專(zhuān)利名稱(chēng)：用于從藻類(lèi)獲得細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物和細(xì)胞物質(zhì)和碎片的系統(tǒng)、裝置和方法及其衍生產(chǎn)品和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能量和微生物學(xué)領(lǐng)域。具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及用于從藻類(lèi)細(xì)胞收獲細(xì)胞物質(zhì)(cellular mass)和碎片以及細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物的系統(tǒng)、裝置和方法，所述細(xì)胞物質(zhì)和碎片以及細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物可以在各種類(lèi)型的產(chǎn) 品制造中用作化石燃料衍生物的代用品。
背景技術(shù)：
微生物的細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物顯示出作為用于制造產(chǎn)品例如藥品、化妝品、工業(yè)產(chǎn)品、生物燃料、合成油、動(dòng)物飼料和肥料中的化石燃料衍生物或其他化學(xué)品的部分或完全代用品的希望。然而，為了使這些代用品變得可行，用于獲得和加工這種細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物的方法必須高效和成本合算，以便能夠與石油衍生物相關(guān)的精煉成本競(jìng)爭(zhēng)。目前收獲用作化石油代用品的細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物所采用的提取方法繁瑣費(fèi)力，產(chǎn)生的凈能量增益低，使它們對(duì)于今天的可替代能源需求來(lái)說(shuō)不可行。這樣的方法能夠產(chǎn)生大量碳足跡，使全球變暖和其他環(huán)境問(wèn)題更加惡化。這些方法在進(jìn)一步放大規(guī)模時(shí)，由于有價(jià)值的細(xì)胞內(nèi)組分的降解而產(chǎn)生甚至更大的效率損失，并且需要的能量或化學(xué)品投入比目前從微生物收獲時(shí)在經(jīng)濟(jì)上可行的能量或化學(xué)品投入更多。例如，目前每加侖微生物生物燃料的成本比化石燃料的成本高出約9倍。從微生物回收細(xì)胞內(nèi)顆粒物質(zhì)或產(chǎn)物需要破壞或裂解細(xì)胞膜。所有的原核和真核活細(xì)胞都具有質(zhì)膜，其包住它們的內(nèi)含物，并起到對(duì)外部環(huán)境的半多孔屏障的作用。膜起到邊界的作用，將細(xì)胞組分保持在一起，并阻止外來(lái)物質(zhì)進(jìn)入。根據(jù)目前接受的被稱(chēng)為流體鑲嵌模型的理論(SJ. Singer和G.Nicolson，1972)質(zhì)膜由兩層(雙層)脂質(zhì)構(gòu)成，脂質(zhì)是在所有細(xì)胞中都發(fā)現(xiàn)的油狀或蠟狀物質(zhì)。雙層中的大部分脂質(zhì)可以更準(zhǔn)確地描述為磷脂，即特征為在每個(gè)分子的一個(gè)末端帶有磷酸基團(tuán)的脂質(zhì)。在質(zhì)膜的磷脂雙層內(nèi)包埋著許多多樣化的有用蛋白，而其他類(lèi)型的礦物蛋白簡(jiǎn)單地附著于雙層表面。這些蛋白中的一些、主要是至少部分暴露于膜外側(cè)的那些，附連了糖類(lèi)，因此被稱(chēng)為糖蛋白。蛋白質(zhì)沿著內(nèi)部質(zhì)膜的定位，部分與構(gòu)成細(xì)胞骨架的細(xì)絲的組織相關(guān)，其幫助將它們錨定在位。蛋白質(zhì)的這種排列還涉及細(xì)胞的疏水和親水區(qū)。取決于所涉及的生物體類(lèi)型、它們的所需內(nèi)部組分及其純度水平，細(xì)胞內(nèi)提取方法可以極為不同。然而，一旦細(xì)胞已被破裂，這些有用組分被釋放出來(lái)，并典型懸浮在用于容納活微生物生物質(zhì)的液體介質(zhì)內(nèi)，使得收獲這些有用物質(zhì)變得困難或需要消耗大量能源。在目前的大多數(shù)從藻類(lèi)收獲細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物的方法中，必須執(zhí)行脫水過(guò)程以便從液體介質(zhì)或生物質(zhì)廢物(細(xì)胞物質(zhì)和碎片)分離和收獲有用組分。由于液體蒸發(fā)所需要的時(shí)間范圍或使液體介質(zhì)干透所需的能量投入或物質(zhì)分離所需的化學(xué)品投入，目前的方法效率低。因此，對(duì)于從微生物收獲細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物的簡(jiǎn)單有效的方法，存在著需求，所述細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物可以用作制造工業(yè)產(chǎn)品所需的石油和石油衍生物的具有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力的代用品。發(fā)明概述
本文描述了用于從水性懸液中的藻類(lèi)細(xì)胞收獲至少一種細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物和用于從包含藻類(lèi)細(xì)胞的水性溶液中收獲細(xì)胞物質(zhì)和碎片的系統(tǒng)、方法和裝置。系統(tǒng)和方法利用了包含電路的裝置。電路包括外部陽(yáng)極結(jié)構(gòu)(例如管)和用作陰極的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(例如導(dǎo)電體)，所述外部陽(yáng)極結(jié)構(gòu)為尺寸比外部陽(yáng)極結(jié)構(gòu)小的所述內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供外殼。螺旋式表面， 例如在性質(zhì)上非常類(lèi)似于槍筒中的“膛線(xiàn)”的由至少一個(gè)陽(yáng)膛線(xiàn)(land)分隔開(kāi)的多個(gè)陰膛線(xiàn)、或者與兩種結(jié)構(gòu)(即外部管和內(nèi)部導(dǎo)體)均平行的電絕緣性隔離分隔物(isolator spacor)，提供了液體密封，并提供了陽(yáng)極與陰極電路之間的分隔，其是相等的配電所需的， 并能防止含藻類(lèi)細(xì)胞的水性溶液的流動(dòng)路徑短路。外部陽(yáng)極結(jié)構(gòu)(例如管)典型地包括一對(duì)外殼密封性端蓋，其中一個(gè)端蓋具有入口(entry provision)，用于接收在本文中被稱(chēng)為活漿液或包含微生物細(xì)胞的水性懸液的微生物生物質(zhì)的進(jìn)入流，而生物質(zhì)的穿過(guò)流通過(guò)相反的端蓋流出。內(nèi)部陰極結(jié)構(gòu)(例如導(dǎo)電體，其也可以任選是與外部管形狀相同或不同的管)典型地也包含密封端蓋，以禁止液體流過(guò)結(jié)構(gòu)(即內(nèi)部管)的中心，并使液流轉(zhuǎn)向進(jìn)入陽(yáng)極與陰極電路的壁表面之間。螺旋式隔離分隔物起到導(dǎo)電體的兩個(gè)壁表面之間的液體密封的作用，并且分隔物的厚度優(yōu)選在兩個(gè)個(gè)體壁表面之間提供相等的間隔距離。對(duì)于允許電流在每個(gè)電路組件周?chē)耆倭鹊妮斔秃头乐褂申?yáng)極和陰極表面的接觸引起的短路來(lái)說(shuō)，間距應(yīng)被認(rèn)為是重要的。此外，螺旋式隔離物現(xiàn)在在兩個(gè)壁表面之間提供了間隙，為流過(guò)的生物質(zhì)提供通路。由螺旋式隔離物或膛線(xiàn)所提供的螺旋向流動(dòng)，還為流過(guò)的生物體提供了更長(zhǎng)的通過(guò)時(shí)間長(zhǎng)度，以更多地暴露于電流，從而增加了物質(zhì)提取效率，并且在電路尺寸放大以用于大體積液流時(shí)，允許每小時(shí)的功率消耗率較低。應(yīng)該在電路的負(fù)極一側(cè)執(zhí)行脈沖頻率傳遞，由此將其傳送過(guò)帶負(fù)電的陽(yáng)極到達(dá)陰極。這種方法允許陽(yáng)極與陰極表面之間的電能傳遞更加高效。由于細(xì)胞的磁極性，一旦對(duì)象細(xì)胞傳過(guò)電路就發(fā)生磁響應(yīng)。由于磁性細(xì)胞相應(yīng)的正和負(fù)極性，在暴露于脈沖電相位期間產(chǎn)生的并發(fā)電磁場(chǎng)時(shí)，產(chǎn)生了磁性細(xì)胞排列。在細(xì)胞排列后，電磁場(chǎng)繼續(xù)在細(xì)胞上產(chǎn)生拉力，同時(shí)細(xì)胞以與儲(chǔ)存電壓的電容器相似的方式吸收電流。這引起細(xì)胞的細(xì)胞內(nèi)組分膨脹，并使細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)減弱至不再能夠包含其細(xì)胞內(nèi)組分的程度。在最大膨脹壓力的程度下，細(xì)胞外壁結(jié)構(gòu)發(fā)生完全崩潰，使其釋放出所有內(nèi)部細(xì)胞組分。電輸入頻率應(yīng)該由生物質(zhì)密度決定，當(dāng)存在較稠生物質(zhì)時(shí)脈沖頻率增加。生物質(zhì)密度使用基于每升流過(guò)的液體介質(zhì)中存在的生物質(zhì)克數(shù)的百分率的公式來(lái)確定。使用這個(gè)公式允許可編程微處理器與一系列傳感器一起工作，承擔(dān)操作責(zé)任?；谏镔|(zhì)密度公式，自動(dòng)化矩陣為系統(tǒng)指示了有效的物質(zhì)提取所需的指定流動(dòng)參數(shù)、電輸入量和頻率。這種做法進(jìn)一步允許在較大規(guī)模應(yīng)用中獲得更高的能量效率。因此，本文描述了用于從水性懸液中的藻類(lèi)細(xì)胞收獲至少一種細(xì)胞內(nèi)組分的裝置。裝置包括用作陰極的至少一個(gè)第一導(dǎo)電體和用作陽(yáng)極的第二導(dǎo)電外殼，所述至少一個(gè)第一導(dǎo)體布置在外殼內(nèi)，使得在第一導(dǎo)體的外部與所述外殼的內(nèi)部之間限定了空間，為水性懸液提供流動(dòng)路徑，其中第一導(dǎo)體和外殼的一個(gè)或兩個(gè)表面的至少一部分已被移除，以產(chǎn)生由至少一個(gè)陽(yáng)膛線(xiàn)分隔開(kāi)的至少兩個(gè)螺旋陰膛線(xiàn)，其減少或阻止藻類(lèi)細(xì)胞聚集在第一導(dǎo)體和外殼上或周?chē)?；與第一導(dǎo)體和外殼可操作連接的電源，用于提供施加在第一導(dǎo)體和外殼與水性懸液之間的脈沖電流，用來(lái)破裂藻類(lèi)細(xì)胞，產(chǎn)生大量破裂的藻類(lèi)細(xì)胞(細(xì)胞物質(zhì)和碎片)以及從水性懸液中的藻類(lèi)細(xì)胞釋放出的細(xì)胞內(nèi)組分；以及與第一導(dǎo)電體和外殼可操作連接的第二貯罐，使得水性懸液能夠從流動(dòng)路徑流入第二貯罐，用于將水性懸液中的所述至少一種細(xì)胞內(nèi)組分與藻類(lèi)細(xì)胞分離開(kāi)。在該裝置中，第一導(dǎo)體可以是金屬管。第一導(dǎo)體和第二外殼可以各為金屬管，例如圓形金屬管、不同形狀的金屬管等。在一個(gè)實(shí)施方案中，金屬外殼的內(nèi)徑與第一導(dǎo)體的外徑的尺寸相差0. 050英寸左右。在裝置中，外殼可以是金屬管，所述至少一個(gè)導(dǎo)電體可以包含多個(gè)隔開(kāi)的導(dǎo)電體，所述導(dǎo)電體由電絕緣元件彼此隔開(kāi)；并且在外殼與多個(gè)隔開(kāi)的導(dǎo)電體的每一個(gè)之間產(chǎn)生了多個(gè)流動(dòng)路徑。在這種實(shí)施方案中，多個(gè)導(dǎo)電體的每一個(gè)都可以是金屬管。本文還描述了用于從水性懸液中的藻類(lèi)細(xì)胞收獲至少一種細(xì)胞內(nèi)組分的方法。