一種利用藍藻生產(chǎn)表面活性劑的方法及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用藍藻生產(chǎn)表面活性劑的方法及其應(yīng)用，其特征在于按如下步驟進行：在藍藻中加入稀硫酸溶液，獲得混合物，加水調(diào)節(jié)混合物中硫酸質(zhì)量濃度至2%～5%，獲得混合消解物；將混合消解物在105～125℃下消解0.5-4h，然后用碳酸鈣調(diào)節(jié)混合消解物的pH至中性，獲得中性混合消解物；將中性混合消解物用離心機進行固液分離，得到上清液；將上清液用0.45μm的過濾膜過濾，獲得表面活性劑。本發(fā)明所獲得的表面活性劑可以提高纖維素或含纖維素的原料的酶解效率和速率。
【專利說明】一種利用藍藻生產(chǎn)表面活性劑的方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種從藍藻中制備表面活性劑的方法，屬于生物技術(shù)和環(huán)?！炯夹g(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市工業(yè)化進程加快，湖泊水體富營養(yǎng)化等環(huán)境問題也日益嚴重。水體富營養(yǎng)化的研究后果就是藻類季節(jié)性爆發(fā)，影響水體的應(yīng)用價值、景觀價值、生態(tài)功能等。藻類瘋長會導致水體中的溶解氧濃度大幅度降低并且藻類在淺層水體中大量存在阻擋了陽光攝入深層水體。當藻類死亡時，其會釋放大量的藻毒素對水生動物具有毒害作用。目前來說，控制藍藻季節(jié)性爆發(fā)的方法或者措施主要集中在控制排入水體的N、P含量，以及用機械物理性方法去除部分藍藻。
[0003]收集起來的藍藻處理又是一個棘手的問題。目前，國內(nèi)外學者已經(jīng)對藍藻的資源化利用進行了多項研究。藍藻的資源化利用主要包括如下幾種途徑:(1)將藻類加工成有機肥料；(2)利用水華藍藻作為厭氧發(fā)酵的底物進行沼氣、乙醇和氫氣生產(chǎn)等能源化利用；
[3]從藍藻中提取有用的物質(zhì)，如藻毒素、脫鎂葉綠酸A甲酯、藍藻蛋白等。
[0004]生物表面活性劑，是微生物在一定條件下培養(yǎng)時，在其代謝過程中分泌出的具有一定表面活性和界面活性的代謝產(chǎn)物。其分子結(jié)構(gòu)由一個或多個疏水部分和親水部分構(gòu)成，疏水部分可以是蛋白質(zhì)或者是含有憎水性支鏈的縮氨酸；親水部分則更加多樣化，如月旨肪酸的羧基、糖脂的多聚糖基。生物表面活性劑不但具有化學表面活性劑的所有性質(zhì)，而且相對于化學表面活性劑還有如下優(yōu)點:低毒性、可降解性和生態(tài)相容性、高效性和穩(wěn)定性等。生物表面活性劑有很多優(yōu)勢，但是在工業(yè)上其應(yīng)用遠不如化學合成的表面活性劑廣泛。這主要是由于生物表面活性劑的提取及純化工藝較復雜，因而使其生產(chǎn)成本較高造成的。
[0005]針對發(fā)酵法生產(chǎn)生物表面活性劑的缺點，科研人員又開發(fā)了利用蛋白基原料進行酰胺化制備脂肽類表面活性劑的新技術(shù)。然而上述發(fā)明中的表面活性劑主要局限于作為油田開采中的驅(qū)油劑使用。
[0006]先前的研究已經(jīng)表明，藍藻中含有豐富的多糖和蛋白質(zhì)以及氮、磷、鉀等營養(yǎng)成分。因此，藍藻可以被用來作為生產(chǎn)表面活性劑的原料。目前，國內(nèi)外利用藍藻生產(chǎn)表面活性劑的研究仍然處于空白狀態(tài)。
[0007]另一方面，纖維素是一種可再生資源，地球上每年光合作用產(chǎn)生大于100億噸的植物干物質(zhì)，其中一半以上是纖維素和半纖維素。利用木質(zhì)纖維類生物質(zhì)實現(xiàn)生物能源和生物基產(chǎn)品的生物煉制技術(shù)已經(jīng)成為近年來的研究熱點，但是酶解問題仍是阻礙這項技術(shù)發(fā)展的瓶頸之一。非離子型表面活性劑能顯著提高纖維素酶解反應(yīng)的速度，陰離子表面活性劑對纖維素酶活也有明顯的影響。常用的表面活性劑有TWeen-20、TWeen-80、Berol、PEG等。目前，利用藍藻生產(chǎn)的表面活性劑來促進纖維素酶解的研究還沒有被報道。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，本發(fā)明提供一種工藝簡單的利用藍藻生產(chǎn)表面活性劑的方法及其在纖維素酶解中的應(yīng)用，以期可以拓寬藍藻的資源化利用途徑，并提供一種新的表面活性劑的生產(chǎn)方法。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0010]本發(fā)明利用藍藻生產(chǎn)表面活性劑的方法，其特點在于按如下步驟進行:
[0011 ] a、在藍藻中加入稀硫酸(濃度在70%以下的硫酸)，獲得混合物，加水調(diào)節(jié)混合物中硫酸質(zhì)量濃度至2%?5%，獲得混合消解物；
