本發明涉及生物質可再生能源與材料領域，具體涉及一種綠藻生物質資源的綜合利用方法。

背景技術：

綠藻是一種常見的藻類，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厚度達10～20 cm的覆蓋層，很多水域的覆蓋度常常可達100%。成熟基體進入水體底部，細菌參與分解，此過程消耗大量的氧氣，甚至會消耗水體底部所有的氧氣，破壞整個水體生態系統的可持續循環過程。綠藻的大量繁殖和生長，已經成為一個全球的問題，美國（五大湖區）、印度尼西亞、菲律賓、澳大利亞等都有綠藻生長危機生態環境的報道。從水體中撈取的綠藻體，若不處理，會造成環境污染和資源浪費。作為一種可再生的、生長繁殖快速的生物質資源，對其高效開發利用，不僅可以減少環境污染，而且可以提高綠藻的附加值，對保護水體環境和提高農民收入均有重要意義。公開號為CN103497902B的發明公開了一種生物質綠藻剛毛藻的綜合利用方法，利用了剛毛藻的營養成分蛋白質和多糖，以發酵工藝為基礎生產高蛋白飼料和生物乙醇，但缺少了對藻體中油脂的提取和利用。本發明將以高效利用生物質資源綠藻的油脂、蛋白質和聚糖三大有效成分為目的，不經發酵工藝，提高綠藻的附加值。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種綠藻生物質資源的綜合利用方法，該方法包括綠藻油脂提取、蛋白質酶水解、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，實現綠藻高附加值的開發與利用，減少綠藻對水體環境的污染與破壞，保持生態平衡的可持續綠色發展。

為實現上述目的，本發明采用以下的技術方案。

一種綠藻生物質資源的綜合利用方法，包括以下步驟：

（1）采集可再生生物質綠藻，洗滌干凈，去除雜質，自然風干，機械磨碎，得綠藻粉末；

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

（3）將步驟（2）分離所得固體綠藻粉末進行蛋白酶酶解反應，去除其中蛋白質組分，酶解反應結束后固液分離，所得液體為富含多肽和氨基酸組分的酶解液，所得固體殘渣主要為多聚糖纖維組分。

優選的，步驟（1）所述可再生生物質綠藻采集于淡水湖泊、河流或者淺海水域。

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

優選的，步驟（2）所述的有機溶劑為低沸點的有機溶劑，如正己烷、乙醚、石油醚等。

優選的，步驟（2）所述提取是將綠藻粉末和有機溶劑以固液比1:5~1:50（w/w）置于索氏抽提器中抽提2~6h，1h內虹吸次數不低于4次。抽提反應結束，固液分離。采用旋轉蒸發儀分離、濃縮有機溶液層，得到綠藻粗油脂。

優選的，步驟（2）中回收分離出的有機溶劑繼續回用于綠藻的油脂提取。

優選的，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分析結果表明該綠藻油脂含有棕櫚酸酯、硬脂酸酯和油酸酯。

優選的，步驟（3）所述酶解反應是將固體綠藻粉末、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）置于轉速為100~200 rpm、溫度為 45~55℃的搖床中反應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。

優選的，步驟（3）所述固體殘渣的質量為固體綠藻粉末的20~30wt %。

優選的，步驟（3）中，酶解前后綠藻中的蛋白質含量，通過氮元素分析儀檢測氮元素含量計算得出，酶解的蛋白的質量為酶解前綠藻中的蛋白質的25~30 wt%。

優選的，步驟（3）所述的多聚糖纖維為纖維素和半纖維素，經過離子色譜分析表明主要為木聚糖和葡聚糖。

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

與現有技術相比，本發明具有如下優點與效果：

1、本發明的方法簡單，不經發酵工藝，用于提取油脂的有機溶劑可回收循環利用。

2、本發明高效分離綠藻中的油脂、蛋白質和聚糖三大有效組分，提高綠藻附加值，減少綠藻對水體生態平衡的危害，是保護水體環境的有效途徑之一。

具體實施方式

以下通過實施例對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。

實施例1

將采集于淡水湖泊的綠藻，洗滌干凈，去除雜質，干燥，機械粉碎。采用低沸點有機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。抽提反應結束后固液分離，采用旋轉蒸發儀濃縮有機溶液層，得到綠藻粗油脂為8 wt%（綠藻粗油脂/綠藻）。回收的有機溶劑繼續用于后續的油脂提取。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量占粗油脂質量的比例。提取油脂后的綠藻殘渣進行蛋白酶水解反應，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行，蛋白酶用量為綠藻殘渣的1wt%，酶解溫度為 45 ℃，酶解時間為4 h，反應置于搖床中，轉速為100 rpm。反應結束得出酶水解的蛋白質質量為25.0 %（w/w）。蛋白質被水解為多肽和氨基酸，將此酶解液純化后混合于動物飼料中，可提高動物飼料有效營養成分氨基酸含量16.0 %。得到的殘渣質量為原料的30 %，通過離子色譜檢測該殘渣主要為纖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量占殘渣質量的比例。

