CN102388126B - 属于舟形藻属的微藻、通过培养该微藻而制造油分的方法以及从该微藻中所采集的油分 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供具有对碳原子数16至26的脂肪族烃的高生产能力的微藻、具有该微藻的培养工序的制油方法、从该微藻所采集的油分、从该微藻所得到的燃料以及具有该微藻的培养工序的二氧化碳固定方法。本发明涉及属于舟形藻属(Navicula)的微藻,其具有生产碳原子数16至26的脂肪族烃的能力。本发明提供微藻舟形藻属(Navicula)oiliticus种JPCCDA0580株(FERM BP-11201)。
Description
技术领域
本发明涉及属于舟形藻属(Navicula)的微藻、包括培养该微藻的步骤的油分制造方法以及从该微藻中所采集的油分。具体而言,本发明涉及:属于舟形藻属(Navicula)的、具有产生碳原子数16至26的脂肪烃的能力的微藻;包括培养该微藻的步骤的油分制造方法;从该微藻所采集的油分;将该微藻干燥而得到的干燥藻体;由该微藻得到的燃料;以及包括培养该微藻的步骤的二氧化碳固定方法。
背景技术
已报道了几种通过对微藻进行培养而制备被称为“生物燃料”的重油类或轻油类烃的方法。
作为具有生产重油类烃的能力的藻类,已知的有具有生产碳原子数36的烃的能力的微藻布朗葡萄藻(Botryococcus braunii)(参考非专利文献1)以及具有生产碳原子数33的烃的能力的微藻布朗葡萄藻A小种(Botryococcusbraunii A race)(参考专利文献1)。
此外,作为具有生产轻油类烃的能力的藻类,已知的有具有生产碳原子数17的烃的能力的微藻苔藓念珠藻(Nostoc muscorum)、红海束毛藻(Trichodesmium erythraeum)、钻孔织线藻(Plectonema terebrans)等(参考非专利文献1)、具有生产碳原子数19的烃的能力的微藻Coccochloris elabens等(参考非专利文献1)、具有生产碳原子数17、18、19以及20的烃的能力的微藻Pseudochoricystis ellipsoidea MBIC11204株(参考专利文献2)、具有生产碳原子数17、19、21以及23的烃的能力的微藻Choricystis minorSAG17.98株(参考专利文献2)。
微藻能产生的轻油类烃作为柴油燃料在工业上是有用的,并且作为意图于防止全球温暖化的碳中和(carbon-neutral)燃料而倍受期待。
但是,在将所述微藻干燥而得到的干燥藻体中,轻油类烃的含有率通常为0.025至0.12质量%左右(参考非专利文献1),而其生产烃的能力未必是很充分的。
现有技术文献
专利文献1:日本专利特开平9-234055号公报
专利文献2:国际公开第2006/109588号小册子
非专利文献1:R.Raja,S.Hemaiswarya,N.Ashok Kumar,S.Sridhar andR.Rengasamy(2008)A Perspective on the Biotechnological Potential ofMicroalgae.Critical Reviews in Microbiology,34:77-88.
发明内容
发明要解决的问题
本发明是鉴于上述情况而进行的。本发明的课题在于提供具有对于碳原子数16至26的脂肪族烃的高生产能力的微藻、包括培养该微藻的步骤的油分制造方法、从该微藻采集的油分、将该微藻干燥而得到的干燥藻体、从该微藻得到的燃料以及包括培养该微藻的步骤的二氧化碳固定方法。
解决问题的手段
为了解决所述课题,本发明采用如下的方式。
(1)一种属于舟形藻属(Navicula)的微藻,其具有产生碳原子数16至26的脂肪烃的能力。
(2)具有生产碳原子数16至26的脂肪烃的能力的微藻舟形藻属oiliticus种。
(3)微藻舟形藻属oiliticus种JPCCDA0580株(FERM BP-11201)。
(4)一种油分制造方法,其包括对(1)至(3)中的任意一项所述的微藻进行培养的步骤。
(5)所述(4)中的油分制造方法,其包括在所述培养步骤之后,使用比在该培养步骤中使用的培养基的营养盐类浓度低的其他培养基进一步对所述微藻进行培养的步骤。
(6)所述(4)或(5)中的油分制造方法,其中,所述油分含有中性脂质。
(7)所述(4)至(6)中任意一项中的油分制造方法,其中,所述油分含有鲨烯。
(8)所述(4)至(7)中任意一项的油分制造方法,其包括在所述培养步骤之后用有机溶剂将油分提取出来的步骤,所述有机溶剂选自由正己烷组成的溶剂、由正己烷和甲醇组成的溶剂、或者由正己烷和乙醇组成的溶剂。
(9)由所述(4)至(8)中任意一项的油分制造方法所制备的油分。
(10)将(1)至(3)中任意一项的微藻干燥而得的干燥藻体。
(11)由(1)至(3)中任意一项所述的微藻得到的燃料。
(12)一种二氧化碳固定方法,其包括对(1)至(3)中任意一项的微藻进行培养的步骤。
此外,在本申请的权利要求书和说明书中,“具有生产碳原子数16至26的脂肪族烃的能力”是指主要具有生产碳原子数16、18、20、22、24以及26的脂肪族烃的能力。此外,“油分”是指主要由疏水性有机化合物所构成的液体成分。作为该疏水性有机化合物,可以列举脂肪族烃、中性脂肪等。
发明的效果
根据本发明,能够提供具有生产碳原子数16至26的脂肪族烃的能力的微藻、具有该微藻的培养工序的制油方法、从该微藻所采集的油分、将该微藻干燥而得到的干燥藻体、从该微藻所得到的燃料以及具有该微藻的培养工序的二氧化碳固定方法。
附图说明
图1是使用JPCC DA0580株的18S rDNA碱基序列所得到的分子系统树的图。
图2是JPCC DA0580株的增殖曲线。
