[發明專利]一種利用紅球藻生產微藻能源（生物柴油）原料的工藝方法

在審

• 申請號: 201310053534.6
• 申請日: 2013-02-19
• 公開（公告）號: CN103993046A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 劉建國;宋萍萍;劉倩;龍元薷;龐通;林偉;李凌;張振;何梅琳
• 申請（專利權）人: 中國科學院海洋研究所
• 主分類號: C12P7/64
• 分類號: C12P7/64;C12P23/00;C12R1/89
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 周秀梅;李穎

技術領域

本發明屬微藻生物技術領域，涉及一種利用紅球藻生產微藻能源（生物柴油）原料的工藝方法。

背景技術

能源是經濟發展的命脈和社會發展的推動力，決定著現代文明進步程度。伴隨著全球經濟高速增長和城市化進程加快，能源需求日益增大；同時，傳統能源具有不可再生性，終將枯竭。在我國化石能源短缺、儲備不足，不能滿足高速發展的經濟社會需要，能源形勢面臨十分嚴峻的局面。目前我國已成為全球石油消耗大國，其消耗量僅次于美國位于全球第二。預計到2030年我國對能源進口的依賴度可能達到80％。同時，傳統燃料排放大量CO₂，導致溫室效應日趨嚴重，因而引起系列氣候和生態變化問題，CO₂減排已成為亟待解決的全球性問題。尋求可再生能源是社會關注的大問題。

近年來，作為化石能源替代品之一的生物柴油是國際上可再生能源的新生力量，發展迅猛、應用范圍不斷擴大。在生物能源中，微藻具有光合作用效率高、含油量高、生長周期短、油脂單位面積產率高等獨特優勢。據理論計算，微藻產油能力是油菜、大豆、玉米等作物產油量的幾十倍。發展微藻生物柴油具有獨特優勢和廣闊前景。規模化開發微藻柴油，可充分滿足經濟、社會長期持續發展和國家安全的戰略需求。

盡管如此，迄今為止國際上在該領域工作依然停留在前期研究與中試論證的起步階段，生產成本過高將一直是限制著該產業發展經濟可行性的屏障。為此，尋找并開發兼產高附加值產品的產油微藻，均攤和相對降低生物能源生產將是本領域重點方向之一。

雨生紅球藻具有復雜的細胞周期和多種繁殖方式，可簡單地分為游動和不動細胞階段。游動細胞階段的細胞行無性生殖（孢子）和營養繁殖（2分裂），細胞多呈綠色。不動細胞階段的細胞行無性生殖（孢子）和營養繁殖（出芽），不動細胞形態為圓球形，無鞭毛，不會游動。細胞大小變化幅度較大，剛形成的不動細胞通常為綠色，隨后從中央開始向外逐漸變成紅色，直至整個細胞呈鮮紅色。該藻在脅迫條件下，如缺乏氮、磷或強光照射下，藻細胞生長趨于緩慢，同時次生代謝產物蝦青素大量積累。規模化生產中，蝦青素含量一般占細胞干重的1-2％，高的可達3-4％，理論上最高達6％，被公認為自然界中蝦青素含量最高的生物，是獲取高附加值天然蝦青素的理想材料。另外，在蝦青素累積過程中，紅球藻同時也可累積大量油脂，這些油脂也是生物能源開發的原料。蝦青素可廣泛應用在水產、化妝品、食品和醫藥等領域，因此通過開發紅球藻蝦青素資源，同時生產生物能源原料，可綜合利用該生物資源，并在很大程度上均攤和降低生物能源生產成本。

發明內容

本發明目的在于提供一種利用紅球藻生產微藻能源（生物柴油）原料的工藝方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種利用紅球藻生產微藻能源（生物柴油）原料的工藝方法，將生長至對數生長期的單細胞紅球藻于光生物反應器內經過人工培養在游動細胞階段快速繁殖，獲取生物量，而后誘導細胞轉化為不動細胞，實現快速積累高附加值天然蝦青素和生物能源油脂；最后采用沉降、離心分離得到高附加值的蝦青素以及微藻能源（生物柴油）原料。

所述光生物反應器由封閉體系的光生物反應器與開放體系的光生物反應器相結合組成。

所述封閉體系的光生物反應器為柱狀光生物反應器或平板光生物反應器或管道式光生物反應器；開放體系的光生物反應器為敞開跑道池光生物反應器。

將紅球藻在游動細胞階段培養到穩定生長期，然后轉入到缺氮和/或缺磷的培養基中在脅迫條件下誘導游動細胞向不動細胞轉化；不動細胞降低生長速度并開始累積蝦青素和油脂，隨著上述脅迫時間的延長，在紅球藻不動細胞內實現快速積累高附加值的天然蝦青素和生物能源油脂。

所述缺氮和/或缺磷的培養基具體指在培養紅球藻的相應培養基中未添加氮磷營養元素，或由于前期游動細胞生長已經將藻液中的氮磷營養耗盡，而實際產生的營養虧缺培養基。

將誘導培養后的藻細胞采用自然沉降、板框過濾和離心收集藻泥，所得藻泥經高壓均質或高速物理碰撞實現細胞破壁，細胞破碎后利用超臨界二氧化碳提取分離得到蝦青素和能夠轉化為生物柴油的微藻能源原料。

所述離心后收集的藻泥需經反復清洗后，直接經高壓均質的方式實現細胞破壁；或清洗后的藻泥通過真空冷凍噴霧干燥處理成干藻粉，再利用超高速碰撞的方式實現細胞破壁。