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螺旋藻含有高含量的优质蛋白和多种生物活性物质,在食品、饲料和化妆品等多个行业有重要应用潜力,是迄今实现大规模工业化生产的主要微藻之一。但是螺旋藻生产过程中存在水资源浪费严重的问题,每吨藻约耗水1000～2000吨。螺旋藻生长过程中分泌的自身生长抑制物是造成藻液难以循环使用的主要原因。本文从除去抑制物出发,筛选出了合适的吸附剂,在此基础上确定了自身生长抑制物的成分,考察了吸附剂使用的工艺参数。要点如下:
通过比较螺旋藻在各种吸附剂吸附处理的藻液中的生长曲线和比生长速率,确定了大孔吸附树脂S-8和NKA-II能吸附除去藻液中的生长抑制物,将螺旋藻的比生长速率分别提高到未处理前的1.394倍和1.305倍,和螺旋藻在新鲜培养基中的生长速度接近。选择S-8作为后续实验材料。
提取胞外多糖和有机酸,分别加入到经S-8吸附处理的藻液中,比较螺旋藻在其中的生长曲线和比生长速率,结果发现,胞外多糖的加入可恢复藻液对螺旋藻生长的抑制作用,有机酸却没有这种效果。由此确定了胞外多糖为螺旋藻自身生长抑制物成分。
通过S-8对藻液中多糖的静态吸附实验,考察了温度和pH对多糖吸附率的影响,结果发现,大孔吸附树脂S-8对多糖的吸附能力随温度上升而下降,高于30℃时,温度每升高10℃,吸附量约下降50%;当藻液pH为3.00时,大孔树脂S-8对多糖的吸附量最大。通过静态解吸实验,确定6%NaCl溶液为洗脱剂。研究了吸附动力学实验,并使用Kailnan & Sundaram粒内扩散模型和Boyd液膜扩散模型对数据进行分析,结果表明,S-8吸附藻液中多糖达到吸附平衡只需30min,Boyd液膜扩散模型对动力学数据拟合较好,-ln(1-F)～t线性相关性可达0.9374,这说明,吸附过程中的控制步骤为多糖在液固界面上的扩散。通过假一级模型和假二级模型对吸附动力学数据进行分析,得出,假二级模型能更好地解释吸附过程,其中(t/Qt)～t线性相关度达0.9991,使用假二级模型计算出的平衡吸附量与实际值非常接近,相对误差仅为4.49%。使用Langmuir等温吸附模型和Freundlich等温吸附模型对20℃等温吸附数据进行拟合,结果得出了没有意义的速率常数和饱和吸附量。说明S-8对多糖的吸附应该是多层吸附。
通过动态吸附实验考察了上样流速对吸附曲线、冲洗曲线和洗脱曲线的影响,得出,当流速在1 SV～4 SV之间时,流速变化对三种曲线的影响不大,选取4 SV作为上样速度较为合理,此时,批次处理藻液量约为14 BV,冲洗时需要去离子水约1BV,洗脱时需要6%NaCl溶液4.23 BV。