《一种藻类细胞破碎所用的装置及其应用.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种藻类细胞破碎所用的装置及其应用.pdf（8页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 102965280 A (43)申请公布日 2013.03.13 CN 102965280 A *CN102965280A* (21)申请号 201210431398.5 (22)申请日 2012.11.02 C12M 1/33(2006.01) C12N 1/06(2006.01) C12R 1/89(2006.01) (71)申请人 上海理工大学 地址 200093 上海市杨浦区军工路 516 号 (72)发明人 黄远星 李亮 李洋洋 许智华 金小颖 崔晨晨 宋翠红 方学友 (74)专利代理机构 上海申汇专利代理有限公司 31001 代理人 吴宝根 (54) 发明。
2、名称 一种藻类细胞破碎所用的装置及其应用 (57) 摘要 本发明公开一种藻类细胞破碎所用的装置及 其应用。所述的藻类细胞破碎所用的装置包括高 压反应釜、 臭氧发生器和空压机， 臭氧发生器和空 压机通过管道与高压反应釜顶部连接， 所述的高 压反应釜带有搅拌装置， 进一步所述的高压反应 釜设有排气阀和压力显示装置。本发明的一种藻 类细胞破碎所用的装置可以实现以臭氧为媒介， 通过气 - 液反应， 作用于藻液， 在搅拌器作用下使 臭氧与藻液混合均匀进而破碎藻类细胞。本发明 的藻类细胞破碎所用的装置具有设备简单， 操作 方便、 破壁效果好， 易于实现自动化控制等特点。 (51)Int.Cl. 权利要求书。
3、 1 页 说明书 5 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 1 页 1/1 页 2 1. 一种藻类细胞破碎所用的装置， 其特征在于包括高压反应釜、 臭氧发生器和空压机， 所述的臭氧发生器和空压机通过管道与高压反应釜顶部连接 ； 所述的高压反应釜带有搅拌装置， 所述的高压反应釜还设有排气阀和压力显示装置。 2. 如权利要求 1 所述的一种藻类细胞破碎所用的装置， 其特征在于所述的压力显示装 置为压力表。 3. 如权利要求 1 或 2 所述的一种藻类细胞破碎所用的装置在藻类细胞破碎中的应用。 4.利用如权利要求1或2。
4、所述的一种藻类细胞破碎所用的装置对藻类细胞进行破碎的 方法， 其特征在于具体包括如下步骤 ： （1） 、 将收获的藻液置于高压反应釜中， 控制 120 130 r/min 转动 5 min 将藻液搅拌 混匀 ； （3） 、 打开臭氧发生器和空压机， 控制臭氧和空气混合气体的流量为 2 L/min， 并控制反 应釜转速为 120 130 r/min 匀速搅动藻液， 使通入的臭氧、 空气和藻液混合均匀 ； （4） 、 将压力条件设置为0.40.8 MPa、 维持12 s时间后降压至常压,然后再升压 至 0.4 0.8 MPa、 维持 1 2 s 时间后再降压至常压 , 反复 40 80 个循环， 。
5、即完成藻类 细胞破碎。 5. 如权利要求 4 所述的利用藻类细胞破碎所用的装置对藻类细胞进行破碎的方法， 其 特征在于步骤 （2） 中所述的臭氧和空气混合气体按体积比计算， 即臭氧 ： 空气为 1 ： 150。 6. 如权利要求 5 所述的利用藻类细胞破碎所用的装置对藻类细胞进行破碎的方法， 其 特征在于步骤 （4） 中所述的压力条件设置为 0.8 MPa, 反复 80 个循环。 权 利 要 求 书 CN 102965280 A 2 1/5 页 3 一种藻类细胞破碎所用的装置及其应用 技术领域 0001 本发明涉及一种藻类细胞破碎所用的装置， 更具体地说是利用臭氧氧化和加 压 - 减压共同作用。
