[发明专利]一种采用磁性介质分离、收集微藻的方法

说明书

技术领域

本发明属于微藻分离领域，具体地，本发明涉及一种采用磁性介质分离、收集微藻的方法。

背景技术

微藻培养已经被广泛的应用于海产养殖、食品、制药和能源等领域，然而微藻的分离和收集成为制约微藻培养大规模放大主要因素之一。目前微藻的分离和收集的方法主要包括：离心、过滤、絮凝、气浮。采用离心方法需要昂贵的固定资产(离心机)投资且能耗大；采用过滤方法的效率低，膜容易堵塞，操作难度大；采用絮凝方法分离和收集微藻需要使用各种磁性分离介质，而磁性分离介质与微藻分离困难，容易造成目标产物的污染；气浮分离在微藻中应用时通常需要磁性分离介质或表面活性剂的辅助，存在着和絮凝方法同样的问题。

由于磁性材料具有易于分离、分离操作简单的特点，近几年来，采用磁性材料进行微藻分离的方法已有报道。Gao和Peng等采用蒙脱石和铜铁氧化物的复合物，成功的从水中分离有害微藻铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)，其磁性分离介质可以重复使用，但该磁性复合物的合成较为繁琐而且用量较大(Gao Z.W.，Peng X.J.，Zhang H.M.，Luan Z.K.，Fan B.Desalination，2009，247，337)；Liu和Li等采用壳聚糖修饰的磁性聚合物作为磁性分离介质，成功去除淡水中的藻华，但其磁性分离介质的合成较为复杂，磁性分离介质无法重复使用，受离子强度影响较大(Liu D.，Li F.T.，Zhang B.R.Water Sci.Technol.2009，59，1085)。由此可见，采用已有的磁性材料进行微藻的分离收集，其材料合成复杂，而且往往还需要改性或包被聚合物以与藻细胞偶联，这极大增加了成本，因此，大规模应用难度较大，而且其对培养液体系微藻分离尚未得到实验的验证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以磁性纳米颗粒为磁性分离介质的高效快速的微藻分离、收集方法。

本发明以Fe₃O₄纳米颗粒为磁性分离介质，在微藻培养结束后加入该磁性分离介质，通过搅拌达到充分混合后，采用永磁铁实现微藻的磁性分离和收集。

根据本发明的采用磁性介质分离、收集微藻的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)制备Fe₃O₄纳米颗粒，使其分散形成稳定的悬浮液，得到磁性分离介质备用；

(2)调节微藻培养液的pH值为8-10，在该pH范围内，藻细胞带正电荷，从而可与磁性介质通过电荷作用力结合；

(3)加入步骤(1)获得的磁性分离介质，磁性分离介质的用量为0.01-0.04％w/v，并搅拌；

(4)对步骤(3)中获得的微藻进行磁分离，除去上层清液，收集分离获得的微藻，其中Fe₃O₄纳米可以与微藻细胞表面结合，也可以进入微藻内，与其结合。

优选地，根据本发明的方法，在步骤(2)中，将所述微藻培养液置入搅拌反应器中，调节搅拌反应器中的温度为20-35℃，搅拌时间为1-3分钟，搅拌时间太短则Fe₃O₄纳米与微藻细胞无法充分结合，搅拌时间太长会导致机械搅拌的剪切力将表面结合的Fe₃O₄纳米与微藻细胞重新打散，这些都会降低微藻的分离效果。

优选地，根据本发明的采用磁性介质分离、收集微藻的方法，其中，在步骤(4)中，微藻进行磁分离时选用磁场强度为1000-3000奥斯特。

根据本发明的采用磁性介质分离、收集微藻的方法，其中，将步骤(4)收集的微藻进行目的代谢产物的提取，分离后得到的含磁性分离介质的微藻残渣在高温200-400℃的氮气气氛下煅烧1-2小时除去细胞残渣，回收得到Fe₃O₄纳米颗粒，重新用于微藻的分离收集。

根据的采用磁性介质分离、收集微藻的方法，Fe₃O₄纳米颗粒悬浮液的浓度为1-5％w/v、优选2％w/v。悬浮液浓度太稀会增加微藻培养体系中纳米颗粒悬浮液的添加量，会导致微藻细胞浓度被稀释，降低微藻的分离效果；悬浮液浓度太高增加了悬浮液中纳米颗粒的碰撞几率，导致纳米颗粒发生团聚并最终发生沉淀，悬浮液不易保存，微藻的分离效果下降。

因此，优选地，根据本发明的采用磁性介质分离、收集微藻的方法包括以下步骤：