一種高溫脅迫微藻快速積累油脂的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微藻生物能源研究領(lǐng)域，涉及一種高溫脅迫微藻快速積累油脂的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著化石能源的不斷消耗，二氧化碳持續(xù)排放，溫室效應(yīng)加劇，尋找新的可持續(xù)的再生能源可以有效減少大氣中二氧化碳的總排放量。許多可再生的生物質(zhì)已經(jīng)用來生產(chǎn)生物柴油，包括油菜籽、麻風(fēng)樹、棕櫚樹、餐廚垃圾及微藻等生物質(zhì)原料，其中微藻是一種生長(zhǎng)迅速且環(huán)境適應(yīng)性極強(qiáng)的生物，有很大的營養(yǎng)學(xué)、藥學(xué)及生物學(xué)價(jià)值，可以作為某些生物及醫(yī)藥行業(yè)的原料，用來生產(chǎn)高附加值營養(yǎng)品、生物柴油和魚類餌料。相對(duì)于其他生物質(zhì)，微藻是一種極具開發(fā)前景的生物質(zhì)，利用微藻生產(chǎn)生物柴油，可以大大減少占地面積、提高生產(chǎn)效率、節(jié)省時(shí)間。本發(fā)明可以用于微藻生物質(zhì)和油脂積累的開發(fā)和研究。
[0003]微藻生長(zhǎng)過程中，并不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)高生物質(zhì)和高油脂含量的同時(shí)積累，因此兩階段培養(yǎng)方案被認(rèn)為是一種比較合理的方法。具體方案包括:首先微藻在最適條件下生長(zhǎng)至對(duì)數(shù)期末期，使生物質(zhì)濃度達(dá)到最大，然后利用外部環(huán)境脅迫促使其進(jìn)行油脂的合成積累。氮磷饑餓培養(yǎng)是目前最普遍的促使微藻積累油脂的方法，但這種營養(yǎng)元素饑餓會(huì)導(dǎo)致微藻生物質(zhì)濃度的下降，而且脅迫方式所需時(shí)間較長(zhǎng)，因此會(huì)降低油脂生產(chǎn)的效率。此外，將微藻從氮磷豐富的培養(yǎng)液中轉(zhuǎn)移到缺乏氮磷營養(yǎng)鹽的培養(yǎng)液時(shí)，離心脫水過程將消耗大量電能，造成培養(yǎng)基的浪費(fèi)，不利于微藻生產(chǎn)生物柴油經(jīng)濟(jì)效益的提高。溫度作為微藻生長(zhǎng)必不可少的重要因素，能夠影響細(xì)胞內(nèi)化學(xué)組分合成。有研究設(shè)定不同溫度梯度來優(yōu)化微藻生長(zhǎng)和產(chǎn)油性能，通過周期培養(yǎng)確定最佳溫度條件，得到最大油脂含量和生物質(zhì)濃度；也有研究利用25-35°C溫度，在微藻生長(zhǎng)后期促進(jìn)油脂合成積累，結(jié)果表明高溫有利于生產(chǎn)油脂，但上述研究消耗時(shí)間長(zhǎng)，且對(duì)生物質(zhì)濃度造成了不利影響，導(dǎo)致生物量下降。研究表明，部分微藻在較高的溫度下生長(zhǎng)時(shí)，會(huì)促進(jìn)油脂的合成，提高其油脂含量。之前有研究表明，螺旋藻在40°C的條件下進(jìn)行培養(yǎng)，其油脂含量得到了提高，但由于其整個(gè)培養(yǎng)周期均在此溫度條件下進(jìn)行，導(dǎo)致其生物質(zhì)濃度偏低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服微藻生物質(zhì)生長(zhǎng)和油脂積累之間的矛盾，利用分步培養(yǎng)方案，提供一種操作簡(jiǎn)單、耗時(shí)短、效率高、易于實(shí)現(xiàn)的促進(jìn)微藻油脂快速積累的方法。利用高溫在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)一種快速且簡(jiǎn)易的環(huán)境脅迫方案，促使對(duì)數(shù)期末期的微藻在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)油脂的高效積累，同時(shí)不影響微藻生物質(zhì)濃度，由于脅迫時(shí)間較短，更有利于提高油脂產(chǎn)率，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用前景。
[0005]為解決上述問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]—種高溫脅迫微藻快速積累油脂的方法，微藻前期培養(yǎng)，直至所述微藻的生長(zhǎng)進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期末期，將上述微藻在能夠脅迫微藻積累油脂的溫度下培養(yǎng)1-2天，離心，即得高油脂含量微藻。
[0007]溫度是影響代謝酶活性的一個(gè)主要因子，也會(huì)影響到油脂的合成和脂肪酸的組成，在短時(shí)間的高溫條件下，微藻會(huì)對(duì)不利條件產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，積累油脂作為儲(chǔ)備物來抵抗不利環(huán)境。
[0008]優(yōu)選的是，所述微藻前期培養(yǎng)的具體步驟為:以BGll為培養(yǎng)基，在溫度20_25°C，曝氣量500-600mL/min，光照強(qiáng)度5000_60001ux條件下培養(yǎng)微藻10-15天。
[0009]優(yōu)選的是，所述BGll 培養(yǎng)基成分(g/L)為:NaN03，1.5 ；K2HPO4,0.04 ；MgS04.7H20，0.075 ；CaCl2.2Η20，0.036 ;檸檬酸，0.006 ;檸檬酸鐵銨，0.006 ；EDTA.2Na，0.001 ；Na2CO3,0.02 ;以及 lmL/L 的 A5。
[0010]優(yōu)選的是，所述A5 成分(g/L)為:Η3Β03，2.86 ；MnCl2.4H20，1.86 ；ZnSO4.7Η20，
0.22 ；Na2MoO4.2Η20，0.39 ；CuSO4.5Η20，0.08 ；Co (NO3)2.6Η20，0.05 0
[0011]優(yōu)選的是，所述微藻為四尾柵藻，購自山東省環(huán)境科學(xué)工程技術(shù)研究中心，藻種已保藏于中國科學(xué)院淡水藻種庫，保藏號(hào)為FACHB-1768，保藏日期:2013年12月。優(yōu)選的微藻種類為四尾柵藻，但對(duì)其種類并無特殊限定。
[0012]優(yōu)選的是，所述微藻的生長(zhǎng)進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期末期后，微藻的生物質(zhì)濃度為1.07?
