下游藻體採收及藻油萃取技術

2.4.1 藻類採收技術

微藻生物量的採收過程是生產過程的一個限制因素，因為正常生產中 的藻濃度相對較低，約為0.1-1.0 g/L，並且藻細胞很小，很脆弱，易受到損 傷破裂。因此，用常規的動力離心、過濾及自然沉澱法不能有效地收集藻 體。已有人運用化學凝集法、過濾法、氣浮法收集微藻的嘗試，但這些方

法都有一定的優勢和局限性。

微藻生長到指數生長期末期，微藻密度達到最高，應當採用一定的方 法，將其從培養液中分離出來，根據微藻的特性選擇不同的方法和試劑。

同時也要考慮到經濟因素，所以一般採用化學凝集法、離心法、和加壓浮 除法等幾種方法採收微藻。

1. 化學凝集法

凝集沉澱是一種傳統的生物分離方法，其凝集機構主要有3種理論：(1) 膠體理論，把細胞直接當作膠體溶液中的膠粒來解釋凝集過程。認為凝集 過程是由於細胞表面的極性基團引起的表面吸附使表面吸附自由能降低的 過程[Erilsson, 1981]。(2)聚合物架橋理論，有研究指出細胞表面會分泌出許 多聚合物，如蛋白質、多醣體等，這些聚合物在細胞表面形成胞外纖絲，

認 為 細 胞 的 凝 集 是 由 於 這 些 胞 外 纖 絲 相 互 架 橋 交 聯 而 形 成 [Megreor, 1969]。(3)電雙層理論，大多數生物細胞表面都帶有一定的電荷，凝集過程 是加入電解質後，相同電荷排斥以及細胞表面水合程度不同而產生聚集；

同時細胞表面的離子鍵和氫鍵參與了細胞的凝集過程[Kakii, 1985]。

2. 離心法

離心分離是生物分離中常用的一種強制式的機械分離方法，幾乎所有 的微藻都能用離心法來分離。目前在微藻分離中應用較多的是自動排渣的 碟式離心分離機，易於操作，並能連續工作，這對大規模的水量處理來說 是必要的。日本天然日技術公司採用離心法採收鹽藻，其鹽藻養殖生產過 程全部參數由電腦來顯示和自動控制，當鹽藻生長的生物量濃度達到一定 量時，電腦自動控制，以連續進料，穩定轉速離心分離藻體懸浮液，自動 排出的鹽藻乳液經噴霧乾燥成藻粉產品，離心後之培養廢液再循環使用。

3. 過濾法

過濾分離是另一項成熟而實用的藻類採收技術，由於藻體大小約在3-30

µm之間，利用微過濾或超微過濾技術可以輕易地將藻體從水體中分離出 來。微過濾技術已應用於微藻養殖採收，Earthrise Farm在美國加州的440,000 m² Arthrospira藻養殖場就是利用過濾法進行微藻採收，採收的藻體含水率 80% [Spolaore et al., 2006]。早期加州HRP( High Rate Pond)計畫利用聚合物 混凝劑、氯化鐵及掃流過濾來採收微藻，可移除90％以上微藻，惟當時評 估掃流過濾成本過高[Weissman and Goebel, 1987]。

掃流過濾主要成本除了設備的初設成本與操作耗能外，操作過程中因 為阻塞造成的濾材耗損與濾材清洗再生是另外一項重大成本支出。一般藻 體體積大不易進入濾材造成堵塞，而在濾材表面的單純沾附可以利用掃流 過濾原液流向與過濾方向垂直，利用原濾液將其掃除帶離。然而藻體細胞 分泌的胞外代謝物質如藻酸、腐質酸等大分子聚合有機物質，容易與藻體 細胞或水中的離子結合發揮架橋作用與黏附作用，加劇藻體過濾堵塞的形 成[王偉修，民92]。因此，解決濾材生物堵塞問題(Biofouling)是提高藻類過 濾採收效率與降低成本的關鍵。

4. 加壓浮除法

有鑒於多數藻體細胞密度與水相近，不易以重力分離採收，甚至部分 藻種細胞密度比水小無法利用重力分離，此類狀況反而可以利用浮力來進 行藻濃縮。加壓浮除方法為注入加壓的溶解二氧化碳於藻液底部，因為釋 壓，溶解的二氧化碳將形成細氣泡，可附著於藻體提供浮力上浮，而可於 上層收集得到高濃度的藻液。在二氧化碳氣泡形成時也會對藻體產生吸附 而形成類似混凝的效果。有研究利用加壓浮除原理設計了一個連續套桶式 的藻體採收裝置，自底層較大面積的桶槽開始浮除將藻體往上帶，在上方 連續縮小面積的套桶將藻液逐層濃縮，最後於上層採收得到高濃度藻液 [Borodyansk and Konstantinov, 2003]。

2.4.2 藻油萃取技術

二次大戰時，德國曾致力於研究由藻類提煉油脂做為食用油脂，近年 來，由於化石能源價格的波動，藻類油脂精煉技術再度受到世界各國研究 單位重視，其中主要方法包括：擠壓法、有機溶劑萃取法及超臨界 CO₂流 體之油脂萃取與分離；因微藻類體積小，以擠壓方式取出的油脂量較低；

所以目前常用的方法之一，是以己烷或其它有機溶劑將微藻之不飽和脂肪 酸及油脂萃取出來。待進行油水分離的程序之後，再以轉酯化流程，即一 般生質柴油製造方式，做成生質柴油。然而這樣的方式操作時間長，溶劑 與藻油分離耗能且所留存的藻渣因溶劑殘留與破壞，再利用性低。