微藻絮凝技术简介
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
此外目前有些研究利用基因工程来诱导微藻的自絮凝。目前研究的重点是微藻的代谢工程，以增 加生物量和代谢产物的产量。因此，基因修饰也可以应用于微藻中，通过絮凝微藻细胞来实现高效收 获。由于对微藻自絮凝的分子和生化基础了解不多，因此在遗传水平上引入修饰具有一定的挑战性。 酿酒酵母可以作为工程微藻的模型，因为酵母中的遗传修饰已经成功地诱导了絮凝。在酵母中，其细 胞壁中存在一种特殊类型的糖蛋白，由5个基因的家族编码，即“FLO1，FLO5，FLO9，FLO10， FLO11”。这在细胞与细胞或非生物表面的粘附中起关键作用。这些蛋白质被称为“絮凝素”或“黏 附素”，具有使不同类型的糖结合特性，并导致细胞形成絮凝物。
微藻絮凝:藻类 生物炼制的研究
进展与展望
820099450
目
C
O N
录
T
E
N
T
S
1 背景
2 微藻絮凝的类型
物理絮凝、化学絮凝、生物絮凝、自絮凝
3 全球微藻絮凝研究趋势
4 结论与展望
1
背景
PA R T
1 背景
微藻属于光合生物的异质类，具有生产高价值生物活性物质的能力。例 如色素，抗氧化剂和维生素等。此外，微藻能够快速增长，具有超积累脂质 的能力，这使得它们在大规模生物柴油生产中具有巨大潜力。
2
PA R T
微藻絮凝的类型
物理絮凝 2
物理絮凝是利用物理力来使微藻发生絮凝，使之不会污染微藻生物质。 物理絮凝包括超声波絮凝、电泳、磁性氧化铁（Fe3O4）纳米颗粒还有介于物理方法和化 学方法之间电絮凝法。 超声波絮凝：高频(MHz)低振幅的超声波会导致细胞聚集，而低频(kHz)高振幅的超声波 会导致细胞破裂。这种策略在实验室规模上使用很方便，但是很难扩大规模。 电泳：带负电的微藻细胞在电场作用下也会产生聚集体，微藻细胞聚集在阳极周围，中和 其电荷，并产生聚集体。 磁性氧化铁(Fe3O4)纳米颗粒因为可以回收纳米颗粒，污染较少，纳米颗粒被细胞吸附而 使微藻细胞絮凝，并在一个单独的步骤中分离出来。 这种物理絮凝微藻细胞具有不需要任何化学物质参与的优点，但是该过程所需的能量和电 极的成本使得它无法用于更大的规模。
微藻中不同的生物絮凝方法
生物絮凝 2
自絮凝 2
自絮凝是指微藻在不添加絮凝剂的情况下自发发生的絮凝反应。目前报道的自絮凝型微藻菌株很 少，例如Ankistrodesmus falcatus，Tetraselmis suecica，S. obliquus，Ettlia texensis， Skeletonema marinoi ，C. vulgaris ，Chlorococcum sp.等。但是这些菌株具有较低的生长速度 和较低的油脂产量，这使得它们对生物柴油生产和其他工业应用的吸引力降低。自絮凝发现与钙/镁离 子的沉淀有关。这些沉淀物，在特定条件下，带正表面电荷，通过电荷中和或清扫絮凝与微藻细胞的 带负电荷的表面相互作用而发生自絮凝。
真菌中的一些物种可以通过其带正电荷的菌 丝与微藻带负电荷的表面相互作用，诱导絮凝。 类似地，一些细菌聚生体也能导致絮凝。真菌和 细菌都有助于絮凝，可以与微藻结合培养，也可 以与微藻分离培养。真菌和细菌与微藻共培养需 要碳源，废水中就存在这种碳源，所以在废水处 理过程中，通常可以采用生物絮凝法收集微藻。 利用真菌和细菌进行生物絮凝的方法可以最大限 度地减少有害的化学污染，但会导致微生物混合， 这也可能影响微藻的各种应用的效率。
