專利名稱：一種快速破碎微藻細(xì)胞的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種快速破碎微藻細(xì)胞的方法，特別是快速 破碎產(chǎn)生物柴油微藻細(xì)胞的方法。
背景技術(shù)：
微藻油脂，又稱單細(xì)胞油脂，可以用來制取生物柴油。微藻產(chǎn)油能力較強，是大豆 的30倍，與其他油料作物相比，微藻培養(yǎng)生產(chǎn)生物柴油所需占地面積最少，同時可以利用 灘涂地、荒廢地等非耕地。微藻還具有受氣候影響小、生產(chǎn)成本低、生長周期短等優(yōu)點，因此 微藻油脂具有很大的開發(fā)潛力。近10年來，隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展，大量化石能源的使用和消耗，導(dǎo)致能源嚴(yán) 重枯竭和環(huán)境日益惡化，特別是CO2排放的急劇增加引起嚴(yán)重的溫室效應(yīng)。而微藻具有利用 太陽能固定CO2合成制備生物柴油所需油脂的能力。利用微藻油脂這一新的油脂資源，可 實現(xiàn)能源和環(huán)境的和諧而可持續(xù)發(fā)展。由于微藻藻體小和具有細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，其細(xì)胞破碎是 目前利用微藻生產(chǎn)生物柴油所需油脂工藝中的一個難點之一，也是造成目前微藻油脂制備 生物柴油成本居高不下的關(guān)鍵因素之一。傳統(tǒng)的微藻細(xì)胞破碎方法有珠磨法(Cero' η等， Journal of Agricultural and Food Chemistry，2008 年 24 期)，凍融法(彭衛(wèi)民等，食品 科學(xué)，1999年06期)，玻璃珠法(陳偉平等，生物技術(shù)，2008年01期)，超聲波法(Sien等， International Journal of Agricultural &Biological Engineering，2009 年 01 期)等。 其中，研磨法是利用微藻在研磨過程中因摩擦而破碎，實現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)釋放到溶液的過程， 該方法具有操作繁瑣，細(xì)胞破碎程度較低，不能實現(xiàn)規(guī)模化等缺點；凍融法是利用藻細(xì)胞在 低溫下凍結(jié)而體積膨脹，導(dǎo)致細(xì)胞空隙變大，甚至引起碎裂，該方法存在不能實現(xiàn)規(guī)?；?運行成本高，能耗高等問題；玻璃珠法是在高轉(zhuǎn)速條件下，藻細(xì)胞與玻璃珠之間因劇烈碰撞 而破碎，該方法具有運行成本偏高、破碎效果差等缺點；超聲波法是利用超聲波改變細(xì)胞膜 的通透性，甚至破壞細(xì)胞膜，實現(xiàn)細(xì)胞的破碎，該方法具有運行成本偏高、不能實現(xiàn)規(guī)?；?破碎等缺點。上述方法目前面臨的難題主要是成本過高和破碎量有限。因此，急需找到一 種合適的微藻細(xì)胞規(guī)?；扑榉椒?。近年由于石油價格的大幅上漲，使得利用自養(yǎng)微藻產(chǎn)油脂開發(fā)燃料的研究得到許 多機構(gòu)高度的重視，出現(xiàn)了許多微藻能源公司。綠能公司從2004年9月開始在麻省理工學(xué) 院20MW電廠進(jìn)行示范反應(yīng)器的運行，成功驗證了在現(xiàn)實環(huán)境下的可行性。2006年11月，美 國 GreenFuel Technology Corp禾口 Arizona Public Service Company 艮道了 以微藻為生物 質(zhì)原料制備生物柴油研發(fā)所取得的進(jìn)展。上述兩公司在亞利桑那州建立了可與1040兆瓦 電廠煙道氣相聯(lián)接的商業(yè)化系統(tǒng)，成功地利用煙道氣中的C02，大規(guī)模光合成培養(yǎng)微藻，并 將微藻轉(zhuǎn)化為生物“原油”，其產(chǎn)率可達(dá)到每年、每英畝提供5000-10000加侖(3784-7567L/ 畝)生物柴油及相應(yīng)量生物乙醇的水平。美國綠能公司預(yù)計2008年將在亞歷桑那州開始 商業(yè)化生產(chǎn)，以后的發(fā)展目標(biāo)地是澳大利亞和南非。美國能源部(DOE)每年投資數(shù)百萬美 元以推進(jìn)該項目的商業(yè)化進(jìn)程。目前微藻產(chǎn)生物柴油尚未實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，還沒有發(fā)現(xiàn)一種可規(guī)?；扑槲⒃寮?xì)胞且成本低廉的方法。