一种工业化生产甘油葡萄糖苷的系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种工业化生产甘油葡萄糖苷的系统，属于葡萄糖苷的制备领域。所述工业化生产甘油葡萄糖苷的系统包括依次相连的培养系统、采收系统、萃取系统、纯化系统；本实用新型专利技术不仅培养出了含有高含量GG的微藻细胞，同时利用微藻细胞代谢响应机理的生态特征，在保证微藻细胞活性和生物相对稳定的同时，从微藻细胞中萃取代谢产物的混合液，并设计了配套的装置，大幅度提高了微藻细胞的采收和萃取效率，显著降低了微藻细胞中代谢产物的生产成本；最后，本实用新型专利技术还开发了一种萃取液中GG的分离与纯化工艺，从而提出了一整套甘油葡萄糖苷的工业化生产系统，对于GG的规模化应用具有重要的现实意义。

A System for Industrialized Production of Glycerol Glucoside

【技术实现步骤摘要】
一种工业化生产甘油葡萄糖苷的系统
本技术涉及甘油葡萄糖苷的制备
，尤其涉及一种工业化生产甘油葡萄糖苷的系统。
技术介绍
微藻是一种在自然环境中广泛分布的自养植物，不仅可以通过光合作用，合成油脂、糖类和蛋白质、胡萝卜素等高附加值的化合物，而且，由于光合效率高、生长快、单位亩产高等，被国际粮农组织认为是可能的人类未来最重要粮食资源之一。甘油葡萄糖苷(Glucosylglycerol，简称GG)是一类由甘油分子和葡萄糖分子通过糖苷酶反应链接而形成的糖苷类化合物,除作为食品的风味物质外，甘油葡萄糖苷在皮肤保湿、抑制糖代谢和保持蛋白稳定性方面，具有特别的功效。利用微藻生产甘油葡萄糖苷(GG)，能够实现从二氧化碳到GG产品在同一细胞内的直接转化，具有高转化效率和低碳排放的特点，被认为是非常有前景的GG的生产方式。而GG的规模化应用，尤其用于食品添加，需要较高纯度的GG作为原材料，而萃取液中GG的分离与纯化工艺目前还未得到开发。另外，由于藻细胞体积微小，造成了采收困难和采收成本高，成为制约微藻行业发展和规模化推广的难点问题之一。常用的微藻采收方法主要有絮凝沉降、过滤或离心分离等，絮凝沉降需要加入絮凝剂，造成养殖废水回用困难，造成水资源污染和浪费，工业化微藻采收难以采用。离心分离成本高，要求高速旋转的动能，采收能耗极高，主要是实验室小规模采收分析使用。因此，过滤成了主要的微藻采收手段，国内外主要的过滤采收方法是通过人工控制的筛网器具来完成的，如螺旋藻采用300-380目的软滤网制成平筛、兜筛或倾斜筛等无动力筛具，通过单级斜面滤床或多级斜面滤床实现采收。这种采收装置，藻液如瀑布一般从斜面滤床流过，水分透过滤网而藻泥附着在网面上，需要利用水流的冲刷，这种结构的装置，不仅采收装置占地面积很大，建设成本也较高，而且需要不间断水流冲刷，防止藻泥堆积影响采收，无人化管理难度大。另外，这种平筛或倾斜筛平台所采收的藻泥需要首先流入一个采收池，需要利用活塞泵等额外动力转输到藻泥脱水机或其他干燥设备或容器进行深加工，工艺流程长，采收效率低下。为解决平筛或倾斜筛装置的采收效率低下和占地面积大的现实问题，中国专利申请CN102696340A提出了一种倾斜式转筒过滤机相串联的藻液采收和脱水装置，其核心就是利用滚筒的驱动装置，带动多级滚筒转动分离藻液藻泥，让泵入的藻液在滚筒过滤机内旋转移动。与现有无动力平面筛具相比，需要利用大功率的驱动装置带动笨重的采收膜平台转动，由于采收膜装置大而笨拙，采收动力能耗大幅增加，与目前常用的无动力多级平筛相比，技术优势并不明显，反而会因为藻泥在滚筒过滤膜表面堆积，造成采收不畅的问题。另外，目前从微生物中提取代谢产物的主要手段是利用95％的乙醇溶液的渗透或破壁萃取手段，乙醇具有很好的细胞壁渗透性，可以很好的穿过细胞壁或溶解细胞膜，从而使微生物代谢产物溶入乙醇中，并通过后期的精馏过程分离代谢产物，但这种萃取分离的技术，将导致破坏微生物内部组织结构导致死亡，微生物无法实现工厂化循环培养和再提取循环操作，破壁模式的提起废弃物也是一种环境治理负担。综上，现有的微藻细胞的采收、其中GG的萃取、纯化等仍然存在采收成本高、效率低，萃取后微藻细胞无法回收利用、萃取液中GG的分离与纯化工艺目前还未得到开发等问题，因此，有必要研究一种新的GG的工业化生产系统。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的问题，本技术旨在提供一种工业化生产甘油葡萄糖苷的系统。本技术不仅培养出了含有高含量GG的微藻细胞，同时利用微藻细胞代谢响应机理的生态特征，在保证微藻细胞活性和生物相对稳定的同时，从微藻细胞中萃取代谢产物的混合液，并设计了配套的装置，大幅度提高了微藻细胞的采收和萃取效率，显著降低了微藻细胞中代谢产物的生产成本；最后，本技术还开发了一种萃取液中GG的分离与纯化工艺，从而提出了一整套甘油葡萄糖苷的工业化生产系统，对于GG的规模化应用具有重要的现实意义。