图3是改变海水成分浓度而对JPCC DA0580株进行培养时的增殖曲线。
图4是舟形藻属(Navicula)oiliticus种JPCC DA0580株(FERM BP-11201)的电子显微镜像(左图为倍率10000倍,右图为倍率15000倍)。
图5是用尼罗红(Nile red)染色的舟形藻属(Navicula)oiliticus种JPCCDA0580株(FERM BP-11201)的荧光显微镜像(显现出明亮的荧光发色的区域是通过尼罗红发色的藻体内部的油脂,稍暗的区域是通过自身荧光发色的光合色素等)。
具体实施方式
以下对本发明进行详细说明。
(属于舟形藻属的微藻)
本发明中的属于舟形藻属(Navicula)的微藻具有生产碳原子数16至26的脂肪族烃的能力。在这里,所述碳原子数16至26的脂肪族烃,主要是指碳原子数16、18、20、22、24以及26的脂肪族烃。
作为该微藻,特别是从藻体中的碳原子数16至26的脂肪族烃的含有率高、容易培养的观点来看,优选微藻舟形藻属(Navicula)oiliticus种,进一步优选舟形藻属(Navicula)oiliticus种JPCC DA0580株(FERM BP-11201)(以下简称为JPCC DA0580株)。
JPCC DA0580株除了具有生产碳原子数16至26的脂肪族烃的能力,从具有高的生产中性脂质和鲨烯的能力的观点来看,也是本发明中进一步优选的微藻。对中性脂质的说明如下文所述。
JPCC DA0580株是发明人从半咸水(brackish water)域的海水中分离出来的,是属于金藻门(Chrysophyta)硅藻纲羽状目有纵沟亚目舟形藻科的海洋微藻的新种的新株。
在下文中,对于该微藻的分离方法以及将该藻类的JPCC DA0580株判断为新种的新株的过程进行说明。
(培养基的制备方法)
如下调制成f/2培养基。将硝酸钠75.0mg/l、磷酸氢二钠5.0mg/l、九水合偏硅酸钠30.0mg/l、f/2微量金属溶液1.0ml、f/2维生素溶液0.5ml、人工海水(artificial seawater)(产品名:MARINE ART·SF-1,日本千寿制药株式会社制造)37g/l按所述规定的浓度溶解在蒸馏水中,得到液体培养基。
所述的f/2微量金属溶液,是按组成为二水合Na2EDTA 4.36g/l、六水合三氯化铁3.15g/l、四水合氯化锰(II)180mg/l、七水合硫酸锌22.0mg/l、六水合氯化钴(II)10.0mg/l、二水合钼(VI)酸钠6.3mg/l、五水合硫酸铜(II)9.8mg/l制备而成的水溶液。
所述f/2维生素溶液,是按组成为硫胺素200.0mg/l、生物素0.1mg/l、维生素(B12)1.0mg/l制备而成的水溶液。
此外,除所述f/2培养基的组成成分外,进一步添加琼脂使其浓度为1.2%(w/v),制备成琼脂f/2培养基。
此外,所述人工海水是一种模拟天然海水中所含盐类的盐类。通过将所述人工海水按规定量(37g/l)溶解在蒸馏水中,能够制备出模拟天然海水的海水成分的水溶液。
(分离方法)
向含有2ml所述f/2培养基的24孔微量滴定板(Microtiter plate)中,适量添加了泥沙样品,该泥沙样品于2005年7月取自于位于日本鹿儿岛县奄美市住用川和役胜川的交汇处的红树(Mangrove)林。接下来,在1000勒克司(lx)的光照射下进行静置培养,从确认到有微藻生长的孔中将培养液的一部分取出。将取出的培养液接种到所述的f/2琼脂培养基上,通过在所述的光照条件下进行培养,得到了茶色的单细胞藻类JPCC DA0580株的单菌化(分离)后的微藻菌落(colony)。
(形态学性质)
在所述琼脂培养基上,在25℃下培养了7天,得到了直径为2.0mm至5.0mm左右的茶色的JPCC DA0580株菌落。菌落的形状是点状的,呈无隆起的半透镜状。其外缘平滑,表面呈圆滑的形状。此外,没有发现变异所引起的菌落形态变化,也未见因培养条件和生理状态所引起的菌落形态变化。
所述菌落中的海洋微藻,是大小平均为10μm至20μm左右的单细胞藻类,有时形成群体,营养细胞不具有眼点和收缩泡,细胞形状为菱形。不具有浮游性,具有玻璃质的壳,壳(putamen)上具有纵沟,细胞表面光滑。营养细胞不具有鞭毛,不显示运动性。JPCC DA0580株的电子显微镜图像如图4所示。
(繁殖方式)
JPCC DA0580株进行有性繁殖和无性繁殖这两种繁殖方式。无性繁殖是通过二分裂进行无性的增殖。细胞分裂在壳内部进行,两个子细胞在母细胞的外壳和内壳的内侧分别形成新的半壳。母细胞的半壳被分别一个一个地分配给子细胞。其结果,子细胞中的一个和母细胞相同大小(具有相同大小的壳),另一个子细胞将内壳作为外壳使用。其结果,会比母细胞变得小一图。变小到一定程度的细胞进行有性繁殖。在这个细胞中,通过减数分裂形成同形配子(isogamete)。接合子以壳为中介而相互接近,使原生质变化为阿米巴形而相互结合,形成复大胞子(auxospore),成长并体积增大,变回应有大小的通常细胞。
(生理学特性与生物化学特性)
培养液:在以海水作为基本组成的培养液中生长。在淡水中无法生长。
光合作用:可以通过光合作用进行光能自养生长。没有确认到异养生长。
含有的色素:叶绿素a、c1、c2、岩藻黄质以及以岩藻黄质衍生物为中心的类胡萝卜素色素类
贮藏物质:淀粉
生长温度:20℃至35℃(最适宜温度为25℃)
生长pH:7.0至9.0(最适宜为pH8.0)
在细胞内蓄积了大量的油分,该油分可以被尼罗红染色,包括碳原子数16至26的脂肪族烃、中性脂质以及鲨烯。
生长期间:一周(混浊度(OD750)从0.05达到1.2所需要的时间)
