CN104357327A - 一种利用豆制品废水大规模培养微藻的方法 - Google Patents

一种利用豆制品废水大规模培养微藻的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用豆制品废水大规模培养微藻的方法，其步骤包括：(1)微藻藻种扩大培养；(2)配制豆制品废水微藻培养基；(3)在豆制品废水微藻培养基中接入藻种，规模化培养微藻；(4)异养培养，使微藻细胞内油脂大量合成并积累；(5)分离回收微藻，提取微藻油脂。本发明利用豆制品废水培养能源微藻，既可以节约大量水资源和营养盐，大大降低微藻的培养成本，又可以有效地去除废水中的COD、TN和TP，实现能源微藻的再生和减排的双效模式，具有较好的产业化应用前景。

Description

一种利用豆制品废水大规模培养微藻的方法
技术领域
本发明涉及微生物培养技术领域，具体涉及一种利用豆制品废水大规模培养微藻的方法。
背景技术
当今全球能源消耗大约1.3×108KW，预计2050年全球能源需求将达到2.6×108KW，其中大部分来源于化石资源，全球石化能源短缺问题越来越严重，生物质能源作为一种可持续的绿色能源形式，受到世界范围内的广泛关注【刘玉环,阮榕生,孔庆学.利用市政废水和火电厂烟道气大规模培养高油微藻[J].生物加工过程,2008,56(3):29-33.】。
生物质能源是地球上最普遍的一种可再生能源，它是通过植物光合作用，将太阳能以化学能的形式贮存在生物体内的一种能量形式，被称为绿色能源。其中，微藻具有种类多样、生物产量高、生长繁殖快、生长周期短和自身合成油脂能力强等特点【Mata T M,Martins A A,Caetano N S.Microalgae for biodieselproduction and other applications:a review[J].Renew Sustain EnergyRev,2010,14(1):217-232.】，并且在增殖过程中大量吸收温室气体CO2，是制备生物质能源的良好材料。因此，微藻是一种极有前景的生物柴油可再生原料，微藻生物柴油产业化技术开发已成为近年来国内外生物能源领域及CO2减排领域的研究热点。
尽管微藻生物柴油有诸多优势，但在微藻生物柴油的实际生产中也存在着诸多问题，其中微藻生物柴油产业化生产的最大瓶颈是成本高，其中原料成本占总成本的75％【Pienkos P T,Darzins A.The promise and challenges ofmicroalgal-derived biofuels[J].Biofuels Bioproducts&Biorefining-Biofpr,2009,3(4):431-440】，因此，降低规模化培养微藻的成本是降低微藻生物柴油生产成本的关键。
发明内容
为克服上述技术缺陷，降低成产成本，本发明提供了一种利用豆制品废水培养微藻的方法。
本发明的技术方案如下：一种利用豆制品废水大规模培养微藻的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)微藻藻种扩大培养；
(2)配制豆制品废水微藻培养基；
(3)在豆制品废水微藻培养基中接入藻种，规模化培养微藻；
(4)异养培养，使微藻细胞内油脂大量合成并积累；
(5)分离回收微藻，提取微藻油脂。
所述步骤(1)中微藻藻种扩大培养方法为，在无菌条件下，挑选保存在平板上且生长良好的单一微藻藻株接入BG11液体培养基中，维持温度在23～30℃、光照强度为3000～7000LX、光暗比为14～18:10～6，封闭通气扩大培养，通气量为80～90L/h，微藻密度达到106～108ind/ml即获得微藻种子液。所述Blue-Green Medium(BG11)培养基的配制方法如下：
所述通气为将通入的空气经空气过滤器过滤，过滤空气中的微生物细菌，保证空气无细菌影响。
所述步骤(2)中，将豆制品废水首先静置沉淀，然后经过孔径为30～60μm筛绢过滤去除固形物，然后配成豆制品废水微藻培养基，所述豆制品废水微藻培养基中含有50～100mg/L氮元素、5～12mg/L磷元素和8～15mg/L镁元素，调解pH值为6.5～9。
所述步骤(3)中接入藻种与豆制品废水微藻培养基的体积百分比为5％～25％；大规模培养微藻的条件为：每日连续14～18小时持续光照并通入空气培养，pH值为7～9，培养温度为23～30℃，光照强度为3000～7000LX，充气量为70～90L/h。
