采用产PUFA的微藻发酵废液制备胞外多糖的方法及其应用技术

本发明专利技术要提供了一种从产PUFA的微藻发酵废液中制备胞外多糖的方法，包括下述步骤：(1)将微藻培养液进行固液分离，得到不含藻细胞的微藻发酵废液；(2)微藻发酵废液通过微滤膜，得到微滤透过液；(3)将微滤透过液通过超滤膜，得到超滤透过液和浓缩液，并收集浓缩液；(4)将超滤浓缩液在40‑80℃条件下进行浓缩，得到浓缩浆；在65‑85℃，真空条件下烘干，即得微藻胞外多糖。本发明专利技术不但减少了废水的排放，具有良好的社会效益；同时还实现了高效制备微藻胞外多糖，并对提取的胞外多糖进行应用，大大增加了经济效益，因此具备广阔的市场应用前景。

Preparation and application of extracellular polysaccharides from fermentation waste liquid of PUFA producing microalgae

The invention provides a method for preparing extracellular polysaccharides from the waste liquid of PUFA-producing microalgae fermentation, which comprises the following steps: (1) the solid-liquid separation of the microalgae culture liquid to obtain the microalgae fermentation waste liquid without algae cells; (2) the microalgae fermentation waste liquid passes through the microfiltration membrane to obtain the microfiltration permeate; (3) the microfiltration permeate liquid passes through the ultrafiltration membrane. Ultrafiltration permeate and concentrate were obtained, and the concentrate was collected. (4) Ultrafiltration concentrate was concentrated at 40 820 The invention not only reduces the discharge of waste water and has good social benefits, but also realizes the efficient preparation of microalgae extracellular polysaccharides and the application of the extracted extracellular polysaccharides, greatly increasing the economic benefits, so it has a broad market application prospect.

