本發(fā)明涉及生物質(zhì)可再生能源與材料領(lǐng)域，具體涉及一種綠藻生物質(zhì)資源的綜合利用方法。

背景技術(shù)：

綠藻是一種常見(jiàn)的藻類(lèi)，廣泛分布于各地淡水湖泊或沿海淺水域。綠藻成熟期后，可在水面上形成一個(gè)厚度達(dá)10～20 cm的覆蓋層，很多水域的覆蓋度常?？蛇_(dá)100%。成熟基體進(jìn)入水體底部，細(xì)菌參與分解，此過(guò)程消耗大量的氧氣，甚至?xí)乃w底部所有的氧氣，破壞整個(gè)水體生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)循環(huán)過(guò)程。綠藻的大量繁殖和生長(zhǎng)，已經(jīng)成為一個(gè)全球的問(wèn)題，美國(guó)（五大湖區(qū)）、印度尼西亞、菲律賓、澳大利亞等都有綠藻生長(zhǎng)危機(jī)生態(tài)環(huán)境的報(bào)道。從水體中撈取的綠藻體，若不處理，會(huì)造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。作為一種可再生的、生長(zhǎng)繁殖快速的生物質(zhì)資源，對(duì)其高效開(kāi)發(fā)利用，不僅可以減少環(huán)境污染，而且可以提高綠藻的附加值，對(duì)保護(hù)水體環(huán)境和提高農(nóng)民收入均有重要意義。公開(kāi)號(hào)為CN103497902B的發(fā)明公開(kāi)了一種生物質(zhì)綠藻剛毛藻的綜合利用方法，利用了剛毛藻的營(yíng)養(yǎng)成分蛋白質(zhì)和多糖，以發(fā)酵工藝為基礎(chǔ)生產(chǎn)高蛋白飼料和生物乙醇，但缺少了對(duì)藻體中油脂的提取和利用。本發(fā)明將以高效利用生物質(zhì)資源綠藻的油脂、蛋白質(zhì)和聚糖三大有效成分為目的，不經(jīng)發(fā)酵工藝，提高綠藻的附加值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種綠藻生物質(zhì)資源的綜合利用方法，該方法包括綠藻油脂提取、蛋白質(zhì)酶水解、綠藻聚糖組分利用等工段，高效綜合利用綠藻中的有效組分，實(shí)現(xiàn)綠藻高附加值的開(kāi)發(fā)與利用，減少綠藻對(duì)水體環(huán)境的污染與破壞，保持生態(tài)平衡的可持續(xù)綠色發(fā)展。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案。

一種綠藻生物質(zhì)資源的綜合利用方法，包括以下步驟：

（1）采集可再生生物質(zhì)綠藻，洗滌干凈，去除雜質(zhì)，自然風(fēng)干，機(jī)械磨碎，得綠藻粉末；

（2）用有機(jī)溶劑提取綠藻粉末中的油脂，提取結(jié)束后固液分離，將所得液體有機(jī)溶液層蒸發(fā)濃縮得到綠藻油脂；

（3）將步驟（2）分離所得固體綠藻粉末進(jìn)行蛋白酶酶解反應(yīng)，去除其中蛋白質(zhì)組分，酶解反應(yīng)結(jié)束后固液分離，所得液體為富含多肽和氨基酸組分的酶解液，所得固體殘?jiān)饕獮槎嗑厶抢w維組分。

優(yōu)選的，步驟（1）所述可再生生物質(zhì)綠藻采集于淡水湖泊、河流或者淺海水域。

優(yōu)選的，步驟（1）所述可再生生物質(zhì)綠藻為剛毛藻屬、水綿屬、柵藻屬等多細(xì)胞或者單列細(xì)胞綠藻。

優(yōu)選的，步驟（2）所述的有機(jī)溶劑為低沸點(diǎn)的有機(jī)溶劑，如正己烷、乙醚、石油醚等。

優(yōu)選的，步驟（2）所述提取是將綠藻粉末和有機(jī)溶劑以固液比1:5~1:50（w/w）置于索氏抽提器中抽提2~6h，1h內(nèi)虹吸次數(shù)不低于4次。抽提反應(yīng)結(jié)束，固液分離。采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀分離、濃縮有機(jī)溶液層，得到綠藻粗油脂。