所述步骤(4)中异养培养是通过添加葡萄糖后其维持浓度为10g～20g/L，在一定培养条件下进行培养，促进微藻细胞内油脂的积累，其中培养条件为：温度23～30℃，光照强度3000～7000LX，光照时间10～14小时/天，pH值为7～9。
所述步骤(5)中离心收集微藻，冷冻干燥后采用索氏提取器提取微藻油脂。
所述微藻为小球藻、硅藻。
本发明的有益效果为：本发明利用以废治废的创新理念，利用豆制品废水培养能源微藻用于生产生物柴油，本发明为降低微藻生物柴油产业化生产成本提供一种新的技术途径，可以产生巨大的经济效益和额外的生态效益。该方法易行，操作简便，一方面节约大量水资源和营养盐，大大降低微藻规模化培养的成本，另一方面微藻培养可以转移污水中的N和P而净化废水，有助于避免河流与湖泊的富营养化的危害，实现废水的资源化利用。
附图说明
图1为分别利用BG11培养基和豆制品废水优化培养基培养小球藻的生长曲线图；
图2为小球藻对豆制品废水的净化效果，其中(a)为小球藻对豆制品废水CODcr的去除率,(b)为小球藻对豆制品废水TN和TP的去除率。
具体实施方式
图1为在相同的条件下分别利用BG11培养基和豆制品废水优化培养基培养小球藻的生长曲线图。结果显示：小球藻在豆制品废水优化培养基中的生长情况与在BG11培养基的生长情况基本一致，都能良好的生长。
图2为小球藻对豆制品废水的净化效果，其中(a)为小球藻对豆制品废水CODcr的去除率,(b)为小球藻对豆制品废水TN和TP的去除率。结果显示：利用豆制品废水培养小球藻，能够有效地去除废水中的COD、TN和TP，去除率分别为72.9％、64.2％和84.9％，表明小球藻具有较强的氮磷去除能力。
下面通过具体实施例对本发明作进一步阐述。
实施例1：
(1)、将纯化单种小球藻接种于盛有上述BG11培养液中，置于恒温光照培养箱中进行16:8光暗比并封闭通气培养(通入的空气需经空气过滤器过滤，过滤空气中的微生物细菌，保证空气无细菌影响)，培养过程中每天震荡3次，震荡时间为3min，培养温度为25±1℃，光照强度为5000LX，充气量为80L/h，培养13天后藻种液中小球藻密度达到6×107 ind/ml。
(2)、豆制品废水首先静置沉淀，然后上清液经过孔径为45μm筛绢过滤去除固形物杂质，然后配成豆制品废水微藻培养基。所述豆制品废水硅藻培养基中含有浓度为71mg/L氮元素、8mg/L磷元素和10mg/L镁元素，调节pH值为7。
(3)、将藻种液以体积比为10％的接种量接入豆制品废水培养基，每日连续16小时持续光照并通入空气培养，pH值为7，培养温度为25±1℃，光照强度为5000LX，充气量为80L/h，微藻快速生长并大量繁殖，培养15天后藻细胞密度为1.52×108个/mL。
(4)、添加葡萄糖12g/L，在温度为25±1℃、光照强度为5000LX、光照时间为12小时/天、pH值为7的培养条件下异养培养7天，促使小球藻细胞内油脂合成并积累。
(5)、小球藻油脂积累稳定后通过离心收集微藻，冷冻干燥后采用索氏提取器提取微藻油脂，所述有机溶剂为甲醇：氯仿＝2:1，萃取24h至萃取液无色，测得藻细胞油脂含量为26.5±4％。
实施例2：
(1)、将纯化单种小球藻接种于盛有上述BG11培养液中，置于恒温光照培养箱中进行18:6光暗比并封闭通气培养(通入的空气需经空气过滤器过滤，过滤空气中的微生物细菌，保证空气无细菌影响)，培养过程中每天震荡3次，震荡时间为3min，培养温度为28±1℃，光照强度为7000LX，充气量为88L/h，微藻密度达到106～108ind/ml即获得微藻种子液。
(2)、豆制品废水首先静置沉淀，然后上清液经过孔径为60μm筛绢过滤去除固形物杂质，然后配成豆制品废水微藻培养基，所述豆制品废水微藻培养基中含有浓度为100mg/L氮元素、12mg/L磷元素和15mg/L镁元素，调节pH值为7。
(3)、将藻种液以体积比为15％的接种量接入豆制品废水微藻培养基，每日连续16小时持续光照并通入空气培养，pH值为7，培养温度为25±1℃，光照强度为5000LX，充气量为80L/h，微藻快速生长并大量繁殖，培养15天。
(4)、添加葡萄糖使其浓度为15g/L，在温度为25±1℃、光照强度为3000LX、光照时间为14小时/天、pH值为8的培养条件下异养培养7天，促使小球藻细胞内油脂合成并积累。
(5)、小球藻油脂积累稳定后通过离心收集微藻，冷冻干燥后采用索氏提取器提取微藻油脂，所述有机溶剂为甲醇：氯仿＝2:1，萃取24h至萃取液无色，获得高含量藻细胞油脂。