方法包括提供裝置，所述裝置包含用作陰極的至少一個(gè)第一導(dǎo)電體和用作陽(yáng)極的第二導(dǎo)電外殼，所述至少一個(gè)第一導(dǎo)體布置在所述外殼內(nèi)，使得在第一導(dǎo)體的外部與所述外殼的內(nèi)部之間限定了空間，為水性懸液提供流動(dòng)路徑，其中第一導(dǎo)體和外殼的一個(gè)或兩個(gè)表面的至少一部分已被移除，以產(chǎn)生由至少一個(gè)陽(yáng)膛線(xiàn)分隔開(kāi)的至少兩個(gè)螺旋陰膛線(xiàn)，其減少或阻止藻類(lèi)細(xì)胞聚集在第一導(dǎo)體和外殼上或周?chē)慌c第一導(dǎo)體和外殼可操作連接的 電源，用于提供施加在第一導(dǎo)體和外殼與水性懸液之間的脈沖電流，用來(lái)破裂藻類(lèi)細(xì)胞，產(chǎn)生大量破裂的藻類(lèi)細(xì)胞(細(xì)胞物質(zhì)和碎片)以及從水性懸液中的藻類(lèi)細(xì)胞釋放出的細(xì)胞內(nèi)組分； 與第一導(dǎo)電體和外殼可操作連接的第二貯罐，使得水性懸液能夠從流動(dòng)路徑流入第二貯罐，用于將水性懸液中的所述至少一種細(xì)胞內(nèi)組分與藻類(lèi)細(xì)胞分離開(kāi)；以及包含導(dǎo)電礦物質(zhì)和藻類(lèi)細(xì)胞的水性懸液，其中所述水性懸液被置于所述裝置的流動(dòng)路徑中。方法還包括下列步驟向所述至少一個(gè)第一導(dǎo)體和外殼以及水性懸液施加足夠量的脈沖電流，用于引起細(xì)胞內(nèi)含物的交替膨脹和收縮，從而破裂藻類(lèi)細(xì)胞，產(chǎn)生大量破裂的藻類(lèi)細(xì)胞(細(xì)胞物質(zhì)和碎片)以及從水性懸液中的藻類(lèi)細(xì)胞釋放出的細(xì)胞內(nèi)組分；使含有所述物質(zhì)(細(xì)胞物質(zhì)和碎片)以及釋放出的細(xì)胞內(nèi)組分的水性懸液流往第二貯罐，用于將細(xì)胞內(nèi)組分與細(xì)胞物質(zhì)和碎片以及水性懸液分離開(kāi)；以及將所述至少一種細(xì)胞內(nèi)組分與細(xì)胞物質(zhì)和碎片以及水性懸液分離開(kāi)。本文還描述了用于從包含藻類(lèi)細(xì)胞的水性懸液收獲細(xì)胞物質(zhì)和碎片的方法。方法包括提供裝置，所述裝置包含用作陰極的至少一個(gè)第一導(dǎo)電體和用作陽(yáng)極的第二導(dǎo)電外殼，所述至少一個(gè)第一導(dǎo)體布置在所述外殼內(nèi)，使得在第一導(dǎo)體的外部與外殼的內(nèi)部之間限定了空間，為水性懸液提供流動(dòng)路徑，其中第一導(dǎo)體和外殼的一個(gè)或兩個(gè)表面的至少一部分已被移除，以產(chǎn)生由至少一個(gè)陽(yáng)膛線(xiàn)分隔開(kāi)的至少兩個(gè)螺旋陰膛線(xiàn)，其減少或阻止藻類(lèi)細(xì)胞聚集在第一導(dǎo)體和外殼上或周?chē)慌c第一導(dǎo)體和外殼可操作連接的電源，用于提供施加在第一導(dǎo)體和外殼與水性懸液之間的脈沖電流，用來(lái)破裂藻類(lèi)細(xì)胞，產(chǎn)生大量破裂的藻類(lèi)細(xì)胞(細(xì)胞物質(zhì)和碎片)以及從水性懸液中的藻類(lèi)細(xì)胞釋放出的細(xì)胞內(nèi)組分；與第一導(dǎo)電體和外殼可操作連接的第二貯罐，使得水性懸液能夠從流動(dòng)路徑流入第二貯罐，用于將水性懸液中的所述至少一種細(xì)胞內(nèi)組分與藻類(lèi)細(xì)胞分離開(kāi)；置于第二貯罐中用于產(chǎn)生微泡的元件；含有導(dǎo)電礦物質(zhì)和藻類(lèi)細(xì)胞的水性懸液，其中水性懸液被置于所述裝置的流動(dòng)路徑中；以及置于第二貯罐中用于使水性懸液循環(huán)的泵。方法還包括下列步驟向所述至少一個(gè)第一導(dǎo)體和外殼以及水性懸液施加足夠量的脈沖電流，用于破裂藻類(lèi)細(xì)胞，產(chǎn)生從水性懸液中破裂的藻類(lèi)細(xì)胞釋放出的細(xì)胞內(nèi)組分以及大量破裂的藻類(lèi)細(xì)胞(細(xì)胞物質(zhì)和碎片)；使含有釋放出的細(xì)胞內(nèi)組分以及細(xì)胞物質(zhì)和碎片的水性懸液流往第二貯罐，用于將細(xì)胞物質(zhì)和碎片與釋放出的細(xì)胞內(nèi)組分和水性懸液分離開(kāi)；激活泵和用于產(chǎn)生微泡的元件，產(chǎn)生大量微泡，其與釋放出的細(xì)胞內(nèi)組分附著并在水性懸液中向上漂浮，而細(xì)胞物質(zhì)和碎片在水性懸液中向下沉降；以及將細(xì)胞物質(zhì)和碎片與釋放出的細(xì)胞內(nèi)組分和水性懸液分離開(kāi)。置于第二貯罐中用于產(chǎn)生微泡的元件可以是任何適合的器件或裝置，例如混合器。除非另 有定義，否則在本文中使用的所有技術(shù)術(shù)語(yǔ)與本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通專(zhuān)業(yè)人員所通常理解的具有相同意義。當(dāng)在本文中使用時(shí)，詞組“細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物”和“來(lái)自藻類(lèi)細(xì)胞的細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物”是指在藻類(lèi)細(xì)胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)的任何分子、化合物或物質(zhì)。來(lái)自藻類(lèi)細(xì)胞的細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物的實(shí)例包括脂質(zhì)、 蛋白質(zhì)、糖類(lèi)(例如葡萄糖)、類(lèi)胡蘿卜素、核酸、氫氣等。術(shù)語(yǔ)“生物質(zhì)”是指為了收獲細(xì)胞內(nèi)組分例如甘油三酯、蛋白質(zhì)或糖類(lèi)而在液體介質(zhì)中生長(zhǎng)的單細(xì)胞生物體。當(dāng)在本文中使用時(shí)，詞組“細(xì)胞物質(zhì)和碎片”是指細(xì)胞破裂所產(chǎn)生的產(chǎn)物。當(dāng)在本文中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“活漿液(live slurry) ”是指在基質(zhì)例如鹽水、廢水或淡水內(nèi)處于生長(zhǎng)狀態(tài)的如上定義的生物質(zhì)?！吧镔|(zhì)”與“活漿液”在本文中可互換使用。下面描述了適合的方法、系統(tǒng)和裝置，盡管與本文中所述的類(lèi)似或等效的方法、系統(tǒng)和裝置也可用于本發(fā)明的實(shí)踐或試驗(yàn)中。在本文中提到的所有出版物、專(zhuān)利申請(qǐng)和專(zhuān)利以其全文引為參考。在有沖突的情況下，以本說(shuō)明書(shū)包括定義為準(zhǔn)。下面討論的具體實(shí)施方案僅僅是說(shuō)明性的而不打算是限制性的。附圖簡(jiǎn)述圖IA和IB示意性描繪了一對(duì)流程圖，說(shuō)明了本文中所述的從水性懸液中的藻類(lèi)細(xì)胞收獲至少一種細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物的方法(稱(chēng)為“單步提取法”)(

圖1A)和本文所述的從含藻類(lèi)細(xì)胞的水性溶液收獲細(xì)胞物質(zhì)和碎片的方法(在本文中稱(chēng)為“單步提取和量子破裂法”) (圖 1B)。圖2顯示了如本文所述的裝置的一個(gè)實(shí)施方案，在陽(yáng)極與陰極壁表面之間流動(dòng)的生物質(zhì)和電傳遞電路的透視截面圖。圖3顯示了如本文所述的裝置的一個(gè)實(shí)施方案，位于陽(yáng)極和陰極管上的內(nèi)部和外部端蓋的透視圖。圖4顯示了如本文所述的裝置的一個(gè)實(shí)施方案，在陽(yáng)極和陰極管之間的螺旋分隔物的透視截面圖。圖5是如本文所述的裝置的一個(gè)實(shí)施方案，通過(guò)上部和下部集合管并聯(lián)連接的一系列陽(yáng)極和陰極電路的透視圖。圖6顯示了本文所述的EMP裝置，其中含有微生物生物質(zhì)的流動(dòng)的液體介質(zhì)正暴露于由電傳遞引起的電磁場(chǎng)中。圖7顯示了本文所述的EMP裝置，加熱的定向流動(dòng)生物質(zhì)被吸附和傳遞到液體介質(zhì)中。圖8顯示了正常大小的微生物細(xì)胞相對(duì)于第二個(gè)圖顯示的暴露于電磁場(chǎng)和電荷期間膨脹的細(xì)胞的概觀(guān)。
圖9顯示了含有生物質(zhì)的第二貯罐聯(lián)合微米混合器的側(cè)視圖以及通過(guò)微米混合器產(chǎn)生的泡沫層的發(fā)生順序。圖10顯示了含有液體介質(zhì)和產(chǎn)生的泡沫層的第二貯罐，所述泡沫層能夠被撇出液體介質(zhì)的表面進(jìn)入泡沫收集罐中。圖11顯示了本文所述的用于從藻類(lèi)生物質(zhì)收獲有用物質(zhì)的方法和裝置(系統(tǒng)) 的一個(gè)實(shí)施方案，其包含單步提取法。
圖12顯示了本文所述的用于從藻類(lèi)生物質(zhì)收獲有用物質(zhì)的方法和裝置(系統(tǒng)) 的另一個(gè)實(shí)施方案，其包含單步提取法。圖13顯示了改良的靜態(tài)混合器的實(shí)例。圖14是來(lái)自定量脂質(zhì)提取和鑒定最適提取參數(shù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表。詳細(xì)描述本文描述了用于從水性懸液中的藻類(lèi)細(xì)胞收獲至少一種細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物和用于從含藻類(lèi)細(xì)胞的水性溶液收獲細(xì)胞物質(zhì)和碎片的系統(tǒng)、方法和裝置。這些系統(tǒng)、方法和裝置涉及基于藻類(lèi)細(xì)胞攝取其存活所需的營(yíng)養(yǎng)物而引起的磁響應(yīng)和導(dǎo)電能力，使藻類(lèi)細(xì)胞經(jīng)受脈沖電流(EMP)。這些營(yíng)養(yǎng)物大部分包含導(dǎo)電礦物質(zhì)，并且當(dāng)消化后保留在細(xì)胞膜內(nèi)。大多數(shù)水生微生物由膜包容膜內(nèi)組分例如核、葉綠體、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)而構(gòu)成，并且其中大多數(shù)內(nèi)部區(qū)域被內(nèi)部液體質(zhì)包圍。由于細(xì)胞的組成，當(dāng)暴露于電流時(shí)，細(xì)胞內(nèi)組分由于電吸收而發(fā)生尺寸膨大。然而，在斷電期，細(xì)胞內(nèi)組分立即收縮恢復(fù)尺寸。當(dāng)電流以高頻脈沖時(shí)，細(xì)胞內(nèi)組分及其周?chē)囊后w質(zhì)經(jīng)歷了快速的膨脹和收縮。由于膨脹壓力，快速開(kāi)關(guān)的頻率產(chǎn)生針對(duì)膜的內(nèi)部沖擊力，導(dǎo)致最終破裂。在破裂后，由于周?chē)囊后w質(zhì)，進(jìn)行中的電頻率繼續(xù)積累開(kāi)關(guān)壓力，其幫助將細(xì)胞內(nèi)組分?jǐn)D出或逐出到膜邊界之外。下面描述的優(yōu)選實(shí)施方案顯示了這些系統(tǒng)、裝置和方法的相適應(yīng)方案。然而，從這些實(shí)施方案的描述中，可以根據(jù)下面提供的描述來(lái)制造和/或?qū)嵺`本發(fā)明的其他方面。從藻類(lèi)細(xì)胞收獲至少一種細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物的典型方法(在本文中稱(chēng)為“單步提取法”， 參見(jiàn)圖1A)包括在本文描述的裝置中對(duì)水性懸液中的藻類(lèi)細(xì)胞施加EMP，引起藻類(lèi)細(xì)胞的破裂以及將細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)(或其他細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物)與所產(chǎn)生的細(xì)胞物質(zhì)和碎片分離開(kāi)。在典型的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模EMP應(yīng)用中，施加1-24伏特下1-60峰值安培或25至500瓦特的電流。例如， 在1加侖每分鐘(GPM)通量下，使用密度為500mg/L的培養(yǎng)物，人們可以使用約70瓦特的能量(20峰值安培下3. 5伏特)進(jìn)行成功提取。在5GPM下，同樣的培養(yǎng)物將需要約350瓦特(100峰值安培下3. 5伏特)。在這種方法中，可以任選對(duì)水性懸液中的藻類(lèi)細(xì)胞進(jìn)行加熱，其能夠增加細(xì)胞破碎，使收獲效率提高約20-50%。在EMP之前(上游)可以給細(xì)胞加熱，或者可以在裝置中(例如與EMP同時(shí))給細(xì)胞加熱。從含藻類(lèi)細(xì)胞的水性溶液收獲細(xì)胞物質(zhì)和碎片的方法(在本文中稱(chēng)為“單步提取加量子破裂法”，參見(jiàn)圖1B)包括在本文描述的裝置中對(duì)藻類(lèi)細(xì)胞施加EMP和空化作用(即微泡)，產(chǎn)生包含細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物(例如脂質(zhì)) 與細(xì)胞物質(zhì)和碎片兩者的混合物。細(xì)胞可以在施加EMP之前(上游)經(jīng)受空化作用，或者它們可以與EMP同時(shí)經(jīng)受空化作用(參見(jiàn)圖13，其描述了通電的空化裝置，同時(shí)它也是EMP 導(dǎo)體)。在一個(gè)實(shí)施方案中，空化裝置包括陽(yáng)極、陰極和文丘里混合器(venture mixer)(合而為一)。在這種實(shí)施方案中，空化單元被減小(例如一半)，加上不導(dǎo)電墊圈，并對(duì)其通電。在正常壓力條件例如IOOpsi下，當(dāng)在EMP上游施加空化時(shí)沒(méi)有觀(guān)察到效果，然而，在壓力高于 IOOpsi (例如 110、1 15、120、130、140、150、200、300、400psi 等)時(shí)，它可能有效果。