如图5所示,用荧光显微镜观察被尼罗红染色的JPCC DA0580株时,在荧光视野下的藻体中,可以观察到有明亮的荧光发色的区域存在,这就是通过尼罗红发色的油分。该油分可以以油滴的形式被蓄积在藻体细胞内。此外,该油分包括碳原子数16至26的脂肪族烃、中性脂质以及鲨烯。
从所述形态学性质、繁殖方式、以及生理学、生物化学特性来看,JPCCDA0580株被推定是为属于金藻门硅藻纲羽状目有纵沟亚目舟形藻科的藻类。并且,按照迄今公知的方法,使用DNA提取试剂盒(产品名:QIAampDNA探针迷你试剂盒50(日本株式会社QIAGEN社制),从该JPCC DA0580株中提取出DNA,通过PCR法对18S rDNA区域进行扩增而进行了序列解析,确定了18S rDNA区域的碱基序列。将得到的18S rDNA碱基序列表示在序列表的序列号1中。将得到的18S rDNA的碱基序列与公共的数据库-日本DNA数据库(DNA data bank of Japan,DDBJ)进行比对,进行同源性检索(Blast检索),用分析软件ClustalW以及表示软件Treeview进行了系统分析。将由其得到的系统树显示在图1中。
分离出的JPCC DA0580株在所述系统树中被分类为舟形藻科(Navicula),与舟形藻属(Navicula)的硅藻形成簇(cluster)。但是,我们确认到在基因水平上JPCC DA0580株与已确认的舟形藻属(Navicula)的已知种之间存在分歧,从而将本发明人分离出来的JPCC DA0580株认定为是属于舟形藻属(Navicula)的新种的藻类。在这里,我们将该株命名为舟形藻属(Navicula)oiliticus种JPCC DA0580株。
JPCC DA0580株于2009年3月16日以保藏号FERM BP-11201保藏于日本独立行政法人产业技术综合研究所专利生物保藏中心(日本国茨城县筑波市东1丁目1番地1中央第6(邮政编码305-8566))。(是由2009年3月16日保藏的日本国内保藏号:FERM P-21788移交的。)
JPCC DA0580株可以在藻体中蓄积包括碳原子数16至26的脂肪族烃、中性脂质以及鲨烯在内的油分。并且,在JPCC DA0580株的干燥藻体中,该碳原子数16至26的脂肪族烃的含有率可以达到0.2质量%以上。此外,在JPCC DA0580株的干燥藻体中的中性脂质的含有率可以达到36质量%以上。并且,在JPCC DA0580株的干燥藻体中的鲨烯的含有率可以达到0.3质量%以上。
此外,该油分中除了所述碳原子数16至26的脂肪族烃、中性脂质以及鲨烯之外,还可能含有碳原子数27以上的脂肪族烃、磷脂、游离脂肪酸、类固醇化合物、以及岩藻黄质和含有岩藻黄质衍生物等的类胡萝卜素等的光合色素等。
所述碳原子数16至26的脂肪族烃,主要指碳原子数16、18、20、22、24以及26的脂肪族烃,具体而言,主要是碳原子数16、18、20、22、24以及26的直链脂肪族饱和烃。
所述中性脂质,如后所述,主要是指以十四酰基(肉豆蔻酰基)、十六酰基(棕榈酰基)、十六碳烯酰(Hexadecenoyl)基(棕榈油酰(Palmitoleoyl)基)、十八烯酰(octadecenoyl)基(油酰基)以及二十碳五酰(eicosapentaenoyl)基作为酰基的中性脂质,主要是具有这些酰基的甘油三酯(triglyceride)。
所述鲨烯,是2,6,10,15,19,23-六甲基-2,6,10,14,18,22-二十四碳六烯。
所述碳原子数27以上的脂肪族烃,是鲨烯之外的脂肪族烃。
使用正己烷作为溶剂提取JPCC DA0580株的油分时,通常,在提取出的油分中,约80质量%是所述甘油三酯等中性脂质,这可以达到JPCCDA0580株的干燥藻体的约36质量%以上。但是,这些值是将所述甘油三酯作为油酸甘油三酯而计算时得到的。
此外,在该提取的油分中所含有的,所述碳原子数16至26的脂肪族烃的量以及所述鲨烯的量,可以分别达到JPCC DA0580株的干燥藻体的约0.2质量%以上以及约0.3质量%以上。
但是,该提取出的油分的组成,是使用前述的f/2培养基按后述的通气培养的方法,对JPCC DA0580株进行培养时通常所得到的,改变该微藻的培养方法时,该提取出的油分的组成可能发生变化。
构成所述甘油三酯等中性脂质的脂肪酸,主要是十四酸(肉豆蔻酸(碳原子数14,双键数0)、十六酸{棕榈酸(碳原子数16,双键数0)、十六烯酸{棕榈油酸(碳原子数16,双键数1)}、十八烯酸{油酸(碳原子数18,双键数1)}、以及二十碳五烯酸{EPA(碳原子数20,双键数5)}。JPCC DA0580株的单位干燥藻体中的构成这些甘油三酯等中性脂质的脂肪酸的含量,依次为约1.0质量%、约12.7质量%、约17.0质量%、约0.8质量%、及约1.4质量%。也就是说,构成所述的甘油三酯等中性脂质的脂肪酸,占该干燥藻体的约32.9质量%。
此外,在干燥藻体中的构成所述甘油三酯等的中性脂质的脂肪酸的含有率,是将该脂肪酸进行甲酯化时,其脂肪酸甲酯的质量在所述干燥藻体中所占的比例。
(油分的制备方法)
本发明中的制油方法,包括对本发明涉及的所述属于舟形藻属的微藻进行培养的步骤。通过对本发明所涉及的微藻进行培养,从培养基中回收通过该培养步骤生长的该微藻,再从得到的微藻中将所含有的油分采集出来,就可以制造出该油分。
属于该舟形藻属的微藻,特别是从藻体中碳原子数16至26的脂肪族烃的含有率高、容易培养的观点来看,优选微藻舟形藻属oiliticus种,进一步优选JPCC DA0580株。
除了JPCC DA0580株对所述碳原子数16至26的脂肪族烃的生产能力高,从对中性脂质和鲨烯的也具有高生产能力的角度来看,JPCC DA0580株也是更加优选作为本发明的微藻的。
作为培养该微藻的步骤,可以适用公知的能够培养属于舟形藻属的微藻的方法。例如,可以向放入了液体培养基的扁平烧瓶等培养容器中接种该微藻,一边以使藻体不会沉淀的程度缓慢搅拌,一边在光照射下进行通气培养。
