[发明专利]一种碱絮凝收获及循环培养微藻的方法

说明书

本发明公开了碱絮凝收获及循环培养微藻的方法。本发明利用含有碳酸氢盐的培养基培养微藻，利用其高碱性，加入低浓度絮凝离子进行絮凝沉降，收获微藻。随后，向絮凝沉降后的上清液中鼓入CO₂，使其再次产生碳酸氢钠，再利用物理或化学方法处理上清液，用于微藻的循环培养，达到重复利用碳源、营养盐和水的目的。又节省了微藻的收获和培养成本，这对于微藻的大规模培养有重要的应用前景。本发明主要用于盐生杜氏藻的培养。

技术领域

本发明涉及微藻生物技术领域，具体涉及一种碱絮凝收获及循环培养微藻的方法。

背景技术

微藻具有生长快、单位面积产率高的特性，在各领域都发挥着重要作用。包括保健食品、药物、精细化学品、水产饵料和生物能源等。同时，因其能够利用城市污水中的营养盐生长，还可高效地固定二氧化碳，因此能够减缓当前的水污染和碳排放问题。

二氧化碳作为微藻生长所需的原料，其供应是微藻生产的主要成本之一。在微藻培养中，大部分培养体系是以鼓泡通气的方式提供二氧化碳，但在实际应用中存在二氧化碳气体压缩能耗大、运输成本较高的问题，而且二氧化碳无法全部溶于水中，浪费严重。如果利用空气中的二氧化碳作为碳源，由于其浓度低，导致微藻生长缓慢，生产效率低。利用碳酸氢盐可以克服这些问题，但是碳酸氢盐本身成本较高，因此，需要进行循环利用。利用碳酸氢盐微藻培养过程中，pH上升，再生了碳酸盐，因此，培养结束后分离得到的上清液可以用来吸收二氧化碳，并循环利用进行微藻培养。

循环培养液也有利于解决用盐成本和用水成本过高的问题。以盐生杜氏藻为例，每次培养最多需用35％的NaCl，如果不能将其回收利用，培养成本会非常昂贵。但通常来说，微藻会分泌一些胞外产物，或在培养过程中有些细胞裂解，导致胞内物质泄漏，并产生细胞碎片，这些物质对微藻一般来说都有伤害，为循环利用培养基造成了挑战，因此，需要经过处理去除这些抑制物，否则不能保证循环培养的顺利进行。

微藻培养结束后，由于微藻细胞的特性，采收比较困难、其成本很高，占整个生产成本的20-30％。传统微藻生物质收获方法主要是离心、过滤、添加无机或有机絮凝剂进行絮凝等，在这些采收方式当中，离心采收耗能较大，对藻体有损伤，不适于大规模应用；过滤容易造成膜污染，降低采收效率；絮凝剂采收时，向水体中添加絮凝剂一方面会引入外来化合物造成水体污染，影响下游的操作造成再次分离困难，另一方面由于絮凝剂价格昂贵，使用絮凝剂会增加生产成本，在微藻大规模商业化生产中使用受到限制。

综上所述，利用方法进行微藻生产，存在培养成本高、收获成本高、循环利用培养液难的问题，目前急需一种可以综合考虑到这些问题，并将其一揽子解决的整体生产方案，而这正是本发明所要解决的技术问题。

发明内容

为解决现有的技术问题，本发明提供一种培养微藻、碱性絮凝收获微藻、处理上清液，并将其循环利用继续培养微藻方法，通过建立低成本的收获方法，并能回收培养基多次用于微藻的培养，达到同时降低微藻的培养和收获成本的目的。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

在微藻培养系统中利用碳酸氢盐培养微藻，并利用培养微藻后培养基所产生的高碱性环境，在其中加入低浓度Ca²⁺、Fe³⁺等絮凝离子，使其与碳酸根或氢氧根反应，从而促进微藻的沉降，达到降低微藻收获成本的目的，之后再利用上清液中的高碱性环境吸收CO₂，生成碳酸氢盐为微藻生长提供碳源，从而降低碳供应成本。除了碳之外，氮、磷和微量元素在培养过程中也会损失一部分，而在絮凝沉降过程中，Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺等会损失一部分，因此，要进行循环培养，需要将这些营养元素和离子补充至其在初始培养基中的浓度。之后，利用物理或化学方法去除循环培养液中的抑制物，这样才能保证循环培养得以实现。

该方法具体包括如下步骤：