【技术实现步骤摘要】
采用产PUFA的微藻发酵废液制备胞外多糖的方法及其应用
本专利技术属于生物学领域，涉及微藻培养领域，具体涉及一种从产PUFA的微藻发酵废液中制备胞外多糖的方法及其应用。
技术介绍
多糖在自然界分布极广且用途广泛，在医药、食品、化妆品、废水及重金属离子处理、造纸、印刷等领域均有应用。近些年来，微生物来源的多糖越来越引起人们的广泛注意。而随着研究的深入，学者们发现多种微藻的胞外多糖具有很强的生物学活性，微藻胞外多糖的研究也更加引起人们的关注。微拟球藻(Nannochloropsis)、裂壶藻(Aurantiochytrium)与寇氏隐甲藻(Crypthecodiniumcohnii)具有优越的生产多不饱和脂肪酸(PUFA)的能力，是应用于工业化培养生产ω-3多不饱和脂肪酸(特别是EPA和DHA)的藻种。目前这类微藻的年产量近5000吨，培养生产过程中每年所产生的发酵废液超过10万吨，尚未得到有效利用。近年研究发现，微拟球藻、裂壶藻与隐甲藻在培养过程中能产生大量的胞外多糖；然而，目前这类微藻胞外多糖的纯化制备技术及应用开发研究还极为有限。专利CN105331656A涉及了一种寇氏隐甲藻胞外多糖的制备方法以及该胞外多糖的应用；专利CN103204951B涉及了一种裂殖壶藻胞外多糖的分离纯化方法。但在这些专利中，采用的仍然是传统的胞外多糖的“醇沉”分离纯化方法，即去除藻细胞-浓缩-透析-醇沉-干燥的工艺。“醇沉”法不仅费时费力，而且效率较低，因此难以进行规模化生产。在醇沉过程中，由于单糖往往伴随着多糖同时被醇沉下来，单糖的去除率较低，因此，需要多次醇沉，耗费酒精和人工较多，生产成本较高；同时，传统的热浓缩方式，耗用大量的蒸汽，对生产成本和产品质量有较大影响。随着技术的进步和加工工艺的发展，各种膜材料逐渐用于生物分离工艺，从而使原本复杂的分离工艺变得简单易行。与传统分离方法相比，膜分离方法具有效率高、工作条件温和、可连续操作等优点，因此，在工业上得到了越来越广泛的应用。专利CN101838342A介绍了一种微藻胞外多糖的膜分离方法，利用径向流微滤去除培养液中杂质，利用切向流超滤分离胞外多糖。但该方案只针对单一方向上的单一参数进行了优化(径向流流速与切向流跨膜压力)进行了优化，而未对微滤与超滤孔径与截留分子量进行优化，从而对产物纯度造成影响。专利CN103406080A介绍了一种利用细菌来源的胞外多糖作为共轭亚油酸微胶囊壁材的方法。但该方法使用了复凝聚法制备，制备步骤复杂，且使用了冷冻干燥技术作为最后的成胶囊技术，能源消耗大，成本高且形成微胶囊容易聚集分散性差。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术要提供了一种从产PUFA的微藻发酵废液中制备胞外多糖的方法。本专利技术不但减少了废水的排放，具有良好的社会效益；同时还实现了高效制备微藻胞外多糖，并对提取的胞外多糖进行应用，大大增加了经济效益，因此具备广阔的市场应用前景。本专利技术的技术方案是：采用产PUFA的微藻发酵废液制备胞外多糖的方法，包括下述步骤：(1)将微藻培养液进行固液分离，得到的液体部分即为不含藻细胞的微藻发酵废液；所述微藻发酵废液为微拟球藻发酵废液、裂壶藻发酵废液或寇氏隐甲藻发酵废液。(2)将步骤(1)得到的微藻发酵废液通过微滤膜，得到微滤透过液；其中，微滤膜的孔径在0.02-0.5μm，温度为15-40℃，工作压力为：进压1.5-4.5bar，出压0.5-1.0bar；所述的微滤所用膜为有机膜或陶瓷膜。(3)将步骤(2)中的微滤透过液通过超滤膜，得到超滤透过液和浓缩液，并收集浓缩液；其中，所述超滤膜的截留分子量为2000-30000Da，温度为20-40℃，工作压力为：进压7-10bar，出压1-3bar；所述超滤膜的材料为聚丙烯腈PAN、聚碳酸酯PC、聚丙烯PP、聚偏氟乙烯PVDF、聚醚砜PES、聚乙烯PE、聚氯乙稀PVC和聚砜PS复合膜中的一种。(4)将步骤(3)中的超滤浓缩液在40-80℃条件下进行浓缩，直至固形物含量为40-70％，得到浓缩浆；将所述浓缩浆进一步在65-85℃，真空压力-0.08--0.1Mpa的条件下烘干，至水分的重量分数为1-6％，即得微藻胞外多糖。所述微藻胞外多糖的纯度>70％。微藻胞外多糖的应用，将所述微藻胞外多糖应用于生物吸附。所述生物吸附的对象为重金属离子，所述生物吸附包括吸附步骤和解吸附步骤。所述吸附步骤为：调整含金属离子溶液的pH值至1-7，向溶液中添加生物质吸附剂，即微藻胞外多糖；所述微藻胞外多糖的添加量为每升溶液10-40克；搅拌，过滤，得到富集了金属离子的吸附物；所述解吸附步骤为：将上述富集了金属离子的吸附物加入到碱性碳酸钠溶液或盐溶液(如氯化钠)中进行解吸附。所述微藻胞外多糖为微拟球藻胞外多糖或裂壶藻胞外多糖。与常规化学吸附剂(如活性氧化铝等)相比，微藻胞外多糖作为重金属吸附剂时，无毒无污染，因此具有良好的生物安全性；同时吸附和再生操作简单，方便实用，方便产业化应用。微藻胞外多糖的应用，将微藻胞外多糖用于制作微胶囊新型壁材。具体操作方法为：按照质量比囊芯物：壁材(微藻胞外多糖溶液)：乳化剂＝1:(2.5-2.98):(0.02-0.05)准备好，将囊芯物与乳化剂在40-60℃下搅拌20-40min形成稳定的预乳液，然后将作为壁材的微藻胞外多糖溶液在40-60℃并缓慢搅拌下，逐滴添加到预乳液中，经喷雾干燥获得微胶囊产品。所述多糖溶液为寇氏隐甲藻胞外多糖溶液或裂壶藻胞外多糖溶液。与现有技术相比，本专利技术所述的将微藻胞外多糖用于制作微胶囊新型壁材的方法，步骤大大简化，成本大幅度降低，为产业化的实现奠定了基础。本专利技术的有益效果：1.本专利技术提供了一种从产PUFA的微藻发酵废液中制备胞外多糖的方法，打破了传统方法的“除藻细胞-浓缩-透析-醇沉-冷冻干燥”的工艺，具有所得藻多糖纯度高、提取效率高、工作条件温和、可连续操作等优点。2.使用本方法获得的微藻胞外多糖具有纯度高的特点，同时降低了PUFA生产工艺中废水的处理量，使其更加绿色环保。3.本专利技术所得的微藻胞外多糖可以应用于多种行业，如用作生物吸附剂，食品微囊粉壁材等，大大提高了该微藻胞外多糖的经济价值。附图说明图1是从产PUFA的微藻发酵废液中制备胞外多糖的工艺流程。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步的说明。实施例1：裂壶藻发酵废液制备胞外多糖本专利技术裂壶藻胞外多糖提取方法按下述步骤进行：1、裂壶藻培养液来源：将保存在甘油管的藻株裂壶藻SD006(CGMCCNo：8383)接入种子培养基中，28℃，200rpm，培养24h，获得一级种子；将一级种子接入二级种子培养基，在28℃的摇床中，以200rpm的转速，培养12h，获得二级种子。种子培养基为葡萄糖30g/L，酵母提取物5g/L，蛋白胨5g/L，磷酸二氢钾0.5g/L，硫酸镁0.5g/L，柠檬酸钠0.5g/L，海水晶15g/L；将二级种子液加入培养培养基中，葡萄糖120g/L，酵母提取物15g/L，蛋白胨10g/L，磷酸二氢钾5g/L，硫酸镁5g/L，海水晶15g/L，维生素B130mg/L，维生素B630mg/L，维生素B125mg/L，生物素2mg/L。温度控制在28℃，pH值保持在6.5，通气量1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.采用产PUFA的微藻发酵废液制备胞外多糖的方法，其特征在于：包括下述步骤：(1)将微藻培养液进行固液分离，得到的液体部分即为不含藻细胞的微藻发酵废液；(2)将步骤(1)得到的微藻发酵废液通过微滤膜，得到微滤透过液；其中，微滤膜的孔径在0.02‑0.5μm，温度为15‑40℃，工作压力为：进压1.5‑4.5bar，出压0.5‑1.0bar；(3)将步骤(2)中的微滤透过液通过超滤膜，得到超滤透过液和浓缩液，并收集浓缩液；其中，所述超滤膜的截留分子量为2000‑30000Da，温度为20‑40℃，工作压力为：进压7‑10bar，出压1‑3bar；(4)将步骤(3)中的超滤浓缩液在40‑80℃条件下进行浓缩，直至固形物含量为40‑70％，得到浓缩浆；将所述浓缩浆进一步在65‑85℃，真空压力‑0.08‑‑0.1Mpa的条件下烘干，至水分的重量分数为1‑6％，即得微藻胞外多糖。

