CN108587916A - 一种共培养单针藻在中性条件下快速絮凝的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种共培养单针藻在中性条件下快速絮凝的方法，首先分别培养两株不同的单针藻，待生长至对数生长期后期收集藻细胞，进行共培养，培养至稳定期后调整藻液pH值至7.0，藻细胞出现快速聚集。本发明通过共培养微藻在中性条件下快速絮凝，能够改善藻细胞絮凝性能，减少化学絮凝剂的使用，避免污染藻细胞，提高藻细胞采收效率，降低藻细胞采收成本，从而大幅降低生物柴油的生产以及开发应用成本。
Description
技术领域
本发明属于能源微藻技术领域，具体涉及一种共培养单针藻在中性条件下快速絮凝的方法。
背景技术
微藻作为重要的生物柴油油脂原料受到世界各国的广泛关注。目前大规模培养微藻生产油脂，在技术上已经可行，但受高昂生产成本的制约，尚不能工业大规模生产。微藻生物质采收成本过高一直是制约微藻油脂生物柴油发展的主要瓶颈之一。特别是受微藻细胞较小、藻细胞与培养溶液密度差异较小、生物量浓度较低等问题的影响，藻生物质的采收更具挑战性。据估计，微藻采收成本约占微藻油脂生物柴油生产总成本的20～30%以上。当前的首要问题在于如何探索出一套科学高效、经济可行的微藻采收方法，促进微藻产业的工业化应用。
沉淀、过滤、气浮等方法是传统微藻采收方法的代表，在生物技术尚未成熟的初期应用较为广泛，均是利用物理方法来达到富集采收这一目的。在微藻的实验室培养研究中，多利用离心采收方法。迄今为止，离心分离仍然是应用最为广泛的实验室微藻采收方法。但是囿于成本等方面的原因，离心分离采收不具备工业推广的可行性。
随着研究工作的不断深入，微藻的絮凝采收得到了人们的广泛关注。絮凝采收的核心是利用化学絮凝剂的带电性质使藻细胞聚集沉降，具有成本低廉、操作简单、实用性强等优势。微藻的化学絮凝采收研究工作起步较早，但是此类工艺并不适合大规模推广应用，主要原因在于如下几点：首先，金属离子以及高分子聚合物的残留会带来二次污染的问题；其次，对于pH等条件要求较高，需要进行额外的处理；最后，操作成本较高，不具备工业推广的可行性。
综上所述，寻找一种绿色高效的微藻收获方法是十分必要的。低能耗微藻收获技术是实现藻类生物质低成本商业化生产的关键所在。
发明内容
本发明的目的在于提供一种共培养单针藻在中性条件下快速絮凝的方法，单针藻细胞采收絮凝速度快、絮凝率高，成本低廉、安全环保且操作简便。
本发明所采用的技术方案是：
一种共培养单针藻在中性条件下快速絮凝的方法，包括以下步骤：
（1）目标单针藻的预培养：以BG-11基础培养基分别自养培养两株不同的单针藻，待单针藻生长至对数生长期后期收集藻细胞，作为共培养种子液；
（2）共培养：在新鲜的BG-11培养基中同时接入步骤（1）培养的两株单针藻种子液，稀释重悬浮藻细胞后在光照条件下共培养；
（3）共培养单针藻的絮凝：将培养至稳定期的共培养藻液转移至玻璃烧杯中缓慢搅匀，pH为9.3左右。在室温条件下，向藻液中添加盐酸溶液并搅拌，逐步降低藻液pH值。当pH值降低至7.0时，藻细胞出现快速聚集。
优选地，步骤（1）和步骤（2）中的培养条件为：光照强度2500-4000lux，摇床转速为150r/min，培养温度为25±1℃。
优选地，步骤（2）中共培养体系内两株微藻的初始细胞总密度为1.00×106~10.00×106cells/mL，两株微藻的密度比例为1:3~3:1。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与技术效果：
1、本发明针对微藻生物质采收成本过高这一瓶颈问题，提供了一种共培养单针藻在中性条件下快速絮凝的方法，主要通过两株单针藻之间的共培养引发微藻之间的自絮凝机制。在培养至稳定期后，通过调节共培养藻液的pH值的方法，能够使其在中性环境中快速絮凝，获得较好的收获效果。相比于单纯通过共培养收获微藻，本发明絮凝效果更好、采收效率更高。相比于大量添加化学絮凝剂让藻细胞在极性pH条件下絮凝的方法，本发明成本较低、化学物质用量极少，且清洁安全，不会产生二次污染；