[0012]b、將步驟a所獲得的混合消解物在105?125°C下消解0.5_4h，然后用碳酸鈣調(diào)節(jié)混合消解物的PH至中性，獲得中性混合消解物；
[0013]C、將步驟b所獲得的中性混合消解物用離心機進行固液分離，得到上清液；
[0014]d、將步驟c所獲得的上清液用0.45 μ m的過濾膜過濾，獲得表面活性劑。
[0015]本發(fā)明利用藍藻生產(chǎn)表面活性劑的方法，其特點也在于:
[0016]所述藍藻為新鮮藍藻或新鮮藍藻經(jīng)浙水、自然晾干或者風熱干燥處理后所獲得的干燥藍藻。
[0017]本發(fā)明利用藍藻生產(chǎn)表面活性劑的應(yīng)用，其特征在于:將所述表面活性劑加入到纖維素的酶解液或含纖維素的原料的酶解液中，用于提高纖維素或含纖維素的原料的酶解效率和速率。
[0018]所述含纖維素的原料為農(nóng)產(chǎn)品主要殘余物、水生植物或景觀用草本綠化植物。
[0019]所述農(nóng)產(chǎn)品主要殘余物為稻草、麥秸、甘蔗渣或玉米秸桿。
[0020]所述水生植物為蘆葦或菹草。
[0021]所述景觀用草本綠化植物為美人蕉或羊茅。
[0022]與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0023]1、本發(fā)明利用藍藻制備獲得了表面活性劑，不涉及到化學合成方法，也不需要微生物發(fā)酵工藝以及復雜的提取工藝，方法簡單，成本低，且所用的原料即可以采用新鮮的藍藻也可以將采用干燥后的藍藻，限制??；
[0024]2、本發(fā)明利用藍藻制備的表面活性劑可以提高纖維素或含纖維素的原料的酶解效率和速率，拓寬了藍藻的應(yīng)用了領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明實施例1不同條件下藍藻制取表面活性劑的組分對比圖；
[0026]圖2為本發(fā)明實施例2不同濃度酸處理藍藻制取表面活性劑促進秸桿的酶解效率對比圖；
[0027]圖3為本發(fā)明實施例3不同中和劑處理的藍藻制取表面活性劑促進秸桿酶解效率對比圖(纖維素酶的酶活為4FPU/g纖維素)；
[0028]圖4為本發(fā)明實施例3不同的纖維素酶添加量對于秸桿的酶解效率的對比圖；
[0029]圖5為表面活性劑對秸桿酶解速率的影響(纖維素酶的酶活為12FPU/g纖維素)
【具體實施方式】
[0030]實施例1[0031]本實施例表面活性劑的制備過程如下:
[0032]a、取4份Ig新鮮的巢湖藍藻，其濕藻含水率為50.4%±2%，分別在其中加入濃度為2mol/L的硫酸溶液10、15、20和25mL，獲得混合物，均再加水衡重至98g，調(diào)節(jié)混合物中硫酸質(zhì)量濃度為2%、3%、4%和5%，獲得混合消解物；
[0033]b、將步驟a所獲得的4種混合消解物分別在105、115和125°C下消解0.5、1、2、3和4h，然后用碳酸鈣調(diào)節(jié)混合消解物的pH至中性，獲得中性混合消解物；
[0034]C、將步驟b所獲得的中性混合消解物用離心機進行固液分離，得到上清液；
[0035]d、將步驟c所獲得的上清液用0.45 μ m的過濾膜過濾，獲得表面活性劑。
[0036]將步驟d所獲得的表面活性劑中多糖和蛋白含量進行分析，結(jié)果如圖1所示。
[0037]表面活性劑中多糖的含量高于蛋白；且在相同的稀硫酸濃度下，從巢湖藍藻中提取的多糖和蛋白量都隨著處理溫度的升高而升高；在相同的處理溫度下，多糖的提取量有隨著消解液中稀硫酸的含量升高而升高的整體趨勢，溫度對蛋白含量的影響不顯著。
[0038]實施例2
[0039]本實施例通過調(diào)整混合物中硫酸質(zhì)量濃度獲得了四個不同樣品，并測試了對玉米秸桿酶解的影響，具體如下:
[0040]a、取新打撈的巢湖藍藻，對其自然干燥，然后將干燥后的藍藻分成四份，每份質(zhì)量為0.5g，分別在四份中加入濃度為2mol/L的硫酸溶液10、15、20和25ml，獲得混合物，然后再分別加水衡重至98g，調(diào)節(jié)混合物中硫酸質(zhì)量濃度為2%、3%、4%和5%，分別獲得混合消解物 A1、A2、A3 和 A4 ；
[0041]b、將步驟a所獲得的混合消解物在自動控溫控的高壓滅菌鍋中以105°C的條件消解0.5，得到B1、B2、B3和B4 ;然后用分析純的碳酸鈣調(diào)節(jié)混合消解物的pH至中性，獲得中性混合消解物Cl、C2、C3和C4 ；
[0042]c、將步驟b所獲得的中性混合消解物Cl、C2、C3和C4在4000r/min下用離心機離心8min進行固液分離,然后取上清液再在5000r/min下再次離心8min,得到上清液D1、D2、D3 和 D4 ；
[0043]d、將步驟c所獲得的上清液Dl、D2、D3和D4用0.45 μ m的過濾膜過濾，分別獲得表面活性劑E1、E2、E3和E4。
