利用超声刺激微藻快速积累油脂的方法技术

本发明专利技术属于微藻生物能源研究领域，涉及利用超声刺激微藻快速积累油脂的方法。在反应器中培养微藻，直至所述微藻的生长进入对数生长期末期，将上述微藻进行在超声环境中处理20-30min，再于培养基中培养2-3天，离心，即得微藻藻粉。本发明专利技术操作简单、耗时短、效率高、易于实现；能够使四尾栅藻生物质浓度不受影响，有助于提高油脂产率；能促使四尾栅藻快速积累油脂，所述方法生产的高油脂微藻可用于提炼汽油、柴油、航空燃油，以及作为塑料制品和药物的原料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物质能源的开发领域，涉及利用超声刺激微藻快速积累油脂方法。
技术介绍
由于大气中二氧化碳的量不断增加，温室效应也在加剧，而化石能源的燃烧加快了这一过程，因此寻找新的可持续的再生能源，可有效减少向大气中排放二氧化碳。可用来生产生物柴油的可再生生物质原料有多种，其中包括麻风树、油菜籽、棕榈树、餐厨垃圾及微藻等生物质原料，相比其他原料，微藻具有高生长速度、碳中性和极强环境适应性等优点，且微藻的营养学、药学及生物学价值较高，能应用于某些生物及医药行业，也可用来生产高附加值营养品、鱼类饵料和生物柴油。利用微藻作为原料生产生物柴油，能够在很大程度上减少占地面积，甚至能够利用不适合耕种的土地，由于其繁殖周期短、油脂含量高等优点，可有效提高生产效率、节省时间，因此微藻是一种极具开发前景的可再生生物质资源，本专利技术可用于微藻积累生物质和油脂的开发研究。四尾栅藻属于绿藻门，绿球藻目，栅藻科，栅藻属，普遍存在于各种淡水环境中，已有大量研究表明其生长迅速、易于培养，有优良的生产生物质和油脂的性能，可作为生产生物柴油的理想原料。由于微藻在生长过程中，生物质和油脂不能实现同步高效积累，因此两阶段培养被认为是一种比较合理的解决方案，第一阶段将微藻在最适条件下培养至对数期末期，使微藻细胞以较高的生长速率达到最大浓度，第二阶段在外界不利环境的刺激胁迫下进行培养，促使微藻合成积累油脂。有研究显示，超声作用可以在短时间内对细胞内组分产生影响，通过对微藻进行超声刺激，其胞内叶绿素含量产生了变化，也有研究显示，超声处理可以影响细胞膜脂的含量。研究表明，超声波可以在水中产生空化作用，形成的微小气泡向内爆破时可产生瞬时的高温和高压环境，可以对微藻细胞产生刺激作用，进而影响胞内化学组分的合成和转化，尤其是高温会形成胁迫环境，利于油脂含量的提尚O
技术实现思路
本专利技术的目的是克服微藻生物质生长和油脂积累之间的矛盾，利用分步培养方案，提供一种操作简单、耗时短、效率高、易于实现的促进微藻油脂快速积累的方法。利用超声波实现一种快速且方便的环境胁迫方案，促使对数期末期的微藻在短时间内实现油脂的高效积累，同时不影响微藻生物质浓度，达到提高油脂产率的目的，具有非常重要的现实意义和应用前景。为实现上述目的，本专利技术采用如下具体技术方案—种，将进入对数生长期末期的微藻在超声环境中处理、培养，即得高油脂含量微藻。进一步地，所述微藻在进入对数生长期末期之前的培养条件为:以BGll为培养基，在温度20-25°C，曝气量500-600mL/min，光照强度5000-60001ux条件下培养微藻10-15天。提供适宜的培养条件，保证微藻快速生长。进一步地，所述BGll 培养基成分(g/L)为:NaN03，1.5 ；K2HPO4,0.04 ；MgS04.7H20，0.075 ；CaCl2.2Η20，0.036 ;柠檬酸，0.006 ;柠檬酸铁铵，0.006 ；EDTA.2Na，0.001 ；Na2CO3,0.02 ;以及 lmL/L 的 A5。进一步地，所述A5 成分(g/L)为:H3BO3, 2.86 ；MnCl2.4H20，1.86 ；ZnSO4.7H20，0.22 ；Na2MoO4.2Η20，0.39 ；CuSO4.5Η20，0.08 ；Co (NO3)2.6Η20，0.05。进一步地，所述微藻为四尾栅藻，购自山东省环境科学工程技术研究中心，藻种已保藏于中国科学院淡水藻种库，保藏号为FACHB-1768，保藏日期:2013年12月。优选的微藻种类为四尾栅藻，但对其种类并无特殊限定。