2、本发明技术操作简单、成本低廉、清洁高效，具有快速絮凝收获微藻生物质的效果，在微藻的应用开发方面效果显著，前景广阔。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
对比例1
为充分说明本发明方法的优越性，对比例1为单针藻Monoraphidium sp.（FACHB-1821）单独培养结束后调节至pH=7的絮凝效果，其主要步骤为：在25±1℃、光强2500-4000lux、摇床转速为150r/min的条件下，按照4.00×106cells/mL的初始接种密度，以BG-11为基础培养基自养摇瓶培养单针藻Monoraphidium sp.（FACHB-1821，来自中国科学院淡水藻种库）30天至稳定期。将培养至稳定期的藻液细胞密度稀释为1.10×108cells/mL，调节微藻培养液pH为7，转移至500mL玻璃烧杯中缓慢搅匀1min，在室温条件下，自然沉降。30min后，絮凝效率为4.35%。
絮凝效率的测定方法：在距藻液底部2/3高度处取样，采用分光光度计 （SPECORD210 plus，Analytic Jena，Germany）于1cm光程750nm波长进行比色测定并计算沉降率（η）。
η（%）=100×（OD750(t0)-OD750(t)）/OD750(t0)
式中，OD750(t0)——开始沉降时藻液在750nm的光密度；OD750(t)——沉降至t时刻藻液在750nm的光密度。
对比例2
为充分说明本发明方法的优越性，对比例2为单针藻Monoraphidium sp.（FACHB-1853）单独培养结束后调节至pH=7的絮凝效果，其主要步骤为：在25±1℃、光强2500-4000lux、摇床转速为150r/min的条件下，按照4.00×106cells/mL的初始接种密度，以BG-11为基础培养基自养摇瓶培养单针藻Monoraphidium sp.（FACHB-1853，来自中国科学院淡水藻种库）30天至稳定期。将培养至稳定期的藻液细胞密度稀释为1.10×108cells/mL，调节微藻培养液pH为7，转移至500mL玻璃烧杯中缓慢搅匀1min，在室温条件下，自然沉降。30min后，絮凝效率为3.27%。
对比例3
为充分说明本发明方法的优越性，本发明的对比例3为单针藻Monoraphidium sp.（FACHB-1821）和单针藻Monoraphidium sp.（FACHB-1853）共培养条件下的絮凝效果，其主要步骤为：在25±1℃，光强2500-4000lux，摇床转速为150r/min的条件下，按照4.00×106cells/mL的初始接种密度，以BG-11为基础培养基自养摇瓶共培养单针藻Monoraphidium sp.（FACHB-1821）和Monoraphidium sp.（FACHB-1853），培养30天至稳定期。将培养至稳定期的藻液细胞密度稀释为1.10×108cells/mL，转移至500mL玻璃烧杯中缓慢搅匀1min。不调节微藻培养液的pH值，并在室温条件下，自然沉降。30min后，絮凝效率为8.55%。
实施例1
一种共培养单针藻在中性条件下快速絮凝的方法，包括以下步骤：
（1）在25±1℃，光强2500-4000lux，摇床转速为150r/min的条件下，以BG-11基础培养基分别自养培养两株单针藻Monoraphidium sp.（FACHB-1821）和Monoraphidium sp.（FACHB-1853），待单针藻生长至对数生长期后期收集藻细胞，作为共培养种子液；