實施例2

將采集于河流的綠藻，洗滌干凈，干燥，機械粉碎。采用低沸點有機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4次，抽提6小時。抽提反應結束后固液分離，采用旋轉蒸發儀濃縮有機溶液層，得到綠藻粗油脂為20 wt%（綠藻粗油脂/綠藻）。回收的有機溶劑繼續用于后續的油脂提取。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量占粗油脂質量的比例。提取油脂后的綠藻殘渣進行蛋白酶水解反應，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行，蛋白酶用量為綠藻殘渣的15wt%，酶解溫度為 45 ℃，酶解時間為8 h，反應置于搖床中，轉速為200 rpm。反應結束得出酶解的蛋白質質量為30.0 %（w/w）。蛋白質被水解為多肽和氨基酸，將此酶解液純化后混合于動物飼料中，可提高動物飼料有效營養成分氨基酸含量24.0 %。得到的殘渣質量為原料的20 %，通過離子色譜檢測該殘渣主要為纖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量占殘渣質量的比例。

實施例3

將采集于淺海水域的綠藻，洗滌干凈，干燥，機械粉碎。采用低沸點有機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5次，抽提4.5小時。抽提反應結束后固液分離，采用旋轉蒸發儀濃縮有機溶液層，得到綠藻粗油脂為16.5 wt%（綠藻粗油脂/綠藻）。回收的有機溶劑繼續用于后續的油脂提取。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量占粗油脂質量的比例。提取油脂后的綠藻殘渣進行蛋白酶水解反應，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行，蛋白酶用量為綠藻殘渣的12wt%，酶解溫度為 50 ℃，酶解時間為6 h，反應置于搖床中，轉速為150 rpm。反應結束得出酶解的蛋白質質量為28.0 %（w/w），蛋白質被水解為多肽和氨基酸，將此酶解液純化后混合于動物飼料中，可提高動物飼料有效營養成分氨基酸含量21.0 %。得到的殘渣質量為原料的23.0 %，通過離子色譜檢測該殘渣主要為纖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量占殘渣質量的比例。

實施例4

將采集于淡水湖泊的綠藻，洗滌干凈，干燥，機械粉碎。采用低沸點有機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5次，抽提3小時。抽提反應結束后固液分離，采用旋轉蒸發儀濃縮有機溶液層，得到綠藻粗油脂為15.0 wt%（綠藻粗油脂/綠藻）。回收的有機溶劑繼續用于后續的油脂提取。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量占粗油脂質量的比例。提取油脂后的綠藻殘渣進行蛋白酶水解反應，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行，蛋白酶用量為綠藻殘渣的6wt%，酶解溫度為 50 ℃，酶解時間為5 h，反應置于搖床中，轉速為150 rpm。反應結束得出酶解的蛋白質質量為26.0 %（w/w），蛋白質被水解為多肽和氨基酸，將此酶解液純化后混合于動物飼料中，可提高動物飼料有效營養成分氨基酸含量18.0 %。得到的殘渣質量為原料的的28.0 %，通過離子色譜檢測該殘渣主要為纖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量占殘渣質量的比例。

實施例5

將采集于淺海水域的綠藻，洗滌干凈，干燥，機械粉碎。采用低沸點有機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6次，抽提5小時。抽提反應結束后固液分離，采用旋轉蒸發儀濃縮有機溶液層，得到綠藻粗油脂為10.6 wt%（綠藻粗油脂/綠藻）。回收的有機溶劑繼續用于后續的油脂提取。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量占粗油脂質量的比例。提取油脂后的綠藻殘渣進行蛋白酶水解反應，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行，蛋白酶用量為綠藻殘渣的12wt%，酶解溫度為 45℃，酶解時間為5 h，反應置于搖床中，轉速為180 rpm。反應結束得出酶解的蛋白質質量為27.0 %（w/w），蛋白質被水解為多肽和氨基酸，將此酶解液純化后混合于動物飼料中，可提高動物飼料有效營養成分氨基酸含量19.0 %。得到的殘渣質量為原料的26.0 %，通過離子色譜檢測該殘渣主要為纖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量占殘渣質量的比例。

以上列舉的僅是本發明的具體實施例。本發明不限于以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護范圍。