实施例3：
(1)、将纯化单种硅藻接种于盛有上述BG11培养液中，置于恒温光照培养箱中进行14:10光暗比并封闭通气培养(通入的空气需经空气过滤器过滤，过滤空气中的微生物细菌，保证空气无细菌影响)，培养过程中每天震荡3次，震荡时间为3min，培养温度为25±1℃，光照强度为7000LX，充气量为90L/h，培养数天后使微藻密度达到106～108ind/ml即获得微藻种子液。
(2)、豆制品废水首先静置沉淀，然后上清液经过孔径为55μm筛绢过滤去除固形物杂质，然后配豆制品废水硅藻培养基，所述豆制品废水硅藻培养基中含有浓度为80mg/L氮元素、10mg/L磷元素和8mg/L镁元素，调节pH值为6.5。
(3)、将藻种液以体积比为20％的接种量接入豆制品废水硅藻培养基，每日连续18小时持续光照并通入空气培养，pH值为8，培养温度为25±1℃，光照强度为5000LX，充气量为70L/h，硅藻快速生长并大量繁殖。
(4)、添加葡萄糖使得葡萄糖浓度为18g/L，在温度为25±1℃、光照强度为5000LX、光照时间为14小时/天、pH值为9的培养条件下异养培养7天，促使硅藻细胞内油脂合成并积累。
(5)、硅藻油脂积累稳定后通过离心收集微藻，冷冻干燥后采用索氏提取器提取微藻油脂，所述有机溶剂为甲醇：氯仿＝2:1，萃取24h至萃取液无色，获得高含量硅藻细胞油脂。
综上所述，尽管本发明的具体实施方式对本发明进行了详细描述，但本领域一般技术人员应该明白的是，上述实施例仅仅是对本发明的优选实施例的描述，而非对本发明保护范围的限制，本领域一般技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用豆制品废水大规模培养微藻的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)微藻藻种扩大培养；
(2)配制豆制品废水微藻培养基；
(3)在豆制品废水微藻培养基中接入藻种，规模化培养微藻；
(4)异养培养，使微藻细胞内油脂大量合成并积累；
(5)分离回收微藻，提取微藻油脂。
2.如权利要求1所述的利用豆制品废水大规模培养微藻的方法，其特征在于：所述步骤(1)中微藻藻种扩大培养方法为，在无菌条件下，挑选保存在平板上且生长良好的单一微藻藻株接入BG11液体培养基中，维持温度在23～30℃、光照强度为3000～7000LX、光暗比为14～18:10～6，封闭通气扩大培养，通气量为80～90L/h，微藻密度达到106～108ind/ml即获得微藻种子液。
3.如权利要求2所述的利用豆制品废水规模化培养微藻的方法，其特征在于：所述通气是将通入的空气经空气过滤器过滤，过滤掉空气中的微生物细菌。
4.如权利要求1所述的利用豆制品废水大规模培养微藻的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，将豆制品废水首先静置沉淀，然后经过孔径为30～60μm筛绢过滤去除固形物，然后配成豆制品废水微藻培养基，所述豆制品废水微藻培养基中含有浓度为50～100mg/L氮元素、5～12mg/L磷元素和8～15mg/L镁元素，调节pH值为6.5～9。
5.如权利要求1所述的利用豆制品废水大规模培养微藻的方法，其特征在于：所述步骤(3)中接入藻种与豆制品废水微藻培养基的体积百分比为5％～25％。
6.如权利要求1所述的利用豆制品废水大规模培养微藻的方法，其特征在于：所述规模化培养微藻的条件为：每日连续14～18小时持续光照并通入空气培养，pH值为7～9，培养温度为23～30℃，光照强度为3000～7000LX，充气量为70～90L/h。
7.如权利要求1所述的利用豆制品废水大规模培养微藻的方法，其特征在于：所述步骤(4)中异养培养是通过添加葡萄糖后保持其浓度为10g～20g/L，在一定培养条件下进行培养，促进微藻细胞内油脂的积累，其中培养条件为：温度23～30℃，光照强度3000～7000LX，光照时间10～14小时/天，pH值为7～9。
8.如权利要求1所述的利用豆制品废水大规模培养微藻的方法，其特征在于：所述步骤(5)中是通过离心收集微藻，冷冻干燥后采用索氏提取器提取微藻油脂。
9.如权利要求1所述的利用豆制品废水大规模培养微藻的方法，其特征在于：所述微藻为小球藻或硅藻。
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