（2）在新鲜的BG-11培养基中同时接入两株单针藻种子液，稀释重悬浮藻细胞后在光照条件下共培养。光照强度2500-4000lux，摇床转速为150r/min，培养温度为25±1℃。共培养体系内两株微藻的细胞总密度为4.00×106cells/mL，单针藻Monoraphidium sp.（FACHB-1821）和Monoraphidium sp.（FACHB-1853）的初始细胞密度分别为1.00×106cells/mL和3.00×106cells/mL；
（3）培养至稳定期的共培养藻液转移至500mL玻璃烧杯中，细胞密度稀释为1.10×108cells/mL，缓慢搅匀，在室温条件下，向藻液中添加预配置的1mol/L盐酸溶液，逐步降低培养体系pH值，并利用玻璃棒连续搅拌。当pH值降低至7.0时，共培养体系藻细胞出现快速聚集现象，停止搅拌。30min后，絮凝效率为88.55%。
实施例2
一种共培养单针藻在中性条件下快速絮凝的方法，包括以下步骤：
（1）在25±1℃，光强2500-4000lux，摇床转速为150r/min的条件下，以BG-11基础培养基分别自养培养两株单针藻Monoraphidium sp.（FACHB-1821）和Monoraphidium sp.（FACHB-1853），待单针藻生长至对数生长期后期收集藻细胞，作为共培养种子液；
（2）在新鲜的BG-11培养基中同时接入两株单针藻种子液，稀释重悬浮藻细胞后在光照条件下共培养。光照强度2500-4000lux，摇床转速为150r/min，培养温度为25±1℃。共培养体系内两株微藻的细胞总密度为4.00×106cells/mL，单针藻Monoraphidium sp.（FACHB-1821）和Monoraphidium sp.（FACHB-1853）的初始细胞密度分别为2.00×106cells/mL和2.00×106cells/mL；
（3）培养至稳定期的共培养藻液转移至500mL玻璃烧杯中，细胞密度稀释为1.10×108cells/mL，缓慢搅匀，在室温条件下，向藻液中添加预配置的1mol/L盐酸溶液，逐步降低培养体系pH值，并利用玻璃棒连续搅拌。当pH值降低至7.0时，共培养体系藻细胞出现快速聚集现象。30min后，絮凝效率为95.38%。
实施例3
一种共培养单针藻在中性条件下快速絮凝的方法，包括以下步骤：
（1）在25±1℃，光强2500-4000lux，摇床转速为150r/min条件下，以BG-11基础培养基分别自养培养两株单针藻Monoraphidium sp.（FACHB-1821）和Monoraphidium sp.（FACHB-1853），待单针藻生长至对数生长期后期收集藻细胞，作为共培养种子液；
（2）在新鲜的BG-11培养基中同时接入两株单针藻种子液，稀释重悬浮藻细胞后在光照条件下共培养。光照强度2500-4000lux，摇床转速为150r/min，培养温度为25±1℃。共培养体系内两株微藻的细胞总密度为4.00×106cells/mL，单针藻Monoraphidium sp.（FACHB-1821）和Monoraphidium sp.（FACHB-1853）的初始细胞密度分别为1.00×106cells/mL和3.00×106cells/mL；
（3）培养至稳定期的共培养藻液转移至500mL玻璃烧杯中，细胞密度稀释为1.10×108cells/mL，缓慢搅匀，在室温条件下，向藻液中添加预配置的1mol/L盐酸溶液，逐步降低培养体系pH值，并利用玻璃棒连续搅拌。当pH值降低至7.0时，共培养体系藻细胞出现快速聚集现象。30min后，絮凝效率为75.38%。
结果表明：采用本发明方法，能够使单针藻的絮凝效率比对照提高8.82-11.27倍。通过此方法采收微藻，既满足了低成本、清洁无污染的要求，又能够取得较好的采收效果。
实施例4
一种共培养单针藻在中性条件下快速絮凝的方法，包括以下步骤：
（1）在25±1℃，光强2500-4000lux，摇床转速为150r/min的条件下，以BG-11基础培养基分别自养培养两株单针藻Monoraphidium sp.（FACHB-1821）和Monoraphidium sp.（FACHB-1853），待单针藻生长至对数生长期后期收集藻细胞，作为共培养种子液；
