：一种高通量分选微藻的方法，包括如下步骤：(1)微藻培养；(2)添加药剂选择性疏水化藻细胞；(3)气浮收藻；(4)检测各个时间段收获的微藻细胞目的内含物含量。本发明所具有的优点和积极效果为：1、操作简单、成本低廉；2、适用于各种经济微藻的分选收获；3、快速大量的获得目的产物含量高的微藻细胞；4、操作条件温和，对细胞损伤小。

Description

一种高通量分选微藻的方法
技术领域
本发明属于微藻生物技术领域，涉及一种高通量分选微藻的方法。
背景技术
微藻是一类单细胞生物，具有光合效率高、易于培养、生长周期短、生物质产量高等特点。且微藻富含蛋白质、脂肪和碳水化合物以及其他生物活性物质，是一类重要的生物资源，在保健食品、生物饵料、医药以及生物燃料等工业领域有着极好的应用前景。例如，小球藻、新月藻、螺旋藻等已被用作蛋白质来源；小球藻、杜氏盐藻、雨生红球藻等富含多不饱和脂肪酸已被用作保健食品和医药工业；小球藻、微拟球藻。但是，微藻产业化发展的关键问题是生产成本过高，而采收成本是限制微藻产业化最主要的因素之一，占到整个产业链条的20～30％。
微藻体积小(1～30μm)，在培养液中密度低(0.1～1.0g/L)，细胞表面带负电荷，疏水性弱，并且藻细胞脆弱，易受到损伤而破裂，采收非常困难。而且，在大规模养殖中，由于传质性差以及污染等问题，使得培养液中的有机质不仅仅是目的微藻细胞，还有其他生物污染如非目标微藻、浮游动物、细菌和病毒等，另外还有细胞碎片和溶于培养液中的有机物等，这些因素都对采收的微藻质量产生很大的影响。
即使是单种培养的微藻，细胞与细胞之间也是很不均一的。在大规模高密度微藻培养时，随着反应器的扩大，气-液传质性会降低，每个细胞接收的营养会非常不同，细胞间的相互遮蔽也将更加明显。这些因素使得单个细胞所接受的光和营养等都很不均一。而细胞在适应光能减弱或者营养不均的过程中，生理状态会极度不均一，细胞体积大小和生化组成都会发生明显变化。相应的细胞其他表面性质如疏水性、Zeta电位、表面电荷和表面自由能等也会发生变化。这些因素都会极大的影响微藻目标产物如蛋白质、多糖、脂类、色素和其他活性物质的产量。因此发展一种高效、低成本的针对目标产物的微藻分选收获技术对推动微藻产业化进程是非常重要的。
浮选是根据矿物颗粒表面物理化学性质的不同，按矿物可浮性的差异进行分选的方法。浮选在矿物加工过程中应用广泛，如果将浮选应用到微藻采收当中，将大大提高采收微藻的质量，高通量的分选微藻细胞，大量获得目的产物含量高的微藻细胞，将极大地减少下游的微藻加工成本。但是目前微藻采收多是用泡沫分离技术或者气浮分离法将所有生物质一次性的收获，利用表面性质的差异浮选目的产物含量高的微藻的专利还未见有报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供一种高通量分选微藻的方法，其用浮选的方法分离不同表面性质的微藻细胞，通过分析不同时间段收获的微藻细胞含目标产物的含量来获得最佳的浮选时间，最终高通量的分选收获目的微藻生物质。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高通量的微藻分选方法，具体包括以下步骤：一种高通量分选微藻的方法，包括如下步骤：
(1)微藻培养；
(2)添加药剂选择性疏水化藻细胞；
(3)气浮收藻；
(4)检测各个时间段收获的微藻细胞目的内含物含量。
按上述方案，步骤(4)所选时间段内获得的微藻细胞其目的内含物含量高于步骤(1)微藻培养得到的微藻细胞目的内含物含量平均值的微藻细胞即为高通量分选获得的微藻细胞。
按上述方案，所述微藻是淡水微藻或者海洋微藻。
按上述方案，步骤(1)中的微藻培养是自养培养，或者异养培养，或者是自养培养和异样培养相结合的微藻培养方式；所述微藻培养得到的微藻培养液的藻液浓度为0.1～20g/L。
按上述方案，所述的药剂是十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基硫酸钠、烷基脂肪酸钠、硫酸铝、氯化铝、氯化铁、硫酸铁中的一种或几种的混合；所述药剂添加的浓度为0.005～1g/L。
按上述方案，步骤(3)所述的气浮的方法为溶气气浮或者散气气浮中的一种。
按上述方案，步骤(4)所述的微藻细胞目的内含物为多糖、蛋白质、脂类、色素中的一种或几种。
本发明的基本原理是：不同目标产物含量的微藻细胞表面物理化学性质存在差异，添加药剂形成选择性的疏水化环境，扩大表面性质的差异，通入气泡之后使得高目标产物的细胞更多更快的随着气泡上浮，最终快速大量的获得高目标产物微藻生物质。
本发明所具有的优点和积极效果为：
1、操作简单、成本低廉；
2、适用于各种经济微藻的分选收获；
3、快速大量的获得目的产物含量高的微藻细胞；
4、操作条件温和，对细胞损伤小。
附图说明
图1是本发明的微藻分选原理图。
具体实施方式