作为所述液体培养基,只要是能够培养该微藻的液体培养基即可,并无特殊限制,可以使用公知的培养基。例如,在分离所述JPCC DA0580株时使用的f/2培养基,从藻类能够良好生长的观点来看,可以作为优选的培养基。
所述液体培养基中的人工海水(产品名:MARINE ART·SF-1(日本千寿制药株式会社制)的浓度,以添加37g/l作为100%(w/v)时,优选为30至100%(w/v)、进一步优选为50至100%(w/v)、更加优选为70至100%(w/v)、特别优选为90至100(w/v)、最优选为95至100%(w/v)。在这里,将所述人工海水的规定量(37g/l)溶解在蒸馏水中的水溶液,可以认为其与天然海水的盐浓度是基本相等的。
作为所述光照的条件,依照培养液中的藻体浓度适当调整即可,例如优选为500勒克司以上(lx)、进一步优选为1000~30000勒克司(lx),更加优选为1000~10000勒克司(lx),特别优选为1000~6000勒克司(lx),最优选为1000~3000勒克司(lx)。
作为所述通气培养中使用的通气用气体,可以使用适合该微藻生长的公知的通气用气体,例如,可以使用通常的空气或添加了CO2的空气等。在此之中,从可以使该微藻生长更良好、缩短生长期间的角度来讲,优选使用添加了CO2的空气。
在所述添加了CO2的空气中的CO2浓度,优选为0.05~10%(v/v),进一步优选为0.05~5.0%(v/v),最优选为1.0~3.0%(v/v)。
作为在所述通气培养中的通气量,可以适用公知的适合该藻类生长的通气量,例如,优选0.5~5vvm、进一步优选0.5~3.0vvm、更加优选0.5~2.0vvm。
作为在所述通气培养中的培养温度,可以适用适合该藻类生长的公知的培养温度,通常,优选在20~35℃进行,进一步优选为在25~30℃进行。
就所述通气培养期的长短而言,只要该藻类在生长就可以继续培养,通常优选进行1~4周,进一步优选进行1~3周,更加优选进行1~2周。
在本发明的油分制造方法中,可以在该微藻的所述通气培养期之后,在营养限制条件下进一步培养。通过在营养限制条件下培养,藻体中所含油分的含有率(在干燥藻体中所含油分的质量%)能够得到提高。因此,可以在所述通气培养期内,用没有营养限制的培养基(营养培养基)进行培养使该微藻生长而得到所希望的量后,转换为营养限制条件下的培养,而提高藻类中的油分含有率,从而提高该油分的制备效率。
在这里,所述的营养限制条件下的培养,是指在培养基中所含的包括维生素等的营养盐类比通常少的培养基(营养限制培养基)中进行的培养。例如,将在分离所述JPCC DA05800株时使用的f/2培养基(营养液体培养基)中包含维生素等的营养盐类(硝酸钠、磷酸氢二钠、偏硅酸钠、f/2微量金属溶液、以及f/2维生素溶液)的含量定为100%时,使用该含有率不足100%的f/2培养基(营养限制液体培养基)进行培养,就相当于在营养限制条件下进行培养。
关于在所述营养限制液体培养基中所含有的维生素等的营养盐类的含量,从提高该微藻中的油分的含有率的观点来考虑,优选0~60%、进一步优选0~30%、更加优选0~20%、特别优选0~10%、最优选0%。
所述的从营养培养基向营养限制培养基转换的方法没有特别限制,可以一次性地转换为营养限制培养基,也可以逐渐转换。所述一次性转换的方法,可以列举例如使用离心等使藻体沉淀,将作为上清液的营养液体培养基去除,再加入营养限制液体培养基的方法。此外,作为逐渐转换的方法,可以列举例如向用半透膜隔开的一侧放入含有藻体的营养液体培养基,在另一侧放入营养限制液体培养基,从而利用渗透压的原理使得含有藻体的液体培养基中的包含维生素等的营养盐类的含有浓度逐渐降低,使之成为营养限制液体培养基。
关于所述在营养限制下进行培养的期间,在不损害本发明的效果的范围内没有特别限制,只要是能够提高该微藻的油分含有率的期间即可。该期间优选进行3~20日、进一步优选3~10日、更加优选3~7日。
关于将培养的微藻回收的方法可以适用公知的方法,可以列举如将培养液进行离心而使藻体沉降,将藻体作为离心沉淀回收的方法、或者使营养液通过带有该微藻无法通过的孔的过滤器,然后将残留在过滤器上的藻体进行回收的方法等。
关于提取在所述培养方法以及回收方法中所得的藻体中所含油分的方法,只要是不损害本发明的效果的方法即可,没有特殊限制。例如可以将回收的藻体悬浮(suspension)在有机溶剂中从而将藻体中所含的油分提取到该有机溶剂中。
该有机溶剂只要是不损害本发明的效果,能够溶解藻体中所含油分的有机溶剂即可,没有特殊限制。例如,可以列举正己烷(以下称为己烷)、丙酮、乙腈、甲醇、乙醇、丁醇、氯仿等。在此之中,从对油分的提取效率的观点来看,优选己烷。此外,这些有机溶剂,可以单独使用一种,也可以将两种以上组合使用。
此外,为了提高该油分的提取效率,优选将悬浮有该藻体的有机溶剂用超声波均质机(ultrasonic homogenizer)等进行处理,对该藻体进行物理性的破坏。
作为将所述油分从所述微藻的藻体中提取的优选溶剂在前面提过的己烷,可以作为单独的单相溶剂加以使用,也可以作为与甲醇和/或乙醇混合而成的两相溶剂使用。
在与甲醇混合而作为两相溶剂使用时,优选以己烷∶甲醇=10∶0~5∶5(体积比)的比例混合,进一步优选以己烷∶甲醇=10∶0.5~8∶2的比例混合,更加优选以己烷∶甲醇=10∶1~9∶1的比例混合。
在与乙醇混合而作为两相溶剂使用时,优选以己烷∶乙醇=10∶0~5∶5(体积比)的比例混合,进一步优选以己烷∶乙醇=10∶0.5~8∶2的比例混合,更加优选以己烷∶乙醇=10∶1~9∶1的比例混合。
