微藻培養液濃縮采礦方法研究進展

網絡藝術。1家禽2非全日制和非全日制保障2.1藻體采收與油脂提取2.2Flocculationanddissolvedairflotation2.3Centrifugation2.4Filtration3Algallipidextractionmethods3.1Organicsolventextraction3.2Supercriticalfluidextraction3.3Subcriticalwaterextraction4Insitulipidmilking4.1Conceptofmilking4.2Applicationofmilking4.3Rulestochooseorganicsolventsformilkingestablishment4.4Mechanismoflipidextractionduringmilkingprocess5Problemsandprospects1引言由于石油資源日益枯竭和環境問題的嚴峻緊迫,可再生能源的開發利用成為關系國計民生的戰略性需求。生物柴油是生物能源的重要產品,但因原料不足使產業發展受到嚴重制約。微藻具有光合效率高、零凈碳值、易培養、生長周期短、油含量高等優點,是一種極具前景的生物柴油大宗原料,近年已引起各國政府和學者的高度關注。能源微藻是指油脂含量高于30%的藻類,例如:綠藻Chlorellasp.,Nannochloropsissp.,Botryococcussp.,Nannochlorissp.,Neochlorissp.,Dunaliellasp.,金藻Isochrysissp.和硅藻Chaetocerossp.,Cylindrothecasp.等,大部分綠藻缺氮培養時油脂含量有一定程度的提高,部分可達50%以上,硅藻則在培養基中硅含量較低時會促進油脂合成。目前,通過能源微藻生產生物柴油的技術路線在實驗室已打通,但存在的核心問題是生產成本太高且產業化技術研究較少,如何從工程角度進行產業化技術改進和深入研究微藻油脂合成機理,提高油脂產量是亟待解決的關鍵問題。近年來的研究熱點集中于藻種選育和培養條件優化,利用代謝工程提高培養密度和油脂含量,設計微藻高密度培養的光生物反應器等方面。盡管一定程度上提高了產量,但實際藻液生物質含量仍然很低,通常密閉式反應器培養獲得藻體生物量約4.0g·L-1,開放式培養約0.14g·L-1。對于如此低生物質含量藻液,藻體采收和油脂提取是制備微藻柴油技術路線的關鍵步驟,是決定最終能量輸出的重要影響因素。據測算,在微藻柴油的制備過程中,藻體采收、細胞干燥和油脂提取約占生物柴油生產成本的50%,導致整個生產過程能源輸入與輸出的不平衡,限制了工業化應用。因此,該階段技術改進對降低生產成本有重要意義。本文結合國內外研究現狀,從藻體采收和油脂提取技術兩方面展開討論,并針對微藻生物柴油下游技術存在的問題,提出今后可能的研發方向,旨在促進我國微藻生物柴油的工業化生產。2藻液濃縮與藻體采收技術2.1重力沉降技術微藻細胞體積小,直徑約3—30μm,通過絮凝使藻體聚集成團依賴重力作用沉降,是目前應用最為廣泛的微藻采收技術之一。根據絮凝機制可分為陽離子絮凝劑、pH值、電場介導等絮凝方法。2.1.1無機金屬鹽絮凝劑和殼聚糖微藻細胞外壁具有羥基、羧基、氨基、巰基和磷酸根等帶負電荷基團,具有膠粒性質,在水體中投入陽離子型絮凝劑,絮凝劑水解生成帶正電荷的產物,能通過吸附電中和作用與帶負電荷的藻體形成聚集體沉降。