絮凝的论文快速增长。微藻絮凝的大多数出版物是研究文
章（占84％），此外中国是最关注微藻絮凝的国家，共出
版了130种出版物，其次是美国，有81种出版物。
4
PA R T
结论与展望
结论与展望 4
微藻是有很高潜在价值的生物资源，可以在不同工业中应用，但是其收获困难， 占总成本的20％–30％，是藻类生物炼制的重要瓶颈。因此，开发合适的分离技术来 收获微藻细胞来降低生产成本。微藻絮凝技术的最新进展可以有效降低大规模生物质 生产成本和能源需求。
与传统的阳离子金属盐相比，阳极电解释放金属离 子具有回收率高、pH范围宽、剂量小、耦合阴离子作 为生物质使污染物最小化等优点，但是微藻生物质中金 属离子的存在限制了其仅适用于非食用产品的生产过程。
ห้องสมุดไป่ตู้
化学絮凝 2
化学絮凝是使用化学物质即絮凝剂来诱导微藻絮凝。 絮凝剂具有三种主要类型，分别称为无机絮凝剂，无机聚合物和有机聚合物。 常用的絮凝剂有壳聚糖、硫酸铝(Al2(SO4)3)、氢氧化钠(NaOH)、聚丙烯酰胺、硝
3 不利影响，阻碍了其实际应用。因此，还需要进一步的研究来开发经济、高效、
环保的絮凝剂，用于藻类生物炼制。
不同絮凝剂的比较
2
1
3
化学絮凝 2
由细菌、真菌、藻类等微生物产生 的胞外高分子化合物发生的絮凝作用被 称为微藻的生物絮凝。这种絮凝会在湖 泊，池塘和河流等水源中的微藻水华中 自发发生。
生物絮凝 2
藻类生物量的种植，收获，下游加工阻碍了这种宝贵生物质作为商业商 品的使用。在藻类生物质的商业生产中的各种挑战中，生物质的回收是重大 问题。因此，要开发低成本、高能效的微藻生物质捕获技术，用来提高藻类 产品的商业化。
迄今为止已经发现了几种藻类生物质的捕获技术，包括重力沉降，浮选， 过滤，离心和絮凝。其中絮凝已被证明是藻类生物质商业规模收获的最实用 方法。微藻絮凝包括物理絮凝、化学絮凝、生物絮凝和自絮凝。
2 酸(HNO3)、氢氧化钙(Ca(OH)2)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化镁(Mg(OH)2)等。 不同的絮凝剂有不同的优缺点，对不同的微藻细胞具有不同的絮凝效率，此 外絮凝剂的浓度和类型对达到理想的絮凝效果也有很重要的影响。
1 其中金属絮凝剂在培养后仍可能保留在微藻生物质中，并可能在进一步加工
和应用中引起若干问题。 化学絮凝剂虽然效率高，但对包括叶绿素和脂类在内的藻类代谢物合成产生
物理絮凝 2
电絮凝法是介于物理方法和化学方法之间的絮凝方 法，在阳极上电解释放金属离子，从而充当化学絮凝剂。
电凝法是利用铁或铝电极在牺牲阳极上释放阳离子 (Al3+、Fe2+或Fe3+)。此外，水的电解产生氢氧根离子 (OH¯)，生成氢氧化物，起到絮凝剂的作用。浮选或沉 淀技术可用于从介质中分离出絮凝的微藻。
微藻絮凝中的化学絮凝效率很高，但会污染收获的微藻生物质和环境；生物絮凝 是安全和生态友好的，适用于废水处理过程，但会导致微生物混合，这可能影响微藻 后续的各种应用效率。微藻自絮凝的收获不需要大量的能量（物理的）也不需要任何 絮凝剂（化学的）来诱导絮凝，这使得自絮凝成为一种经济高效且环保的收获方法。 尽管微藻自絮凝是最便宜且环保的收获方法，但是自絮凝的微藻物种仍有一些生长速 率慢产油低的缺点，这可能需要基因工程来改造微藻，才能使这些微藻适用于微藻的 生物炼制。此外，将来可以使用自絮凝微藻的生物来勘探确定其他应用的菌株，以开 发基于微藻的生物炼制体系。