将乙醇和甲醇混入己烷中而形成两相溶剂时,可以将乙醇和甲醇以任意比例(体积比)混合而作为单相溶剂使用。此时,优选以己烷∶甲醇和乙醇=10∶0~5∶5(体积比)的比例混合,进一步优选以己烷∶甲醇和乙醇=10∶0.5~8∶2的比例混合,更加优选以为己烷∶甲醇和乙醇=10∶1~9∶1的比例混合。
此外,从提高溶剂的安全性以及油分提取量的观点来看,与甲醇相比更优选使用乙醇。
使用有机溶剂从所述藻体中将油分提取出来时,可以在将该藻体干燥后使用有机溶剂将油分提取出来,也可以在该藻体中含有水分的未干燥状态下使用有机溶剂将油分提取出来。
从本发明的微藻的藻体中使用有机溶剂将油分提取出来时,不预先将藻体干燥,对未干燥状态藻体使用有机溶剂将油分提取出来时,可以提高油分提取量,因此是优选的。
从公知的微藻的藻体中使用有机溶剂将油分提取出来时,预先将该藻体进行干燥,从处于干燥状态的藻体中使用有机溶剂将油分提取出来,一般来说可以提高油分提取量。但是,预先对藻体进行干燥,从干燥处理所需时间、能耗方面来看是不利的。在这一点上,本发明所涉及的微藻的藻体可以从未干燥状态的藻体中高效率地提取出油分,可以说是个非常优异的性质。这个优点可以令使用本发明的微藻的生物燃料等的制造过程实现低耗能化。
从未干燥状态的所述藻体中使用有机溶剂将油分提取出来时,使用己烷和甲醇以及/或者乙醇所组成的两相溶剂时,可以提高提取量。此这个两相溶剂特别优选以己烷∶甲醇=10∶1的比例(体积比)混合的两相溶剂或以己烷∶乙醇=10∶1的比例(体积比)混合的两相溶剂。
从干燥状态的所述藻体中使用有机溶剂将油分提取出来时,使用由己烷组成的单相溶剂,其提取效率更高。
所述有机溶剂比该油分的沸点低,因此可以通过吹入氮气气流、减压蒸馏等的方法去除。此外,也可以循环使用。
此外,可以根据需要对由所述有机溶剂提取出来的油分进行进一步的纯化。纯化方法可以使用公知的方法,例如可以列举通过使用硅胶的固相萃取法、液相色谱法、蒸馏法等将该油分中所含的各成分分级的方法。
通过本发明的油分制造方法所制造的油分包括将该微藻用尼罗红进行染色时所观察到的油分。该油分包含碳原子数16至26的脂肪族烃。所述碳原子数16至26的脂肪族烃,主要是碳原子数16、18、20、22、24、以及26的脂肪族烃。
此外,该油分除了所述碳原子数16至26的脂肪族烃之外,还可能包含中性脂质、鲨烯、碳原子数27以上的脂肪族烃、磷脂、游离脂肪酸、类固醇化合物以及类胡萝卜素等的光合成色素等。
在本发明的油分制造方法中,使用JPCC DA0580株作为该微藻时,对于由其制造的油分的说明,与所述的JPCC DA0580株可在其藻体中蓄积的油分的说明是一样的。
(油分)
本发明中的油分,是由本发明的油分制造方法所制造的。
对于该油分的说明,与所述的油分制造方法中的油分的说明是一样的。
此外,也可以从该油分中纯化出碳原子数16至26的脂肪族烃。并且,在该油分中含有中性脂质以及/或者鲨烯时,可以从该油分中纯化出中性脂质以及/或者鲨烯。
该纯化方法没有特殊限制,可以使用公知的方法进行。例如,可以将从该微藻中用己烷提取出来的油分溶解在己烷等的有机溶剂中,向该溶剂中投入硅胶,使得除脂肪族烃之外的物质被硅胶吸附、使只有该脂肪族烃洗脱出来而得到纯化。此外,可以将吸附在硅胶上的中性脂质用有机溶剂等洗脱出来而进行纯化。此外,可以对洗脱出来的脂肪族烃通过蒸馏、色谱等的公知的纯化方法进行纯化,使碳原子数16至26的脂肪族烃和鲨烯分离开来。
需要指出的是,作为溶解该油分的有机溶剂,可以列举与在前述的油分制造方法中的关于有机溶剂的说明中所举出的有机溶剂一样的溶剂。
(干燥藻体)
本发明中的干燥藻体,是将本发明的属于舟形藻属的微藻进行干燥而得到的。
关于该微藻,可以列举与本发明的所述属于舟形藻属的微藻的说明中所举出的一样的微藻。
关于将该微藻进行干燥的方法,只要是能够去除藻体中的水分的方法即可,没有特殊限制。例如,可以列举将藻体在阳光下晒的方法、向藻体吹干燥的空气的方法、将藻体冷冻干燥(freeze-drying)的方法等。在此之中,从能够抑制藻体中所含成分的分解的观点来看,优选使用借助冷冻干燥的干燥方法。
(燃料)
本发明中的燃料,是从本发明的所述属于舟形藻属的微藻中所得到的燃料。
作为该微藻,可以列举在本发明的所述属于舟形藻属的微藻的说明中举出的一样的微藻。
作为将该微藻作为燃料使用的方法,可以列举如燃烧该微藻的方法、燃烧从该微藻中采集的油分的方法、燃烧从该微藻中采集的油分中纯化出的碳原子数16至26的脂肪族烃、中性脂质以及/或者鲨烯的方法等。
燃烧该微藻时,从提高燃烧效率的观点来看,优选使用将该微藻干燥而得到的干燥藻体。该干燥藻体与本发明所涉及的前文所述的干燥藻体是相同的。该微藻为JPCC DA0580时,该干燥藻体拥有的热量可以达到煤炭拥有的热量(约6000kcal/kg)的同等程度以上。
燃烧从该微藻提取出的油分时,该油分与本发明的所述油分是一样的。从该微藻所提取的油分是可燃性的,例如可以作为锅炉等的燃料加以使用。该藻类为JPCC DA0580株时,其己烷提取物(油分)拥有的热量,可能达到8700kcal/kg以上。
燃烧从该微藻中提取的油分中纯化得到的碳原子数16至26的脂肪族烃、中性脂质以及/或者鲨烯时,该碳原子数16至26的脂肪族烃、中性脂质以及鲨烯与本发明之前所述的油分中的碳原子数16至26的脂肪族烃、中性脂质以及鲨烯是一样的。该碳原子数16至26脂肪族烃适合作为柴油发动机的燃料加以使用。此外,该中性脂质可以通过公知的酯交换法等变成柴油燃料(也就是生物柴油燃料)。
(二氧化碳的固定方法)
本发明的二氧化碳的固定方法包括对本发明的所述属于舟形藻属的微藻进行培养的培养步骤。
在该微藻生长过程中进行的光合作用具有将培养液中(大气中)的二氧化碳同化的作用。也就是说,通过培养该微藻,能够固定二氧化碳。
作为该微藻,可以列举于在本发明的所述属于舟形藻属的微藻的说明中所举例的同样的微藻。