陽離子型絮凝劑分為Fe3+、Al3+、Mg2+、Ca2+等無機金屬鹽類,聚合硫酸鐵、聚合硫酸鋁等聚合金屬鹽類和聚丙烯酰胺、殼聚糖等有機高分子聚合物三類。針對不同藻種選擇絮凝劑的一般原則為:價格便宜,對藻體無致死作用,絮凝效率高及殘留對后處理無影響。FeCl3和Al2(SO4)3是最常用的無機金屬鹽絮凝劑,已應用于Chlamydomonasreinhardtii,Botryococcusbraunii,Scenedesmus和Chlorella等,藻液的酸堿度對絮凝效果影響顯著,偏堿性環境(10<pH<11)有助于提高絮凝效率。聚合硫酸鐵是最常用的聚合鹽類絮凝劑,與普通的金屬離子絮凝劑相比,這類無機聚合鹽絮凝劑適用的pH值范圍較廣,絮凝效率也有明顯提高,藻體絮凝團脫水后處理操作更簡便。然而,因金屬離子殘留的影響,金屬鹽類絮凝劑在食品、藥品級微藻領域的應用受到極大限制。殼聚糖是一種可食用的直鏈高分子聚合物,因其無毒常用于食藥級藻體的絮凝采收。殼聚糖分子鏈上游離氨基在稀酸溶液中質子化帶大量正電荷,能與帶負電荷的藻細胞接觸并中和其表面電荷,同時,借助高分子鏈的吸附黏結和架橋作用產生藻體絮凝沉降。實際應用中,藻細胞密度、離子強度、pH值,絮凝劑與藻液的混合程度等因素都會影響絮凝效率。通常殼聚糖對淡水藻的絮凝沉降作用優于鹽水藻,當體系中鹽度超過5g·L-1時,絮凝效率會受到顯著抑制。同時,殼聚糖對淡水藻的最適絮凝pH值要高于鹽水藻,如在pH=7.0左右,Spirulina,Oscillatoria和Chlorella等絮凝效率達90%,而對鹽水藻Synechocystis的最適絮凝pH值為5.0。此外,Chisti等研究發現,低速攪拌有助于加快絮凝速度,而高速攪拌產生的剪切力會破壞藻體聚集成團。2.1.2ph導電藻體絮凝某些藻種,因CO2的消耗或人為添加NaOH/Ca(OH)2所致藻液pH值上升也會引發藻體的自絮凝現象。其絮凝機制為:藻細胞表面帶有羥基、羧基等負電荷,當pH調節為特定值時,細胞表面的凈電荷為零(即細胞等電點),藻體發生脫穩現象,從而產生自發絮凝行為。與絮凝劑方法相比,pH介導藻體絮凝操作簡易,絮凝效率也相對較高。例如:對Thalassiosirapseudonana進行多種絮凝方法的比較評價,結果表明,僅用NaOH使藻液pH值調控至6.0—10.0即有藻體絮凝,當培養液pH值達10.0時,絮凝效率為97±2%,而且形成的藻團體積大沉降快。針對能源藻Chlorella的研究表明,即使培養液中細胞密度較低(初始生物量為0.18g·L-1),堿化后絮凝效率仍有90%以上,而且絮凝后的藻體仍能保持較高活性,調節pH值至中性可使藻團快速去絮凝呈單細胞懸浮液。然而對一些特定藻種,pH介導絮凝采收藻體的方法也存在弊端。如二十碳五烯酸(eicosapntemacniocacid,EPA)高產藻種Skeletomacostatum,pH=10.2時藻體絮凝率達80%,但回收藻體中相當一部分細胞發生解體及胞內成分外泄,嚴重影響后續EPA提取工藝。2.1.3含氟低表面活性劑的氣浮除離子型絮凝劑和堿化絮凝等化學方法外,利用外加電場的物理絮凝法也是常用的藻體采收技術[25—27]。在水溶液介質中,藻細胞呈電負性,易向外加電場中的正極移動,一旦藻細胞到達正極即發生電中和作用,繼而產生絮凝行為。同時,藻液中的水在電極附近發生解離產生O2(正極)和H2(負極),大量氣泡帶動絮凝藻團浮于水體表層,便于采收,裝置示意圖見圖1。電場介導藻體絮凝兼具絮凝和氣浮過程,無需在培養液中添加化學絮凝劑,特別適用于含藥用或食用級活性物質藻體的采收。