在從含藻類(lèi)細(xì)胞的水性溶液收獲細(xì)胞物質(zhì)和碎片的方法中，可以任選對(duì)水性懸液中的藻類(lèi)細(xì)胞進(jìn)行加熱，以實(shí)現(xiàn)裝置內(nèi)細(xì)胞物質(zhì)和碎片的下沉和細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物(例如脂質(zhì))的上升，從而便于將細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物與細(xì)胞物質(zhì)和碎片分離開(kāi)。在EMP之前(上游)可以給培養(yǎng)物(含有細(xì)胞)加熱，或者可以在裝置中(例如圖13中所示與EMP同時(shí))給培養(yǎng)物加熱。在典型的方法中，例如在0. 5GPM、500mg/L密度下，施加約60瓦特的電流(4伏特下15峰值安培)。 一般來(lái)說(shuō)，使用約0. IGPM至約5GPM和約20至約1000瓦特(例如在2_50峰值安培下2_18 伏特)。例如，在以IGPM的通量使用密度為500mg/L的培養(yǎng)物時(shí)，人們可以使用約70瓦特的能量(20峰值安培下3. 5伏特)進(jìn)行成功提取。在5GPM下，同樣的培養(yǎng)物將需要約350 瓦特(100峰值安培下3. 5伏特)。本文描述的用于從水性懸液中的藻類(lèi)細(xì)胞收獲至少一種細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物或用于從含藻類(lèi)細(xì)胞的水性溶液收獲細(xì)胞物質(zhì)和碎片的裝置，包括在兩個(gè)金屬表面之間的流動(dòng)路徑， 例如在相隔短距離的兩個(gè)大表面積金屬板之間產(chǎn)生的流動(dòng)路徑。在典型的實(shí)施方案中，在管的金屬內(nèi)表面與置于管中的較小的金屬導(dǎo)體的外表面之間產(chǎn)生的環(huán)形空間中產(chǎn)生了流動(dòng)路徑。管不必具有圓形外周，因?yàn)閮?nèi)部或外部管可以是正方形、矩形或其他形狀的，并且管的形狀不一定必須是相同的，從而允許內(nèi)部和外部管的形狀不同。在最優(yōu)選實(shí)施方案中，內(nèi)部導(dǎo)體和外部管是同心管，其中至少一個(gè)管、優(yōu)選外部管，設(shè)有由陽(yáng)膛線(xiàn)分隔開(kāi)的多個(gè)螺旋陰膛線(xiàn)，為管提供膛線(xiàn)。發(fā)現(xiàn)該膛線(xiàn)減少了管表面上的殘留物聚集。在商業(yè)化生產(chǎn)中，可以存在被外管包圍的多個(gè)內(nèi)管，以增加金屬導(dǎo)體與含藻類(lèi)的介質(zhì)例如培養(yǎng)物的表面接觸，經(jīng)培養(yǎng)物(向海水藻類(lèi)施加鹽水，但是裝置也能成功地處理淡水藻類(lèi))向其中包含的藻類(lèi)細(xì)胞提供高的電傳遞。此外，電絕緣體例如塑料管、折流板和其他器件的使用，可用于將大型EMP裝置分隔成多個(gè)區(qū)域，以便將本發(fā)明有效地放大到商業(yè)化應(yīng)用。用于從水性懸液中的藻類(lèi)細(xì)胞收獲至少一種細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物和用于從含藻類(lèi)細(xì)胞的水性溶液收獲細(xì)胞物質(zhì)和碎片的系統(tǒng)、方法和裝置可以應(yīng)用于任何藻類(lèi)細(xì)胞。在下面描述的實(shí)驗(yàn)中使用了眼點(diǎn)擬微球藻(Narmochloropsis oculata)細(xì)胞。然而，可以從任何藻類(lèi)細(xì)胞獲得細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物。其他藻類(lèi)細(xì)胞的實(shí)例包括柵藻屬(Scenedesmus)、衣藻屬(Chlamydomonas)、小球藻屬 (Chlorella)、水綿屬(Spirogyra)、眼蟲(chóng)屬(Englena)、三毛金藻屬(Prymnesium)、紫球藻屬(Porphyridium)、聚球藻屬物禾中(Synechococcus sp·)、藍(lán)藻(Cyanobacteria) > IUMiL 藻門(mén)(Rhodophyta)某些綱的單細(xì)胞菌株。可以生長(zhǎng)細(xì)胞，并將其以任何適合的濃度例如約 100mg/L至約5g/l (例如約500mg/L至約lg/L)應(yīng)用于本文描述的裝置。已經(jīng)成功使用了約500mg/L和約lmg/L的細(xì)胞濃度。在某些實(shí)施方案中，來(lái)自生長(zhǎng)容器的未濃縮的藻類(lèi)是 250mg/L至1. 5g/L，并可以用其他常規(guī)手段預(yù)先濃縮到5g/L至最高20g/L。參考圖2，其顯示了本文描述的用于從水性懸液中的藻類(lèi)細(xì)胞收獲至少一種細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物或用于從含藻類(lèi)細(xì)胞的水性溶液收獲細(xì)胞物質(zhì)和碎片的裝置22。含有活微生物生物質(zhì)的液體1流入陽(yáng)極管2的內(nèi)壁表面與內(nèi)部陰極管3的外壁表面之間。利用電纜制造了與陽(yáng)極管2的負(fù)連接4，其提供了整個(gè)管的電接地傳遞。也利用電纜連接傳送的正電輸入5， 提供了通過(guò)陰極管3的正電傳遞。當(dāng)將正電流5施加到陰極3時(shí)，它尋找接地電路進(jìn)行電傳遞6，或者在這種情況下傳遞到陽(yáng)極2，這允許完成電回路。就此而言，電子傳遞在正和負(fù)表面區(qū)域之間發(fā)生，但是只在它們之間存在導(dǎo)電液體時(shí)發(fā)生。當(dāng)含有活微生物生物質(zhì)的液體介質(zhì)1在表面區(qū)域之間流動(dòng)時(shí)，發(fā)生從陰極管3通過(guò)液體1到達(dá)陽(yáng)極管2的電傳遞。當(dāng)含有微生物生物質(zhì)的液體橫穿陽(yáng)極和陰極電路時(shí)，細(xì)胞暴露于引起細(xì)胞排列的磁場(chǎng)和誘導(dǎo)細(xì)胞電流吸收的電場(chǎng)兩者。參考圖3，外部陽(yáng)極管2需要一對(duì)外殼密封端蓋7和8。密封端蓋7提供了進(jìn)入點(diǎn) 9，用于接收流動(dòng)的微生物生物質(zhì)。在生物質(zhì)通過(guò)后，相對(duì)的端蓋8提供了生物質(zhì)向外流動(dòng)的出口點(diǎn)10。 也如圖3中所示，內(nèi)部陰極管3也需要密封端蓋11和12，以禁止液體流過(guò)管的中心并將液流轉(zhuǎn)到陽(yáng)極與陰極的壁表面之間。參考圖4，電絕緣的螺旋式隔離分隔物13起到兩個(gè)壁表面14和15之間的液體密封的作用，其中分隔物的厚度優(yōu)選在陽(yáng)極2與陰極3之間提供相等的間隔距離。間隔對(duì)于允許電流在陽(yáng)極2與陰極管3周?chē)耆倭鹊膫鬟f來(lái)說(shuō)是重要的，因?yàn)殛?yáng)極2與陰極管3之間的接觸將產(chǎn)生損害電傳遞通過(guò)液體介質(zhì)的短路。此外，螺旋式隔離物13現(xiàn)在在兩個(gè)壁表面14與15之間提供了間隙16，為流動(dòng)生物質(zhì)1提供通路。螺旋向流動(dòng)還提供了較長(zhǎng)的遷移時(shí)程，其提供了流動(dòng)生物質(zhì)1更多的電暴露，從而在細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)提取期間以較低的每千瓦小時(shí)耗電率增加了物質(zhì)提取效率?？梢允褂萌魏芜m合的材料作為分隔物。典型使用陶瓷、聚合物、乙烯樹(shù)脂、PVC塑料、生物塑料、乙烯樹(shù)脂、單絲、乙烯基橡膠或其他不導(dǎo)電材料。參考圖5，其顯示了具有共同的上部集合管室18的并聯(lián)的一系列陽(yáng)極和陰極電路 17，集合管室18接收通過(guò)每個(gè)端口 20的流動(dòng)生物質(zhì)1。在進(jìn)入到上部集合管室18后，生物質(zhì)1通過(guò)進(jìn)入端口 9向下連接到各個(gè)陽(yáng)極和陰極電路17中，進(jìn)入端口 9允許與密封端蓋 8流動(dòng)連通。流動(dòng)生物質(zhì)1正是在該點(diǎn)處進(jìn)入陽(yáng)極和陰極電路17。在以螺旋方式遷移過(guò)各個(gè)電路17后，流動(dòng)生物質(zhì)1流出到下部集合管室19中，生物質(zhì)1隨后在那里被導(dǎo)向，通過(guò)出口點(diǎn)21流出裝置22(系統(tǒng))。在從水性懸液中的藻類(lèi)細(xì)胞收獲至少一種細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物的方法中，細(xì)胞在生長(zhǎng)室中生長(zhǎng)。生長(zhǎng)室(在本文中也稱(chēng)為“反應(yīng)器”)可以是其中提供了維持藻類(lèi)細(xì)胞生活的所有必需物質(zhì)的任何水體或容器或器皿。生長(zhǎng)室的實(shí)例包括開(kāi)放的池塘或封閉的生長(zhǎng)罐。生長(zhǎng)室與本文描述的裝置22可操作連接，使得生長(zhǎng)室中的藻類(lèi)細(xì)胞可以例如利用重力或液體泵轉(zhuǎn)移到裝置22，活的生物質(zhì)經(jīng)過(guò)導(dǎo)管流入到陽(yáng)極和陰極電路的入口部。生長(zhǎng)室中的藻類(lèi)細(xì)胞可以通過(guò)任何適合的器件或裝置例如管道、通道或其他常規(guī)的水移動(dòng)裝置轉(zhuǎn)移到裝置 22。為了從藻類(lèi)細(xì)胞收獲至少一種細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物，將藻類(lèi)細(xì)胞從生長(zhǎng)室移動(dòng)到裝置22，例如上述的在圖2-12中顯示的裝置，并包含在裝置22中。當(dāng)向裝置22添加時(shí)，藻類(lèi)細(xì)胞一般是活漿液(在本文中也稱(chēng)為“生物質(zhì)”)的形式?；顫{液是包含藻類(lèi)細(xì)胞、水和營(yíng)養(yǎng)物的水性懸液，所述營(yíng)養(yǎng)物例如根據(jù)Guillard的1975年的《F/2藻類(lèi)食品配方》(F/2 algae food formula)的藻類(lèi)培養(yǎng)物配方，其提供了用于提高淡水和海水藻類(lèi)生長(zhǎng)速率的氮、維生素和必需微量礦物質(zhì)?？梢允褂萌魏芜m合濃度的藻類(lèi)細(xì)胞和氯化鈉、淡水、微鹽水或廢水，以使藻類(lèi)細(xì)胞在水性懸液中生長(zhǎng)。在將藻類(lèi)細(xì)胞在裝置22中破裂后，然后將它們進(jìn)行一種或多種下游處理，包括重力澄清(參見(jiàn)圖1A)。重力澄清一般在澄清罐中進(jìn)行，其中目標(biāo)細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物(例如脂質(zhì))上升到罐的頂部，細(xì)胞物質(zhì)和碎片下沉到罐的底部。在這樣的實(shí)施方案中，在通過(guò)電路后，破碎的細(xì)胞物質(zhì)和碎片流入到與裝置22可操作連接的重力澄清罐，用于如上所述從藻類(lèi)細(xì)胞收獲細(xì)胞物質(zhì)和碎片以及細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物。