優(yōu)選的，步驟（2）中回收分離出的有機(jī)溶劑繼續(xù)回用于綠藻的油脂提取。

優(yōu)選的，步驟（2）所述綠藻油脂為綠藻粉末的8~20wt%，采用甲酯化方法分析得到的綠藻油脂成分，GC/MS分析結(jié)果表明該綠藻油脂含有棕櫚酸酯、硬脂酸酯和油酸酯。

優(yōu)選的，步驟（3）所述酶解反應(yīng)是將固體綠藻粉末、蛋白酶與pH為3.0~5.0的緩沖溶液以固液比1:3~1:10（w/w）置于轉(zhuǎn)速為100~200 rpm、溫度為 45~55℃的搖床中反應(yīng)4~8 h；所述蛋白酶用量為固體綠藻粉末的1~15wt%，所述緩沖溶液為醋酸-醋酸鈉或者檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液。

優(yōu)選的，步驟（3）所述固體殘?jiān)馁|(zhì)量為固體綠藻粉末的20~30wt %。

優(yōu)選的，步驟（3）中，酶解前后綠藻中的蛋白質(zhì)含量，通過(guò)氮元素分析儀檢測(cè)氮元素含量計(jì)算得出，酶解的蛋白的質(zhì)量為酶解前綠藻中的蛋白質(zhì)的25~30 wt%。

優(yōu)選的，步驟（3）所述的多聚糖纖維為纖維素和半纖維素，經(jīng)過(guò)離子色譜分析表明主要為木聚糖和葡聚糖。

優(yōu)選的，步驟（3）所述富含多肽和氨基酸組分的酶解液可混合于動(dòng)物飼料中提高動(dòng)物飼料的品質(zhì)；所述多聚糖纖維組分可用于可再生纖維材料的開(kāi)發(fā)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)與效果：

1、本發(fā)明的方法簡(jiǎn)單，不經(jīng)發(fā)酵工藝，用于提取油脂的有機(jī)溶劑可回收循環(huán)利用。

2、本發(fā)明高效分離綠藻中的油脂、蛋白質(zhì)和聚糖三大有效組分，提高綠藻附加值，減少綠藻對(duì)水體生態(tài)平衡的危害，是保護(hù)水體環(huán)境的有效途徑之一。

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例1

將采集于淡水湖泊的綠藻，洗滌干凈，去除雜質(zhì)，干燥，機(jī)械粉碎。采用低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑正己烷萃取綠藻（0.5 kg）中的油脂，固液比為1:5（w/w），置于索氏抽提器中，保持1h虹吸5次，抽提2小時(shí)。抽提反應(yīng)結(jié)束后固液分離，采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮有機(jī)溶液層，得到綠藻粗油脂為8 wt%（綠藻粗油脂/綠藻）?；厥盏挠袡C(jī)溶劑繼續(xù)用于后續(xù)的油脂提取。采用甲酯化方法分析得到的綠藻粗油脂成分，主要包括棕櫚酸酯（34.0 %）、硬脂酸酯（33.0%）、油酸酯（27.0%）和亞油酸脂（8.0%），百分比均指各種油脂質(zhì)量占粗油脂質(zhì)量的比例。提取油脂后的綠藻殘?jiān)M(jìn)行蛋白酶水解反應(yīng)，固液比為1:3（w/w），在pH為3.0的醋酸-醋酸鈉緩沖溶液中進(jìn)行，蛋白酶用量為綠藻殘?jiān)?wt%，酶解溫度為 45 ℃，酶解時(shí)間為4 h，反應(yīng)置于搖床中，轉(zhuǎn)速為100 rpm。反應(yīng)結(jié)束得出酶水解的蛋白質(zhì)質(zhì)量為25.0 %（w/w）。蛋白質(zhì)被水解為多肽和氨基酸，將此酶解液純化后混合于動(dòng)物飼料中，可提高動(dòng)物飼料有效營(yíng)養(yǎng)成分氨基酸含量16.0 %。得到的殘?jiān)|(zhì)量為原料的30 %，通過(guò)離子色譜檢測(cè)該殘?jiān)饕獮槔w維素和半纖維素等聚糖，具體為葡聚糖（92.6%）、木聚糖（0.8 %），其中百分比均指聚糖質(zhì)量占?xì)堅(jiān)|(zhì)量的比例。