該方法對綠藻(Scenedesmusacutus,Chlorellavulgaris,Closteriumsp.,Cryptomonassp.,Staurastrumsp.,Botryococcusbraunii),藍綠藻(Coelosphaeriumsp.,Aphanizomenonsp.)和硅藻(Asterionellasp.,Cvclotellasp.,Melosirasp.)等都有較高的絮凝效率,且電勢差、電極表面積和正負電極間距等因素對總能耗有顯著影響。2.1.4超聲波輔助萃取微藻近年來,除上述藻體絮凝處理方法外,超聲波、生物絮凝劑或微藻與微生物共培養形成絮凝物沉降的方法也屢有報道。細菌Paenibacillussp.AM49是常用的生物絮凝劑,對Botryococcusbraunii,Selenastrumcapricornutum,Chlorellavulgaris和Scenedesmussp.等綠藻絮凝效果良好,藻體采收率為91%—95%,然而對藍藻Anabaenaflosaquae,Microcystisaeruginosa等藻體采收率明顯降低,僅為38%—49%。高頻超聲波能促使Microcystisaeruginosa絮凝沉降,但長時間作用會使細胞破裂失活,同時釋放藻毒素至胞外,影響水體質量及培養液回用。由于細菌為異養生長方式,需在培養液中另加入有機碳源促進生長,增加了培養成本的投入。針對這一問題,近期報道的利用不同絮凝能力微藻共培養進行藻體采收方法為工業規模微藻收集提供了新思路。Salim等選用Ankistrodesmusfalcatus、Scenedesmusobliquus、Tnkistrodesmussuecica等能夠發生自絮凝的藻種與非自絮凝藻同時自養培養,其中一種藻種發生自絮凝時能通過架橋作用和電中和機制使另一藻種發生共絮凝沉降,提高藻體收率。另外,關于超聲波絮凝機制目前還不明確,有人認為超聲波通過破壞藻細胞中的微囊泡來增加藻體密度絮凝沉降,另有說法:當超聲波作用于藻細胞時(圖2A),細胞受力移動至聲波壓力節點位層(圖2B),隨后在節點處絮凝成團(圖2C),停止超聲后藻團因重力作用沉降。2.2溶解狀態下微藻絮凝團分離溶解氣浮法(dissolvedairflotation,DAF)最早報道于廢水處理過程中活性污泥的回收,目前也可用于水體除藻和人工養殖微藻的采收,為提高收率多與絮凝技術結合。DAF操作流程:在一定壓力下通入空氣,并使之在水中呈飽和溶解狀態,氣泡黏附于藻團降低絮凝團整體密度,然后壓力驟降導致氣體溶解度降低,水中溶解的空氣從水體析出,形成直徑0.01—0.1mm的微小氣泡,密集度大且粒度均勻的氣泡上浮,帶動疏松的微藻絮凝團浮于水面便于收集。與傳統的絮凝沉降法相比,絮凝氣浮法能在較短時間內取得更高的藻體收率,而且絮凝劑的消耗量也顯著降低。例如DAF法采收水體中藍藻Microcystisaeruginosa,絮凝劑Al2O3添加量(DAF3mg·L-1vs沉降法5mg·L-1),絮凝時間(DAF8min70s-1vs沉降法15min24s-1)和藻體收率(DAF93%—98%vs沉降法69%—94%)都明顯優于絮凝沉降法。影響DAF藻體采收效率的因素包括氣泡大小、氣液混合效率以及適于規模操作的工程設備改進等。2.3能耗大的情況離心法是一種快速的細胞采收方法,然而若要對規?；B殖微藻進行藻/水高通量分離,則前期離心設備的購買安裝需較大資金投入,同時操作過程能耗也較大。