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中微藻破碎成本高、不能大規(guī)模生產(chǎn)的不足，本發(fā)明的目的在于提 供一種大規(guī)模、快速破碎產(chǎn)生物柴油微藻細(xì)胞、破碎成本低、反應(yīng)條件溫和、環(huán)境友好、操作 過程簡單、微藻細(xì)胞破碎率高、油脂得率高的方法。本發(fā)明快速破碎微藻細(xì)胞的方法包括如下內(nèi)容待破碎的微藻與液氮混合處理 0. 1 1小時，優(yōu)選0. 1 0. 5小時，再經(jīng)機械研磨破碎得到細(xì)胞破碎的微藻。本發(fā)明方法中，待破碎的微藻可以是小球藻、微綠球藻、扁藻、杜氏藻、隱甲藻、等 鞭金藻或硅藻等種類的微藻，可以使用干的微藻，也可以使用濕的微藻。本發(fā)明方法中，液氮可以為普通的商品液氮，微藻與液氮的混合體積比為1 2 5 I0本發(fā)明方法中，微藻與液氮混合處理后先進(jìn)行解凍處理，然后機械研磨破碎，機械 破碎可以采用常規(guī)的機械，如碾壓機、球磨機等。微藻與液氮混合處理過程也可以同時進(jìn)行 機械破碎處理。本發(fā)明方法中，細(xì)胞破碎后的微藻經(jīng)光照0. 5 2小時后用于油脂提取，油脂提取 可以采用常規(guī)的萃取法等，如采用石油醚萃取等。光照可以采用日光或其它光線。在進(jìn)行 光照之前可以用清水進(jìn)行沖洗。本發(fā)明中液氮快速破碎微藻細(xì)胞主要是利用加入的液氮使藻體在短時間內(nèi)溫度 快速下降到-196°C，藻細(xì)胞形成冰凍而急劇膨脹，在機械作用下細(xì)胞破碎，同時油脂等有效 成分得到保護(hù)。細(xì)胞的破碎情況可以利用顯微鏡觀察，并用計數(shù)板計數(shù)的方法確定。用石油醚提 取的油脂，烘干后用電子天平測油脂重量。本發(fā)明微藻細(xì)胞的破碎是利用液氮來破碎，通過后處理技術(shù)可直接提取油脂，操 作過程簡單，生產(chǎn)成本低，無環(huán)境污染，可規(guī)?；且环N滿足工業(yè)化需求、實用性很強的新 方法。
具體實施例方式下面通過實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明方法的過程和效果。實施例1將需破碎的藻IOg(烘干后質(zhì)量)加入研缽中，向研缽中加入液氮，加入液氮量為 覆蓋住藻體，在常溫常壓下反應(yīng)0. lh，待藻解凍后，用杵研磨1分鐘，蒸餾水沖洗，顯微鏡下 觀察破碎情況，用計數(shù)板統(tǒng)計細(xì)胞破碎個數(shù)，后在太陽光下照射lh，用石油醚提取油脂，烘 干后稱量。統(tǒng)計細(xì)胞破碎情況及對油脂提取進(jìn)行取樣分析，結(jié)果見表一。實施例2將需破碎的藻IOg(烘干后質(zhì)量)加入研缽中，向研缽中加入液氮，加入液氮量為 藻體體積的30%，在常溫常壓下反應(yīng)0. 3h，反應(yīng)的同時進(jìn)行攪拌研磨，待藻解凍后，用杵研 磨1分鐘，蒸餾水沖洗，顯微鏡下觀察破碎情況，用計數(shù)板統(tǒng)計細(xì)胞破碎個數(shù)，后在太陽光 下照射lh，用石油醚提取油脂，烘干后稱量。統(tǒng)計細(xì)胞破碎情況及對油脂提取進(jìn)行取樣分4析，結(jié)果見表一。實施例3將需破碎的藻IOg(烘干后質(zhì)量)加入研缽中，向研缽中加入液氮，加入液氮量為 覆蓋住藻體，在常溫常壓下反應(yīng)0.證，待藻解凍后，用杵研磨1分鐘，蒸餾水沖洗，顯微鏡下 觀察破碎情況，用計數(shù)板統(tǒng)計細(xì)胞破碎個數(shù)，后在太陽光下照射lh，用石油醚提取油脂，烘 干后稱量。統(tǒng)計細(xì)胞破碎情況及對油脂提取進(jìn)行取樣分析，結(jié)果見表一。實施例4將需破碎的藻IOg(烘干后質(zhì)量)加入研缽中，向研缽中加入液氮，加入液氮量為 藻體體積的20%，在常溫常壓下反應(yīng)0. 5h，待藻解凍后，用杵研磨3分鐘，蒸餾水沖洗，顯 微鏡下觀察破碎情況，用計數(shù)板統(tǒng)計細(xì)胞破碎個數(shù)，后在太陽光下照射lh，用石油醚提取油 脂，烘干后稱量。統(tǒng)計細(xì)胞破碎情況及對油脂提取進(jìn)行取樣分析，結(jié)果見表一。實施例5將需破碎的藻IOg(烘干后質(zhì)量)加入研缽中，向研缽中加入液氮，加入液氮量為 藻體體積的50%，在常溫常壓下反應(yīng)0. 5h，待藻解凍后，用杵研磨3分鐘，蒸餾水沖洗，顯 微鏡下觀察破碎情況，用計數(shù)板統(tǒng)計細(xì)胞破碎個數(shù)，后在太陽光下照射lh，用石油醚提取油 脂，烘干后稱量。