專利名稱：一種高效破碎微藻細胞的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高效破碎產(chǎn)生物柴油微藻細胞的方法。
背景技術(shù)：
微藻油脂，又稱單細胞油脂，可以用來制取生物柴油。微藻產(chǎn)油能力強，約是大豆 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，微藻還具有生長受環(huán)境影響小、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)致能源嚴重的 枯竭和環(huán)境的日益惡化，特別是(X)2排放的急劇增加引起嚴重的溫室效應(yīng)。而利用微藻油 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胞壁結(jié)構(gòu)，其細胞破碎是目前利用微藻培養(yǎng)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)的微藻細胞破碎方法有破碎效率不高、能耗高、破碎規(guī)模受到限制、運 行成本高等缺點。因此，急需找到一種合適的微藻細胞規(guī)?；扑榉椒?。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)一種可高效破碎微藻細胞且成本低廉的方法。由于微藻藻體小和具有細胞壁結(jié)構(gòu)，其細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)的微藻細胞破碎方法有珠磨法(Cero' η等，Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2008年M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(Shen等，hternational 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)細胞內(nèi)物質(zhì)釋放到溶液的過程，該方法具有操作繁瑣， 細胞破碎程度較低，不能實現(xiàn)規(guī)?；热秉c；凍融法是利用藻細胞在低溫下凍結(jié)而體積膨 脹，導(dǎo)致細胞空隙變大，甚至引起碎裂，該方法存在不能實現(xiàn)規(guī)?；\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胞膜的通透性，甚至破壞細 胞膜，實現(xiàn)細胞的破碎，該方法具有運行成本偏高、不能實現(xiàn)規(guī)?；扑榈热秉c。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胞規(guī)模 化破碎方法。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高效破碎產(chǎn)生物柴油微藻細 胞、破碎成本低、反應(yīng)條件溫和、環(huán)境友好、操作過程簡單、微藻細胞破碎率高、油脂得率高 的方法。本發(fā)明高效破碎微藻細胞的方法包括如下內(nèi)容微藻與纖維素酶混合，在纖維素酶活性溫度范圍和活性PH值范圍內(nèi)處理6 M小時，優(yōu)選處理10 15小時。本發(fā)明方法中，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。本發(fā)明方法中，纖維素酶可以是各種市售產(chǎn)品，或按現(xiàn)有方法制備，纖維素酶的活 性溫度一般在20 80°C，纖維素酶活性pH值范圍一般為4 7，不同來源的纖維素酶的活 性溫度和活性PH范圍有所不同。微藻與纖維素酶混合物中，每標準酶活單位處理1 X 10_2 1 X 10_5克微藻干物質(zhì)，即每克微藻干物質(zhì)使用100 100000標準酶活單位(IU)的纖維素 酶。經(jīng)本發(fā)明方法破碎后的微藻，直接用于油脂的提取。利用顯微鏡觀察細胞的破碎情況，并用計數(shù)板計數(shù)。用石油醚提取油脂，烘干后用 電子天平測油脂重量。本發(fā)明微藻細胞的破碎是利用酶來破碎，破碎后無須其他處理直接提取油脂，反 應(yīng)操作過程簡單，反應(yīng)條件溫和，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具體實施例進一步說明本發(fā)明的方案和效果，其中的纖維素酶購自山東 澤生生物科技有限公司，標準酶活單位為1300IU/ml，其活性最佳溫度為50°C，其活性最佳 PH值為4. 8，破碎在恒溫水浴中進行。微藻藻液的光密度(0D值)為1.5左右。實施例1將需破碎的藻5g (烘干后質(zhì)量)加入三角燒瓶中，通過pH計用酸或堿調(diào)pH值至 4. 8左右，加入1000IU量的纖維素酶液，在水浴鍋中恒溫常壓下，水浴鍋溫度設(shè)定為50°C， 反應(yīng)10小時，反應(yīng)結(jié)束后，顯微鏡下觀察破碎情況，用計數(shù)板統(tǒng)計細胞破碎個數(shù)，用石油醚 提取油脂，烘干后稱量。統(tǒng)計細胞破碎情況及對油脂提取進行取樣分析，結(jié)果見表一。實施例2將需破碎的藻5g (烘干后質(zhì)量)加入三角燒瓶中，通過pH計用酸或堿調(diào)pH值至 4. 8左右，加入10000IU量的纖維素酶液，在水浴鍋中恒溫常壓下，水浴鍋溫度設(shè)定為50°C， 反應(yīng)12小時，反應(yīng)結(jié)束后，顯微鏡下觀察破碎情況，用計數(shù)板統(tǒng)計細胞破碎個數(shù)，用石油醚 提取油脂，烘干后稱量。統(tǒng)計細胞破碎情況及對油脂提取進行取樣分析，結(jié)果見表一。實施例3將需破碎的藻5g(烘干后質(zhì)量)加入三角燒瓶中，通過pH計用酸或堿調(diào)pH值 至4. 8左右，加入100000IU量的纖維素酶液，在水浴鍋中恒溫常壓下，水浴鍋溫度設(shè)定為 500C，反應(yīng)15小時，反應(yīng)結(jié)束后，顯微鏡下觀察破碎情況，用計數(shù)板統(tǒng)計細胞破碎個數(shù)，用 石油醚提取油脂，烘干后稱量。統(tǒng)計細胞破碎情況及對油脂提取進行取樣分析，結(jié)果見表ο對比例1將需破碎的藻5g(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)計細胞破碎情況及對油 脂提取進行取樣分析，結(jié)果見表一。
對比例2將需破碎的藻5g (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)計細胞破 碎個數(shù)，用石油醚IOOml提取油脂，烘干后稱量。統(tǒng)計細胞破碎情況及對油脂提取進行取樣 分析，結(jié)果見表一。對比例3將需破碎的藻5g(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)計細胞破碎個數(shù)，用石油醚IOOml提取油脂，烘 干后稱量。統(tǒng)計細胞破碎情況及對油脂提取進行取樣分析，結(jié)果見表一。表一實施例及反應(yīng)結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種高效破碎微藻細胞的方法，其特征在于微藻與纖維素酶混合，在纖維素酶活 性溫度范圍和活性PH值范圍內(nèi)處理6 M小時。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于處理時間為10 15小時。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于微藻是小球藻、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所述的方法，其特征在于纖維素酶的活性溫度為20 80°C，纖維 素酶活性PH值范圍為4 7。
5.按照權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征在于微藻與纖維素酶混合物中，微藻干物 質(zhì)質(zhì)量與纖維素酶活單位比為Ig 100IU Ig 100000IU。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高效破碎微藻細胞的方法，將收獲后的微藻液，利用酸或堿調(diào)節(jié)pH至4.8，向藻液中加入酶，在水浴中反應(yīng)10～15小時后直接提取微藻油脂。本發(fā)明方法反應(yīng)條件溫和，設(shè)備要求低，操作過程簡單，生產(chǎn)成本低，破碎效率高，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C11B1/02GK102051331SQ20091018809
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