培养该微藻的步骤,与本发明的所述油分制造方法中的该微藻的培养方法是相同的。
接下来给出实施例对本发明进行详细的说明,但本发明不局限于以下的实施例。
实施例1
(JPCC DA0580株的烃生产能力)
在24孔微量滴定板中对JPCC DA0580株培养12周以后,使用尼罗红对其藻体进行染色,确认到藻体中产生并蓄积了油分。
具体来讲,向含有2ml所述f/2培养基的24孔微量滴定板中接种JPCCDA0580株,在1000勒克司(lx)的光照射下进行12周的静置培养。接下来,将培养液移入1.5ml容量的微型管(microtube)中,在13000rpm条件下进行离心,将藻体作为离心沉淀回收。为了除去该离心沉淀中含有的培养基,将其悬浮在0.5ml的生理盐水中,在13000rpm条件下离心5分钟,将藻体作为离心沉淀回收。
接下来,将此离心沉淀再悬浮在450μl的生理盐水中,再加入50μl的尼罗红溶液后进行混合,然后在室温下温育10分钟。在此之后,在13000rpm条件下离心5分钟,回收离心沉淀。为了洗去多余的尼罗红溶液,将该离心沉淀悬浮在0.5ml的生理盐水中,然后再次进行离心,将藻体作为离心沉淀回收。将该藻体悬浮在50μl的生理盐水中,在荧光显微镜下进行观察。其结果,确认到了发出黄色荧光的区域,该黄色荧光显示藻体中被尼罗红染色的油分的存在区域。在该荧光显微镜像中,观察到了藻体中大量油分呈油滴状蓄积的情况(图5)。
此外,所述尼罗红溶液是将1mg的尼罗红溶解在10ml的丙酮中,再用生理盐水稀释4倍而得到的溶液。
实施例2
(对于蓄积在JPCC DA0580株中的烃的鉴定)
向放入500ml所述f/2培养基的500ml容量的扁平烧瓶中接种JPCCDA0580株,在3000勒克司(lx)的光照射下,在通气量1vvm条件下进行了一周的通气培养。之后,将通过离心回收的藻体离心沉淀冷冻干燥处理过夜。
向得到的干燥藻体0.1g中加入己烷6ml使其悬浮,用超声波均质机在室温下对藻体一边粉碎一边进行30分钟的提取。接下来,对己烷提取液进行离心使得藻体残渣沉淀,回收作为上清的己烷提取液约6ml。向作为沉淀残留的藻体的残渣中再加入6ml新的己烷,将同样的提取操作再进行了两次(一共进行了3次的提取操作)。接下来,将回收的己烷提取液约18ml,通过Sep-pak cartridge(6cc/1g)(Waters Corporation公司制造)硅胶柱,除去中性脂质、游离脂肪酸、色素等,得到了脂肪族烃级分16ml。用氮气气流使其干燥,再溶解于己烷0.5ml中,由此作为样本。通过气相色谱质谱联用分析(GCMS)对该样本进行分析,鉴定了该样本中所含的烃。
所用的气相色谱质谱联用分析仪为日本株式会社岛津制作所制的GC2010,使用的柱为DB-1(柱长:30m、柱内径:0.25mm),气相色谱是在测定条件(升温:100℃(0分)~330℃(10℃/分、保持),进样温度:300℃、进样模式:不分流(splitless)、载气:He、进样量:1.0μl)下进行的。
质量分析仪使用了通过电子冲击(EI)法进行离子化的、日本株式会社岛津制作所制造的GCMS-QP5050A。
GCMS分析的结果明确了JPCC DA0580株产生了碳原子数16至26的脂肪族烃。更具体而言,确认到其主成分为碳原子数16、18、20、22、24以及26的直链脂肪族饱和烃。
此外,将轻油0.1%溶解于己烷中的样本作为定量用样本,从GCMS图中的该烃的面积比来对JPCC DA0580株产生的烃进行了定量,发现JPCCDA0580株的干燥藻体中的该碳原子数16、18、20、22、24以及26的直链脂肪族饱和烃的含有率为约0.2质量%。该含有率比至今为止公知的、能够生产轻油类脂肪族烃的藻类的含有率更高。此外,该公知的藻类如非专利文献1的表2所记载的,轻油类脂肪族烃在其干燥藻体中所占的比例为0.025~0.12质量%。
并且,所述GCMS图中的具有最大面积的峰被鉴定为是鲨烯。从其峰的面积计算得出,该JPCC DA0580株的单位干燥藻体中的鲨烯含有率为约0.3质量%。
此外,在使用所述硅胶柱进行纯化前的己烷提取液约18ml中,取出微量的样本,通过前述GCMS在相同条件下进行了分析。
其结果,确认了由己烷提取出来的油分在JPCC DA0580株的干燥藻体中占45.5质量%以上。此外还确认,对于在同一条件下培养得到的其他培养批次(lot)中得到的JPCC DA0580株的藻体,在其干燥藻体中前述由己烷提取出的油分最大可以占到58质量%。
实施例3
(对于构成JPCC DA0580株中蓄积的甘油三酯的脂肪酸的鉴定)
将通过和实施例2相同的方法培养得到的JPCC DA0580株的藻体离心沉淀进行冷冻干燥过夜。
以该干燥藻体20mg作为样本,除了每次提取操作使用的己烷为7ml以外,其他使用和实施例2相同的方法,得到了己烷提取液约20ml。通过氮气气流使该己烷提取液的溶剂己烷蒸发而加以去除,得到了9.1mg的己烷提取物(油分)。因此,确认到己烷提取物(油分)所占的比例为该干燥藻体的45.5质量%。
在所述己烷提取物(油分)中加入5%盐酸-甲醇溶液,在密封的试管中在90℃下反应2小时,对所述己烷提取物中所含的甘油三酯等中性脂质的脂肪酸进行甲酯化。之后,用氯仿提取,取出氯仿相作为样本。
将所述样本用下述的GCMS装置进行分析,使用油酸甲酯作为标准物质进行了定量。
使用的气相色谱分析仪是Agilent Technologies International株式会社制造的GC6890N(型号),使用的柱是J&W制的DB-WAX(柱长:30m、柱内径:0.25mm、膜厚:0.25mm),气相色谱分析是在测定条件(升温:50℃(0分)~250℃(10℃/分,保持15分钟),进样温度:230℃、进样模式:分流进样(分流比10∶1)、载气:He(1.2ml/分)、检测器FID(250℃)、进样量:0.6μl)下进行的。