为实现上述专利技术目的，具体的，本技术公开了下述技术方案：一种工业化生产甘油葡萄糖苷的系统，包括培养系统、采收系统、萃取系统，所述培养系统、采收系统、萃取系统依次相连，培养系统用于微藻细胞的培养，采收系统用于分离来自培养系统中的微藻细胞和培养液，分离后将微藻细胞送入萃取系统，萃取系统再将微藻细胞内的GG萃取出来。所述培养系统包括：光反应器、微藻细胞、培养液、进气管、含碳源气体、搅拌器、排气口、光源。所述微藻细胞和培养液混合在一起，均位于光反应器内，进气管的一端位于培养液中，另一端与含碳源气体的气源连接，从而为微藻细胞光合成长提供碳元素。优选的，所述含碳源气体为含CO2的气体。所述搅拌器设置在光反应器内，以便于光反应器内的微藻细胞在见光条件、营养供给、二氧化碳混合吸收方面更加均匀。所述排气口设置在培养液液面上部，以使光反应器内气体进出保持顺畅，并确保能够将微藻光合成产生的氧气及时排放出去，如果是上部开口的光反应器，也可以不设置排气口。所述光源可以设置在光反应器的内部(即内照射式)，也可以设置在光反应器的外部；只要能为藻细胞的光合成提供充足的光照条件即可，当光源设置在光反应器的外部时，可以采用直接照射培养液的方式为藻细胞提供光照，也可以采用透过透明材质间接照射培养液的方式为藻细胞提供光照。所述光反应器的形式不限，可以是密闭的管式反应器、平板式反应器、圆柱式光反应器；也可以是开放式跑道池；只要能够保证能够从液体表面接受光照射，让微藻能够迅速成长即可。所述微藻细胞的种类不限，可以是绿藻类、硅藻类、蓝藻类等，也可以是蓝细菌类，或者其他经过基因改良的光合成微生物等，只要能够满足具有生成需要的代谢产物即可。所述培养液的种类不限，可以是海水培养液，比如通常用的f/2培养液，也可以是淡水培养液，比如常用的BG；可以是经过改良的酸性培养液，也可以是碱性培养液，如Zarrok碱性培养液，MC绿藻培养液等，只要能够满足微藻细胞的成长所需要的营养供给及其他的物理化学条件即可。优选的，所述培养液包括水、氮、磷、钙、镁、铁及微量金属营养盐等营养物质。所述进气管的材质及形状形式不限，可以是无机矿物质，比如说水泥，陶瓷，石英砂等；也可以是塑料材质，比如聚乙烯，聚丙烯，橡胶；也可以是金属等，比如铜，不锈钢等，形状不限，可以是管，方形，圆形等；也在通气孔形状及数量不限，单孔，多孔；只要能够保证让二氧化碳气体能够通入培养液内即可。所述搅拌器的材质、形状不限，可以是螺旋形状，也可以是类似于船桨形状等，只要能够实现气、固、液的均匀混合即可。优选的，所述进气管与搅拌器一体化设计：搅拌器中设置有进气管道和出气孔，含碳源气体通过进气管道后，再从出气孔中进入培养液中，这样设置可以实现通气的同时进行搅拌，使进入的气体更加均匀地混合到培养液中。所述光源的形式不限，可以是自然太阳光也可以是人工光源，只要能够提供可以满足微藻细胞光合成所需光波长即可。优选的，所述人工光源包括LED，荧光灯，水银灯等。所述采收系统包括：滤渣床、采收床；所述滤渣床设置在采收床上方，且两者的中心轴线重合；所述滤渣床为下端面直径大于上端面直径的圆锥台状结构，其侧面形成过滤结构的床面，即滤渣床床面，以便于对采收的微藻细胞和培养液混合物中的大颗粒杂质进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工业化生产甘油葡萄糖苷的系统，其特征在于：包括培养系统、采收系统、萃取系统、纯化系统，所述采收系统包括：滤渣床、采收床；所述滤渣床设置在采收床的上方，且采收床和滤渣床装配后密封连接，采收床的下端形成藻泥输出口；所述滤渣床为下端面直径大于上端面直径的圆锥台状结构，其侧面为形成了过滤结构的床面；所述采收床为变曲面喇叭漏斗型结构，其侧壁形成了膜孔过滤结构的床面，床面相对于水平面的倾斜角α由0°向90°连续变化或梯度变化；所述萃取系统包括：包括依次连接的至少两级萃取分离单元；所述萃取分离单元包括依次连接的低渗液萃取室、真空分离室；微藻细胞依次经过第一级萃取分离单元中的低渗液萃取室、真空分离室后，再进入第二级萃取分离单元中的低渗液萃取室、真空分离室；所述培养系统、滤渣床、采收床、第一级萃取分离单元、第二级萃取分离单元依次连接，其中，第一级萃取分离单元中的真空分离室与第二级萃取分离单元中的低渗液萃取室连接；所述纯化系统包括：过滤装置、第一色素脱除装置、第二色素脱除装置、脱盐装置、脱水装置；所述低渗液萃取室、过滤装置、第一色素脱除装置、第二色素脱除装置、脱盐装置、脱水装置依次连接；所述纯化系统中，第一色素脱除装置为膜浓缩设备，其中设置有色素脱除膜；第二色素脱除装置为吸附树脂柱；脱盐装置为膜浓缩设备，膜的孔径为150‑200KDa；所述脱水装置包括真空反应釜和旋转蒸发器。...

