一种超声辅助微藻原位提取油脂的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及生物工程领域，具体地，涉及一种微藻原位提取油脂的方法，更具体地，涉及一种超声辅助微藻原位提取油脂的方法。
【背景技术】
[0002]由于石油资源日益枯竭和环境问题的严峻紧迫，可再生能源的开发利用成为关系国计民生的战略性需求。生物柴油是生物能源的重要产品，但因原料不足使产业发展受到严重制约。微藻具有光合效率高、零净碳值、易培养、生长周期短、油含量高等优点，是一种极具前景的生物柴油大宗原料，近年已出现了大量的利用微藻生产生物柴油的新技术和新方法。
[0003]目前，通过能源微藻生产生物柴油的技术路线在实验室已实现，但存在的核心问题是生产成本太高且产业化技术研宄较少，如何从工程角度进行产业化技术改进和深入研宄微藻油脂合成机理，提高油脂产量是亟待解决的关键问题。近年来的研宄热点集中于藻种选育和培养条件优化，利用代谢工程提高培养密度和油脂含量，设计微藻高密度培养的光生物反应器等方面。尽管一定程度上提高了产量，但实际藻液生物质含量仍然很低，通常密闭式反应器培养获得藻体生物量约4g/L，开放式培养约0.14g/Lo对于如此低生物质含量的藻液，藻体采收和油脂提取是制备微藻柴油技术路线的关键步骤，是决定最终能量输出的重要影响因素。据测算，在微藻柴油的制备过程中，藻体采收、细胞干燥和油脂提取约占生物柴油生产成本的50%，导致整个生产过程能源输入接近、等于或大于输出的不平衡，限制了工业化应用。因此，该阶段技术改进对降低生产成本有重要意义。
[0004]文献CN201110350428.5提供了一种微藻油脂膜基原位萃取的方法，其包括以下步骤:(1)微藻连续培养:将产油藻种在培养基中培养至生长稳定期，产油藻种的细胞内逐渐积累油脂；(2)原位萃取油脂:将经连续培养积累油脂后的藻液输入萃取体系，同时输入萃取溶剂与藻液共混形成两相体系，藻体油脂不断萃取至溶剂相；萃取溶剂与藻液逐渐分层，上层萃取溶剂循环使用，下层藻液循环至连续培养步骤；(3)实时检测萃取溶剂中的油脂含量，若油脂浓度无显著增加，则油脂萃取趋于饱和，移除油脂饱和的萃取溶剂，加入新的萃取溶剂。其中，布朗葡萄藻(Botryococcus braunii)的生物相容性溶剂十四烧以lOmL/min的流量通入中空纤维膜组件的管层，藻液通入中空纤维膜组件的管外，十四烷通过中空纤维膜的膜孔分散成微小液滴进入藻液，密集的溶剂液滴因密度较小逐渐上浮，在上升过程中与藻细胞充分接触并萃取藻体油脂。并且，该文献方法中，萃取进行2天后萃取剂十四烷中油脂浓度己经达到最大值520mg/L，对油脂的提取率达到了 50.15%，而对照组提取率为38.05%。2天之后十四烷中油脂含量变化不大，而藻液中油脂含量逐渐恢复。此夕卜，该文献方法中，检测96h原位萃取过程中，细胞存活率保持在90%以上。
[0005]但是，研宄发现，上述原位提取微藻油脂的方法中，原位提取的时间需要在36小时以上，并且经过原位提取微藻油脂后的藻液中，微藻再次积累油脂的速度出现较大程度地下降，因此存在提取周期长和难以循环进行的缺陷。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为了克服现有的原位提取微藻油脂的方法中存在的提取周期长和难以循环进行的缺陷，提供一种具有较短提取周期且更易循环进行的原位提取微藻油脂的方法。
[0007]本发明的发明人出乎意料地发现，将含有活微藻的藻液加入有机溶剂中后，用贴壁式超声发射单元进行超声处理，不但能够以较高的产率和速度提取微藻油脂，还能刺激微藻保持甚至提高其再次累积油脂的能力，由此得到了本发明。
[0008]为了实现上述目的，本发明提供一种原位提取微藻油脂的方法，该方法包括如下步骤:(a)向容器中的有机萃取溶剂中加入含有活微藻的藻液；所述容器的侧壁上设置有贴壁式超声波发射装置；所述贴壁式超声波发射装置至少包括一组超声波发射单元，所述超声波发射单元包括对向设置在所述容器的同一横截面上的至少两个贴壁式超声波振子；(b)用所述贴壁式超声波发射装置对所述容器中的物料进行超声波处理；(C)所述容器的底部收集水相液体；(d)将所述水相液体继续进行光照培养。