在重力澄清罐中，較輕的、密度較低的物質(zhì)漂浮到液體柱的頂部，而較重的、密度較高的物質(zhì)保持沉降到底部，用于進(jìn)一步物質(zhì)收獲。然后通過(guò)例如撇除或越過(guò)溢流堰從罐的頂部容易地收獲目標(biāo)細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物，并且細(xì)胞物質(zhì)和碎片可以被丟棄、回收和/或進(jìn)一步處理。然后可以使用撇除裝置收獲漂浮在液柱表面上的較輕物質(zhì)，同時(shí)可以從澄清罐的底部收獲余留的較重細(xì)胞物質(zhì)和碎片。剩余的液體(例如水)可以被過(guò)濾并返回到生長(zhǎng)室(再循環(huán))或從系統(tǒng)中移除(丟棄)。在其中細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物是油(即脂質(zhì))的實(shí)施方案中，油可以加工成范圍很廣的 產(chǎn)品，包括植物油、精煉燃料(例如汽油、柴油、噴氣燃油、取暖用油)、特制化學(xué)品、(15)藥用營(yíng)養(yǎng)品和藥物，或添加乙醇的生物柴油。目標(biāo)細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物可以在任何適合的時(shí)間收獲，包括例如每日(分批收獲)。在另一個(gè)實(shí)例中，細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物被連續(xù)收獲(例如緩慢恒定地收獲)。細(xì)胞物質(zhì)和碎片也可以加工成范圍廣泛的產(chǎn)品，包括生物氣(例如甲烷、合成氣體)、液體燃料(噴氣燃料、 柴油)、醇類(lèi)(例如乙醇、甲醇)、食品、動(dòng)物飼料和肥料。除了重力澄清之外，還可以使用任何適合的下游處理?？赡艿南掠翁幚頌閿?shù)眾多， 并可以根據(jù)細(xì)胞內(nèi)的內(nèi)含物和/或生物細(xì)胞物質(zhì)和碎片物質(zhì)的所需輸出/用途來(lái)使用。例如，脂質(zhì)可以通過(guò)例如機(jī)械濾器、離心機(jī)或其他分離裝置來(lái)過(guò)濾，然后加熱以除去更多水。 然后可以將脂質(zhì)進(jìn)一步進(jìn)行己烷蒸餾。在另一個(gè)實(shí)例中，細(xì)胞物質(zhì)和碎片可以被送往厭氧消化器、蒸汽干燥器或帶式壓濾機(jī)，以進(jìn)一步干燥用于食品、肥料等。如圖IA中所示，下游處理還包括例如精整和重力濃縮。如上所述，從含藻類(lèi)細(xì)胞的水性溶液收獲細(xì)胞物質(zhì)和碎片的方法(單步提取加量子破裂法)包括在本文描述的裝置中對(duì)藻類(lèi)細(xì)胞施加EMP并進(jìn)行空化(即微泡)，產(chǎn)生包括細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物(例如脂質(zhì))和細(xì)胞物質(zhì)與碎片混合物兩者的混合物。與從水性懸液中的藻類(lèi)細(xì)胞收獲至少一種細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物的方法相同，從含藻類(lèi)細(xì)胞的水性溶液收獲細(xì)胞物質(zhì)和碎片的方法涉及通過(guò)電傳遞產(chǎn)生的EMP，利用所述電傳遞將能量傳過(guò)含有活微生物生物質(zhì)的液體介質(zhì)(漿液或活漿液或水性懸液)。這種傳遞由于懸浮在液體介質(zhì)中的含有導(dǎo)電礦物質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)物而得以實(shí)現(xiàn)。典型的礦物質(zhì)配方的實(shí)例是Guillard在1957年的配方(0.82% 鐵，0. 034% 11,0. 002%鈷，0. 0037%鋅，0. 0017%銅，0. 0009%鉬，9. 33%氮，2. 0%磷酸鹽， 0.07%維生素B 1，0.0002%維生素B 12和0. 0002%生物素)。微生物生物質(zhì)為了維持生物質(zhì)細(xì)胞生長(zhǎng)和繁殖等也需要并消耗液體介質(zhì)中的這些營(yíng)養(yǎng)物，并且被消耗的礦物質(zhì)使微生物生物質(zhì)具有導(dǎo)電性和磁響應(yīng)性。在方法中，使用微米混合裝置例如靜態(tài)混合器或其他適合裝置例如高通量攪拌器、葉片式攪拌器或其他混合裝置，在含有之前裂解的微生物生物質(zhì)的液體介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生由微泡構(gòu)成的泡沫層。然而，可以使用任何適合于產(chǎn)生微泡的裝置。在微分化后，均質(zhì)化的混合物開(kāi)始上升并向上漂浮。當(dāng)該混合物向上通過(guò)液體柱時(shí)，密度較低的有價(jià)值細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)自由附著于上升的氣泡，或者由于氣泡碰撞進(jìn)入較重的下沉細(xì)胞物質(zhì)和碎片廢物中(由于熱水的特性，現(xiàn)在允許下沉)。上升的氣泡也搖松了被陷住的有價(jià)值物質(zhì)(例如脂質(zhì))，其也自由附著于上升的氣泡柱上。在含有這些有用物質(zhì)的泡沫層上升到液體柱的頂部后，它們現(xiàn)在可以從液體介質(zhì)的表面容易地撇除，并沉積在收獲罐中用于后面的產(chǎn)品精制。在泡沫層上升到第二貯罐頂部后，捕獲在泡沫層中的水含量一般占原始液體質(zhì)量的10%以下(例如5、6、7、8、9、10、10.5、11%)。捕獲在泡沫中的是密度較低的有用物質(zhì)，并且泡沫容易漂浮在液體介質(zhì)的表面上或從其上撇除。這種方法只需要將泡沫脫水，而不是像常規(guī)收獲意圖所需的那樣蒸發(fā)全部液體體積。這極大地減少了脫水過(guò)程、能量或任何化學(xué)品輸入，同時(shí)增加了收獲得率和效率以及純度。在這種方法中，水可以重新循環(huán)到生長(zhǎng)室或從系統(tǒng)移除。 細(xì)胞物質(zhì)和碎片可以在任何適合的時(shí)間收獲，包括例如每日(分批收獲)。在另一個(gè)實(shí)例中，細(xì)胞物質(zhì)和碎片被連續(xù)收獲(例如緩慢恒定地收獲)。在本文所述的用于從含藻類(lèi)細(xì)胞的水性溶液收獲細(xì)胞物質(zhì)和碎片的方法和裝置 (單步提取加量子破裂法)中，在EMP處理期間可以應(yīng)用加熱處理，以便改變液體介質(zhì)的 比重(水密度的比重在40° F時(shí)最優(yōu))。當(dāng)液體介質(zhì)(典型地主要由水構(gòu)成)被加熱時(shí)，它的氫密度發(fā)生改變；這種密度的改變?cè)试S通常密度較低的物質(zhì)下沉，或在這種情況下，通常漂浮的較重的破碎細(xì)胞物質(zhì)和碎片物質(zhì)現(xiàn)在快速下沉到液體柱的底部。這種改變也允許更容易地收獲這些也可用于其他產(chǎn)品應(yīng)用的物質(zhì)。在EMP和加熱處理完成后，將含有現(xiàn)在破裂的生物質(zhì)的液體介質(zhì)傳遞到第二貯罐，在此液體泵提供連續(xù)的環(huán)流。當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用時(shí)，“比重”是無(wú)量綱的單位，被定義為特定物質(zhì)的密度與特定溫度下水密度的比率。在本文描述的從含藻類(lèi)細(xì)胞的水性溶液收獲細(xì)胞物質(zhì)和碎片的方法和裝置(單步提取加量子破裂法)的一個(gè)實(shí)例中，以一定頻率重復(fù)電脈沖，從而當(dāng)含有活微生物生物質(zhì)的導(dǎo)電液體介質(zhì)流過(guò)兩個(gè)導(dǎo)電金屬片之間時(shí)，在它們之間產(chǎn)生電磁場(chǎng)和電能量傳遞。當(dāng)該脈沖電傳遞發(fā)生時(shí)產(chǎn)生了電磁場(chǎng)，引起生物質(zhì)細(xì)胞由于其極性而被拉長(zhǎng)。此外，懸浮的生物質(zhì)吸收電輸入，其引起內(nèi)部細(xì)胞組分以及它們的液體物質(zhì)尺寸膨脹。由于膨脹而對(duì)膜施加了內(nèi)部壓力，但是這種內(nèi)部膨脹應(yīng)該被認(rèn)為僅僅是瞬時(shí)的，因?yàn)樗诿}沖電輸入的頻率關(guān)閉相期間被解除。快速重復(fù)開(kāi)關(guān)電頻率最終使拉長(zhǎng)的細(xì)胞變?nèi)?，并協(xié)助使它們的膜破裂。 連續(xù)的頻率輸入還產(chǎn)生了由擴(kuò)張的內(nèi)部組分膨脹所引起的內(nèi)部壓力，其最終迫使內(nèi)部磷脂物質(zhì)泄漏以逸出它們的破裂的外部邊界，并通過(guò)細(xì)胞壁上的滲透壓差進(jìn)入液體介質(zhì)。此外，為了獲得更高效率，可以根據(jù)1升液體介質(zhì)中包含的生物質(zhì)克數(shù)的矩陣公式，來(lái)調(diào)整電量或頻率輸入。在液體介質(zhì)完成通過(guò)EMP裝置后，就允許其溢流進(jìn)入第二貯罐(或直接進(jìn)入位于罐底部附近的裝置中)。在這種脫水方法中，第二貯罐是含有微米泡裝置或連接有微米泡裝置用于所需細(xì)胞內(nèi)組分分離和脫水的罐。在膜裂解后，使用靜態(tài)混合器或其他適合的裝置(例如任何靜態(tài)混合器或?qū)崿F(xiàn)類(lèi)似的產(chǎn)微泡作用的裝置)，并將其置于第二貯罐內(nèi)的最低點(diǎn)。在起動(dòng)時(shí)，靜態(tài)混合器產(chǎn)生一系列微米泡，導(dǎo)致在液體介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生泡沫層。當(dāng)液體介質(zhì)被連續(xù)泵過(guò)微米混合器時(shí)，帶有氣泡的泡沫層向外射出通過(guò)液體，并開(kāi)始上升和向上漂浮。懸浮在液體介質(zhì)中的密度較低的所需細(xì)胞內(nèi)組分，附著于向上漂浮的微米泡并絮凝到表面，或由于水柱內(nèi)上升氣泡的碰撞而與較重的下沉生物質(zhì)廢物分開(kāi)(所述較重生物質(zhì)由于比重改變而可以下沉)。參考圖6，使用了簡(jiǎn)化示意圖來(lái)說(shuō)明在從含藻類(lèi)細(xì)胞的水性溶液收獲生物質(zhì)的方法(單步提取加量子破裂法)中，在其間有包含活微生物生物質(zhì)的液體介質(zhì)流動(dòng)的兩個(gè)導(dǎo)電金屬片之間的EMP傳遞。陰極3需要正電連接點(diǎn)5，用于正電流輸入。正電傳遞使陰極3 的整個(gè)長(zhǎng)度和寬度極化，并尋找接地源或陽(yáng)極2。為了完成電路，陽(yáng)極2需要接地連接點(diǎn)4， 其現(xiàn)在允許發(fā)生通過(guò)含活生物質(zhì)1的液體介質(zhì)的電傳遞6。生物質(zhì)1包括含有營(yíng)養(yǎng)物源的液體介質(zhì)，所述營(yíng)養(yǎng)物源主要由導(dǎo)電礦物質(zhì)內(nèi)容物構(gòu)成，并用于維持活生物質(zhì)1的生存和繁殖。含有營(yíng)養(yǎng)物源的液體介質(zhì)進(jìn)一步允許正電輸入通過(guò)液體介質(zhì)/生物質(zhì)1在陰極3到陽(yáng)極2之間傳遞，并且這只在液體介質(zhì)存在或流過(guò)時(shí)發(fā)生。對(duì)電輸入相進(jìn)行脈沖，由于在電周期相期間產(chǎn)生的電磁場(chǎng)而造成細(xì)胞拉長(zhǎng)23。使用上述瓦特?cái)?shù)，可以利用任何適合的脈沖數(shù)量和持續(xù)時(shí)間，例如在l_2kHz下60-80%的占空度。細(xì)胞的拉長(zhǎng)是由于作為它們生長(zhǎng)和繁殖所需的營(yíng)養(yǎng)物攝入的一部分而消耗的導(dǎo)電礦物質(zhì)的正和負(fù)極性響應(yīng)。磁脈沖響應(yīng)可用于協(xié)助裂解完成之前細(xì)胞外壁結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步弱化過(guò)程。在脈沖電磁場(chǎng)起動(dòng)后，微生物細(xì)胞 23在磁場(chǎng)下排列，大多數(shù)響應(yīng)性正電一側(cè)朝向陽(yáng)極2，響應(yīng)性負(fù)電一側(cè)朝向陰極3。在周期的電關(guān)閉相中，允許細(xì)胞松弛。在高頻率的電輸入下，細(xì)胞被反復(fù)地拉伸和松弛，類(lèi)似于薄金屬片被來(lái)回彎曲直到在兩片中發(fā)生破裂和斷裂。