離心法的收率決定于離心力大小(轉速)、藻細胞沉降特性(細胞大小)、藻液在離心機內停留時間及沉降距離等因素。Chisti等詳細闡述了針對特定藻種選擇和使用合適離心機的原則。Heasman等比較了離心法對9株藻的采收率及細胞活性的影響,結果發現,離心力為13000g時95%藻體可沉降收集,但是離心力降低10倍(1300g)收率僅為40%,離心后的細胞活性則與藻種密切相關。2.4藻體按功能分區布設微藻生物柴油對于部分藻種,簡單過濾也能有效采收藻體。對Spirulinaplatensis(細胞長400—600μm),Coelastrumsp.(細胞群直徑50—100μm)等個體較大的藻種,沙濾,纖維素濾器和硅藻土過濾等方法都具有良好的脫水效果,加壓操作有利于提高收率,例如,對Coelastrumproboscideum的壓濾濃縮倍數為245倍。對于Isochrysis,Dunaliella和Chlorella等細胞直徑小于10μm的微藻,微濾和超濾可以有效截留藻細胞,但在操作過程中需注意以下幾點:(1)濾膜選擇膜材料可選平板或中空纖維陶瓷膜、PVC膜和PAN膜等,截留分子量范圍為40—60kDa,剪切力敏感藻種易用微濾法。(2)操作條件加壓或抽真空能提高膜通量,膜過濾法還可以進行藻液的連續濃縮。(3)膜污染控制過濾時,藻體易堵塞膜孔降低通量,同時大量有機質殘留導致膜污染,空氣反沖使濾餅剝離膜表面以及NaClO溶液周期性清洗濾膜是控制膜污染的常用方法。關于各種微藻采收方法的應用及效率比較見表1。鑒于不同方法原理的區別,藻體采收效率取決于藻體大小、細胞表面電荷分布等屬性。針對不同藻種特性和用途應選擇適宜的采收方法,例如用于食藥加工的微藻則適于離心、過濾等機械采收方法,而基于化學、生物絮凝等方法則可用于水體處理過程中藍藻的去除或非食藥用途藻體采收。目前,能源微藻的大規模培養方式主要是開放池和密閉光生物反應器兩種。開放池藻體生長密度較低,而且存在不同程度的微生物和固體顆粒污染,而密閉式反應器基本為無菌培養,微藻濃度可比開放式培養提高10倍以上。針對工業規模能源微藻采收通常結合其中兩種或兩種以上的方法處理,例如:先在培養池或反應器中加入化學或生物絮凝劑使藻體成團,再以沉降或氣浮方式收集藻團達到濃縮藻液的目的,后期則利用離心或過濾等物理方法進一步使藻水分離,對得到的藻泥進行晾曬或冷凍干燥處理使之成為藻粉?，F有國內微藻養殖廠則多采用離心或過濾法濃縮藻液,再經噴霧干燥法得到藻粉。為提高微藻生物柴油的經濟性,藻體采收后剩余大量培養液的回用是降低成本的積極措施之一,然而基于pH值、化學和細菌等絮凝劑對微藻生長影響的考慮,離心、過濾以及自絮凝微藻共培養的方法更適于能源微藻的采收。3微藻油脂提取技術除藻體采收外,細胞內油脂組分的提取也是微藻生物柴油制備工藝的重要環節。微藻油脂提取技術包括有機溶劑萃取法、超臨界流體萃取和熱裂解等,這些方法要求藻體為干燥粉末,而藻液中干物質含量通常低于1%,濃縮干燥的預處理不僅延長生物柴油生產周期,還影響油脂提取效率。為了避開濃縮干燥等步驟,亞臨界水提取、直接轉酯、原位萃取及促使微藻油脂分泌至胞外的新方法應運而生,但這些技術還僅限于實驗室水平,未達到工業化要求。3.1有機溶劑的萃取方法3.1.1雙溶劑體系的選擇雙溶劑體系萃取(mixingco-solventextraction)是指由一種極性溶劑與一種非極性溶劑組成單相體系提取藻體油脂,目前,Bligh和Dyer于1959年提出的甲醇/氯仿體系仍是最常用的微藻油脂提取方法?；凇跋嗨葡嗳堋痹?