統(tǒng)計細(xì)胞破碎情況及對油脂提取進(jìn)行取樣分析，結(jié)果見表一。實施例6將需破碎的藻IOg(烘干后質(zhì)量)加入研缽中，向研缽中加入液氮，加入液氮量為 藻體體積的80%，在常溫常壓下反應(yīng)0. 5h,待藻解凍后，用杵研磨3分鐘，蒸餾水沖洗，顯微 鏡下觀察破碎情況，用計數(shù)板統(tǒng)計細(xì)胞破碎個數(shù)，后在太陽光下照射0.證，用石油醚提取油 脂，烘干后稱量。統(tǒng)計細(xì)胞破碎情況及對油脂提取進(jìn)行取樣分析，結(jié)果見表一。實施例7將需破碎的藻IOg(烘干后質(zhì)量)加入研缽中，向研缽中加入液氮，加入液氮量為 藻體體積的200%，在常溫常壓下反應(yīng)0.證，待藻解凍后，用杵研磨3分鐘，蒸餾水沖洗，顯 微鏡下觀察破碎情況，用計數(shù)板統(tǒng)計細(xì)胞破碎個數(shù)，后在太陽光下照射池，用石油醚IOOml 提取油脂，烘干后稱量。統(tǒng)計細(xì)胞破碎情況及對油脂提取進(jìn)行取樣分析，結(jié)果見表一。對比例1將需破碎的藻IOg(烘干后質(zhì)量)加入研缽中，向研缽中加入石英沙0.5g，研磨 lh，顯微鏡下觀察破碎情況，用石油醚IOOml提取油脂，烘干后稱量。統(tǒng)計細(xì)胞破碎情況及 對油脂提取進(jìn)行取樣分析，結(jié)果見表一。對比例2將需破碎的藻IOg (烘干后質(zhì)量)用超聲破碎，破碎功率為400W，破碎時間為20分 鐘，破碎間隔時間為10秒，破碎溫度為30°C，顯微鏡下觀察破碎情況，用計數(shù)板統(tǒng)計細(xì)胞破 碎個數(shù)，用石油醚IOOml提取油脂，烘干后稱量。統(tǒng)計細(xì)胞破碎情況及對油脂提取進(jìn)行取樣 分析，結(jié)果見表一。對比例3將需破碎的藻IOg(烘干后質(zhì)量)用玻璃珠法破碎，搖床轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)每分鐘，轉(zhuǎn) 30min，顯微鏡下觀察破碎情況，用計數(shù)板統(tǒng)計細(xì)胞破碎個數(shù)，用石油醚IOOml提取油脂，烘 干后稱量。統(tǒng)計細(xì)胞破碎情況及對油脂提取進(jìn)行取樣分析，結(jié)果見表一。
表一實施例及反應(yīng)結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種快速破碎微藻細(xì)胞的方法，其特征在于待破碎的微藻與液氮混合處理0. 1 1 小時，再經(jīng)機械研磨破碎得到細(xì)胞破碎的微藻。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于待破碎的微藻與液氮混合處理0.1 0.5 小時。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于待破碎的微藻是小球藻、微綠球藻、扁藻、 杜氏藻、隱甲藻、等鞭金藻或硅藻。
4.按照權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征在于待破碎的微藻使用干的微藻，或者使 用濕的微藻。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于微藻與液氮的混合體積比為1 2 5 I0
6.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于微藻與液氮混合處理后先進(jìn)行解凍處理， 然后機械研磨破碎。
7.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于細(xì)胞破碎后的微藻經(jīng)光照0.5 2小時 后用于油脂提取。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種快速破碎微藻細(xì)胞的方法，待破碎的微藻與液氮混合處理0.1～1小時，再經(jīng)機械研磨破碎得到細(xì)胞破碎的微藻，經(jīng)光照0.5～2小時后用于油脂的提取。本發(fā)明操作過程簡單，生產(chǎn)成本低，破碎效率高，油脂得率高，反應(yīng)時間短，無環(huán)境污染，可規(guī)?；且环N滿足工業(yè)化需求、環(huán)保型、實用性很強的新方法。
文檔編號C12N1/06GK102051330SQ20091018809
公開日2011年5月11日 申請日期2009年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月27日
發(fā)明者任路靜, 張齊, 鄭洪立, 金平, 高振, 黃和 申請人:中國石油化工股份有限公司