进一步地，所述微藻的生长进入对数生长期末期后，微藻的生物质浓度为0.99?1.118/1，油脂含量为22.3%?25.3%。判断微藻的生长状况和油脂含量，为后续处理条件的选择提供依据。进一步地，所述超声环境条件为150-200W，30-40kHz。本专利技术中用到的超声处理只在微藻生长的对数期末进行一次，即为单次操作，与间隙式连续超声相比，本专利技术操作时间短，更简单，更易实现。同时，为了实现对微藻产油的刺激作用，选用了较高的超声功率。超声功率小于150W，频率小于30kHz时，无法有效刺激微藻产生应激反应，油脂积累效果差；超声功率大于200W，频率大于40kHz时，与油脂合成相关的酶活力下降，甚至部分失活，生物量和油脂积累效率随着超声功率和频率的继续升高呈下降趋势。进一步地，所述微藻经超声处理、培养后，于4-6 °C、3500-4000r/min下离心5-10min。低温离心保证微藻的生物质成分不被破坏，并通过离心转速的控制，使富含油脂的微藻快速沉积。由于采用了超声处理，在不影响微藻的生物质浓度的前提下，微藻高油脂含量显著提高，可达37.1%?39.6%，能够满足作为生物柴油燃料的要求。在本专利技术的一些实施方式中，所述微藻可以在一定的培养装置和合适的外部环境控制下，进行快速的生长繁殖。所用术语“一定的培养装置”可以是密闭式光生物反应器(例如玻璃气泡柱反应器)、开放式跑道培养池或生物膜培养装置(如半干固态贴壁培养装置(CN201210051158.2))，其中上述装置可按照次序串联使用或单独使用。所用术语“合适外部环境”是指适宜微藻生长的温度、光照、营养盐和二氧化碳等因素的综合。本专利技术所述高油脂含量微藻可用于提炼汽油、柴油、航空燃油，以及作为塑料制品和药物的原料等。与现有技术相比，本专利技术的优点是:1.本专利技术操作简单、耗时短、效率高、易于实现。2.本专利技术能够使四尾栅藻的生物质浓度不受影响，在2天时间内实现油脂的快速积累。3.本专利技术所用刺激方案便于扩大实施，有较好的应用性。4.本专利技术能促使对数期末期的四尾栅藻快速积累油脂，可为利用微藻生产生物柴油或开发其他生物质能源提供有效方案。【附图说明】图1为对数期末期的四尾栅藻经过不同时间的超声刺激再继续培养2天后，生物质浓度和油脂含量随超声刺激时间的变化。超声环境为200W，40kHz。图2为对数期末期的四尾栅藻经过20分钟超声刺激后，四尾栅藻生物质浓度随继续培养时间的变化。超声环境为200W，40kHz。具体实施例如下:实施例1本专利技术涉及一种利用超声刺激微藻快速积累油脂、提高油脂产率的微藻培养方法。利用BGll培养基在温度25°C，曝气量600mL/min，光照强度60001ux的连续光照条件下培养微藻。所培养的微藻为四尾栅藻，来自山东省环境科学工程技术研究中心，已保藏于中国科学院淡水藻种库，保藏号为FACHB-1768。经过15天培养以后微藻达到对数生长期末期，此时微藻的生物质浓度达到最高为0.99?1.llg/L，油脂含量为22.3%?25.3%。进行超声刺激条件的优化，将对数期末期的四尾栅藻放置于超声环境中(200W，40kHz)，超声处理不同时间(0、5、10、15、20和40分钟)，然后将微藻重新放置于同步骤I的培养条件下继续培养2天，并于收获后检测微藻的生物质浓度和油脂含量，结果如图1所示，由此确定最佳超声刺激时间。从图1中可以看出微藻在经过超声刺激继续培养2天以后，油脂含量随着超声时间的增加而提高，在超声20分钟的条件下达到最大值，继续延长超声时间则导致油脂含量的下降，可能是因为细胞受到破坏影响了油脂合成。不同的超声时间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用超声刺激微藻快速积累油脂的方法，其特征在于，将进入对数生长期末期的微藻在超声环境中处理、培养，即得高油脂含量微藻。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：裴海燕，韩飞，胡文容，侯庆杰，蒋丽群，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37