CN112662564B - 一种利用界面作用剥离收获微藻生物膜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用不同表面张力液体的界面作用剥离收获微藻生物膜的方法。具体步骤为：准备一系列表面张力(20～70mJ/m2)已知的含盐溶液(含盐量：1％～5％)；接着，将培养在柔性固体基材(滤纸、棉布等)上的微藻生物膜竖直固定，再将其一端浸入已配好的溶液中，静置2～3s；然后，使生物膜以0.1～0.7mm/s的速度竖直向下移动，缓慢浸入溶液。在一系列配置好的溶液中，由于界面作用，特定表面张力范围内的溶液可以完整地将生物膜从基材剥离，并且溶液中盐分可以维持剥离后生物膜的形貌结构。此后，即可选择具有上述表面张力的液体来剥离微藻生物膜，实现藻细胞的收获。

Description

一种利用界面作用剥离收获微藻生物膜的方法
技术领域
本发明涉及微藻生物膜的收获方法，是一种利用液体的界面作用将微藻生物膜细胞高效、完整地从附着基材上剥离收获的方法。
背景技术
微藻的培养与收获是目前微生物技术，能源化工等诸多领域关注的问题。常见的微藻培养方式主要有悬浮式培养(即微藻悬浮在大量液体中培养)以及生物膜式培养(即微藻细胞固定在柔性的固体基材上，形成生物膜，进行培养)两种。
与悬浮式培养相对应的微藻细胞收获方式主要有沉降法，浮选法，离心，过滤，化学絮凝及生物絮凝等。而上述方法在富集微藻浓度时多具有缺陷：沉降法相对耗时且微藻回收效率低；浮选法涉及压缩机的使用导致运行成本较高；离心法能耗较高，且高速离心有可能对细胞产生损坏；过滤法涉及滤膜的生物污染以及膜更换问题；絮凝涉及絮凝剂的使用和回收，且絮凝剂可能对藻细胞的产生抑制等问题。
近些年来，微藻生物膜式培养逐步发展。相比于悬浮式培养，生物膜式培养可以实现更高密度的微藻生长，且由于培养过程微藻与培养液的分离，避免了悬浮式培养中微藻收获中面临的脱水过程。目前微藻生物膜的收获方式主要为物理刮取，即利用硬质工具将生长一定时间后的微藻生物膜从附着基材上剥离，完成收获。相较于悬浮式培养对应的收获方式，物理刮取耗能少，成本低。然而刮取过程收获效率较低，且会对培养基材的损伤，缩减基材的使用寿命。因此，迫切需要开发新型的微藻生物膜收获方法
发明内容
本发明结合现有的生物膜式培养微藻收获技术中存在的问题，将培养在柔性固体基材上的微藻生物膜，缓慢浸入具有一定表面张力的溶液中，利用液体的界面作用，将微藻生物膜高效、完整地从附着基材上剥离，完成收获。
一种利用液体界面作用剥离收获微藻生物膜的方法，其特征在于，利用一定表面张力的溶液将微藻生物膜从附着基材上完整剥离，实现微藻生物膜细胞的低能耗回收，具体包括以下步骤：
(1)配制一系列已知表面张力的溶液，溶液的表面张力范围为20～70mJ/m2，向溶液中添加一定质量分数的氯化钠，按具体藻种培养基盐度在0.1％～1％之间，以保证可以维持细胞内外渗透压平衡；将溶液按表面张力从小到大依次排列，并且编号；
(2)将培养在柔性固体基材上的微藻生物膜从反应器中取出，并且使用夹子将微藻生物膜竖直固定；
(3)准备一系列培养皿，依次取已配置好的溶液放入培养皿中，将培养皿置于微藻生物膜正下方；
(4)将微藻生物膜前端先浸入溶液中2～3s，待生物膜前端被剥离下后，使微藻生物膜以一定的速度竖直向下移动，缓慢浸入溶液，当生物膜后端完全浸入溶液时，生物膜会被完整地剥离基材，并且维持原有的形貌结构漂浮于液体表面；随后，即可收获浮在液体表面的微藻生物膜细胞。
进一步地，步骤(1)所述溶液张力为20～70mJ/m-2。
进一步地，步骤(2)所述柔性固体基材为滤纸、棉布等。
进一步地，步骤(4)所述一定的速度为0.1～0.7mm/s。
本发明所具有的优点及积极效果如下：
(1)原理简单，操作简易，只需要将待剥离生物膜缓慢浸入液体即可；
(2)生物膜剥离效率高，可实现培养基材的重复使用
(3)运行能耗低；
附图说明
图1给出了采用本发明方法剥离下的海水小球藻的生物膜；
图2给出了采用本发明方法盐水对海水小球藻生物膜形貌结构的维持作用；
图3给出了采用本发明方法剥离下的海水微绿球藻的生物膜；
图4给出了采用本发明方法盐水对海水微绿球藻生物膜形貌结构的维持作用；
具体实施方式
实施例1：采用本方法对海水小球藻生物膜实行剥离收获
(1)配制表面张力在20～70mJ/m2的溶液，向溶液中添加3％质量分数的氯化钠以保证可以维持细胞内外渗透压平衡，将溶液按表面张力从小到大依次排列，并且编号；
(2)将培养在滤纸上的海水小球藻生物膜从反应器中取出，并且使用夹子将生物膜竖直固定；
(3)准备若干个25mL培养皿，取20mL配置好的溶液放入培养皿中，并将培养皿置于微藻生物膜正下方；
(4)将海水小球藻生物膜一端(前端)先浸入溶液中2～3s，待生物膜前端被剥离下后，使生物膜以0.3mm/s的速度竖直向下移动，缓慢浸入溶液，直到生物膜后端浸入溶液；
(5)如图1所示，表面张力为30～70mJ/m-2的溶液可以高效、完整地将海水小球藻生物膜从基材上剥离。此后，即可选择具有上述表面张力的液体来剥离微藻生物膜，实现藻细胞的收获。
(6)如图2所示，被剥离下的海水小球藻生物膜可以在含3％盐的剥离液表面维持稳定形貌结构。
实施例2：采用本方法对海水微绿球藻生物膜实行剥离收获
(1)配制表面张力在20～70mJ/m-2的溶液，向溶液中添加3％质量分数的氯化钠以保证可以维持细胞内外渗透压平衡，将溶液按表面张力从小到大依次排列，并且编号；
(2)将培养在滤纸上的海水小球藻生物膜从反应器中取出，并且使用夹子将生物膜竖直固定；
(3)准备若干个25mL培养皿，取20mL配置好的一系列溶液放入培养皿中，并将培养皿置于微藻生物膜正下方；
(4)将海水微绿球藻生物膜一端(前端)先浸入溶液中2～3s，待生物膜前端被剥离下后，使生物膜以0.4mm/s的速度竖直向下移动，缓慢浸入溶液，直到生物膜后端浸入溶液；
(5)如图3所示，表面张力为35～70mJ/m-2的溶液可以高效、完整地将海水微绿球藻生物膜从基材上剥离。此后，即可选择具有上述表面张力的液体来剥离微藻生物膜，实现藻细胞的收获。
(6)如图4所示，被剥离下的海水微绿球藻生物膜可以在含3％盐的剥离液表面维持稳定形貌结构。