6、于藻类细胞进行破碎的装置及其应用。 背景技术 0002 人类的生产生活产生了大量的含氮、 磷等营养物质的废水， 这些废水经由市政排 水管网等系统进入湖泊、 河流、 海湾等水体， 引起藻类迅速繁殖， 水体中溶解氧含量下降， 水 质恶化， 继而导致鱼类及其它生物大量死亡。 近年来由于污染造成的环境恶化逐步加重， 水 体藻类污染的程度也逐年加深。 水体出现富营养化现象时， 由于藻类等浮游生物大量繁殖， 往往使水体呈现蓝色、 红色、 绿色等， 这种现象在江河湖泊中称为水华， 在海洋中称为赤潮。 0003 赤潮或水华在全球范围内频繁出现是藻类污染程度加深的直接反映。 我国在1933 年到 1979 年的。
7、 46 年中仅发生过 12 次赤潮 ； 1990 年到 1994 年的 5 年中就发生了 139 次赤 潮 ； 2002 年发生 79 起， 影响面积为 10150 平方公里 ； 2003 年发生 119 起， 影响面积为 14550 平方公里 ； 2005年发生82起， 影响面积为27070平方公里 ； 2006年93起， 影响面积为19840 平方公里 ； 2012 年我国深圳南澳海面出现较大面积夜光藻赤潮。随着各自然水体中富营养 化程度的日趋严重， 藻类生长对水体的危害也变得日趋严重， 湖泊海洋等水体中水华、 赤潮 现象的层出不穷使得快速有效地杀死水体中藻类技术的研发显得愈发重要和急迫。。
8、 0004 目前世界范围内有多种除藻技术， 如物理除藻、 化学除藻以及生物除藻等。 随着世 界范围内化石能源的逐年减少， 研究热点从单一的除藻问题转向藻类的综合利用， 破碎藻 类细胞壁提取藻类体内的生物油脂就是一个重要的方向。 0005 目前国内外藻类细胞破碎所用的装置均存在结构复杂， 操作困难， 适用范围有限， 提取步骤繁多， 成本过高等技术问题。 发明内容 0006 本发明的目的是为了解决上述的提取装置结构复杂， 操作困难， 提取步骤繁多， 适 用范围有限等技术问题而提供一种藻类破碎所用的装置及其在藻类细胞破碎过程中的应 用。 0007 本发明的技术方案 一种藻类细胞破碎所用的装置， 包括。
9、高压反应釜、 臭氧发生器和空压机， 臭氧发生器和 空压机通过管道与高压反应釜顶部连接， 所述的高压反应釜带有搅拌装置， 进一步所述的 高压反应釜设有排气阀和压力显示装置， 本发明一优选实施例中为压力表。 0008 上述的一种藻类细胞破碎所用的装置在藻类细胞破碎过程中的应用， 具体包括下 列步骤 ： （1） 、 将收获的藻液置于高压反应釜中， 控制 120 130 r/min 转动 5 min 将藻液搅拌 混匀 ； （3） 、 打开臭氧发生器和空压机， 控制臭氧和空气混合气体的流量为 2 L/min， 并控制反 说 明 书 CN 102965280 A 3 2/5 页 4 应釜转速为 120 1。
10、30 r/min 匀速搅动藻液， 使通入的臭氧、 空气和藻液混合均匀 ； 其中所述的臭氧和空气混合气体按体积比计算， 即臭氧 ： 空气为 1 ： 150 ； （4） 、 将压力条件设置为0.40.8 MPa、 维持12 s时间后降压至常压,然后再升压 至 0.4 0.8 MPa、 维持 1 2 s 时间后再降压至常压 , 反复 40 80 个循环， 即完成藻类 细胞破碎。 0009 本发明的有益效果 本发明的一种藻类细胞破碎所用的装置， 由于含有臭氧发生器、 空压机和高压反应釜， 可实现利用压力辅助臭氧法对藻类细胞破壁。 进一步本发明的一种藻类细胞破碎所用的装 置用于藻类细胞破壁， 可有效地杀。
11、死水体中的藻类， 抑制富营养化对水体的危害。实验证 明， 在最大压力为 0.8 MPa， 加压 - 减压循环数为 80 的条件下， 可以有效破碎藻类细胞的细 胞壁和细胞膜， 使细胞内含物外流， 且某些易被氧化的叶绿素等物质可以被臭氧进一步氧 化， 从而降低藻类在自然水体中腐败氧化时所需的氧量。 0010 进一步， 采用本发明的一种藻类细胞破碎所用的装置对小球藻细胞进行破碎， 对 比实验前后水体中的化学需氧量 COD 可以发现， 体系中溶解性有机物含量有着明显的增 多。 0011 另外， 本发明的一种藻类细胞破碎所用的装置， 具有设备简单， 操作方便， 对藻类 细胞的破碎效果好， 易于实现自动化。