藻體與甲醇/氯仿混合溶劑充分接觸,極性溶劑甲醇與細胞膜的極性脂結合,從而破壞脂質與蛋白質分子間的氫鍵和靜電作用,使非極性溶劑氯仿進入細胞并溶解胞內疏水的中性脂成分,充分萃取后在體系中加入水,甲醇即溶于水相而與含油脂的氯仿相分層,氯仿揮發后得到粗脂提取物。然而因氯仿有神經致毒作用,一些低毒雙溶劑體系也嘗試用于油脂提取,例如正己烷/異丙醇,DMSO/石油醚,正己烷/乙醇等。應用于溶劑萃取法的相關設備主要是基于索氏提取原理設計的,分為半自動或全自動兩種類型,如瑞士BUCHI公司、德國格哈特(Gerhardt)公司生產的脂肪提取器等。為提高油脂提取率,選擇合適的溶劑體系及溶劑添加順序至關重要。在實際應用中,雙溶劑體系的選取原則包括:(1)極性溶劑能有效破壞細胞膜脂和膜蛋白間結合力,使細胞膜疏松多孔;(2)非極性溶劑的親疏水性盡可能與細胞內油脂成分的性質接近;(3)可結合高溫高壓或機械破壞細胞膜的方法提高油脂提取率。萃取過程中溶劑添加順序則需按極性遞增原則,如對Nannochloropsis藻粉依次加入氯仿、甲醇、水,油脂提取率為21.0%,而按相反順序添加溶劑(水、甲醇、氯仿),提取率降低為18.5%(見表2)。其原因可能是,體系中的水先在油脂表面形成保護層,阻礙油脂與氯仿直接接觸,增加其溶解在氯仿等弱極性溶劑中的難度。因此,藻體含較多水分時,攪拌、超聲波或加大溶劑量都不會顯著提高油脂萃取效率。W-M-C:water-methanol-chloroform,a:Thehighestextractionyieldwasdefinedas100%efficiencyforcomparison.3.1.2ase法萃取微藻油脂1996年,Richter等提出快速溶劑提取法(acceleratedsolventextraction,ASE),這是一種在較高溫度(50—200℃)和較大壓力(10.3—20.6MPa)條件下用溶劑萃取固體或半固體樣品的處理方法。該方法用于萃取微藻油脂的原理是:高溫高壓有助于增加傳質速率使溶劑快速滲入藻細胞,同時降低溶劑介電常數使其極性接近油脂,從而提高溶劑的萃取效率。常用溶劑體系有甲醇/氯仿,異丙醇/正己烷等,流程示意圖見圖3。與雙溶劑萃取法相比,ASE法具有作用時間短(5—10min),溶劑消耗量少,油脂提取率高的優點。例如,傳統的Folch方法(氯仿/甲醇,2∶1(v/v))對綠藻Rhizocloniumhieroglyphicum的油脂提取率為44%—55%,而用等量溶劑在壓力10.3MPa,120℃時僅提取5min即可達到85%—95%的油脂提取率。常用的快速溶劑提取裝置有美國DionexThermo公司的ASE150/350、瑞士BUCHI公司的E-916等型號儀器。system3.1.3脂肪酸甲酯的合成原位轉酯化(insitutransesterification)是指冷凍干燥的藻粉在強酸催化劑(如HCl,H2SO4)作用下能與醇(如甲醇)發生轉酯反應生成脂肪酸甲酯。原位酯化法省去脂肪酸提取步驟,有效簡化了生物柴油的生產工藝。該方法最早報道于動物脂肪組織的直接酯化,后證實可廣泛應用于棉籽、葵花籽、真菌和微藻等高含油量生物質中脂肪酸的甲酯化。對微藻原位酯化的研究表明,反應物在密閉容器中加熱至100℃僅需1h即可反應完全,在體系中加入正己烷可以實現產物脂肪酸甲酯的一步純化;若將底物醇與乙醚、甲苯等弱極性溶劑混合,則能通過改變反應介質極性而提高產率。與其他方法不同的是,反應過程中細胞膜極性脂成分也發生酯化導致脂肪酸甲酯收率明顯提高,甚至對幾乎不含中性脂的藍藻(Synechocystissp.PCC6803,Synechococcuselongatus),脂肪酸甲酯產率也有7.1%。