Claims (1)

1.一种利用液体界面作用剥离收获微藻生物膜的方法，其特征在于，利用一定表面张力的溶液将微藻生物膜从附着基材上完整剥离，实现微藻生物膜细胞的低能耗回收，具体包括以下步骤：
（1） 配制一系列已知表面张力的溶液，溶液的表面张力范围为20~70 mJ/m2，向溶液中添加一定质量分数的氯化钠，按具体藻种培养基盐度在0.1%~1%之间，以保证可以维持细胞内外渗透压平衡；将溶液按表面张力从小到大依次排列，并且编号；
（2）将培养在柔性固体基材上的微藻生物膜从反应器中取出，并且使用夹子将微藻生物膜竖直固定；所述柔性固体基材为滤纸、棉布；
（3） 准备一系列培养皿，依次取已配置好的溶液放入培养皿中，将培养皿置于微藻生物膜正下方；
（4）将微藻生物膜前端先浸入溶液中2~3 s，待生物膜前端被剥离下后，使微藻生物膜以0.1~0.7 mm/s的速度竖直向下移动，缓慢浸入溶液，当生物膜后端完全浸入溶液时，生物膜会被完整地剥离基材，并且维持原有的形貌结构漂浮于液体表面；随后，即可收获浮在液体表面的微藻生物膜细胞。
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