CN105713934A - 一种生产微藻油脂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生产微藻油脂的方法，包括如下内容：在光生物反应器中加入微藻培养基和混合微藻种子液，维持培养体系pH为8～12，通入气体中CO2体积含量为5v%～45v%，其中混合微藻包括斜生栅藻（<i>Scenedesmus obliqnus</i>）FSH-Y2和纤维藻（<i>Ankistrodesmus sp.</i>）SS-B7，分别于2012年9月11日和2013年4月15日保藏于“中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心”，保藏编号分别为CGMCC No.6551和CGMCC No.7478。本发明方法提高了微藻培养体系对高浓度CO2的溶解性和耐受性，提高了固碳效率，微藻油脂的收获量明显提高，能够进行生物柴油的生产。

Description

一种生产微藻油脂的方法
技术领域
本发明属于生物技术和生物能源领域，具体涉及一种利用CO2生产微藻油脂的方法。
背景技术
由于化石能源的日趋减少和使用化石能源造成温室效应的增加，越来越多的科研工作者把目光集中到可再生能源的开发和利用上。生物质能作为地球上最重要的可再生能源，它包括林业生物质、农作物、水生植物、农业废弃物等。在诸多的生物质能源中，微藻是重要的可再生资源。它们具有分布广泛、生物量大、光合作用效率高、环境适应能力强、生长周期短、生物量产量高等特点。其细胞中含独特的初级或次级代谢产物，化学成分复杂。微藻的太阳能转化效率可达到3.5%，是生产药品、精细化工品和新型燃料的潜在资源，从微藻中得到的脂肪酸可转化成脂肪酸甲脂，即生物柴油。
随着世界经济的发展，大量的化石能源的使用和消耗，导致能源的短缺和环境的日益恶化，特别是CO2的急剧增加引起的温室效应越来越严重。微藻的生长周期短、光合效率高，CO2固定效率高，一定条件下可达陆生植物的10倍以上，不仅可以减少CO2排放，同时也降低了培养成本；除CO2外，废气中的一些SOx、NOx等成分也随着微藻的代谢被净化处理，有效减少有害气体排放，因此利用微藻油脂作为原料生产的生物柴油是目前最有可能满足世界运输所需燃料的可再生能源。
目前对于小球藻、栅藻等产油微藻研究的较多。CN20110144545.6公开了一株栅藻藻株，该藻株的生长可利用人工培养基或经适当处理的废水生长，其特点是油脂产率高于目前大多数分藻株，该藻株应用领域包括CO2的固定，废水的净化，油脂、蛋白质、色素、淀粉、多糖、核酸的生产。CN20120154470.4公开了一株富油海洋微藻微拟球藻(Nannochloropsisgaditana)藻株及其应用，该藻株可在pH=4.5的环境下正常生长，其油脂含量可达35%。CN20111019480.X公开了一株微藻藻株（Mychonasessp.）及其用于生产生物柴油的应用，利用该藻株可生产高附加值的多不饱和脂肪酸，包括亚麻酸C18:3和神经酸C24:1，其在获得生物柴油的同时，获得高附加值的副产品。CN102703326A公开了一种高CO2耐受性和固定率的微藻及其选育方法，但该专利所提供的藻株并未涉及该藻株的油脂含量，同时也未涉及对NOX的耐受性。上述专利要么不能高效利用CO2产油脂，要么获得的生物质中油脂含量不够高。特别是在实际应用中，当环境中CO2体积分数大于5%时，大部分微藻的生长将受到抑制，影响固碳效率。同时一般微藻在中性条件下适宜生长，在偏酸性或偏碱性条件下不利于微藻生长，而CO2在中性环境下溶解度低，不利于藻类吸收利用。
微藻混合培养可以发挥不同藻的特性，比单独培养更具有优势。蔡卓平等人在《杜氏盐藻和亚心型扁藻混合培养生长的初步研究》一文中通过在相同接种比例条件下混合培养比单独具有更高的生物量和藻液光密度，但该文章并未涉及混合培养对CO2利用固定的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种利用CO2生产微藻油脂的方法。本发明方法提高了微藻培养体系对高浓度CO2的耐受性和溶解性，提高了固碳效率，微藻油脂的收获量明显提高，能够进行生物柴油的生产。