然而樣品含水量對轉化效率影響顯著,藻水比為1∶1時,酯化產率僅為干燥樣品的50%。3.2微藻油脂的提取超臨界流體萃取(supercriticalfluidextraction)是一種新興的提取技術,它是指超出臨界溫度和壓力時,流體介于氣態和液態之間,同時具有氣體的擴散傳質性能和液體的溶解性能,對藻體油脂的提取效率遠高于普通的有機溶劑。CO2由于臨界條件溫和(壓力7.4MPa,溫度31.1℃)、無毒、化學惰性等優勢,使用最為廣泛。此外,甲醇、乙醇、水、二氧化氮、六氟化硫等使用也有報道。超臨界CO2萃取(supercriticalcarbondioxideextraction,SCCO2)微藻油脂的作用條件為40—50℃,24.1—37.9MPa,提取后油脂溶解在超臨界液態CO2中,回收時只需控制溫度和壓力使CO2恢復氣態即可分離油脂,流程示意圖見圖4。鄭承熙等發明的連續萃取裝置即先通過壓力對藻體破壁,所得藻泥再(SCCO2)unit經超臨界CO2對油脂部分進行連續萃取處理。超臨界萃取是環境友好的綠色提取技術,但是因涉及到溫度和壓力控制,使得處理工藝能耗高,經濟性較差,不適于大宗化學品的提取。利用超臨界流體萃取微藻油脂過程對溫度和壓力有嚴格的控制,所用設備在工業規模的中藥有效成分和生物活性物質提取方面已有應用,能供應全套設備的公司有美國的ASI公司,ISCO公司以及SFT公司等。3.3原位油脂萃取法亞臨界水萃取(subcriticalwaterextraction,SWE)是指水在略低于臨界溫度時其極性降低,因此具有類似有機溶劑的性質,對油脂的溶解性也大大提高;同時,利用高壓使水維持在液態,高溫促使水快速進入細胞,使胞內脂質萃取至水相;當體系冷卻至室溫時,水的極性升高,溶解在水相的油脂與水迅速分層便于收集,流程示意圖見圖5。此外,亞臨界乙醇也可用來萃取色素,如萃取Haematococcuspluvialis和Dunaliellasalina中的胡蘿卜素。該方法的優勢在于可以對藻液直接處理,在體系中無需加入有機溶劑,但是因溫度壓力等高能耗步驟的存在,此法工業應用也有所限制。unit(SR,solventreservoir;PV,purgevalve;RV,pressurereliefvalve;EC,extractioncell;SV,staticvalve;CV,collectorvial;WV,wastevial)4原位油脂萃取法由于微藻培養所得生物量濃度不高,因此對藻體依次進行采收、干燥及油脂提取處理總能耗較大,是微藻柴油實現工業化的主要挑戰。針對該問題,本課題組提出微藻油脂原位萃取的新方法,從系統工程的角度出發,使微藻采收與油脂提取進行過程集成,并對建立此方法時有機溶劑的選擇原則和產物萃取機制等問題做了深入研究。4.1微藻油脂原位萃取原理原位萃取(milking)是指建立生物相容性有機溶劑與藻液共混的兩相體系,使目標產物不斷萃取至溶劑相,同時藻細胞仍不斷合成產物的模式,使微藻采收與產物提取過程集成,實現產物在線提取和提高產量的雙重目標,原理示意圖見圖6。與傳統方法相比,微藻油脂原位萃取具以下優勢:(1)常溫常壓操作;(2)培養與提取同步進行,無需藻體干燥;(3)解除產物抑制,提高油脂產量。biphasicsystem4.2有機溶劑的應用目前,原位萃取的方法已在色素、烴類、DHA和紫杉醇等藻或高等植物細胞產品提取方面有所報道。