1.118/1，油脂含量為23.4%?25.6%。判斷微藻的生長(zhǎng)狀況和油脂含量，為后續(xù)處理?xiàng)l件的選擇提供依據(jù)。
[0013]優(yōu)選的是，所述能夠脅迫微藻積累油脂的溫度為30-40°C，脅迫培養(yǎng)時(shí)間為1-2天。本發(fā)明中待微藻生長(zhǎng)進(jìn)入對(duì)數(shù)期末期才對(duì)微藻進(jìn)行高溫處理，不僅有利于提高油脂產(chǎn)率，同時(shí)不影響微藻生物質(zhì)濃度，在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)油脂的高效積累。脅迫溫度小于30°C，無法有效刺激微藻產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，油脂積累效果差，溫度大于40°C時(shí)，與油脂合成相關(guān)的酶活力下降，甚至部分失活，生物量和油脂積累效率隨著溫度的繼續(xù)升高呈下降趨勢(shì)。
[0014]優(yōu)選的是，所述離心條件為:于4_6°C、4000_4500r/min下離心5-10min。低溫離心保證微藻的生物質(zhì)成分不被破壞，并通過離心轉(zhuǎn)速的控制，使富含油脂的微藻快速沉積。
[0015]優(yōu)選的是，所述高油脂含量微藻，其油脂含量為32.6%?34.5%。油脂含量顯著提高，同時(shí)不影響微藻的生物質(zhì)濃度，可作為生物柴油燃料。
[0016]在本發(fā)明的一些實(shí)施方式中，所述微藻可以在一定的培養(yǎng)裝置和合適的外部環(huán)境控制下，進(jìn)行快速的生長(zhǎng)繁殖。所用術(shù)語“一定的培養(yǎng)裝置”可以是密閉式光生物反應(yīng)器(例如玻璃氣泡柱反應(yīng)器)、開放式跑道培養(yǎng)池或生物膜培養(yǎng)裝置(如半干固態(tài)貼壁培養(yǎng)裝置(CN201210051158.2))，其中上述裝置可按照次序串聯(lián)使用或單獨(dú)使用。所用術(shù)語“合適外部環(huán)境”是指適宜微藻生長(zhǎng)的溫度、光照、營養(yǎng)鹽和二氧化碳等因素的綜合。
[0017]本發(fā)明所述的高油脂含量微藻可用于提煉汽油、柴油、航空燃油，以及作為塑料制品和藥物的原料。
[0018]上述的方法可用于生產(chǎn)生物柴油或開發(fā)其他生物質(zhì)能源。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0020]1.本發(fā)明操作簡(jiǎn)單、耗時(shí)短、效率高、易于實(shí)現(xiàn)。
[0021]2.本發(fā)明不影響四尾柵藻生物質(zhì)濃度，可在I天時(shí)間內(nèi)快速提高四尾柵藻油脂含量。
[0022]3.本發(fā)明能促使四尾柵藻快速積累油脂，可用來生產(chǎn)生物柴油或作為其他生物質(zhì)能源開發(fā)的原料。
【附圖說明】
[0023]圖1為對(duì)數(shù)期末期的四尾柵藻在40°C高溫脅迫中，生物質(zhì)濃度隨繼續(xù)培養(yǎng)時(shí)間的變化。
[0024]圖2為對(duì)數(shù)期末期的四尾柵藻在40°C高溫脅迫中，油脂含量隨繼續(xù)培養(yǎng)時(shí)間的變化。
[0025]具體實(shí)施例如下:
[0026]實(shí)施例1
[0027]本發(fā)明涉及一種高溫脅迫微藻快速積累油脂、提高微藻產(chǎn)油效率的微藻培養(yǎng)方法。首先利用BGll培養(yǎng)基在溫度25°C，曝氣量600mL/min，光照強(qiáng)度60001ux的連續(xù)光照條件下，對(duì)微藻進(jìn)行培養(yǎng)。所培養(yǎng)的微藻為四尾柵藻，來自山東省環(huán)境科學(xué)工程技