质量分析仪使用了通过电子冲击(EI)法进行离子化的、日本电子株式会社制造的JMS-GCmate-II型。
GCMS分析的结果,构成所述甘油三酯等中性脂质的脂肪酸主要是:十四酸{肉豆蔻酸(C14:0)}、十六酸{棕榈酸(C16:0)}、十六烯酸{棕榈油酸(C16:1)}、十八烯酸{油酸(C18:1)}、和二十碳五烯酸{EPA(C20:5)}。这些脂肪酸在JPCC DA0580株的单位干燥藻体中的含有量依次为约1.0质量%、约12.7质量%、约17.0质量%、约0.8质量%、和约1.4质量%。也就是说,构成所述甘油三酯等中性脂质的脂肪酸,占了该干燥藻体的约32.9质量%。
假定构成所述甘油三酯等中性脂质的脂肪酸都是油酸时,计算出该干燥藻体的约3.8质量%为构成所述甘油三酯等中性脂质的甘油,得出该干燥藻体的约36.7质量%为所述甘油三酯等中性脂质的结论。
实施例4
(JPCC DA0580株的生长速度)
用和实施例2相同的方法对JPCC DA0580株进行了培养。此外,除了将液体培养基变成下述的IMK培养基之外,其他用与实施例2相同的方法培养了JPCC DA0580株。为了对在各个培养基中的JPCC DA0580株的生长进行评价,对各培养液的浊度(OD750)进行了跟踪检测。其结果如图2所示。
所述IMK培养基是如下进行制备的。
将包括维生素等的营养盐类{硝酸钠200mg/l、磷酸氢二钠1.4mg/l、磷酸二氢钠5.0mg/l、氯化铵68mg/l、硫胺素0.2mg/l、生物素0.0015mg/l、维生素(B12)0.0015mg/l、Na2EDTA 37.2mg/l、FeEDTA 5.2mg/l、MnEDTA0.3332mg/l、四水合氯化锰(II)0.18mg/l、七水合硫酸锌0.024mg/l、六水合氯化钴(II)0.014mg/l、二水合钼(VI)酸钠0.0072mg/l、五水合硫酸铜(II)0.0024mg/l、五水合亚硒酸0.0016mg/l}和人工海水(产品名:MARINE ART·SF-1(日本千寿制药股份公司制造)37g/l)按照上述规定浓度溶解在蒸馏水中,调制成液体培养基作为IMK培养基。
从得到的结果可以确认,JPCC DA0580株在前述f/2培养基中,经过一周的培养期间,OD750变为0.05~0.9,其生长达到了稳定状态。将达到稳定状态的藻体回收后进行冷冻干燥,对其干燥藻体的回收量进行调查,结果是每1L培养液为0.46g。
如前文实施例2所述,JPCC DA0580株的单位干燥藻体的己烷提取物(油分)的含量可以达到占55质量%以上,因而确认了JPCC DA0580株的每一周的油分生产率是每1L培养规模0.26g以上。
另一方面,JPCC DA0580株在所述IMK培养基中,经过1周的培养期,其生长没有达到稳定状态。
实施例5
(JPCC DA0580株的海水要求性)
在实施例2中使用的f/2培养基的组分中改变人工海水(产品名:MARINE ART·SF-1,日本千寿制药株式会社制)浓度,制备了5种营养液体培养基。该人工海水的浓度,以0g/l添加时为0%,以下同样为11.1g/l(30%)、18.5g/l(50%)、29.8g/l(80%)、37g/l(100%)。
将这些培养基500ml放入500ml容量的扁平烧瓶内,向其中接种JPCCDA0580株,在与实施例2相同的培养条件下进行了一周的静置培养。为了对生长进行评价,对培养液的混浊度(OD750)进行了跟踪检测。将其结果显示在图3中。
从得到的结果中可以确认到,在一周的生长期中,JPCC DA0580株在含有人工海水(海水成分)100%条件下生长状况最好。此外确认到,其生长随着人工海水(海水成分)浓度的降低而减少,在人工海水(海水成分)为0%时无法生长。
由此可以确认JPCC DA0580株是海洋性的微藻。
实施例6
(JPCC DA0580株的干燥藻体的发热量)
用和实施例2相同的培养方法将JPCC DA0580株进行了一周的培养。之后,将培养液离心而回收得到的藻体离心沉淀进行了冷冻干燥处理。
将得到的干燥藻体作为样本,用弹式量热器(Bomb-type calorimeter)(日本股份公司吉田制造所制,型号1013-J,热量的测量范围::4000~33500J)测量发热量,结果为6730kcal/kg。也就是说,确认了JPCC DA0580株的干燥藻体具有和煤炭同等以上的发热量。
此外,以所得到的干燥藻体作为样本,采用和实施例2一样的方法将己烷提取液用氮气气流进行干燥,得到了己烷提取物(油分)。以此作为样本,用前述的弹式量热器对热值进行了测量,该己烷提取物(油分)的热值为8780kcal/kg。
实施例7
(对从JPCC DA0580株藻体提取油分时的有机溶剂的探讨1)
用与实施例2一样的方法对JPCC DA0580株进行了一周的培养。之后,对培养液进行离心,回收藻体离心沉淀。
对处于未干燥状态的所述藻体离心沉淀(干燥时的质量为0.1g),加入由己烷/甲醇组成的两相溶剂(混合比(体积比)为己烷∶甲醇=10∶1)6ml而使其悬浮,使用超声波均质机在室温下对藻体一边粉碎一边进行了30分钟的提取。接下来,对该提取液进行离心,使藻体残渣沉淀,回收了上清提取液约6ml。向作为沉淀残留的藻体残渣中再次添加所述两相溶剂6ml而使其悬浮,将同样的提取操作再进行了两次(一共进行了3次的提取操作)。使用氮气气流对得到的提取液(共18ml)进行干燥,用与实施例2一样的方法通过GCMS进行了定量分析。
其结果,确认了用所述由两相溶剂提取出的油分在JPCC DA0580株藻体的干燥时质量中占到51.8质量%。将其结果一并写入表1中。