這種類(lèi)似性與生物質(zhì)細(xì)胞23在開(kāi)關(guān)脈沖相期間所遇到的經(jīng)歷相似，其最終幫助細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的裂解或破裂過(guò)程參考圖7，使用了簡(jiǎn)化示意圖來(lái)說(shuō)明在從含藻類(lèi)細(xì)胞的水性溶液中收獲細(xì)胞物質(zhì)和碎片的方法(單步提取法)中，在EMP期間陰極3和/或陽(yáng)極2的外壁之間以及液體介質(zhì)/生物質(zhì)中的熱傳遞實(shí)例。使用的加熱裝置24附著于陰極3和陽(yáng)極2的外壁表面，其允許熱傳遞穿透到含有微生物生物質(zhì)1的液體介質(zhì)中。主要由水構(gòu)成的液體介質(zhì)由加熱引起的比重變化，允許其化合物的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，這主要是由于在改變時(shí)氫元素的變化降低了水密度所致。這種密度變化現(xiàn)在允許包含在水柱中的通常密度較低的物質(zhì)或者在本實(shí)例中是裂解的細(xì)胞碎片物質(zhì)(細(xì)胞物質(zhì)和碎片)下沉。參考圖8，使用了簡(jiǎn)化示意圖來(lái)顯示正常大小的生物質(zhì)細(xì)胞25與已經(jīng)暴露于電荷的細(xì)胞23之間相比較的差異。在電打開(kāi)相中，脈沖電傳遞6瞬時(shí)穿透到細(xì)胞內(nèi)組分中，其吸收能量傳遞，導(dǎo)致發(fā)生瞬時(shí)內(nèi)部膨脹。由于內(nèi)部組分膨脹超過(guò)分配的空間容許程度，這種膨脹產(chǎn)生了針對(duì)細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的壓力。在電路關(guān)閉相中，內(nèi)部膨脹減小，但是反復(fù)開(kāi)關(guān)的頻率產(chǎn)生了內(nèi)部抽吸作用，這時(shí)所包含的內(nèi)部物質(zhì)膨脹并被壓在細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)上。這種反復(fù)的壓力與造成細(xì)胞脈沖式拉長(zhǎng)的電磁場(chǎng)相結(jié)合，最終引起外壁的外部結(jié)構(gòu)損壞，總體的損壞造成裂解或破裂形式。在破裂發(fā)生后，發(fā)生有價(jià)值的內(nèi)部物質(zhì)從細(xì)胞結(jié)構(gòu)泄漏并進(jìn)入液體介質(zhì)。在本實(shí)施方案中，圖9顯示了微米混合器27在與第二貯罐28相連并含有以前破裂的懸浮在液體介質(zhì)中的生物質(zhì)29時(shí)的下部安裝位置。然后允許該液體介質(zhì)流過(guò)下部第二貯罐出口 30，在那里它被引導(dǎo)流過(guò)與液體泵32具有定向流動(dòng)關(guān)系的導(dǎo)管31。由于抽吸作用，允許液體經(jīng)微米混合器進(jìn)入口 33單次通過(guò)或重復(fù)循環(huán)通過(guò)微米混合器。當(dāng)液體連續(xù)流過(guò)微米混合器27時(shí)，產(chǎn)生微氣泡34，其在液體柱35中向外射出，形成泡沫層36。隨著過(guò)程的繼續(xù)，組成的層開(kāi)始朝向液體柱35的表面上升。一旦泡沫層36開(kāi)始其朝向液體柱35 表面的上升旅途，就將泵32關(guān)閉，因此微分化過(guò)程完成。這允許在微米混合器27的下部出口點(diǎn)處產(chǎn)生的所有微米泡34上升到表面，并且在它們上升時(shí)，它們開(kāi)始收集在EMP處理期間釋放到液體介質(zhì)中的有價(jià)值的細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)。微米泡34的這種向上運(yùn)動(dòng)還摩擦或碰撞進(jìn)入較重的向下沉降的細(xì)胞物質(zhì)和碎片中，進(jìn)一步使與較重的下沉細(xì)胞物質(zhì)和碎片殘留物結(jié)合在一起的被陷住的較輕有價(jià)值物質(zhì)釋放出來(lái)。一旦分開(kāi)后，這些物質(zhì)就附著于微米泡34， 朝著表面上浮。參考圖10，使用了簡(jiǎn)化圖來(lái)顯示用于收獲含有約10%原始液體介質(zhì)物質(zhì)/生物質(zhì)1的泡沫層36的方法。當(dāng)含有有價(jià)值細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的泡沫層36上升到液體介質(zhì)35表面時(shí)， 可以使用撇除裝置37從液體介質(zhì)35的表面移除泡沫層36。位于第二貯罐28表面處的撇除裝置37允許將泡沫層36推過(guò)第二貯罐28的側(cè)壁并進(jìn)入收獲容器39，在那里使泡沫層 36積累，用于進(jìn)一步的物質(zhì)收獲程序。圖11顯示了本文所述的用于從藻類(lèi)生物質(zhì)收獲有用物質(zhì)的方法和裝置(系統(tǒng)) 的一個(gè)實(shí)施方案。將微生物藻類(lèi)生長(zhǎng)在容器系統(tǒng)40中，并在適合的生長(zhǎng)周期結(jié)束時(shí)將其傳遞到物質(zhì)回收過(guò)程中。使藻類(lèi)生物質(zhì)流過(guò)任選的微米泡空化步驟，用于在其他生物物質(zhì)回收過(guò)程之前軟化細(xì)胞外壁結(jié)構(gòu)。在空化步驟41后，可以使用任選的熱處理42來(lái)改變含有生物質(zhì)的液體原料水的比重。熱選項(xiàng)42允許在收獲過(guò)程中釋放的顆粒物質(zhì)更快轉(zhuǎn)移。在生物質(zhì)達(dá)到適合的熱范圍后，然后允許其流過(guò)電磁脈沖場(chǎng)EMP站43，遷移的生物質(zhì)細(xì)胞在那里暴露于電磁傳遞，導(dǎo)致細(xì)胞外壁結(jié)構(gòu)的破裂。在流過(guò)EMP處理43后，破裂的生物質(zhì)就遷移到重力澄清罐44中，較重的物質(zhì)(破裂的細(xì)胞碎片/物質(zhì))45在那里下沉通過(guò)水柱，同時(shí)較輕的物質(zhì)(細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物)46上升到表面，在那里允許更容易收獲。較重的下沉物質(zhì)45收集在澄清罐44的底部，在那里可以容易地收獲其他有用物質(zhì)。在物質(zhì)分離和回收后，剩余的水柱47通過(guò)水回收過(guò)程送走，并在處理后返回到容器生長(zhǎng)系統(tǒng)40中。圖12顯示了本文描述的用于從藻類(lèi)生物質(zhì)收獲有用物質(zhì)的方法和裝置(系統(tǒng)) 的另一個(gè)實(shí)施方案。將微生物藻類(lèi)生長(zhǎng)在容器系統(tǒng)48中，并在適合的生長(zhǎng)周期結(jié)束時(shí)將其轉(zhuǎn)移到物質(zhì)回收過(guò)程中。物質(zhì)回收包含將藻類(lèi)生物質(zhì)轉(zhuǎn)移到任選的熱處理49中，在那里生物質(zhì)水柱在EMP站50之前經(jīng)歷加熱。在EMP處理后，將破裂的生物質(zhì)然后轉(zhuǎn)移到空化站51 中，在那里在水柱容器罐52的下部位點(diǎn)處導(dǎo)入微米泡。當(dāng)微泡上升通過(guò)水柱時(shí)，釋放出的有價(jià)值生物物質(zhì)(細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物)53附著于上升的氣泡，其漂浮到水柱的表面上，允許更容易和更快速的撇除過(guò)程，用于物質(zhì)回收。在物質(zhì)回收后，剩余的水柱通過(guò)水回收過(guò)程54送走， 并在處理后返回到生長(zhǎng)系統(tǒng)48中。實(shí)施例通過(guò)下面的具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了進(jìn)一步說(shuō)明。提供實(shí)施例僅僅是為了說(shuō)明，不應(yīng)該被解釋為以任何方式限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1-細(xì)胞裂解方法和裝置鑒于藻類(lèi)作為燃料和其他材料的來(lái)源的利益，用于大規(guī)模加工藻類(lèi)細(xì)胞的方法和裝置的開(kāi)發(fā)，在加工藻類(lèi)細(xì)胞用于這些目的中具有極大實(shí)用性。下面描述了這樣的方法和
直ο用于加工懸液中的藻類(lèi)細(xì)胞的方法的一個(gè)實(shí)施方案包括將水性懸液中的藻類(lèi)細(xì)胞通過(guò)靜態(tài)混合器，在那里靜態(tài)混合器產(chǎn)生空化效應(yīng)，電解懸液并將裂解的細(xì)胞與懸液中的水分離開(kāi)。在具體實(shí)施方案中，方法還包含在懸液中帶入pH或ORP修飾劑例如二氧化碳。在這樣的實(shí)施方案中，二氧化碳典型地帶入靜態(tài)混合器中。在進(jìn)一步精制中，a。因?yàn)閴A性物質(zhì)可能有幫助(使方法更有效)，因此可以使用試劑。在某些實(shí)施方案中，方法還包含在例如混合器處收集通過(guò)電解產(chǎn)生的氫氣。
在某些有利的實(shí)施方案中，懸液是來(lái)自藻類(lèi)生長(zhǎng)容器的部分抽取液，例如每天獲取1、2或3次的抽取液，或每1、2、3、4、5、6或7天獲取一次的抽取液。一般來(lái)說(shuō)，所述部分抽取液占來(lái)自藻類(lèi)生長(zhǎng)容器的培養(yǎng)物體積的約10、20、30、40、50、60、70、80或90 %，或在培養(yǎng)物體積的10至30、30至50、50至70或70至90%的范圍內(nèi)。將裂解的和/或絮凝的藻類(lèi)細(xì)胞與懸液中的水分離開(kāi)以提供回收的水，并將回收的水滅菌并返回到藻類(lèi)生長(zhǎng)容器。在另一個(gè)實(shí)施方案中，用于處理懸液中的藻類(lèi)細(xì)胞的系統(tǒng)包括生長(zhǎng)容器，藻類(lèi)細(xì)胞在其中在懸液中生長(zhǎng)；與容器流體連通的靜態(tài)混合器，至少一部分懸液通過(guò)混合器，從而裂解至少一些所述細(xì)胞；以及與懸液接觸的電解電極，其中EMP通過(guò)電極并通過(guò)電極之間的懸液。在某些實(shí)施方案中，靜態(tài)混合器包括注射端口，流體可以通過(guò)所述端口帶入懸液中；靜態(tài)混合器還包括與例如本文中所述的電源有電連接的陽(yáng)極和陰極電極。在某些實(shí)施方案中，系統(tǒng)還包括生物質(zhì)分離器、脂質(zhì)提取器和/或氫氣收集器。一些實(shí)施方案包括改良的靜態(tài)混合器。這種改良的靜態(tài)混合器包括具有液體從中通過(guò)的混合喉的主體、可以使流體物質(zhì)帶入在所述液體中的注射端口、以及彼此在電上分離的陽(yáng)極和陰極電極，使得當(dāng)跨所述電極施加電壓時(shí)，電流將通過(guò)所述液體。盡管這樣的混合器可以用許多方式構(gòu)造，但在某些實(shí)施方案中，一個(gè)電極在主體內(nèi)，另一個(gè)電極位于主體中的出口處；一個(gè)電極基本上由混合器的主體構(gòu)成，另一個(gè)電極基本上由與主體絕緣的出口環(huán)構(gòu)成。在生產(chǎn)大量藻類(lèi)油或藻類(lèi)生物質(zhì)的方法中使用藻類(lèi)面臨許多障礙。除了達(dá)到高效生長(zhǎng)之外，這些障礙還包括將藻類(lèi)生物質(zhì)與培養(yǎng)流體有效分離開(kāi)，以及裂解細(xì)胞以便能夠?qū)⒂突蚱渌a(chǎn)物與細(xì)胞物質(zhì)和碎片分離開(kāi)。與實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的工藝相反，在大規(guī)模操作中問(wèn)題急劇增加。事實(shí)上，由于物理限制和/或成本限制，許多實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的工藝不適用于大規(guī)模操作。例如，在研究這些主題時(shí)，對(duì)于分類(lèi)組為泛植物(Archa印lastida)、特別是其亞組微藻的生物體的細(xì)胞裂解來(lái)說(shuō)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)在工業(yè)規(guī)模上應(yīng)用EMP的建議。事實(shí)上，常規(guī)方法主要聚焦于PH較低、因此具有較高或正的氧化還原電位(ORP)或Mv讀數(shù)的淤渣(即市政和工業(yè)廢物)的電解。在電化學(xué)上，隨著pH降低，氫離子濃度急劇增加，帶負(fù)電的氫氧根或OH-離子減少(J. M. Chesworth, T. Stuchbury, J. R. Scaife,《農(nóng)業(yè)生物化學(xué)導(dǎo)論》(Introduction to Agricultural Biochemistry)，pg 12.2.2)。