【技术特征摘要】
1.一种工业化生产甘油葡萄糖苷的系统，其特征在于：包括培养系统、采收系统、萃取系统、纯化系统，所述采收系统包括：滤渣床、采收床；所述滤渣床设置在采收床的上方，且采收床和滤渣床装配后密封连接，采收床的下端形成藻泥输出口；所述滤渣床为下端面直径大于上端面直径的圆锥台状结构，其侧面为形成了过滤结构的床面；所述采收床为变曲面喇叭漏斗型结构，其侧壁形成了膜孔过滤结构的床面，床面相对于水平面的倾斜角α由0°向90°连续变化或梯度变化；所述萃取系统包括：包括依次连接的至少两级萃取分离单元；所述萃取分离单元包括依次连接的低渗液萃取室、真空分离室；微藻细胞依次经过第一级萃取分离单元中的低渗液萃取室、真空分离室后，再进入第二级萃取分离单元中的低渗液萃取室、真空分离室；所述培养系统、滤渣床、采收床、第一级萃取分离单元、第二级萃取分离单元依次连接，其中，第一级萃取分离单元中的真空分离室与第二级萃取分离单元中的低渗液萃取室连接；所述纯化系统包括：过滤装置、第一色素脱除装置、第二色素脱除装置、脱盐装置、脱水装置；所述低渗液萃取室、过滤装置、第一色素脱除装置、第二色素脱除装置、脱盐装置、脱水装置依次连接；所述纯化系统中，第一色素脱除装置为膜浓缩设备，其中设置有色素脱除膜；第二色素脱除装置为吸附树脂柱；脱盐装置为膜浓缩设备，膜的孔径为150-200KDa；所述脱水装置包括真空反应釜和旋转蒸发器。2.如权利要求1所述的工业化生产甘油葡萄糖苷的系统，其特征在于：所述萃取系统还包括藻泥均料装置，所述藻泥均料装置、第一级萃取分离单元、第二级萃取分离单元依次连接；所述藻泥均料装置至少包括料仓，所述料仓下方设置有均料口，均料口中设置有控制阀；所述均料口为料仓出料口和布料板，或料仓出料口和布料杆构成的组合装置；所述萃取系统还包括初级真空分离室，所述藻泥均料装置、初级真空分离室、第一级萃取分离单元、第二级萃取分离单元依次连接，且初级真空分离室的构造和第一级、第二级萃取分离单元中的真空分离室的构造相同；所述第一级萃取分离单元、第二级萃取分离单元中的真空分离室以及初级真空分离室均由真空室、侧向密封室组成，所述真空室的顶面为网孔结构；所述侧向密封室设置在真空室的四周，由若干水封小室组成；所述低渗液萃取室由低渗液射流管、防护罩组成；所述低渗液射流管表面设置有若干低渗液出口；所述真空分离室还包括气水分离罐、抽气机，所述气水分离罐与真空分离室连接，抽气机与气水分离罐连接；所述萃取系统还包括过滤传送装置，所述过滤传送装置包括：过滤带、侧向防护板、过滤带传送清洗装置；所述侧向防护板紧密固定在过滤带的两侧边缘，且随过滤带同步传动；所述过滤带传送清洗装置为过滤带提供输送动力、调整过滤带状态以及清洗过滤带；所述过滤带依次穿过藻泥匀料装置、初级真空分离室、第一级萃取分离单元中的低渗液萃取室、真空分离室、第二级萃取分离单元中的低渗液萃取室、真空分离室，过滤带设置在初级真空分离室以及第一级、第二级萃取分离单元中的真空室的上表面，且与各真空室之间滑动接触；所述低渗液萃取室还包括过渡板，所述过渡板为无孔的光滑平面板，过渡板设置在过...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕雪峰，段仰凯，张凯，吴怀之，刘祥，
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：新型
国别省市：山东,37