[0044]將表面活性劑El、E2、E3和E4分別加入到秸桿的酶解液中以促進秸桿的酶解過程，同時進行沒有加入表面活性劑的空白空白對照試驗，其測試結(jié)果如圖2所示。
[0045]從圖中可以看出，與沒有添加表面活性劑的空白對照相比，添加表面活性劑后秸桿的酶解率得到顯著提高。
[0046]實施例3
[0047]本實施例通過對比實驗驗證以碳酸鈣作為中和劑的效果，具體如下:
[0048]a、取1.5g新鮮巢湖藍藻，其含水率為50.4%±2%，在其中加入濃度為2mol/L的硫酸溶液10mL，獲得混合物，再加水衡重至98g，調(diào)節(jié)混合物中硫酸質(zhì)量濃度為2%，獲得混合消解物；
[0049]b、將步驟a所獲得的混合消解物在105°C下消解2h，然后用碳酸鈣調(diào)節(jié)混合消解物的pH至中性，獲得中性混合消解物F ；
[0050]作為對照，以碳酸鈉調(diào)節(jié)混合消解物的pH至中性，獲得中性混合消解物G ；[0051]C、將步驟b所獲得的中性混合消解物F和性混合消解物G分別用離心機進行固液分離，得到上清液G和上清液F ；
[0052]d、將步驟c所獲得的上清液G和上清液F分別用0.45 μ m的過濾膜過濾，獲得表面活性劑G和表面活性劑F。
[0053]向表面活性劑G和表面活性劑F中分別加入Iml活性為0、4、8、12、26FPU/g纖維素的纖維素酶，然后用蒸餾水稀釋至總體積為20ml，密封容器口(注意無菌操作)，把容器放入50°C、轉(zhuǎn)速為100r/min的恒溫振蕩器中進行酶解72h，酶解過后，在5000r/min的轉(zhuǎn)速下進行離心分離，測定小麥秸桿酶解效率。如圖3、圖4和圖5所示，采用與沒有添加表面活性劑的空白對照相比，添加表面活性劑的試驗組中，秸桿的酶解效率和速率均較高，其中采用碳酸鈣作為中和劑的試驗組中，秸桿的酶解率約是對照組的兩倍。此外，添加藍藻制取表面活性劑后，秸桿酶解過程僅需使用較少的纖維素酶即可達到較好的酶解效果。
[0054]盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細的介紹，但應(yīng)當認識到上述的描述不應(yīng)當被認為是本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀上述發(fā)明后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)由所述的權(quán)利要求來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種利用藍藻生產(chǎn)表面活性劑的方法，其特征在于按如下步驟進行: a、在藍藻中加入稀硫酸溶液，獲得混合物，加水調(diào)節(jié)混合物中硫酸質(zhì)量濃度至2%?5%，獲得混合消解物； b、將步驟a所獲得的混合消解物在105?125°C下消解0.5_4h，然后用碳酸鈣調(diào)節(jié)混合消解物的PH至中性，獲得中性混合消解物； C、將步驟b所獲得的中性混合消解物用離心機進行固液分離，得到上清液； d、將步驟c所獲得的上清液用0.45 μ m的過濾膜過濾，獲得表面活性劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用藍藻生產(chǎn)表面活性劑的方法，其特征在于: 所述藍藻為新鮮藍藻或新鮮藍藻經(jīng)浙水、自然晾干或者風熱干燥處理后所獲得的干燥藍藻。
3.—種權(quán)利要求1或2所述的利用藍藻生產(chǎn)表面活性劑的應(yīng)用，其特征在于:將所述表面活性劑加入到纖維素的酶解液或含纖維素的原料的酶解液中，用于提高纖維素或含纖維素的原料的酶解效率和速率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用藍藻生產(chǎn)表面活性劑的應(yīng)用，其特征在于: 所述含纖維素的原料為農(nóng)產(chǎn)品主要殘余物、水生植物或景觀用草本綠化植物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用藍藻生產(chǎn)表面活性劑的應(yīng)用，其特征在于: 所述農(nóng)產(chǎn)品主要殘余物為稻草、麥秸、甘蔗渣或玉米秸桿。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用藍藻生產(chǎn)表面活性劑的應(yīng)用，其特征在于:所述水生植物為蘆葦或菹草。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用藍藻生產(chǎn)表面活性劑的應(yīng)用，其特征在于:所述景觀用草本綠化植物為美人蕉或羊茅。
【文檔編號】C12P19/14GK103736423SQ201410022720
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】王進, 岳正波, 尹藝冉, 陳天虎, 彭書傳 申請人:合肥工業(yè)大學