相反，pH 越高，ORP 越低。這種高 pH 與負(fù) Mv 讀數(shù)之間的關(guān)聯(lián)性，導(dǎo)致得出下列結(jié)論，即細(xì)胞壁上的駐留電荷可以轉(zhuǎn)化為能量，不僅促進(jìn)細(xì)胞裂解，而且提取目標(biāo)細(xì)胞內(nèi)的所需要素，用于生產(chǎn)能量、藥物和食品。從單細(xì)胞生物體、 在本文情況下是藍(lán)細(xì)菌或藍(lán)綠藻的X-射線(xiàn)晶體生物學(xué)的最新進(jìn)展中，可以得出結(jié)論，植物細(xì)胞膜類(lèi)似于電池的兩端，它們?cè)趦?nèi)部是正極，在外部是負(fù)極，并且當(dāng)太陽(yáng)能從細(xì)胞內(nèi)的氫激發(fā)電子時(shí)，它們被充電。電子通過(guò)像導(dǎo)線(xiàn)一樣傳導(dǎo)它們的蛋白質(zhì)移動(dòng)到細(xì)胞膜內(nèi)，釋放出植物維持生存所需的能量，并且從普通小球藻(Chlorella vulgaris)細(xì)胞內(nèi)四苯基膦積累的數(shù)據(jù)，可以估算出這些細(xì)胞具有-120至-150mV的膜電位。這種負(fù)電位反映在細(xì)胞集落的基質(zhì)pH水平波動(dòng)的觀(guān)察中，其中采取該測(cè)量值以及相關(guān)的ORP(Mv讀數(shù))來(lái)確定細(xì)胞集落的健康。例如，在藻類(lèi)生長(zhǎng)容器中pH 7的讀數(shù)與(+/-)+200Mv的ORP讀數(shù)相關(guān)聯(lián)。當(dāng)獲得良好的細(xì)胞健康或?qū)?shù)生長(zhǎng)時(shí)，注意到基質(zhì)的PH 值為PH 9.0;推出的ORP讀數(shù)是(+/-)-200Mv。因此，可以推測(cè)，健康藻類(lèi)細(xì)胞集落的度量可以通過(guò)負(fù)Mv讀數(shù)來(lái)確定，其中pH每增加1點(diǎn)對(duì)應(yīng)于約200Mv的降低。大多數(shù)天然水具有5. 0至8. 5之間的pH值。因?yàn)橹参镌谒鷳B(tài)系統(tǒng)中攝入CO2 進(jìn)行光合作用，因此PH值(以及堿性)升高。水生動(dòng)物產(chǎn)生相反效應(yīng)——隨著動(dòng)物攝取O2 并放出C02，pH (以及酸性)降低。在穩(wěn)態(tài)中，藻類(lèi)基質(zhì)讀數(shù)是pH 7.0，并且由于通過(guò)氧化產(chǎn)生高滲條件，PH降低到低于7. 0并低至5. 0，類(lèi)似的ORP讀數(shù)為+200至+400Mv。當(dāng)細(xì)胞壁未坍塌而是僅僅變得萎蔫(與腫脹相反)時(shí)，其內(nèi)含物仍被包囊，并且細(xì)胞壁正如Dorman平衡法則所介紹的，其中細(xì)胞壁在其帶有相反電荷的兩個(gè)細(xì)胞壁內(nèi)建立起能量勢(shì)以便存活， 直到重新獲得等滲狀態(tài)。這也被稱(chēng)為Gibbs-Dorman現(xiàn)象。這是當(dāng)半透膜將含有電解質(zhì)的兩種溶液分離開(kāi)時(shí)在半透膜處存在的平衡狀態(tài)，某些電解質(zhì)的離子能夠透過(guò)膜，而其他離子不能；離子在兩種溶液中的分布變得錯(cuò)綜復(fù)雜，導(dǎo)致在膜的兩側(cè)之間形成電勢(shì)，并且兩種溶液具有不同滲透壓。這種電荷是極為平衡的，并且是細(xì)胞能夠在極端不利條件下存活并只在出現(xiàn)適合的低滲條件時(shí)復(fù)原的原因?；畹脑孱?lèi)細(xì)胞可以被當(dāng)作電化學(xué)燃料電池，其中將膜的極性從活培養(yǎng)物的高pH 和低0RP(150Mv)改變到低pH和高0RP(+200Mv)引起了 350Mv的凈增益，并且倘若細(xì)胞的電勢(shì)被破壞并且細(xì)胞壁不是剛剛收縮時(shí)，將伴有氫釋放到基質(zhì)中。這種氫的生產(chǎn)是可以從本發(fā)明獲得的有益產(chǎn)物之一。通過(guò)組合多種方法，發(fā)現(xiàn)了可以提供快速、在工業(yè)上可放大的裂解和/或絮凝藻類(lèi)細(xì)胞的方法。這樣的方法可以應(yīng)用在從藻類(lèi)獲得有用產(chǎn)物例如提取脂質(zhì)、獲得氫氣和/ 或獲得藻類(lèi)細(xì)胞物質(zhì)和碎片等的方法中。作為執(zhí)行這種方法的部件，本發(fā)明的方法可以使用靜態(tài)混合器。有利的靜態(tài)混合器包括但不限于在Uematsu等的美國(guó)專(zhuān)利6279611、Mazzei的美國(guó)專(zhuān)利6730214中所描述的?？梢允褂眠@種幫助產(chǎn)生瞬時(shí)空化作用和/或氣體向液體的質(zhì)量傳遞的混合器。據(jù)推測(cè)，通過(guò)操控或降低基質(zhì)的pH以產(chǎn)生ORP的快速增加，電差具有促進(jìn)細(xì)胞裂解中的電解過(guò)程的效應(yīng)，并具有產(chǎn)生額外的氫氣作為細(xì)胞壁內(nèi)含物釋放的副產(chǎn)物的附帶益處。實(shí)驗(yàn)工作證實(shí)使用這種組合快速并經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞裂解?？栈?、超聲和pH改變的組合為何能夠裂解細(xì)胞的理論是經(jīng)驗(yàn)性的，本發(fā)明人不打算被結(jié)果的任何特定解釋所束縛。本發(fā)明的方法可以有利地包括修改0RP，通常通過(guò)pH降低來(lái)進(jìn)行。盡管這種pH降低(或者說(shuō)ORP修改)可以使用各種酸和堿來(lái)實(shí)現(xiàn)，但它也可以使用CO2來(lái)實(shí)現(xiàn)。氧化/還原反應(yīng)涉及兩個(gè)原子之間的電子交換。在過(guò)程中失去電子的原子被說(shuō)成是被“氧化”。獲得電子的原子被說(shuō)成是被“還原”。在獲得該額外的電子中，它失去電能，使其“渴望”更多電子?；瘜W(xué)物質(zhì)例如氯、溴和臭氧都是氧化劑。ORP典型地通過(guò)測(cè)量當(dāng)金屬在氧化劑和還原劑存在下被置于水中時(shí)產(chǎn)生的電勢(shì)或電壓來(lái)測(cè)量。這些電壓為我們指示了水中的氧化劑保持其不含污染物的能力。因此，ORP探測(cè)器實(shí)際上是毫伏計(jì)，測(cè)量跨過(guò)由銀導(dǎo)線(xiàn)構(gòu)成的參比電極(在效果上是電路的負(fù)極)與鉬帶構(gòu)成的測(cè)量電極(正極)所形成的電路上的電壓，被測(cè)量的流體位于所述兩個(gè)電極之間。通常由銀制成的參比電極被鹽(電解質(zhì))溶液包圍，其產(chǎn)生另一個(gè)小電壓。但是由參比電極產(chǎn)生的電壓是恒定并且穩(wěn)定的，因此它形成了參比，可以針對(duì)它來(lái)比較由鉬測(cè)量電極和水中的氧化劑產(chǎn)生的電壓。測(cè)量?jī)蓚€(gè)電極之間的電壓差。由于pH對(duì)水中帶電離子的濃度的影響，改變水性溶液的pH能夠極大地改變ORP 讀數(shù)。因此，在本文中描述的裝置和方法中，可以通過(guò)將水與一種或多種ORP或pH調(diào)節(jié)劑相接觸來(lái)改變PH并因此改變0RP。有利地，可以使用二氧化碳?xì)怏w降低pH ；使pH降低將升
高毫伏讀數(shù)。CO2可以采取微米或納米氣泡的形式帶入在液體介質(zhì)中，例如使用上述的靜態(tài)混合器作為微米或納米氣泡帶入。以這種方式帶入CO2氣體降低pH，改變0RP，其能夠?qū)е庐a(chǎn)生可以收集的附加氫氣。此外，正如下面指出的，帶入作為微米或納米氣泡的CO2 (或其他氣體)能夠有助于細(xì)胞裂解?？栈?yīng)和/或超聲也可以被有益地用于增強(qiáng)細(xì)胞裂解和/或細(xì)胞物質(zhì)和碎片的絮凝。盡管這樣的效應(yīng)可以使用超聲探頭來(lái)產(chǎn)生，但它們也可以使用有微泡帶入的靜態(tài)混合器的空化效應(yīng)來(lái)產(chǎn)生。因此，將含有藻類(lèi)的培養(yǎng)基通過(guò)帶有氣體帶入的靜態(tài)混合器， 有助于細(xì)胞破裂并能幫助細(xì)胞物質(zhì)和碎片的絮凝。當(dāng)應(yīng)用于本發(fā)明的系統(tǒng)時(shí)，EMP具有裂解細(xì)胞的效應(yīng)。然而，附加的益處是產(chǎn)生氫氣，其可以被收集用作例如燃料。氫氣的量可以通過(guò)ORP改變來(lái)增加。對(duì)于某些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，施加磁場(chǎng)也可能是有益的。例如，這樣的場(chǎng)可以施加在靜態(tài)混合器中或其附近。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的一種方式是將強(qiáng)磁體置于靜態(tài)混合器周?chē)?。在某些情況下， 使用交變磁場(chǎng)可能是有益的。本發(fā)明的方法可以被設(shè)計(jì)成增加許多不同產(chǎn)物中的一種或多種的產(chǎn)出。例如，產(chǎn)物可以是藻類(lèi)細(xì)胞物質(zhì)和碎片、脂質(zhì)、選定的蛋白質(zhì)、類(lèi)胡蘿卜素和/或氫氣。 在某些應(yīng)用中，可能希望使用本文描述的方法和裝置產(chǎn)生細(xì)胞物質(zhì)和碎片。這樣的細(xì)胞物質(zhì)和碎片的生產(chǎn)可以伴有一種或多種其他產(chǎn)物的增加或優(yōu)化生產(chǎn)，或不獲得其他產(chǎn)物或不對(duì)獲得其他產(chǎn)物進(jìn)行優(yōu)化。有利地，方法可以被設(shè)計(jì)成生產(chǎn)顯著量的氫氣。在典型的實(shí)施方案中，希望從藻類(lèi)獲得脂質(zhì)，用于例如生物燃料和/或提供含有藻類(lèi)ω-3脂肪酸的油(主要是二十碳五烯酸(20 5，η-3 ；EPA)和二十二碳六烯酸 (22 6, η-3 ；DHA)0為了提取這樣的脂質(zhì)，有利的是例如如上所述裂解細(xì)胞。脂質(zhì)釋放的方式允許根據(jù)含脂質(zhì)物質(zhì)與主體水之間的不同密度進(jìn)行第一次分離。如果需要，可以使用其他脂質(zhì)提取方法進(jìn)一步提取脂質(zhì)。在某些實(shí)施方案中，本發(fā)明利用了多種上面提到的方法來(lái)產(chǎn)生增強(qiáng)的細(xì)胞物質(zhì)和碎片分離、細(xì)胞裂解、氫氣生產(chǎn)和/或脂質(zhì)分離。例如，可以將電解與ORP改變進(jìn)行組合。非常有利的是，系統(tǒng)被構(gòu)造成用于執(zhí)行作為整個(gè)藻類(lèi)加工方法的一部分的選定子過(guò)程。在這樣的系統(tǒng)中有用的一種部件利用了改良的靜態(tài)混合器，其具有設(shè)立在裝置內(nèi)的陽(yáng)極和陰極。在使用中，改良的靜態(tài)混合器對(duì)懸液施加EMP，同時(shí)通過(guò)文丘里管將CO2氣體或其他ORP調(diào)節(jié)劑注射到流經(jīng)裝置的藻類(lèi)液體中。所述裝置可以在任一端包含氣體回收系統(tǒng)，用于回收電解過(guò)程產(chǎn)生的氣體(例如氫氣)。這種改良的靜態(tài)混合器示意性圖示在圖13中。生物質(zhì)漿液1通過(guò)進(jìn)入管線(xiàn)進(jìn)入