12、控制。 附图说明 0012 图1、 本发明的藻类细胞破碎所用的装置示意图， 图中1为高压反应釜、 2为臭氧发 生器、 3 为空压机、 11 为高压反应釜的搅拌装置、 12 为高压反应釜的排气阀、 13 为高压反应 釜的压力表。 具体实施方式 0013 下面通过具体的实施例并结合附图对本发明的藻类细胞破碎所用的装置进一步 详细描述， 但并不限制本发明。 0014 本发明的应用实施例中所用的小球藻藻种、 所用的 BG11 培养基， 购买于中国科学 院水生生物研究所。 0015 本发明的应用实施例中所述的藻种培养与藻液获取， 即将中国科学院水生生物研 究所购买小球藻藻种按接种量为 5% 接种于 BG。
13、11 培养基中， 于塞福 PGX-350B 智能培养箱 25， 5000 lx， 光暗比 12h ： 12h 条件下培养， 待小球藻生长到稳定期时收获藻液。 0016 实施例 1 一种藻类细胞破碎所用的装置， 其示意图如图1所示， 包括高压反应釜1、 臭氧发生器2 和空压机 3， 臭氧发生器 2 和空压机 3 通过管道与高压反应釜 1 顶部连接， 所述的高压反应 釜 1 带有搅拌装置 11， 进一步所述的高压反应釜设有排气阀 12 和压力表 13。 0017 应用实施例 1 利用实施例 1 所述的一种藻类细胞破碎所用的装置对藻类细胞进行破碎的方法， 具体 包括下列步骤 ： （1） 、 量取 2。
14、00 ml 收获的藻液于 1L 的高压反应釜中， 在 120 130 r/min 条件下搅拌 说 明 书 CN 102965280 A 4 3/5 页 5 5 min ； （2） 、 打开臭氧发生器和空压机， 将按体积比即臭氧 ： 空气为 1 ： 150 的臭氧和空气组成 的混合气体控制总流量为 2 L/min 通入到高压反应釜中 , 继续以 120 130 r/min 匀速搅 动藻液， 使通入的臭氧、 空气和藻液均匀混合 ； （3） 、 控制高压反应釜压力为0.6 MPa， 当达到0.6 Mpa时， 维持12 s时间， 打开高压 反应釜的排气阀使压力降至常压， 然后再升压至0.6 MPa， 。
15、当达到0.6 Mpa时， 再次打开高压 反应釜的排气阀使压力降至常压， 循环升压、 降压过程 40 次即得到破碎的藻类细胞。 0018 收集上述所得的破碎的藻类细胞 100 ml 于洁净的烧杯中， 体系中溶液温度为 23， 未见明显变化。溶解性 COD 含量增加 275 mg/L， 叶绿素 a 减少了 0.3 mg/L， 叶绿素 b 含量减少了0.3 mg/L， 总叶绿素含量减少了0.6 mg/L,可萃取有机物产率为17.6g/100g干 藻。 0019 同时可以观察到小球藻藻液在利用本发明的藻类细胞破碎装置进行破碎前呈现 绿色， 破碎后呈现白色， 并且显微镜镜检结果显示有大量藻类细胞碎片生成。
16、， 由此表明了本 工艺可以成功破碎小球藻细胞并氧化其细胞内含物叶绿素 a 和叶绿素 b。 0020 对比实施例 1 目前最为常用的藻类细胞破碎所用的装置为超声波藻类破碎装置， 生产厂家为上海之 信仪器有限公司， 型号为 JYD-1200L。 0021 利用上述的超声波藻类破碎装置对藻类细胞的进行破碎的方法， 具体包括如下步 骤 ： （1） 、 量取培养好的小球藻藻液 80 mL， 置于 200 mL 烧杯之中 ； （2） 、 将超声头置入小球藻藻液中部区域， 并且将超声频率设置为 20 kHz， 功率设置为 360 W ； （3） 、 打开超声波发生器电源， 设置超声时间为 30 min， 即。