THANKS
湘北
3
PA R T
全球微藻絮凝研究趋势
3 全球微藻絮凝研究趋势
3
在2000年之后的研究中，首次进行了利用絮凝法收 获微藻的研究。根据文献计量分析研究分析了微藻絮凝的
全球研究趋势。在左上图中可以看到两个趋势，第一个趋
势是2000年到2010年期间发表的文章几乎没有变化而且
每年都很少，第二个趋势是2010年之后发表的关于微藻
微藻絮凝:藻类 生物炼制的研究
进展与展望
820099450
目
C
O N
录
T
E
N
T
S
1 背景
2 微藻絮凝的类型
物理絮凝、化学絮凝、生物絮凝、自絮凝
3 全球微藻絮凝研究趋势
4 结论与展望
1
背景
PA R T
1 背景
微藻属于光合生物的异质类，具有生产高价值生物活性物质的能力。例 如色素，抗氧化剂和维生素等。此外，微藻能够快速增长，具有超积累脂质 的能力，这使得它们在大规模生物柴油生产中具有巨大潜力。
2
PA R T
微藻絮凝的类型
物理絮凝 2
物理絮凝是利用物理力来使微藻发生絮凝，使之不会污染微藻生物质。 物理絮凝包括超声波絮凝、电泳、磁性氧化铁（Fe3O4）纳米颗粒还有介于物理方法和化 学方法之间电絮凝法。 超声波絮凝：高频(MHz)低振幅的超声波会导致细胞聚集，而低频(kHz)高振幅的超声波 会导致细胞破裂。这种策略在实验室规模上使用很方便，但是很难扩大规模。 电泳：带负电的微藻细胞在电场作用下也会产生聚集体，微藻细胞聚集在阳极周围，中和 其电荷，并产生聚集体。 磁性氧化铁(Fe3O4)纳米颗粒因为可以回收纳米颗粒，污染较少，纳米颗粒被细胞吸附而 使微藻细胞絮凝，并在一个单独的步骤中分离出来。 这种物理絮凝微藻细胞具有不需要任何化学物质参与的优点，但是该过程所需的能量和电 极的成本使得它无法用于更大的规模。
微藻中不同的生物絮凝方法
生物絮凝 2
自絮凝 2
自絮凝是指微藻在不添加絮凝剂的情况下自发发生的絮凝反应。目前报道的自絮凝型微藻菌株很 少，例如Ankistrodesmus falcatus，Tetraselmis suecica，S. obliquus，Ettlia texensis， Skeletonema marinoi ，C. vulgaris ，Chlorococcum sp.等。但是这些菌株具有较低的生长速度 和较低的油脂产量，这使得它们对生物柴油生产和其他工业应用的吸引力降低。自絮凝发现与钙/镁离 子的沉淀有关。这些沉淀物，在特定条件下，带正表面电荷，通过电荷中和或清扫絮凝与微藻细胞的 带负电荷的表面相互作用而发生自絮凝。
真菌中的一些物种可以通过其带正电荷的菌 丝与微藻带负电荷的表面相互作用，诱导絮凝。 类似地，一些细菌聚生体也能导致絮凝。真菌和 细菌都有助于絮凝，可以与微藻结合培养，也可 以与微藻分离培养。真菌和细菌与微藻共培养需 要碳源，废水中就存在这种碳源，所以在废水处 理过程中，通常可以采用生物絮凝法收集微藻。 利用真菌和细菌进行生物絮凝的方法可以最大限 度地减少有害的化学污染，但会导致微生物混合， 这也可能影响微藻的各种应用的效率。
絮凝的论文快速增长。微藻絮凝的大多数出版物是研究文
章（占84％），此外中国是最关注微藻絮凝的国家，共出
版了130种出版物，其次是美国，有81种出版物。
4
PA R T
结论与展望
结论与展望 4
微藻是有很高潜在价值的生物资源，可以在不同工业中应用，但是其收获困难， 占总成本的20％–30％，是藻类生物炼制的重要瓶颈。因此，开发合适的分离技术来 收获微藻细胞来降低生产成本。微藻絮凝技术的最新进展可以有效降低大规模生物质 生产成本和能源需求。
