[发明专利]一种高pH诱导、耦合二氧化碳减排的微藻采收新方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种微藻培养物的采收方法，具体涉及一种高pH诱导、耦合二氧化碳减排的微藻采收新方法。

背景技术：

微藻营养丰富，富含蛋白质、维生素和多不饱和脂肪酸等物质，在保健食品、生物饵料、医药、以及生物燃料等工业领域有着极好的应用前景。然而，目前阻碍微藻产业发展的关键问题是培养生产成本过高，而采收成本是限制微藻培养成本的主要因素之一。在微藻培养中，通过化学絮凝法，即向培养物中添加少量可使细胞絮凝的大分子或小分子化合物，浓缩细胞，进而对浓缩细胞离心或过滤实现细胞收集，是目前最常用的采收方法。虽然该方法对微藻细胞具有较高的浓缩效率，但化学絮凝剂要么絮凝剂自身成本太高而抵消了絮凝浓缩细胞所降低的成本，要么对人体或动物具有毒副产物而妨碍微藻生物质资源的后续利用开发，要么对微藻细胞生长具有毒害或抑制作用使采收后的培养基（上清液）难以循环用于微藻养殖，造成了培养基的浪费。而在微藻大规模培养中，由于加入化学絮凝剂，而所有絮凝剂至少都会抑制培养微藻的生长，因而采收后的培养基势必被大规模排放，将会导致严重的环境问题，其中包括絮凝剂带来的环境安全问题和培养基营养成分带来的富营养化问题。因此，综上所述，化学絮凝法在微藻采收技术上的进一步推广和放大收到了极大得限制。而通过电、磁、超声波等物理方法建立的微藻采收技术不仅存在效率偏低、耗能较高等问题，尚未建立成熟的技术。因此，开发出一种绿色高效的微藻采收预处理方法是微藻产业化进一步发展所必须解决的问题。

近年来，有报道称可以通过大量补充碱液而快速提高培养物的pH，有效诱导培养物中藻细胞的絮凝浓缩、实现低能耗采收，采收后的高pH培养基（上清液）可通过加酸中和培养基而使培养基可以循环利用。该方法的仍然存在较高成本问题，但由于目前培养的多数单细胞微藻的最佳生长的pH范围接近中性（6.5-7.5），因此，加碱诱导的成本较高，而采收后的中和pH所大量加入的酸包括盐酸、硫酸或二氧化碳，又会增加新的成本。同时，该方法若使用盐酸和硫酸中和高pH采收上清液，虽然可在一定程度上减少培养基的排放，循环利用培养基，但随着循环时间延长，可大幅度提高培养物中的盐度，抑制细胞的生长。加入二氧化碳似乎是其中较为合理的选择，可以在不改变盐度的情况下补充碳源，但添加碱液的成本仍然较高，而二氧化碳溶入水中后为弱酸，添加量大，而且酸化终点为适宜微藻生长的pH（6.5-7.5），在该范围内,溶入培养基的CO₂会大量溢出，导致碳源浪费。

发明内容：

本发明的目的是提供一种能使微藻自动沉降，低成本、高效补碳、绿色环保且有利藻细胞长期培养生长的高pH诱导、耦合二氧化碳减排的微藻采收新方法。

本发明的高pH诱导、耦合二氧化碳减排的微藻采收新方法采用了高pH诱导下藻体自动沉降，为随后的藻体离心分离提供了高浓度的藻液，不仅有效的降低了以往采收过程中的高耗能问题，而且也不会对下游处理工艺造成影响。同时在分离得到的高碱上清液中采用耦合CO₂减排补碳技术，不仅使得高碱上清液可循环用于微藻培养，而且也提高了CO₂补碳的传质效率（酸性CO₂气体在碱性溶液中传质效率高），大大降低了微藻工业化生产成本和肥料成本，从而实现了本发明的目的。

本发明的高pH诱导、耦合二氧化碳减排的微藻采收新方法，其特征在于，选择最佳生长pH值在8.2≤pH≤12.3范围、适应高碱性、以HCO₃^-为主要碳源并具良好的pH漂移特性的微藻作为藻种，用微藻的培养基对其进行常规培养，所述的培养基中的无机碳源以HCO₃^-为主，培养基的起始pH≥8.2，在培养过程中用CO₂控制培养体系的pH值为8.2~9.5之间，当微藻细胞浓度达到适宜采收浓度后，停止补充CO₂不再控制培养体系的pH值，在微藻细胞光合固碳作用的驱动下或既在微藻细胞光合固碳作用的驱动下又添加碱液使培养物的pH值上升至pH10~12.3之间，诱导微藻细胞自沉降，微藻细胞沉淀浓缩于培养容器底部，上层培养液逐步澄清，将下层微藻细胞沉淀与上层高碱上清液分离，由此得到沉淀的微藻细胞和高碱上清液，再在高碱上清液中补入CO₂将其pH值降低到适宜微藻生长的pH值水平，同时补充由于微藻细胞生长而消耗的其他营养物质而作为新的培养基进行循环利用培养微藻。