實(shí)施例2

將采集于河流的綠藻，洗滌干凈，干燥，機(jī)械粉碎。采用低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑正己烷萃取綠藻（0.6 kg）中的油脂，固液比為1:50（w/w），置于索氏抽提器中，保持1h虹吸次數(shù)4次，抽提6小時(shí)。抽提反應(yīng)結(jié)束后固液分離，采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮有機(jī)溶液層，得到綠藻粗油脂為20 wt%（綠藻粗油脂/綠藻）。回收的有機(jī)溶劑繼續(xù)用于后續(xù)的油脂提取。采用甲酯化方法分析得到的綠藻粗油脂成分，主要包括棕櫚酸酯（34.7%）、硬脂酸酯（32.0%）、油酸酯（26.1%）和亞油酸脂（8.3%），百分比均指各種油脂質(zhì)量占粗油脂質(zhì)量的比例。提取油脂后的綠藻殘?jiān)M(jìn)行蛋白酶水解反應(yīng)，固液比為1:10（w/w），在pH為4.5的醋酸-醋酸鈉緩沖溶液中進(jìn)行，蛋白酶用量為綠藻殘?jiān)?5wt%，酶解溫度為 45 ℃，酶解時(shí)間為8 h，反應(yīng)置于搖床中，轉(zhuǎn)速為200 rpm。反應(yīng)結(jié)束得出酶解的蛋白質(zhì)質(zhì)量為30.0 %（w/w）。蛋白質(zhì)被水解為多肽和氨基酸，將此酶解液純化后混合于動(dòng)物飼料中，可提高動(dòng)物飼料有效營(yíng)養(yǎng)成分氨基酸含量24.0 %。得到的殘?jiān)|(zhì)量為原料的20 %，通過(guò)離子色譜檢測(cè)該殘?jiān)饕獮槔w維素和半纖維素等聚糖，具體為葡聚糖（93.1%）、木聚糖（0.5%），其中百分比均指聚糖質(zhì)量占?xì)堅(jiān)|(zhì)量的比例。

實(shí)施例3

將采集于淺海水域的綠藻，洗滌干凈，干燥，機(jī)械粉碎。采用低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑正己烷萃取綠藻（0.5 kg）中的油脂，固液比值為1:25（w/w），置于索氏抽提器中，保持1h虹吸次數(shù)5次，抽提4.5小時(shí)。抽提反應(yīng)結(jié)束后固液分離，采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮有機(jī)溶液層，得到綠藻粗油脂為16.5 wt%（綠藻粗油脂/綠藻）。回收的有機(jī)溶劑繼續(xù)用于后續(xù)的油脂提取。采用甲酯化方法分析得到的綠藻粗油脂成分，主要包括棕櫚酸酯（34.3%）、硬脂酸酯（32.6%）、油酸酯（27.1%）和亞油酸脂（8.1%），百分比均指各種油脂質(zhì)量占粗油脂質(zhì)量的比例。提取油脂后的綠藻殘?jiān)M(jìn)行蛋白酶水解反應(yīng)，固液比為1:8（w/w），在pH為5.0的醋酸-醋酸鈉緩沖溶液中進(jìn)行，蛋白酶用量為綠藻殘?jiān)?2wt%，酶解溫度為 50 ℃，酶解時(shí)間為6 h，反應(yīng)置于搖床中，轉(zhuǎn)速為150 rpm。反應(yīng)結(jié)束得出酶解的蛋白質(zhì)質(zhì)量為28.0 %（w/w），蛋白質(zhì)被水解為多肽和氨基酸，將此酶解液純化后混合于動(dòng)物飼料中，可提高動(dòng)物飼料有效營(yíng)養(yǎng)成分氨基酸含量21.0 %。得到的殘?jiān)|(zhì)量為原料的23.0 %，通過(guò)離子色譜檢測(cè)該殘?jiān)饕獮槔w維素和半纖維素等聚糖，具體為葡聚糖（92.9%）、木聚糖（0.7%），其中百分比均指聚糖質(zhì)量占?xì)堅(jiān)|(zhì)量的比例。