本发明生产微藻油脂的方法，包括如下内容：在光生物反应器中加入微藻培养基和混合微藻种子液，维持培养体系pH为8～12，优选为9～11，通入气体中CO2体积含量为5v%～45v%，优选为10v%～30v%；其中混合微藻包括斜生栅藻（Scenedesmusobliqnus）FSH-Y2和纤维藻（Ankistrodesmussp.）SS-B7，分别于2012年9月11日和2013年4月15日保藏于“中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心”，保藏编号分别为CGMCCNo.6551和CGMCCNo.7478。
本发明所述FSH-Y2藻株在显微镜下藻细胞呈纺锤形，丛生，有细胞壁膜包裹，颜色为深绿色；单个藻细胞直径约为6～10μm。该藻株在高pH值下能够更好的吸收利用CO2，快速生长繁殖。
本发明所述纤维藻SS-B7藻株是一种淡水绿藻，在显微镜下藻细胞为绿色，镰形或弓形、丛生、弯曲，自中央向两端渐尖细，末端尖，长大约5-6μm，中央宽约2μm。该藻株能够耐受高浓度的CO2和NOx，可以利用含CO2和NOx的废气或烟气进行光照自养生长获取富含油脂的生物质，固碳效率高。
本发明所述微藻培养基采用BG11、SE等培养微藻的液体培养基，其中斜生栅藻FSH-Y2单独培养需要将pH调节为10～12。
本发明混合微藻种子液的接种量为5v%～10v%，其中斜生栅藻FSH-Y2种子液和纤维藻SS-B7种子液的体积比为2:1～5:1。本发明可以将斜生栅藻FSH-Y2种子液和纤维藻SS-B7种子液单独进行放大培养，再按照体积比为2:1～5:1的比例混合接入光照反应器中；也可以将斜生栅藻FSH-Y2种子液和纤维藻SS-B7种子液按照体积比为2:1～5:1比例混合后进行放大培养，得到微藻种子液再接入光照反应器中。上述微藻种子液及其扩大培养的温度为20～30℃，光照周期为24h，光暗时间比为14:10，光照强度为2000～10000Lux，振荡培养至对数生长期。
本发明两种微藻混合培养生产油脂的温度为20～30℃，光照强度为2000～10000Lux。培养体系进入稳定期后，结束培养。收获的藻细胞经检测，细胞总脂含量占细胞干重的43%以上。
本发明混合微藻可以利用含CO2和NOx的废气或烟气进行光照自养生长获取富含油脂的生物质，废气或烟气中CO2含量不超过45v%，NOx含量不超过500×10-6（v/v）。
与现有技术相比，本发明可以带来以下有益效果：
1、本发明将斜生栅藻FSH-Y2和纤维藻SS-B7混合培养，提高了微藻培养体系对高浓度CO2的耐受性和固碳效率，微藻油脂的收获量显著提高；
2、本发明在高pH环境下进行微藻的培养，能够增加培养体系中CO2的溶解度，有助于微藻对CO2的吸收利用，提高了固碳效率；同时在高pH值培养微藻时，可以有效抑制微藻生长过程中杂菌的生长；
3、本发明的混合培养体系能够耐受高浓度的CO2和NOx，可以利用废气中的CO2进行自养生长，固定CO2，缓解目前工业社会带来的温室效应和废气污染问题。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步详细说明。本发明中，wt%为质量分数，v%为体积分数。
实施例1微藻种子液的制备
微藻培养采用BG11培养基，培养基配方如表1和表2所示。
表1BG11培养基
*表2表1中A5+Cosolution的组成
将斜生栅藻FSH-Y2和纤维藻SS-B7分别接种于BG11液体培养液中，并将培养斜生栅藻FSH-Y2的BG11培养基的pH调节为10～12。在恒温光照摇床中培养，培养温度为25℃，光照周期为24h，光暗时间比为14:10，光照强度为5000Lux，120rpm振荡培养至对数生长期，获得斜生栅藻FSH-Y2种子液和纤维藻SS-B7种子液，将上述种子液在15℃弱光下保存备用。
将上述斜生栅藻FSH-Y2种子液、纤维藻SS-B7种子液以及按照体积比1:1混合的混合微藻种子液接种到BG11培养基中进行扩大培养，通入氮气和二氧化碳的混合气体，其中二氧化碳含量为5v%，培养过程中光照强度为5000Lux，培养温度为28℃，pH值控制在9，光照周期为24h，光暗时间比为14:10。培养至对数生长期，结束培养，将得到的种子液置于15℃弱光下保存备用。
实施例2微藻油脂的制备
将实施例1制备的种子液分别接种在BG11培养基进行微藻油脂的生产。在气升式光照生物反应器中进行，斜生栅藻FSH-Y2种子液、纤维藻SS-B7种子液以及按照体积比3:1混合的混合微藻种子液，按照10%的接种量接种到BG11培养基中，pH值控制在9～11之间，通入氮气和二氧化碳的混合气体，其中二氧化碳含量为5v%～45v%，光照强度为5000Lux，培养温度为28℃，光照周期为24h，光暗时间比为14:10。培养7天后处于稳定期，结束培养，离心收集藻液，在-60℃条件下真空冷冻干燥至恒重后测量藻粉干重，计算生物质产量，并采用正己烷:乙酸乙酯法测得总脂含量，结果如表3所示。
