一种利用微藻光合自养去除氨氮联产高直链淀粉的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用微藻光合自养去除氨氮联产高直链淀粉的方法，在以CO2‑

【技术实现步骤摘要】
一种利用微藻光合自养去除氨氮联产高直链淀粉的方法


[0001]本专利技术属于微藻
，具体涉及一种利用微藻去除氨氮联产高直链淀粉的方法。

技术介绍

[0002]水体中氨氮含量是检验水体能否合格排放至外部环境的重要指标之一，主要原因是含氨氮废水的直接排放会引起水体富营养化污染，导致水体缺氧并进一步影响水生生物的生长，高浓度氨氮还会引起水体富营养化，与鱼类血红蛋白结合造成其窒息甚至死亡。常用的传统生物法对水体氨氮的除去效率较低，处理后产生大量活性污泥且商业价值极低。面对传统处理方法的低效率、高耗能、高成本，使用细菌的生物修复一直被认为是一种更好的方法，因为它更便宜，更环保，并导致有毒化合物的完全矿化。尽管使用细菌取得了良好的效果，但降解后产生的生物质目前没有任何商业价值。此外，大多数有效细菌都是致病的，且生长条件要求也相对苛刻。
[0003]微藻作为一种分布广泛的光合生物，能够通过光合作用将CO2和太阳光转化成生物质并释放氧气，具有生长迅速，光合效率高、适应性强、不与粮争地、易于人工控制、后续附加值高等优点。同时，微藻可以利用氨氮作为氮源生长，每吸收1mg氨氮可以固定1.31～2.41mgCO2，是缓解温室效应、实现碳中和的有效途径之一。然而，目前利用微藻吸收氨氮效率较低，光合自养下氨氮吸收速率在12.0
‑
55.0mg/L/day，其主要问题在于氨氮吸收过程释放氢离子，导致pH急剧下降，致使微藻光合活性和生理代谢受到抑制，氨氮吸收过程也受到影响。目前控制培养液pH的方法为在线监测并实时添加酸碱，然而这需要额外配置复杂的pH监控装置，增加操作成本，且对于大量含氨氮废水的处理较困难。因此需要开发原位pH自控缓冲体系。传统的生物pH缓冲体系主要基于有机离子型缓冲剂，如三羟甲基氨基甲烷(TRIS)、 3
‑
马啉丙磺酸(MOPS)、4
‑
羟乙基哌嗪乙磺酸(HEPES)等。这些缓冲试剂的添加不仅价格昂贵，而且会增加培养体系化学需氧量(COD)，造成二次污染，不适用于实际废水体系氨氮的去除。因此，开发新型高效低成本无污染缓冲体系，是提高微藻氨氮吸收效率的重要途径。
[0004]直链淀粉是D
‑
葡萄糖基以α
‑
(1,4)糖苷键连接的多糖链，分子中有200个左右葡萄糖基，分子量在1
×
105～2
×
105，空间构象卷曲成螺旋形，每一回转为6个葡萄糖基。由于直链淀粉具有这样的空间结构，其分子间容易结合形成氢键，使淀粉糊易发生凝沉，同时具有抗剪切力强、成膜性能好的特点。高直链淀粉是指直链淀粉占总淀粉含量高于50％的淀粉，其保留了直链淀粉所具有的特性，可广泛应用于生物医用材料、特需医药食品等方面。高等植物(如玉米、大麦、马铃薯、小麦、水稻等)淀粉成分主要以支链淀粉为主，直链淀粉含量占总淀粉含量不超过40％。利用基因工程结合杂交技术选育高直链淀粉的农作物是目前常用的高直链淀粉种质选育方法，但其存在周期长、遗传不稳定、产量低等问题，导致目前我国高直链淀粉来源仍然长期受限。目前，国内年直链淀粉消费量约200万吨，由于高直链淀粉玉米相关种植资源不足，大多数从美国直接进口，价格是普通淀粉的16倍。此外，传统农作
物作为工业和医药用途的直链淀粉原料来源存在与人争粮、与粮争地的问题。因此，开发不依赖于粮食作物的高直链淀粉新来源，以提升其生产能力，将可能在较短时间内满足国内日益增长的市场需求，缓解未来粮食危机，具有良好的经济效益和社会效益。
[0005]某些微藻(如亚心形四爿藻)在胁迫条件下(如高光、低营养等)可以积累大量淀粉，且其培养不与粮争地，可与氨氮等废水处理过程耦合，易于人工控制，是生产非粮淀粉的理想途径。利用微藻生产高直链淀粉，不仅可以解决高直链淀粉生产使用依赖进口的问题，且养殖微藻不占用耕地，此举具有重要的经济和社会意义。然而，微藻淀粉与高等植物类似，其成分以支链淀粉为主，且现有微藻生产高直链淀粉产率及含量过低，不能满足社会对高直链淀粉的消耗需求。因此需要开发新的调控技术，实现微藻高直链淀粉积累并提高其生产效率。