【技术特征摘要】
1.采用产PUFA的微藻发酵废液制备胞外多糖的方法，其特征在于：包括下述步骤：(1)将微藻培养液进行固液分离，得到的液体部分即为不含藻细胞的微藻发酵废液；(2)将步骤(1)得到的微藻发酵废液通过微滤膜，得到微滤透过液；其中，微滤膜的孔径在0.02-0.5μm，温度为15-40℃，工作压力为：进压1.5-4.5bar，出压0.5-1.0bar；(3)将步骤(2)中的微滤透过液通过超滤膜，得到超滤透过液和浓缩液，并收集浓缩液；其中，所述超滤膜的截留分子量为2000-30000Da，温度为20-40℃，工作压力为：进压7-10bar，出压1-3bar；(4)将步骤(3)中的超滤浓缩液在40-80℃条件下进行浓缩，直至固形物含量为40-70％，得到浓缩浆；将所述浓缩浆进一步在65-85℃，真空压力-0.08--0.1Mpa的条件下烘干，至水分的重量分数为1-6％，即得微藻胞外多糖。2.根据权利要求1所述的采用产PUFA的微藻发酵废液制备胞外多糖的方法，其特征在于：步骤(2)中所述的微滤所用膜为有机膜或陶瓷膜。3.根据权利要求1所述的采用产PUFA的微藻发酵废液制备胞外多糖的方法，其特征在于：步骤(3)中所述超滤膜的材料为聚丙烯腈PAN、聚碳酸酯PC、聚丙烯PP、聚偏氟乙烯PVDF、聚醚砜PES、聚乙烯PE、聚氯乙稀PVC和聚砜PS复合膜中的一种。4.根据权利要求1所述的采用产PUFA的微藻发酵废液制备胞外多糖的方法，其特征在于：步骤(4)所得到的微藻胞外多糖的纯度>70％。5.根据权利要求1所述的采用产P...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋晓金，王卓君，王森，王彦超，崔球，冯银刚，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37