本发明提供一种微藻生物质分选采收的方法，下面以富油小球藻为例，通过具体的实施案例对本发明作进一步的详细描述，以下实施案例可以让本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。除非特别说明，本发明采用的试剂、设备为本技术领域常规试剂和设备。
实施例1
1、藻种：选用小球藻，分离自南疆淡水水域；
2、同步化培养：250mL三角瓶接种150mL培养液摇瓶培养、初始接种浓度1×106cells/mL、14h/10h光暗周期培养小球藻，达到同步化培养。所用反应器为开放式或者封闭式反应器；所用光源为太阳光、白炽灯、LED灯等；培养方式为自养培养。
3、分批选择性疏水化：取培养至第5d、10d和15d即对数期、稳定期和衰退期微藻细胞测定油脂含量，其中各个阶段油脂含量分别为33％、38％、43％。取微藻细胞调节至藻液浓度1g/L，各个阶段细胞分别取100mL均添加0.005、0.01、0.03、0.05g/LAl2(SO4)3·18H2O或者0.25、0.50、0.75、1.00g/L FeCl3·6H2O或者0.01、0.02、0.04、0.06、0.08g/L CTAB，其中添加Al2(SO4)3·18H2O或者FeCl3·6H2O的同时添加1mol/L的NaOH，调节pH＝6.2±0.2，同时200rpm搅拌，添加药剂选择性的增强目的产物含量高的微藻细胞表面疏水性。
4、分批浮选：就各个药剂添加下的藻细胞各自进行浮选实验。浮选采用溶气气浮能产生20～2000μm气泡的浮选装置；所述气浮装置是由气泡发生装置、浮选柱等部件组成，其结构设计和工作原理在本领域属于已有技术，不是本发明方案对现有技术的贡献之处。收集0～2min浮出的微藻细胞，在Al2(SO4)3·18H2O浓度为0.01g/L时对数期、稳定期和衰退期细胞回收率分别为65％、23％、10％。其他药剂作用下对数期、稳定期和衰退期细胞回收率都在50％左右，区分不明显。
实施例2(其余步骤同实施例1)
1、微藻培养：自然光下用0.6m2塑料盆培养小球藻10天获得不均一细胞，平均油脂含量35％；
2、预疏水化处理：添加0.01g/L Al2(SO4)3·18H2O，快速搅拌2min；
3、浮选：用溶气气浮的方法收获0～2min内浮出的微藻生物质，生物质占总生物质的1/3，该生物质油脂含量达到39％。
实施例3(其余步骤同实施例1)
1、微藻培养：自然光下用0.6m2塑料盆培养小球藻7天获得不均一细胞，平均油脂含量26％。
2、预疏水化处理：添加0.01g/L Al2(SO4)3·18H2O，快速搅拌2min。
3、浮选：用溶气气浮的方法收获0～2min内浮出的微藻生物质，生物质占总生物质的1/3，该生物质油脂含量达到36％。
实施例4(其余步骤同实施例1)
1、微藻培养：自然光下用5m2塑料盆培养小球藻5天获得不均一细胞，平均油脂含量23％。
2、预疏水化处理：添加0.01g/L Al2(SO4)3·18H2O，快速搅拌2min；
3、浮选：用溶气气浮的方法收获0～2min内浮出的微藻生物质，生物质占总生物质的1/3，该生物质油脂含量达到32％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种高通量分选微藻的方法，包括如下步骤：
(1)微藻培养；
(2)添加药剂选择性疏水化藻细胞；
(3)气浮收藻；
(4)检测各个时间段收获的微藻细胞目的内含物含量。
2.按照权利要求1所述的高通量分选微藻的方法，其特征在于：步骤(4)所选时间段内获得的微藻细胞其目的内含物含量高于步骤(1)微藻培养得到的微藻细胞目的内含物含量平均值的微藻细胞即为高通量分选获得的微藻细胞。
3.按照权利要求1所述的高通量分选微藻的方法，其特征在于：所述微藻是淡水微藻或者海洋微藻。
4.按照权利要求1所述的高通量分选微藻的方法，其特征在于：步骤(1)中的微藻培养是自养培养，或者异养培养，或者是自养培养和异样培养相结合的微藻培养方式；所述微藻培养得到的微藻培养液的藻液浓度为0.1～20g/L。
5.按照权利要求1所述的高通量分选微藻的方法，其特征在于：所述的药剂是十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基硫酸钠、烷基脂肪酸钠、硫酸铝、氯化铝、氯化铁、硫酸铁中的一种或几种的混合；所述药剂添加的浓度为0.005～1g/L。
6.按照权利要求1所述的高通量分选微藻的方法，其特征在于：步骤(3)所述的气浮的方法为溶气气浮或者散气气浮中的一种。
7.按照权利要求1所述的高通量分选微藻的方法，其特征在于：步骤(4)所述的微藻细胞目的内含物为多糖、蛋白质、脂类、色素中的一种或几种。
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