技术实现思路

[0006]鉴于上述不足，本专利技术提供了一种如何利用原位pH自控缓冲体系维持微藻光合活性和固碳能力，使其高效去除氨氮，同时联产具有高附加值的高直链淀粉的方法。
[0007]本专利技术是通过如下技术方案实现的：
[0008]在含氨氮的营养盐水体中，通入富含CO2的空气并添加碳酸盐或碳酸氢盐，维持适宜pH 和光合活性，使微藻光合固碳吸收氨氮并积累高直链淀粉，在氨氮吸收完全并产生高直链淀粉后收获藻细胞。
[0009]进一步地，所述含氨氮营养盐水体组成包括：
[0010]NH
4+
‑
N：10～100mg/L。
[0011]进一步地，所述含氨氮营养盐水体组成还包括：
[0012]PO
43
‑
：4～178mg/L；Fe
3+
：0.33～0.98mg/L；EDTA
·
2Na：2.18～6.54mg/L；
[0013]Cu
2+
：1.95～5.84μg/L；MoO
42
‑
：2.45～7.34μg/L；Zn
2+
：4.42～13.28μg/L；
[0014]Co
2+
：1.24～3.72μg/L；Mn
2+
：30.46～91.38μg/L；Na
+
：7.37～12.33g/L；
[0015]Cl
‑
：13.29～24.31g/L；HCO3‑
：63.18～189.54mg/L；Mg
2+
：0.53～1.59g/L；
[0016]Ca
2+
：0.19～0.57g/L；K
+
：94.19～310.31mg/L；Br
‑
：28.91～92.10mg/L；
[0017]BO
33
‑
：11.42～32.35mg/L。
[0018]进一步地，所述微藻为四爿藻(Tetraselmis)。
[0019]进一步地，所述碳酸盐包括：碳酸镁和/或碳酸钙以及富含碳酸镁和/或碳酸钙的物质。
[0020]进一步地，所述碳酸氢盐包括：碳酸氢钠以及富含碳酸氢钠的物质。
[0021]进一步地，所述CO2所占空气体积含量的1％～5％。
[0022]进一步地，所述碳酸盐或碳酸氢盐的添加量为10～90mM。
[0023]进一步地，所述添加碳酸盐或碳酸氢盐的时机为接种后的0～4天；收获时间为添加碳酸盐或碳酸氢盐后5～8天。
[0024]本专利技术还公开了一种根据上述任一方法获得的高直链淀粉。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0026]1、CO本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用微藻去除氨氮联产高直链淀粉的方法，包括：在含氨氮的营养盐水体中，通入富含CO2的空气并添加碳酸盐或碳酸氢盐，维持适宜pH和光合活性，使微藻光合固碳吸收氨氮并积累高直链淀粉，在氨氮吸收完全并产生高直链淀粉后收获藻细胞。2.根据权利要求1所述的方法，其中：所述含氨氮营养盐水体组成包括：NH
4+
‑
N：10～100mg/L。3.根据权利要求1所述的方法，其中：所述含氨氮营养盐水体组成还包括：PO
43
‑
：4～178mg/L；Fe
3+
：0.33～0.98mg/L；EDTA
·
2Na：2.18～6.54mg/L；Cu
2+
：1.95～5.84μg/L；MoO
42
‑
：2.45～7.34μg/L；Zn
2+
：4.42～13.28μg/L；Co
2+
：1.24～3.72μg/L；Mn
2+
：30.46～91.38μg/L；Na
+
：7.37～12.33g/L；C...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚长洪，申雨韩，张浩宇，潘云云，谢通慧，张永奎，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：