表3混合藻与单一藻的培养效果比较
由表3可见，相对于单一藻，混合藻在高pH和高CO2浓度下，获得了更高的生物量和油脂含量。
实施例3利用烟气制备微藻油脂
制备条件与实施例1相同，不同之处在于通入含NO、NO2和CO2的烟气，烟气中CO2的含量为10v%～30v%，NO和NO2含量为100×10-6～500×10-6（v/v），维持反应体系的pH为10。10天后结束培养，离心收集藻细胞，在-60℃条件下真空冷冻干燥至恒重后测量藻粉干重，计算生物质产量，并采用正己烷:乙酸乙酯法测得总脂含量，结果如表4所示。
表4混合藻与单一藻的培养效果比较
由表4可见，相对于单一藻，混合藻不仅可以耐受高浓度的CO2，而且可以耐受一定浓度的NOx，获得了更高的生物量和油脂含量。由此可见，可以利用混合藻及烟气制备微藻油脂，即实现了油脂的生产，同时可以净化废气。

Claims (10)

1.一种生产微藻油脂的方法，其特征在于包括如下内容：在光生物反应器中加入微藻培养基和混合微藻种子液，维持培养体系pH为8～12，通入气体中CO2体积含量为5v%～45v%，其中混合微藻包括斜生栅藻（Scenedesmusobliqnus）FSH-Y2和纤维藻（Ankistrodesmussp.）SS-B7，分别于2012年9月11日和2013年4月15日保藏于“中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心”，保藏编号分别为CGMCCNo.6551和CGMCCNo.7478。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：维持培养体系的pH为9～11，通入气体中CO2体积含量为10v%～30v%。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的FSH-Y2藻株在显微镜下藻细胞呈纺锤形，丛生，有细胞壁膜包裹，颜色为深绿色；单个藻细胞直径约为6～10μm。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述纤维藻SS-B7藻株是一种淡水绿藻，在显微镜下藻细胞为绿色，镰形或弓形、丛生、弯曲，自中央向两端渐尖细，末端尖，长大约5-6μm，中央宽约2μm。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述微藻培养基采用BG11或SE液体培养基，其中斜生栅藻FSH-Y2单独培养时需将pH调节为10～12。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：混合微藻种子液的接种量为5v%～10v%，其中斜生栅藻FSH-Y2种子液和纤维藻SS-B7种子液的体积比为2:1～5:1。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：将斜生栅藻FSH-Y2种子液和纤维藻SS-B7种子液单独进行放大培养，再按照体积比为2:1～5:1的比例混合接入光生物反应器中；或者将斜生栅藻FSH-Y2种子液和纤维藻SS-B7种子液按照体积比为2:1～5:1比例混合后进行放大培养，得到扩大培养的微藻种子液再接入光生物反应器中。
8.按照权利要求6或7所述的方法，其特征在于：两种微藻种子液及其扩大培养的温度为20～30℃，光照周期为24h，光暗时间比为14:10，光照强度为2000～10000Lux，振荡培养至对数生长期。
9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：两种微藻混合培养生产油脂的培养温度为20～30℃，光照强度为2000～10000Lux；培养体系进入稳定期后，结束培养；收获的藻细胞经检测，细胞总脂含量占细胞干重的43%以上。
10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的混合微藻可以利用含CO2和NOx的废气或烟气进行光照自养生长获取富含油脂的生物质，废气或烟气中CO2含量不超过40v%，NOx含量不超过500×10-6（v/v）。
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