（2）在新鲜的BG-11培养基中同时接入两株单针藻种子液，稀释重悬浮藻细胞后在光照条件下共培养。光照强度2500-4000lux，摇床转速为150r/min，培养温度为25±1℃。共培养体系内两株微藻的细胞总密度为9.00×106cells/mL，单针藻Monoraphidium sp.（FACHB-1821）和Monoraphidium sp.（FACHB-1853）的初始细胞密度分别为4.50×106cells/mL和4.50×106cells/mL；
（3）培养至稳定期的共培养藻液转移至500mL玻璃烧杯中，细胞密度稀释为1.10×108cells/mL，缓慢搅匀，在室温条件下，向藻液中添加预配置的1mol/L盐酸溶液，逐步降低培养体系pH值，并利用玻璃棒连续搅拌。当pH值降低至7.0时，共培养体系藻细胞出现快速聚集现象，停止搅拌。30min后，絮凝效率为89.22%。
实施例5
一种共培养单针藻在中性条件下快速絮凝的方法，包括以下步骤：
（1）在25±1℃，光强2500-4000lux，摇床转速为150r/min的条件下，以BG-11基础培养基分别自养培养两株单针藻Monoraphidium sp.（FACHB-1821）和Monoraphidium sp.（FACHB-1853），待单针藻生长至对数生长期后期收集藻细胞，作为共培养种子液；
（2）在新鲜的BG-11培养基中同时接入两株单针藻种子液，稀释重悬浮藻细胞后在光照条件下共培养。光照强度2500-4000lux，摇床转速为150r/min，培养温度为25±1℃。共培养体系内两株微藻的细胞总密度为1.00×106cells/mL，单针藻Monoraphidium sp.（FACHB-1821）和Monoraphidium sp.（FACHB-1853）的初始细胞密度分别为0.50×106cells/mL和0.50×106cells/mL；
（3）培养至稳定期的共培养藻液转移至500mL玻璃烧杯中，细胞密度稀释为1.10×108cells/mL，缓慢搅匀，在室温条件下，向藻液中添加预配置的1mol/L盐酸溶液，逐步降低培养体系pH值，并利用玻璃棒连续搅拌。当pH值降低至7.0时，共培养体系藻细胞出现快速聚集现象，停止搅拌。30min后，絮凝效率为77.35%。
以上所述，仅是本发明的较佳案例，并不对本发明做出任何限制，凡是针对本发明技术内容对以上实施案例所做的任何简单修改、变更、模仿均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (3)
1.一种共培养单针藻在中性条件下快速絮凝的方法，包括以下步骤：
（1）目标单针藻的预培养：以BG-11基础培养基分别自养培养两株单针藻，待单针藻生长至对数生长期后期收集藻细胞，作为共培养种子液；
（2）共培养：在新鲜的BG-11培养基中同时接入步骤（1）培养的两株单针藻种子液，稀释重悬浮藻细胞后在光照条件下共培养；
（3）共培养单针藻的絮凝：将培养至稳定期的共培养藻液缓慢搅匀，在室温条件下，向藻液中添加盐酸溶液并搅拌，逐步降低藻液pH值，当pH值降低至7.0时，藻细胞出现快速聚集。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）和步骤（2）中的培养条件为：光照强度2500-4000lux，摇床转速为150r/min，培养温度为25±1℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中共培养体系内两株微藻的初始细胞总密度为1.00×106~10.00×106cells/mL，两株微藻的密度比例为1:3~3:1。
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