与传统的阳离子金属盐相比，阳极电解释放金属离 子具有回收率高、pH范围宽、剂量小、耦合阴离子作 为生物质使污染物最小化等优点，但是微藻生物质中金 属离子的存在限制了其仅适用于非食用产品的生产过程。
ห้องสมุดไป่ตู้
化学絮凝 2
化学絮凝是使用化学物质即絮凝剂来诱导微藻絮凝。 絮凝剂具有三种主要类型，分别称为无机絮凝剂，无机聚合物和有机聚合物。 常用的絮凝剂有壳聚糖、硫酸铝(Al2(SO4)3)、氢氧化钠(NaOH)、聚丙烯酰胺、硝
3 不利影响，阻碍了其实际应用。因此，还需要进一步的研究来开发经济、高效、
环保的絮凝剂，用于藻类生物炼制。
不同絮凝剂的比较
2
1
3
化学絮凝 2
由细菌、真菌、藻类等微生物产生 的胞外高分子化合物发生的絮凝作用被 称为微藻的生物絮凝。这种絮凝会在湖 泊，池塘和河流等水源中的微藻水华中 自发发生。
生物絮凝 2
藻类生物量的种植，收获，下游加工阻碍了这种宝贵生物质作为商业商 品的使用。在藻类生物质的商业生产中的各种挑战中，生物质的回收是重大 问题。因此，要开发低成本、高能效的微藻生物质捕获技术，用来提高藻类 产品的商业化。
迄今为止已经发现了几种藻类生物质的捕获技术，包括重力沉降，浮选， 过滤，离心和絮凝。其中絮凝已被证明是藻类生物质商业规模收获的最实用 方法。微藻絮凝包括物理絮凝、化学絮凝、生物絮凝和自絮凝。
2 酸(HNO3)、氢氧化钙(Ca(OH)2)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化镁(Mg(OH)2)等。 不同的絮凝剂有不同的优缺点，对不同的微藻细胞具有不同的絮凝效率，此 外絮凝剂的浓度和类型对达到理想的絮凝效果也有很重要的影响。
1 其中金属絮凝剂在培养后仍可能保留在微藻生物质中，并可能在进一步加工
和应用中引起若干问题。 化学絮凝剂虽然效率高，但对包括叶绿素和脂类在内的藻类代谢物合成产生
物理絮凝 2
电絮凝法是介于物理方法和化学方法之间的絮凝方 法，在阳极上电解释放金属离子，从而充当化学絮凝剂。
电凝法是利用铁或铝电极在牺牲阳极上释放阳离子 (Al3+、Fe2+或Fe3+)。此外，水的电解产生氢氧根离子 (OH¯)，生成氢氧化物，起到絮凝剂的作用。浮选或沉 淀技术可用于从介质中分离出絮凝的微藻。
微藻絮凝中的化学絮凝效率很高，但会污染收获的微藻生物质和环境；生物絮凝 是安全和生态友好的，适用于废水处理过程，但会导致微生物混合，这可能影响微藻 后续的各种应用效率。微藻自絮凝的收获不需要大量的能量（物理的）也不需要任何 絮凝剂（化学的）来诱导絮凝，这使得自絮凝成为一种经济高效且环保的收获方法。 尽管微藻自絮凝是最便宜且环保的收获方法，但是自絮凝的微藻物种仍有一些生长速 率慢产油低的缺点，这可能需要基因工程来改造微藻，才能使这些微藻适用于微藻的 生物炼制。此外，将来可以使用自絮凝微藻的生物来勘探确定其他应用的菌株，以开 发基于微藻的生物炼制体系。
THANKS
湘北
3
PA R T
全球微藻絮凝研究趋势
3 全球微藻絮凝研究趋势
3
在2000年之后的研究中，首次进行了利用絮凝法收 获微藻的研究。根据文献计量分析研究分析了微藻絮凝的
全球研究趋势。在左上图中可以看到两个趋势，第一个趋
势是2000年到2010年期间发表的文章几乎没有变化而且
每年都很少，第二个趋势是2010年之后发表的关于微藻