[0009]通过上述技术方案实现了微藻培养、油脂提取不间断进行，且油脂提取后微藻仍能保证微藻活性，实现了微藻连续规模化油脂生产。
[0010]本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0011]附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0012]图1是本发明所用的超声辅助微藻原位提取油脂的装置的示意图。
[0013]附图标记说明
[0014]I微藻光照培养器2第一婦动泵
[0015]3液体分布器4第一超声波发射单元
[0016]5第二超声波发射单元 6容器
[0017]7水相区8第二蠕动泵
【具体实施方式】
[0018]以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0019]参照图1，本发明提供了一种原位提取微藻油脂的方法，其中，该方法包括如下步骤:(a)向容器6中的有机萃取溶剂中加入含有活微藻的藻液；所述容器6的侧壁上设置有贴壁式超声波发射装置；所述贴壁式超声波发射装置至少包括一组超声波发射单元，所述超声波发射单元包括对向设置在所述容器6的同一横截面上的至少两个贴壁式超声波振子；(b)用所述贴壁式超声波发射装置对所述容器6中的物料进行超声波处理；(c)所述容器6的底部收集水相液体；(d)将所述水相液体继续进行光照培养。
[0020]其中，优选地，相对于所述容器6中每升的有机萃取溶剂，所述含有活微藻的藻液的加入速度为l_20mL/min，更优选为2-10mL/min。其中，相对于所述容器6中每升的有机萃取溶剂，含有活微藻的藻液的总加入量可以为0.3-3升，优选为1-2升。
[0021]其中，优选地，所述含有活微藻的藻液通过具有孔的液体分布器3加入所述容器6中，所述孔的孔径为l_5mm，更优选为2-4mm。
[0022]其中，通过控制含有活微藻的藻液的加入速度和液体分布器3的孔的孔径，可以调整含有活微藻的藻液在所述有机萃取溶剂中的保留时间为0.5-10小时。
[0023]其中，所述容器6中的有机萃取溶剂的温度可以为15_45°C，优选为20_40°C。
[0024]其中，所述有机萃取溶剂只要能溶解微藻油脂且具有较好的生物相容性并且不与水互溶即可，优选地，所述有机萃取溶剂包括含有10-18个碳原子的烷烃，例如癸烷、十二烷、十四烷、十六烷和十六烷中的至少一种，更优选为十六烷；所述微藻可以为常规的的各种生产油脂的微藻，例如所述微藻可以包括小球藻、硅藻、葡萄藻和金藻中的至少一种，优选地，所述微藻为小球藻，所述小球藻可以小球藻(Chlorella sorokiniana)、原始小球藻(Chlorella protothecoides)、蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)和普通小球藻(Chlorella vulgaris)中的至少一种。上述微藻可以通过商购获得。
[0025]其中，所述超声波处理的条件可以包括:超声体积比功率为10-80W/L，频率为20-100kHz ;优选地，所述超声波处理的条件包括:超声体积比功率为20-70W/L，频率为25-50kHzo其中，超声波处理的时间没有特别的要求，随着藻液的加入，可以持续地进行超声波处理。
[0026]其中，所述超声波发射单元包括至少一对贴壁式超声波振子，即所述超声波发射单元至少包括相对设置的第一超声波振子和第二超声波振子，所述超声波发射单元也可以包括两对以上的贴壁式超声波振子；优选地，所述超声波发射单元包括正交设置在所述容器6的同一横截面上的四个贴壁式超声波振子。
[0027]其中，为了进一步提高微藻油脂的提取效率并且增加提取后的微藻再次产油的能力，优选地，所述贴壁式超声波发射装置包括至少两组高低设置的所述超声波发射单元，例如，所述贴壁式超声波发射装置包括设置在容器6上层的第一超声波发射单元4和设置在容器6下层的第二超声波发射单元5。
[0028]其中，所述超声波发射单元中的贴壁式超声波发射振子可以同时发射超声波。为了进一步提高微藻油脂的提取效率并且增加提取后的微藻再次产油的能力，优选地，所述超声波发射单元中，相对设置的两个贴壁式超声波振子