17混合器室。在進(jìn)入室內(nèi)之后，漿液1就流經(jīng)由直流電源54供電的陽(yáng)極2和陰極3電路。陽(yáng)極和陰極電極2和3只在導(dǎo)電液體介質(zhì)流過(guò)它們之間時(shí)才允許電傳遞。在這種靜態(tài)混合器的情況下，生物質(zhì)漿液1被用于在陽(yáng)極和陰極電極2和3之間傳導(dǎo)電傳遞。在電傳遞期間， 生物質(zhì)漿液1進(jìn)一步暴露于傳遞，并且這種傳遞的一部分量被微生物細(xì)胞吸收。電暴露發(fā)生之后，它們的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)開(kāi)始變?nèi)酢Ｔ诹鬟^(guò)陽(yáng)極和陰極電路室后，使用不導(dǎo)電的墊圈55 將兩個(gè)室隔離開(kāi)，以便不允許電傳遞到文丘里噴嘴室56?，F(xiàn)在，目前結(jié)構(gòu)較弱的細(xì)胞能夠被文丘里管引起的細(xì)胞/微米氣泡碰撞所破裂。為了進(jìn)一步增加物質(zhì)分離過(guò)程的效率，可以使用氣體注射端口 57，導(dǎo)入用于增強(qiáng)物質(zhì)破裂和回收的化學(xué)物質(zhì)。在細(xì)胞壁破裂期間，釋放出的細(xì)胞內(nèi)氣體例如氧氣和氫氣以及其他有價(jià)值氣體，可以作為物質(zhì)回收系統(tǒng)的一部分被捕獲。將這些氣體導(dǎo)向排氣口，以在位于靜態(tài)混合器排出端口 59處的出口 58的末端進(jìn)行捕集。此外還排出剩余的破碎生物質(zhì)29，其也被引導(dǎo)到出口點(diǎn)58處回收。因此，正如上面所指出的，系統(tǒng)可以被有利地配置并使用來(lái)自生長(zhǎng)容器或反應(yīng)器例如光生物反應(yīng)器的部分抽取液。還有利的是，系統(tǒng)可以包括并使用所述的改良靜態(tài)混合器，用于從基質(zhì)提取和絮凝(細(xì)胞物質(zhì)和碎片)、捕獲產(chǎn)生的氫氣或額外的氧氣、將細(xì)胞物質(zhì)和碎片與水分離開(kāi)并優(yōu)選在滅菌或過(guò)濾后將水返回到反應(yīng)器。在本文中被稱(chēng)為“級(jí)聯(lián)生產(chǎn)”的方法，定期例如每日、每隔一日或每周從生長(zhǎng)罐的 (培養(yǎng))料液中抽取一定百分率。然后將抽取的(培養(yǎng))料液通過(guò)電解混合裝置帶入，和/ 或通過(guò)與常規(guī)電解方法、例如處理槽中的陽(yáng)極和陰極板聯(lián)合的混合器帶入。這樣的處理可以包括ORP操控。從一般意義上來(lái)說(shuō)，本文描述的方法和裝置包括沿著加工流的一系列流體操作， 其具體目標(biāo)是提取藻類(lèi)細(xì)胞中包含的有價(jià)值副產(chǎn)物。正如上面簡(jiǎn)要描述的，當(dāng)藻類(lèi)在多樣化的構(gòu)造例如戶(hù)外生長(zhǎng)池塘、開(kāi)放罐、封閉罐或光生物反應(yīng)器(PBR)的罐例如鹽水罐中生長(zhǎng)時(shí)，定期抽取一部分溶液或料液。這種抽取計(jì)劃由以下觀(guān)察來(lái)確定，但不限于這些觀(guān)察 每日獲取的密度、PH和/或0RP。例如，已經(jīng)注意到由于CO2吸收和在夜間發(fā)生的被稱(chēng)為呼吸的過(guò)程，戶(hù)外池塘的PH在夜晚比在早晨更高。差異可以高達(dá)3個(gè)pH點(diǎn)或600Mv。因此，人們將在夜晚從生長(zhǎng)池塘抽取大部分，因?yàn)檫@時(shí)PH為8. 5-10 (與此相比早晨的讀數(shù)為6-7)。 在反應(yīng)器或PBR中使用同樣的原理，但是在這種情況下人們觀(guān)察生長(zhǎng)的對(duì)數(shù)期，并在pH達(dá)到8. 5-9時(shí)抽取高達(dá)75%的生長(zhǎng)液(基質(zhì))。所有這些指標(biāo)使用整合在工廠(chǎng)過(guò)程計(jì)算機(jī)控制器中的常規(guī)測(cè)量設(shè)備，所述控制器控制SSE過(guò)程并發(fā)出何時(shí)應(yīng)該收獲的信號(hào)。為了確定何時(shí)應(yīng)該收獲，可以評(píng)估生長(zhǎng)容器中的幾種指標(biāo)，例如pH、0RP、Mv、鹽度、細(xì)胞大小等。剩余百分?jǐn)?shù)的未抽取液體被留作再循環(huán)水培養(yǎng)器，并用于開(kāi)始藻類(lèi)的新的對(duì)數(shù)期生長(zhǎng)。抽取的料液(在本文中也稱(chēng)為“培養(yǎng)物”)。微生物藻類(lèi)生長(zhǎng)在容器系統(tǒng)中，并在適合的生長(zhǎng)周期結(jié)束時(shí)轉(zhuǎn)移到物質(zhì)回收過(guò)程中。將藻類(lèi)生物質(zhì)流過(guò)任選的微米氣泡空化步驟，用于在其他生物物質(zhì)回收處理之前軟化外部細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)。在空化步驟后，可以施加任選的熱處理，以改變含有生物質(zhì)的液體原料水的重力特性。熱選項(xiàng)允許更快地轉(zhuǎn)移在收獲過(guò)程中釋放的特定物質(zhì)。在生物質(zhì)達(dá)到適合的熱范圍后，則允許其流過(guò)電磁脈沖場(chǎng)EMP站，遷移的生物質(zhì)細(xì)胞在那里暴露于電磁傳遞，引起外部細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)破碎。
在流過(guò)EMP過(guò)程之后，破碎的生物質(zhì)遷移到重力澄清罐中，在那里較重的物質(zhì)(細(xì)胞物質(zhì)和碎片)下沉通過(guò)水柱，而較輕的物質(zhì)上升到表面，在那里允許更容易的收獲。較重的下沉物質(zhì)(細(xì)胞物質(zhì)和碎片)聚集在澄清罐的底部，在那里可以容易地收獲其他有用物質(zhì)。在物質(zhì)分離和回收后，將剩余的水柱送往水再生處理，并在處理后返回到生長(zhǎng)系統(tǒng)中。在該“裂化”期間，靜態(tài)混合器可以注入一種或多種ORP調(diào)節(jié)劑，其可以是或包括 PH調(diào)節(jié)劑例如C02。盡管CO2是優(yōu)選的，但可以使用能夠?qū)崿F(xiàn)改變pH值及其必然引起的以 Mv表示的ORP值這一基本功能的替代或附加的pH或ORP調(diào)節(jié)劑?？梢允褂萌魏芜m合的靜態(tài)混合器；本文描述的方法、系統(tǒng)和裝置不限于任何具體類(lèi)型的混合器或相關(guān)的電解方法。 這樣的混合器可以包含與電壓調(diào)節(jié)器相連的陰極和陽(yáng)極，所述電壓調(diào)節(jié)器優(yōu)選翻轉(zhuǎn)極性以減少探針上的結(jié)垢。陽(yáng)極和陰極由DC能源例如電池、發(fā)電機(jī)、變壓器或其組合供電。DC電壓可以設(shè)置成可變輸出以調(diào)整裂化罐中的藻類(lèi)物質(zhì)。由于液體被通過(guò)文丘里混合器帶入，因此它與C02混合，經(jīng)歷上面提到的EMP場(chǎng)， 并通過(guò)連續(xù)混合產(chǎn)生大量微米氣泡，產(chǎn)生空化現(xiàn)象或CO2與藻類(lèi)物質(zhì)兩者的微米氣泡漿液。 CO2帶入、電解和混合的組合可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇，例如根據(jù)所需的從藻類(lèi)細(xì)胞分離的產(chǎn)物和 /或絮凝到水表面的物質(zhì)來(lái)選擇。例如，在最近的試驗(yàn)中，施加CO2以獲得pH從8. 5降低至6. 5以及相應(yīng)的從_200Mv 增加至+250Mv，并使用DC 6伏電源對(duì)流體進(jìn)行電解，在20分鐘時(shí)間內(nèi)獲得了完全絮凝和細(xì)胞裂解(正如在顯微鏡下所檢查的)。然而，該組合以及這些參數(shù)僅僅是示例性的，并可以進(jìn)行調(diào)查以確定最適值?？梢詫⑺杞Y(jié)果與處理變量進(jìn)一步相關(guān)聯(lián)，以例如根據(jù)PH值、ORP 讀數(shù)、細(xì)胞密度和藻類(lèi)種類(lèi)建立方案。在SSE之前的上游pH調(diào)整，可能有助于SSE處理。當(dāng)在裂化(裂解)過(guò)程的同時(shí)使用電解時(shí)，在陰極處釋放氫氣(H+)。這種氫可以通過(guò)置于電解單元的陰極端或靜態(tài)混合器的末端處的氫回收閥，安全地回收和捕集在罐中。如果人們通過(guò)使用堿性化學(xué)化合物例如氫氧化鉀、氫氧化鈉、氫氧化鈣或氫氧化鎂改變 PH值，人們現(xiàn)在將在陽(yáng)極探針處產(chǎn)生額外的游離氧。在這種情況下，人們將如上所述抽取一定比例的PH值為8. 5的藻類(lèi)物質(zhì)，將該值升高到約pHll或大致-250Mv至_700Mv，并產(chǎn)生負(fù)氫氧根或-OH高的基質(zhì)。然后在細(xì)胞裂化后基質(zhì)回到7.0時(shí)，將引起游離氧的解離。在這種情況下，人們應(yīng)該納入這種氧的安全回收系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，在細(xì)胞物質(zhì)和碎片裂化后，取決于條件，它可以絮凝到水表面上或可以下沉。細(xì)胞物質(zhì)和碎片一般是破裂的細(xì)胞壁、脂質(zhì)、糖類(lèi)和葉綠素(A)的復(fù)合物。在許多情況下，表面處的絮狀物在幾小時(shí)內(nèi)下沉到罐的底部。盡管一些脂質(zhì)可以保留在表面上，但相當(dāng)部分的脂質(zhì)(其可能是大部分脂質(zhì))仍然與葉綠素和/或其他細(xì)胞組分結(jié)合，并將與其余細(xì)胞物質(zhì)和碎片一起下沉。現(xiàn)在，剩余的水的pH約為7. 0，并具有高CO2濃度。(除非對(duì)pH進(jìn)行調(diào)整，否則pH 將是進(jìn)入的漿液的PH)。這種水(漿液加工后)及其裂化的生物質(zhì)(細(xì)胞物質(zhì)和碎片)在通過(guò)過(guò)濾單元后，現(xiàn)在被帶入或流到水滅菌罐，在過(guò)濾裝置中可以使用許多系統(tǒng)將有機(jī)物質(zhì)從水中分離出來(lái)。這些系統(tǒng)可以是例如板式分離器(plane s印arator)、過(guò)濾器、渦旋分離器或執(zhí)行遞送被分離物質(zhì)的功能的任何其他方法。將被分離的細(xì)胞物質(zhì)和碎片抽取到細(xì)胞物質(zhì)和碎片收集容器中，并將水送往罐中滅菌。在滅菌后，可以使用回收的水重新補(bǔ)充罐。
在一個(gè)實(shí)施方案中，系統(tǒng)包括如圖13中所示的改良的文丘里混合器噴嘴。正如前面指出的，漿液輸入管線(xiàn)在中間或沿著管線(xiàn)長(zhǎng)度的任何其他地方用大的橡膠墊圈或其他電絕緣材料絕緣 ，以便分開(kāi)陽(yáng)極和陰極的極性。管的兩端可以從DC電源輸入供電，或者在管內(nèi)包含具有導(dǎo)電目的的探針。改良的文丘里噴嘴將CO2氣體或其他旨在改變pH和ORP的混合物通過(guò)入口管導(dǎo)入到在管的幾何形狀內(nèi)根據(jù)Bernoulli原理設(shè)計(jì)的低壓區(qū)中。在文丘里管的出口處，可以安裝用于捕集在EMP過(guò)程中產(chǎn)生的氫氣的裝置。人們可以在文丘里管中添加阻礙物以影響流體流動(dòng)，從而增加湍流并產(chǎn)生大量微米氣泡。實(shí)施例2-脂質(zhì)提取的定量和最適EMP提取參數(shù)的鑒定在下面描述的實(shí)驗(yàn)中，描述了使用本文描述的EMP裝置進(jìn)行的脂質(zhì)提取的定量、 以及最適提取參數(shù)的鑒定。下面顯示的結(jié)果對(duì)應(yīng)于圖14中的數(shù)據(jù)。試驗(yàn)1:為了對(duì)來(lái)自本文描述的EMP單元的脂質(zhì)提取進(jìn)行定量，進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)。將一批眼點(diǎn)擬微球藻(Narmochloropsis oculata)通過(guò)6英寸的EMP單元進(jìn)行處理以提取脂質(zhì)。 利用重力將該批料以約lL/min的流速送過(guò)EMP單元?？偣蔡幚砹?20. 8L藻類(lèi)培養(yǎng)物。在收集后，將處理過(guò)的料流的頂層菌出，用于脂質(zhì)分析。對(duì)照批次詳細(xì)情況干物質(zhì)濃度433mg/L脂質(zhì)含量干物質(zhì)的5. 5% (23. 86mg/L)pH 7. 1電導(dǎo)率8. 82mS/cm提取過(guò)程詳細(xì)情況提取樣品體積20.8L流速lL/min電壓4.3V電流22Amp結(jié)果提取的樣品通過(guò)Folch方法進(jìn)行分析。提取到的脂質(zhì)重量為0.4481g。在處理前20. 8L藻類(lèi)批料中最初存在的脂質(zhì)量為0. 4965g。這相當(dāng)于通過(guò)EMP單元的提取效率為90. 2%。試驗(yàn)2:為了對(duì)來(lái)自本文描述的EMP單元的脂質(zhì)提取進(jìn)行定量，進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)。將一批眼點(diǎn)擬微球藻(Narmochloropsis oculata)通過(guò)6英寸的EMP單元進(jìn)行處理以提取脂質(zhì)。 利用重力將該批料以約lL/min的流速進(jìn)給EMP單元?？偣蔡幚砹?9. 2L藻類(lèi)培養(yǎng)物。將處理過(guò)的料流收集在脂質(zhì)收集裝置中，所述裝置被設(shè)計(jì)成具有錐狀長(zhǎng)頸，以收集漂浮在頂部的脂質(zhì)層。對(duì)照批次詳細(xì)情況干物質(zhì)濃度207mg/L脂質(zhì)含量干物質(zhì)的13% (26. 91mg/L)pH 6. 8電導(dǎo)率9. 31mS/cm