Hejazi等利用兩相培養體系培養Dunaliellasalina生產β-胡蘿卜素,發現logP>6的有機溶劑生物相容性較高,且兩相反應體系中β-胡蘿卜素總產量比單水相培養也有所提高。韓國的An等用正辛烷與水的兩相體系培養及提取Botryococcusbraunii細胞中烴類成分,烴的提取率達57%。Xu等用油酸與水的兩相體系培養紫杉細胞和提取其代謝產物紫杉醇,并研究了有機溶劑對紫杉細胞膜通透性的影響。兩相反應器培養Haematococcuspluvialis生產蝦青素的實驗也獲得了成功。此外,有機溶劑與水組成的兩相培養體系在神經毒素、DHA等高附加值產品的生產方面也有所研究。4.3生物原位萃取能力和萃取效率與藥物關系選擇適當的有機溶劑是建立原位萃取體系的首要任務,一般來說,需遵循以下原則。(1)生物相容性在原位萃取過程中,為保證藻體生長和持續合成產物,所用有機溶劑首先需滿足對細胞的高生物相容性。溶劑對藻體的生物相容性由溶劑體積比、疏水性(logP)、分子量等物理特性決定。通常在建立的兩相體系中,溶劑相體積不超過總體積的15%。相比而言,疏水性強、分子量大的有機溶劑一般具有較高的生物相容性。對不同藻種的研究表明,溶劑疏水性(logP)與分子量對藻細胞活性的影響呈“S”形關系,拐點位置logP范圍為5.5—6.0,疏水性高于拐點logP的溶劑具有較好的生物相容性,而低于該拐點logP的溶劑則對細胞生長有致死作用,如圖7所示。隨藻種細胞結構的不同,拐點logP也略有差別,例如,無細胞壁的DunaliellasalinalogP>6的溶劑生物相容性較高,具細胞壁的Nannochloropsissp.和Botryococcusbraunii,拐點logP為5.5。(2)產物萃取效率有機溶劑對產物的親合性和萃取率是影響原位萃取過程經濟性的重要因素。對于胡蘿卜素、蝦青素等產品,正辛醇等偏親水性溶劑有較高的萃取率,但綜合考慮生物相容性等影響,通常多以十二烷、十四烷等強疏水性溶劑建立兩相原位萃取體系。(3)溶劑回收率原位萃取過程中,有機溶劑循環萃取能極大程度地提高產物收率,而溶劑總消耗量主要受其揮發性的影響,因此選擇原位萃取的有機溶劑時要充分考慮溶劑回收率。10%(v/v)differentorganicsolventsundercontinuousilluminationat60μmolphotonsm-2·s-1and25℃for96h4.4原位萃取法對十四烷-水兩相體系中Botryococcusbraunii油脂原位萃取研究表明,十四烷對藻體油脂萃取過程分為如下4個步驟(圖8):(1)油脂合成及包裝。在細胞質內合成甘油三酯,并與蛋白質結合包裝成脂滴以存貯能量。(2)油脂以囊泡介導跨膜運輸。在靠近胞內脂滴聚集的位置,細胞膜發生褶皺并向外隆起,形成數個清晰可見的囊泡,胞內油脂向外分泌是通過囊泡介導的胞吐作用實現的。(3)油脂分泌至質壁間forBotryococcusbrauniiinatetradecane-aqueoussystem隙。脂滴顆粒通過細胞胞吐作用進入原生質體與細胞壁間的空腔內。(4)油脂擴散出細胞壁進入有機相。十四烷-水兩相培養體系中,藻細胞壁結構變得松散多孔,使質壁間隙的油脂容易穿過細胞壁擴散進入有機相。本課題組以Botryococcusbraunii為出發藻種,篩選出其生物相容性良好的有機溶劑十四烷進行原位油脂萃取實驗,并引入有機材料的中空纖維膜作為介質,以提高溶劑在藻液中的分散效率,有效增加藻體與有機溶劑的接觸面積,保持藻液與溶劑體積比為10∶1