17、得破碎的小球藻藻类细胞。 0022 上述藻类细胞破碎完毕后， 测定溶液温度， 溶解性 COD， 叶绿素含量， 结果表明， 经 过上述超声波方法处理后， 体系中溶液温度上升至70， 溶解性COD含量增加979 mg/L， 叶 绿素 a 增加了 3.5 mg/L， 叶绿素 b 含量增加了 3.7 mg/L， 总叶绿素含量增加了 7.2 mg/L, 可萃取有机物产率为 14.1g/100g 干藻。 0023 通过应用实施例1和对比实施例1进行对比， 可以看出， 利用本发明的藻类细胞破 碎所用的装置对藻类细胞进行破碎后， 体系的温度基本维持恒定， 而利用上述的超声波藻 类破碎装置对藻类细胞进行破碎后体。
18、系温度上升很高， 这说明了部分能量转化为热量散失 于周围环境中， 并未有效地应用于藻类破碎工艺过程中。 0024 进一步， 本发明的藻类细胞破碎所用的装置对细胞进行破碎后， 溶解性 COD 含量 增加仅为 275 mg/L， 相对于超声破碎减少了 654 mg/L， 由此表明藻类碎裂后有机物进入水 体中， 部分有机物被臭氧氧化， 减少了水体溶解性化学需氧量 ； 进一步， 本发明的藻类细胞破碎所用的装置对细胞进行破碎后， 叶绿素 a 减少了 0.3 mg/L， 叶绿素 b 含量减少了 0.3 mg/L， 总叶绿素含量减少了 0.6 mg/L, 而利用上述的超声 波藻类破碎装置对藻类细胞进行破碎后。
19、， 叶绿素 a 增加了 3.5 mg/L， 叶绿素 b 含量增加了 3.7 mg/L， 总叶绿素含量增加了7.2 mg/L,由此表明了叶绿素容易被臭氧氧化， 细胞破碎后 很快与臭氧反应而得到去除， 而超声波破碎装置则无此功效。 说 明 书 CN 102965280 A 5 4/5 页 6 0025 进一步， 本发明的藻类细胞破碎所用的装置对细胞进行破碎后， 可萃取有机物产 率为 17.6g/100g 干藻， 而利用上述的超声波藻类破碎装置对藻类细胞进行破碎后可萃取 有机物产率为 14.1g/100g 干藻， 由此表明了本工艺过程生成的某些易萃取有机物与超声 波方法相当， 具有相似的萃取效率。 。
20、0026 综上所述， 运用本发明的藻类细胞破碎所用的装置对藻类细胞进行破碎， 不但可 以有效地破碎藻类细胞壁和细胞膜， 使细胞内含物外流， 得到 17.6g/100g 干藻产率， 与超 声工艺 14.1g/100g 干藻产率相当。且某些易被氧化的叶绿素等物质可以被臭氧进一步氧 化， 破碎后体系中叶绿素含量下降0.6 mg/L， 而超声工艺则上升了7.2 mg/L， 因此本发明的 藻类细胞破碎所用的装置在藻类细胞破碎方面的应用可以有效降低藻类在自然水体中腐 败氧化时所需的氧量。 0027 应用实施例 2 利用实施例 1 所述的一种藻类细胞破碎所用的装置对藻类细胞进行破碎的方法， 具体 包括下列步。
21、骤 ： （1） 、 量取 200 ml 收获的小球藻溶液于 1 L 的高压反应釜中， 在 120 130 r/min 条件 下搅拌 5 min ； （2） 、 打开臭氧发生器和空压机， 将按体积比即臭氧 ： 空气为 1 ： 150 的臭氧和空气组成 的混合气体控制总流量为 2 L/min 通入到高压反应釜中 , 继续以 120 130 r/min 匀速搅 动藻液， 使通入的臭氧、 空气和藻液均匀混合 ； （3） 、 设定压力为0.6 MPa， 当达到0.6 Mpa时， 维持12 s时间， 打开高压反应釜的排 气阀使压力降至常压， 然后再升压至0.6 MPa， 当达到0.6 Mpa时， 再次打开。
22、高压反应釜的排 气阀使压力降至常压， 循环升压、 降压过程 80 次即得到破碎的藻类细胞。 0028 收集上述所得的破碎的藻类细胞 100 ml 于洁净的烧杯中， 体系中溶液温度为 24， 未见明显变化。溶解性 COD 含量增加 243 mg/L， 叶绿素 a 减少了 0.1 mg/L， 叶绿素 b 含量减少了0.2 mg/L， 总叶绿素含量减少了0.3 mg/L,可萃取有机物产率为26.7g/100g干 藻。 0029 应用实施例 3 利用实施例 1 所述的一种藻类细胞破碎所用的装置对藻类细胞进行破碎的方法， 具体 包括下列步骤 ： （1） 、 量取 200 ml 收获的小球藻溶液于 1 L。