提取過(guò)程詳細(xì)情況提取樣品體積9.2L流速lL/min電壓3.4V電流20Amp結(jié)果提取的樣品通過(guò)Folch方法進(jìn)行分析。提取到的脂質(zhì)重量為0.2184g。在處理前9. 2L藻類(lèi)批料中最初存在的脂質(zhì)量為0. 2477g。這相當(dāng)于通過(guò)EMP單元的提取效率為 88. 2%。試驗(yàn)3:為了對(duì)來(lái)自本文描述的EMP單元的脂質(zhì)提取進(jìn)行定量，進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)。將一批眼點(diǎn)擬微球藻(Narmochloropsis oculata)通過(guò)6英寸的EMP單元進(jìn)行處理以提取脂質(zhì)。 利用重力將該批料以約lL/min的流速進(jìn)給EMP單元。總共處理了 IlL藻類(lèi)培養(yǎng)物。在收集后，將處理過(guò)的料流的頂層菌出，用于脂質(zhì)分析。對(duì)照批次詳細(xì)情況干物質(zhì)濃度207mg/L脂質(zhì)含量干物質(zhì)的13% (26. 91mg/L)pH 6. 8電導(dǎo)率9. 31mS/cm提取過(guò)程詳細(xì)情況提取樣品體積IlL流速lL/min電壓3.4V電流20Amp結(jié)果對(duì)于所測(cè)試的藻類(lèi)批料來(lái)說(shuō)，通過(guò)6英寸EMP單元的提取效率為95. 25%。試驗(yàn)4為了對(duì)來(lái)自本文描述的EMP單元的脂質(zhì)提取進(jìn)行定量，進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)。將一批眼點(diǎn)擬微球藻(Narmochloropsis oculata)通過(guò)6英寸的EMP單元進(jìn)行處理以提取脂質(zhì)。 使用流量計(jì)和泵調(diào)節(jié)批料流速，處理了 2升藻類(lèi)培養(yǎng)物。將處理過(guò)的料流收集在2升容量瓶中，回收頂部液體層用于分析。對(duì)照批次詳細(xì)情況干物質(zhì)濃度410mg/L脂質(zhì)含量干物質(zhì)的8. 2% (33. 62mg/L)pH 7. 1電導(dǎo)率8. 99mS/cm提取過(guò)程詳細(xì)情況提取樣品體積2. OlL流速1.5L/min電壓12.4V電流18Amp結(jié)果對(duì)于所測(cè)試的藻類(lèi)批料來(lái)說(shuō)，通過(guò)6英寸EMP單元的提取效率為90. 7%。
試驗(yàn)5:為了對(duì)來(lái)自本文描述的EMP單元的脂質(zhì)提取進(jìn)行定量，進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)。將一批眼點(diǎn)擬微球藻(Narmochloropsis oculata)通過(guò)12英寸的EMP單元進(jìn)行處理以提取脂質(zhì)。 使用流量計(jì)和泵調(diào)節(jié)批料流速。處理了 1.87升藻類(lèi)培養(yǎng)物。將處理過(guò)的料流收集在2升容量瓶中，回收頂部液體層用于分析。對(duì)照批次詳細(xì)情況干物質(zhì)濃度800mg/L脂質(zhì)含量干物質(zhì)的19. 9% (159. 2mg/L)pH 7. 6電導(dǎo)率8. 15mS/cm提取過(guò)程詳細(xì)情況提取樣品體積1. 87L流速0. 2gal/min (0. 756L/min)電壓4. 8V電流20. 2Amp結(jié)果對(duì)于所測(cè)試的藻類(lèi)批料來(lái)說(shuō)，通過(guò)12英寸EMP單元的提取效率為12. 2%。試驗(yàn)6:為了對(duì)來(lái)自本文描述的EMP單元的脂質(zhì)提取進(jìn)行定量，進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)。將一批眼點(diǎn)擬微球藻(Narmochloropsis oculata)通過(guò)12英寸的EMP單元進(jìn)行處理以提取脂質(zhì)。 使用流量計(jì)和泵調(diào)節(jié)批料流速，處理了 1.87升藻類(lèi)培養(yǎng)物。將處理過(guò)的料流收集在2升容量瓶中，回收頂部液體層用于分析。對(duì)照批次詳細(xì)情況干物質(zhì)濃度500mg/L脂質(zhì)含量干物質(zhì)的16. 15% (80. 75mg/L)pH 7. 5電導(dǎo)率8. 18mS/cm提取過(guò)程詳細(xì)情況提取樣品體積1. 87L、流速1. 13L/min電壓4. 7V電流20Amp結(jié)果對(duì)于所測(cè)試的藻類(lèi)批料來(lái)說(shuō)，通過(guò)12英寸EMP單元的提取效率為51. 5%。試驗(yàn)7 為了鑒定給定藻類(lèi)批料的最適EMP提取參數(shù)，在廣范圍的參數(shù)矩陣中對(duì)EMP進(jìn)行了測(cè)試。將一批眼點(diǎn)擬微球藻(Narmochloropsis oculata)通過(guò)6英寸的EMP單元進(jìn)行處理以提取脂質(zhì)。使用流量計(jì)和泵調(diào)節(jié)批料流速。將組成測(cè)試矩陣的各個(gè)樣品收集在116ml 的小瓶中。用注射器吸出底部的細(xì)胞物質(zhì)和碎片以及水，在提取樣品瓶中只留下頂部脂質(zhì)層。對(duì)照批次詳細(xì)情況
干物質(zhì)濃度210mg/L脂質(zhì)含量干物質(zhì)的(50mg/L)pH :7. 8電導(dǎo)率7. 89mS/cm提取結(jié)果提取樣品體積116ml處理前116ml藻類(lèi)樣品中最初存在的脂質(zhì)量5. Smg通過(guò)R)lch方法對(duì)提取樣品進(jìn)行分析。相關(guān)參數(shù)、包括測(cè)試條件矩陣和提取效率列于表1中。表1.不同流速和電流強(qiáng)度下的提取效率
權(quán)利要求
1.一種用于從水性懸液中的藻類(lèi)細(xì)胞收獲至少一種細(xì)胞內(nèi)組分的裝置，所述裝置包含a)用作陰極的至少一個(gè)第一電導(dǎo)體和用作陽(yáng)極的第二導(dǎo)電外殼，所述至少一個(gè)第一導(dǎo)體布置在外殼內(nèi)，使得在第一導(dǎo)體的外部與外殼的內(nèi)部之間限定空間，為水性懸液提供流動(dòng)路徑，其中第一導(dǎo)體和外殼的一個(gè)或兩個(gè)的表面的至少一部分已被移除，以產(chǎn)生由至少一個(gè)陽(yáng)膛線(xiàn)分隔開(kāi)的至少兩個(gè)螺旋陰膛線(xiàn)，其減少或阻止藻類(lèi)細(xì)胞聚集在第一導(dǎo)體和外殼上或周?chē)?；b)與第一導(dǎo)體和外殼可操作連接的電源，用于提供施加在第一導(dǎo)體和外殼與水性懸液之間的脈沖電流，用來(lái)破裂藻類(lèi)細(xì)胞，產(chǎn)生大量破裂的藻類(lèi)細(xì)胞與碎片以及從水性懸液中的藻類(lèi)細(xì)胞釋放出細(xì)胞內(nèi)組分；以及c)與第一導(dǎo)電體和外殼可操作連接的第二貯罐，使得水性懸液能夠從流動(dòng)路徑流入第二貯罐，用于將水性懸液中的所述至少一種細(xì)胞內(nèi)組分與破裂的藻類(lèi)細(xì)胞分離開(kāi)。
2.權(quán)利要求1的裝置，其中第一導(dǎo)體是金屬管。
3.權(quán)利要求1的裝置，其中第一導(dǎo)體和第二外殼各為金屬管。
4.權(quán)利要求3的裝置，其中第一導(dǎo)體和第二外殼是圓形金屬管。
5.權(quán)利要求3的裝置，其中金屬管具有不同形狀。
6.權(quán)利要求4的裝置，其中金屬外殼的內(nèi)徑與第一導(dǎo)體的外徑的尺寸差異在0.050英寸左右。
7.權(quán)利要求1的裝置，其中外殼是金屬管，并且所述至少一個(gè)導(dǎo)電體包含多個(gè)隔開(kāi)的導(dǎo)電體，所述導(dǎo)電體由電絕緣元件彼此隔離；并且在外殼與多個(gè)隔開(kāi)的導(dǎo)電體的每一個(gè)之間產(chǎn)生多個(gè)流動(dòng)路徑。
8.權(quán)利要求7的裝置，其中多個(gè)導(dǎo)電體的每一個(gè)都是金屬管。
9.一種用于從水性懸液中的藻類(lèi)細(xì)胞收獲至少一種細(xì)胞內(nèi)組分的方法，所述方法包含下列步驟a)提供權(quán)利要求1的裝置，所述裝置還包括含有導(dǎo)電礦物質(zhì)和藻類(lèi)細(xì)胞的水性懸液， 其中水性懸液被置于所述裝置的流動(dòng)路徑中；b)向所述至少一個(gè)第一導(dǎo)體和外殼以及水性懸液施加足夠量的脈沖電流，用于引起細(xì)胞內(nèi)含物的交替膨脹和收縮，從而破裂藻類(lèi)細(xì)胞，產(chǎn)生大量破裂的藻類(lèi)細(xì)胞與碎片以及從水性懸液中的藻類(lèi)細(xì)胞釋放出細(xì)胞內(nèi)組分；c)使含有大量破裂的藻類(lèi)細(xì)胞與碎片以及釋放出的細(xì)胞內(nèi)組分的水性懸液流往第二貯罐，用于將細(xì)胞內(nèi)組分與生物質(zhì)和水性懸液分離開(kāi)；以及d)將所述至少一種細(xì)胞內(nèi)組分與大量破裂的藻類(lèi)細(xì)胞與碎片以及水性懸液分離開(kāi)。
10.一種從包含藻類(lèi)細(xì)胞的水性懸液收獲大量破裂的藻類(lèi)細(xì)胞與碎片的方法，所述方法包含下列步驟a)提供權(quán)利要求1的裝置，所述裝置還包含置于第二貯罐中用于產(chǎn)生微泡的元件；含有導(dǎo)電礦物質(zhì)和藻類(lèi)細(xì)胞的水性懸液，其中水性懸液被置于裝置的流動(dòng)路徑中；以及置于第二貯罐中用于使水性懸液循環(huán)的泵；b)向所述至少一個(gè)第一導(dǎo)體和外殼以及水性懸液施加足夠量的脈沖電流，用于破裂藻類(lèi)細(xì)胞，在水性懸液中產(chǎn)生從破裂的藻類(lèi)細(xì)胞釋放出細(xì)胞內(nèi)組分以及大量破裂的藻類(lèi)細(xì)胞與碎片；C)使含有釋放出的細(xì)胞內(nèi)組分以及大量破裂的藻類(lèi)細(xì)胞與碎片的水性懸液流往第二貯罐，用于將生物質(zhì)與釋放出的細(xì)胞內(nèi)組分和水性懸液分離開(kāi)；d)起動(dòng)泵和用于產(chǎn)生微泡的元件，產(chǎn)生大量微泡，所述微泡與釋放出的細(xì)胞內(nèi)組分附著并在水性懸液中向上漂浮，而大量破裂的藻類(lèi)細(xì)胞與碎片在水性懸液中向下沉降；以及e)將 大量破裂的藻類(lèi)細(xì)胞和碎片與釋放出的細(xì)胞內(nèi)組分和水性懸液分離開(kāi)。
11.權(quán)利要求10的方法，其中置于第二貯罐中用于產(chǎn)生微泡的元件是混合器。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于從水性懸液中的藻類(lèi)細(xì)胞收獲至少一種細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物(例如脂質(zhì)、糖類(lèi)、蛋白質(zhì)等)和用于從含有藻類(lèi)細(xì)胞的水性溶液收獲破裂藻類(lèi)細(xì)胞和碎片的物質(zhì)的系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)和方法利用了包括電路的裝置。電路包括外部陽(yáng)極結(jié)構(gòu)(例如管)和用作陰極的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(例如導(dǎo)電體)，所述外部陽(yáng)極結(jié)構(gòu)為尺寸比所述外部陽(yáng)極結(jié)構(gòu)小的所述內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供外殼。螺旋式表面、例如在性質(zhì)上非常類(lèi)似于槍筒中的“膛線(xiàn)”的由至少一個(gè)陽(yáng)膛線(xiàn)分隔開(kāi)的多個(gè)陰膛線(xiàn)，或者與兩個(gè)結(jié)構(gòu)(即外部管和內(nèi)部導(dǎo)體)平行的電絕緣性隔離分隔物，提供了液體密封，并提供了陽(yáng)極與陰極電路之間的分隔，其為相等的電分布所需，并能防止含藻類(lèi)細(xì)胞的水性溶液的流動(dòng)路徑短路。
文檔編號(hào)C12P1/00GK102449155SQ201080023861
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2010年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月20日
發(fā)明者尼古拉斯·D·?？藸柊倮? 斯科特·亞歷山大·弗拉瑟爾, 邁克爾·菲利普·格林 申請(qǐng)人:源油公司