實(shí)施例4

將采集于淡水湖泊的綠藻，洗滌干凈，干燥，機(jī)械粉碎。采用低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑正己烷萃取綠藻（0.5 kg）中的油脂，固液比值為1:30（w/w），置于索氏抽提器中，保持1h虹吸次數(shù)5次，抽提3小時(shí)。抽提反應(yīng)結(jié)束后固液分離，采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮有機(jī)溶液層，得到綠藻粗油脂為15.0 wt%（綠藻粗油脂/綠藻）?；厥盏挠袡C(jī)溶劑繼續(xù)用于后續(xù)的油脂提取。采用甲酯化方法分析得到的綠藻粗油脂成分，主要包括棕櫚酸酯（33.8%）、硬脂酸酯（33.1%）、油酸酯（26.8%）和亞油酸脂（7.8%），百分比均指各種油脂質(zhì)量占粗油脂質(zhì)量的比例。提取油脂后的綠藻殘?jiān)M(jìn)行蛋白酶水解反應(yīng)，固液比為1:6（w/w），在pH為4.0的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液中進(jìn)行，蛋白酶用量為綠藻殘?jiān)?wt%，酶解溫度為 50 ℃，酶解時(shí)間為5 h，反應(yīng)置于搖床中，轉(zhuǎn)速為150 rpm。反應(yīng)結(jié)束得出酶解的蛋白質(zhì)質(zhì)量為26.0 %（w/w），蛋白質(zhì)被水解為多肽和氨基酸，將此酶解液純化后混合于動(dòng)物飼料中，可提高動(dòng)物飼料有效營(yíng)養(yǎng)成分氨基酸含量18.0 %。得到的殘?jiān)|(zhì)量為原料的的28.0 %，通過(guò)離子色譜檢測(cè)該殘?jiān)饕獮槔w維素和半纖維素等聚糖，具體為葡聚糖（91.4 %）、木聚糖（0.9 %），其中百分比均指聚糖質(zhì)量占?xì)堅(jiān)|(zhì)量的比例。

實(shí)施例5

將采集于淺海水域的綠藻，洗滌干凈，干燥，機(jī)械粉碎。采用低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑正己烷萃取綠藻（0.6 kg）中的油脂，固液比值為1:10（w/w），置于索氏抽提器中，保持1h虹吸次數(shù)6次，抽提5小時(shí)。抽提反應(yīng)結(jié)束后固液分離，采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮有機(jī)溶液層，得到綠藻粗油脂為10.6 wt%（綠藻粗油脂/綠藻）?；厥盏挠袡C(jī)溶劑繼續(xù)用于后續(xù)的油脂提取。采用甲酯化方法分析得到的綠藻粗油脂成分，主要包括棕櫚酸酯（34.0%）、硬脂酸酯（33.5%）、油酸酯（27.3%）和亞油酸脂（8.0%），百分比均指各種油脂質(zhì)量占粗油脂質(zhì)量的比例。提取油脂后的綠藻殘?jiān)M(jìn)行蛋白酶水解反應(yīng)，固液比為1:9（w/w），在pH為3.5的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液中進(jìn)行，蛋白酶用量為綠藻殘?jiān)?2wt%，酶解溫度為 45℃，酶解時(shí)間為5 h，反應(yīng)置于搖床中，轉(zhuǎn)速為180 rpm。反應(yīng)結(jié)束得出酶解的蛋白質(zhì)質(zhì)量為27.0 %（w/w），蛋白質(zhì)被水解為多肽和氨基酸，將此酶解液純化后混合于動(dòng)物飼料中，可提高動(dòng)物飼料有效營(yíng)養(yǎng)成分氨基酸含量19.0 %。得到的殘?jiān)|(zhì)量為原料的26.0 %，通過(guò)離子色譜檢測(cè)該殘?jiān)饕獮槔w維素和半纖維素等聚糖，具體為葡聚糖（90.2%）、木聚糖（1.0%），其中百分比均指聚糖質(zhì)量占?xì)堅(jiān)|(zhì)量的比例。

以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例。本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。