23、 的高压反应釜中， 在 120 130 r/min 条件 下搅拌 5 min ； （2） 、 打开臭氧发生器和空压机， 将按体积比即臭氧 ： 空气为 1 ： 150 的臭氧和空气组成 的混合气体控制总流量为 2 L/min 通入到高压反应釜中 , 继续以 120 130 r/min 匀速搅 动藻液， 使通入的臭氧、 空气和藻液均匀混合 ； （3） 、 设定压力为 0.8 MPa， 当达到 0.8 Mpa 时， 打开高压反应釜的排气阀使压力降至常 压， 然后再升压至0.8 MPa， 当达到0.8 Mpa时， 再次打开高压反应釜的排气阀使压力降至常 压， 循环升压、 降压过程 80 次即得到破碎的。
24、藻类细胞。 0030 收集上述所得的破碎的藻类细胞 100 ml 于洁净的烧杯中， 体系中溶液温度为 24， 未见明显变化。溶解性 COD 含量增加 1126 mg/L， 叶绿素 a 减少了 0.3 mg/L， 叶绿素 b 含量减少了 0.4 mg/L， 总叶绿素含量减少了 0.7 mg/L, 可萃取有机物产率为 24.3g/100g 说 明 书 CN 102965280 A 6 5/5 页 7 干藻。 0031 应用实施例 4 利用实施例 1 所述的一种藻类细胞破碎所用的装置对藻类细胞进行破碎的方法， 具体 包括下列步骤 ： （1） 、 量取 200 ml 收获的小球藻溶液于 1 L 的高压。
25、反应釜中， 在 120 130 r/min 条件 下搅拌 5 min ； （2） 、 打开臭氧发生器和空压机， 将按体积比即臭氧 ： 空气为 1 ： 150 的臭氧和空气组成 的混合气体控制总流量为 2 L/min 通入到高压反应釜中 , 继续以 120 130 r/min 匀速搅 动藻液， 使通入的臭氧、 空气和藻液均匀混合 ； （3） 、 设定压力为 0.4 MPa， 当达到 0.4 MPa 时， 打开高压反应釜的排气阀使压力降至常 压， 然后再升压至0.4 MPa， 当达到0.4 MPa时， 再次打开高压反应釜的排气阀使压力降至常 压， 循环升压、 降压过程 80 次即得到破碎的藻类细胞。
26、。 0032 收集上述所得的破碎的藻类细胞 100 ml 于洁净的烧杯中， 体系中溶液温度为 24， 未见明显变化。溶解性 COD 含量增加 201 mg/L， 叶绿素 a 减少了 0.2 mg/L， 叶绿素 b 含量减少了 0.2 mg/L， 总叶绿素含量减少了 0.4 mg/L, 可萃取有机物产率为 22.5 g/100g 干藻。 0033 综上所述， 本发明的藻类细胞破碎所用的装置， 由于含有臭氧发生器、 空压机和高 压反应釜， 利用其对藻类细胞进行破碎， 可以实现利用压力辅助臭氧法对藻类细胞破壁， 以 有效地杀死水体中的藻类， 抑制富营养化对水体的危害。 实验证明， 在最大压力为0.8 MPa， 加压 - 减压循环数为 80 的条件下， 可以有效破碎藻类细胞的细胞壁和细胞膜， 使细胞内含 物外流， 且某些易被氧化的叶绿素等物质可以被臭氧进一步氧化， 从而降低藻类在自然水 体中腐败氧化时所需的氧量。 0034 以上所述仅是本发明的实施方式的举例， 应当指出， 对于本技术领域的普通技术 人员来说， 在不脱离本发明技术原理的前提下， 还可以做出若干改进和变型， 这些改进和变 型也应视为本发明的保护范围。 说 明 书 CN 102965280 A 7 1/1 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 102965280 A 8 。