接下来,将从所述培养液中经离心回收得到的藻体离心沉淀经冷冻干燥过夜而得到的干燥藻体0.1g,使用由己烷构成的单相溶剂代替所述两相溶剂,用同样的方法提取了油分。用氮气气流对得到的提取液(共18ml)进行干燥,用与实施例2一样的方法用GCMS进行了定量分析。
其结果,确认了用所述由己烷组成的单相溶剂提取出来的油分在JPCCDA0580株藻体的干燥时质量中占46.2质量%。将其结果一并写入表1中。
此外,对由所述培养液通过离心而回收的藻体离心沉淀经过冷冻干燥过夜后所得到的干燥藻体0.1g,使用所述两相溶剂(己烷∶甲醇(混合比(体积比)10∶1)用同样的方法提取了油分。对所得到的提取液(共18ml)通过氮气气流而使其干燥,用与实施例2相同的方法通过GCMS进行了定量分析。
其结果,确认到用所述由己烷所构成的单相溶剂提取出的油分在JPCCDA0580株的藻体干燥时的质量中占45.3质量%。将此结果一并寄写入表1中。
(表1)
如上所述,从JPCC DA0580株的未干燥状态的藻体使用有机溶剂提取油分时,使用由己烷和甲醇组成的两相溶剂时,获得了高提取效率。对所述结果进行比较可见,从JPCC DA0580株提取油分时,相对于未干燥状态的藻体离心沉淀,使用由己烷/甲醇组成的两相溶剂进行提取是优选的。
实施例8
(对从JPCC DA0580株的藻体提取油分时所用的有机溶剂的探讨2)
使用与实施例2相同的方法对于JPCC DA0580株进行了一周的培养。之后,从培养液中通过离心回收了藻体离心沉淀。
对处于未干燥状态的所述藻体离心沉淀(干燥时的质量为0.1g),加入由己烷/乙醇组成的两相溶剂(混合比(体积比)己烷∶乙醇=10∶1)6ml使其悬浮,利用超声波均质机在室温下对藻体一边粉碎一边进行了30分钟的提取。接下来,对其提取液进行离心使藻体残渣沉淀,回收上清的提取液6ml。对于所得到的提取液(共6ml)通过氮气气流使其干燥,用与实施例2同样的方法使用GCMS进行了定量。
其结果,确认到了用所述两相溶剂提取出的油分在JPCC DA0580株藻体的干燥时的质量中占31.5质量%。将其结果一并记入表2中。
接下来,使用由己烷/甲醇所构成的两相溶剂(混合比(体积比)己烷∶甲醇=10∶1)代替由己烷/乙醇组成的两相溶剂,同样地将处于为未干燥状态的所述藻体离心沉淀(干燥时的质量为0.1g)中的油分提取出来,用GCMS进行了定量。
其结果,确认到了由所述两相溶剂提取出来的油分在JPCC DA0580株藻体的干燥时质量中占30.7质量%。将其结果一并写入表2中。
此外,与实施例7中的油分提取量相比实施例8中的提取量较少的原因,是因为将有机溶剂提取的次数从3次(实施例7)减少到了1次(实施例8)。
(表2)
从分类为其它属的微藻的藻体中提取油分时的提取效率
用公知的方法对微红栅藻(Scenedesmus rubescens)JPCC GA0024株(保藏号:FERM P-21749)、集胞藻(Synechocystis sp.)、Tetraselmis striata这三种微藻进行培养,分别得到了藻体离心沉淀。这三种藻类是在其藻体中蓄积油分的藻类。该油分至少含有甘油三酯等中性脂质。
将各藻体离心沉淀的干燥时质量0.1g作为样本,对于未干状态的藻体离心沉淀使用两相溶剂(己烷/甲醇(混合比(体积比)10∶1),按照和实施例7相同的方法提取出了油分。
接下来,将各藻体离心沉淀的干燥时质量0.1g作为样本,对于干燥状态的藻体离心沉淀使用单相溶剂(己烷),按照和实施例7相同的方法提取出了油分。
此外,将各藻体离心沉淀的干燥时质量0.1g作为样本,对于干燥状态的藻体离心沉淀使用两相溶剂(己烷/甲醇(混合比(体积比)10∶1),按照和实施例7相同的方法提取出了油分。
对得到的各提取液(共18ml)中通过氮气气流使其干燥,按照与实施例2相同的方法通过GCMS进行了定量。将其结果一并写入表3中。
(表3)
从表3可见,使用有机溶剂从公知的微藻的藻体中将油分提取出来时,如果从未干燥状态中的藻体提取油分,油分提取量就会变得极少。也就是说,预先将藻体干燥的步骤是必要的。该藻体干燥过程需要不少的时间和成本。
另一方面,本发明的微藻的藻体具有能够从未干燥藻体中高效率地提取出油分的非常优异的性质,可以实现使用本发明的微藻的生物燃料等的制造过程的低耗能化。
工业实用性
本发明的微藻因其对碳原子数16至26的脂肪族烃的生产能力高,可以在柴油燃料的生产中使用,可望成为能够防止全球暖化的碳中和燃料。本发明的JPCC DA0580株除了具有生产所述碳原子数16至26的脂肪族烃的能力之外,从其具有对中性脂质和鲨烯的高生产能力的观点来看也是倍受期待的。
此外,该中性脂质可以通过公知的酯交换法等方法转变为柴油燃料(即所谓生物柴油燃料)。
Claims (6)
1.微藻舟形藻属oiliticus种JPCCDA0580株,FERM BP-11201。
2.一种油分制造方法,其包括对权利要求1所述的微藻进行培养,其中,所述油分为选自下述物质中的至少一种:
碳原子数16、18、20、22、24以及26的直链脂肪族饱和烃;
甘油三酯,其脂肪酸部分为十四酸、十六酸、十六烯酸、十八烯酸、或二十碳五烯酸;
角鲨烯;以及
选自类胡萝卜素色素类、以及叶绿素中的色素。
3.权利要求2所述的油分制造方法,其进一步包括在所述培养之后用有机溶剂将油分从培养产物中提取出来,其中,所述有机溶剂选自由正己烷组成的溶剂、由正己烷和甲醇组成的溶剂、或者由正己烷和乙醇组成的溶剂。
4.权利要求2所述的油分制造方法,其中,所述类胡萝卜素色素为岩藻黄质、岩藻黄质衍生物。
5.将权利要求1所述的微藻干燥而得到的干燥藻体。
6.一种二氧化碳固定方法,其包括对权利要求1所述的微藻进行培养。
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