CN103981083A - 一种微藻封闭式兼养培养法及其培养*** - Google Patents

一种微藻封闭式兼养培养法及其培养*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及微藻培养技术，具体涉及一种微藻封闭式兼养培养法及其培养***，将培养基、无菌水和微藻藻种加入至补料器内，然后输送至光反应器中恒速流动培养7-10天，光照强度为40-100μmol m-2s-1，培养温度为25-37℃，流速为0.2-0.6m/s；光反应器中的藻液流至收获分离器中，收获分离器中的70％-90％的藻液作为新鲜藻液从藻液收集口处排出，剩余10％-30％的藻液作为微藻藻种通过回流泵，从藻种加料口中回流至补料器内，同时补充培养基及无菌水后继续恒速流动培养，不断循环重复上述培养步骤，实现微藻的封闭式连续培养。本发明的培养方法实现了微藻的连续化生产，提高了微藻的产率，降低了生产成本。

Description

一种微藻封闭式兼养培养法及其培养***
技术领域
本发明涉及微藻培养技术，具体涉及一种微藻封闭式兼养培养法及其培养***。
背景技术
微藻(microalgae)是一大类微观的以个体、链状或群体形式存在的单细胞藻类，大小从几微米到几百微米不等。微藻种类繁多，据估计大约有200000-800000种，其中已有记录的有35000多种。微藻分为自养微藻、异养微藻和兼养微藻。自20世纪60年代起，日本首先开始进行商业化大规模微藻养殖以来，至今人们已经能够在保健食品、医药原料、美容、饲料等多种领域实现微藻商业化生产。
微藻规模化自养养殖主要采用两种方式：开放式微藻养殖***和封闭式微藻养殖***。开放式养殖***就是室外利用自然阳光进行微藻养殖，具有扩大规模比较容易、成本较低等优点。但是开放式养殖***容易受外界环境的影响，如光照强度、光照时间、温度和天气；也容易受到其他藻种、细菌及致病微生物的污染。封闭式微藻养殖***是指利用培养基在密闭的容器内进行微藻养殖。封闭式微藻养殖***可分为发酵罐、培养袋、平板型光生化反应器和管型光生化反应器；微藻规模化异养养殖是利用工业发酵方法异养培养微藻，可以节省空间，提高产量，避免杂藻和细菌的污染，且培养条件容易控制，是微藻大规模产业化生产的发展趋势。部分产油藻类可以通过代谢调控使其培养方式由自养转为异养，由于不依赖光照，也不消耗CO2，可以利用普通的发酵罐装置进行培养，但在培养过程中要严格保持无菌状态。
微藻兼养培养能利用有机物、碳源，同时进行光合作用。微藻兼养培养过程中，光合自养和化能异养是同步且相对独立的过程。光照对两条代谢途径都有影响，但影响程度不同。
可利用微藻是指那些已经工厂化生产或应用前景、能用生物技术大量培养的种类，其细胞内所含的某种或某些成分能被人们利用。目前，可利用微藻有螺旋藻、小球藻、杜氏藻、红球藻等几类藻体。其中，小球藻的油脂含量高，可作为再生能源制备的原料。小球藻可利用在太阳能和有机能进行快速生长和积累油脂。Li Tingting等(2013)研究结果表明：采用不同培养方式，进行小球藻的生物量和脂质生产实验。在兼养条件下，可以获得相比单独光自养或单独异养，更好的生长性能，小球藻脂质含量也大幅度增加。
目前，小球藻大规模商业化养殖主要是在光生物反应器中进行，其占地面积大、生产周期长、生长密度较低等，变相增加了生产成本，限制了大规模小球藻养殖发展。寻找一种高密度、低成本的小球藻养殖方法，对推动小球藻养殖产业化发展极为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种微藻封闭式兼养培养法，采用封闭式连续培养方式，在培养过程中，以恒定的速度放出部分新鲜藻液进行加工提纯，另一部分作为藻种进行回流培养，同时补充相应的培养基和无菌水使之实现微藻的封闭式连续培养，提高微藻的产率。
本发明的另一个目的是提供一种微藻封闭式兼养培养***，该***占地面积少、结构简单、成本低。
为了实现以上技术效果，本发明是通过如下步骤实现：
一种微藻封闭式兼养培养***，其特征在于：该培养***为补料器、光反应器、收获分离器及回流泵通过管路依次连接；
所述补料器的端面上设有培养基加料口、无菌水加料口、初始藻种加料口及循环藻种加料口，该补料器的出口和光反应器的进口连接；
所述光反应器的出口与收获分离器的进口相连接；
所述收获分离器设有藻液收集口和藻种排放口，该藻种排放口与所述回流泵连接，回流泵的出口和补料器上的循环藻种加料口相通。优选的，所述光反应器为管道式或平板式光反应器；所述收获分离器为离心或气浮式分离器。
上述微藻封闭式兼养培养法，其步骤包括：
A、将培养基、无菌水和初始微藻藻种分别从培养基加料口、无菌水加料口和初始藻种加料口处加入至补料器内形成培养混合液，然后输送至光反应器中恒速流动培养7-10天，光照强度为40-100μmol m-2s-1，培养温度为25-37℃，藻液在光反应器中的流速为0.2-0.6m/s。所述初始微藻藻种的浓度为50-100mg/L。优选的，藻液在光反应器中的流速为0.3m/s。
B、光反应器中的藻液流至收获分离器中，收获分离器中的70％-90％的藻液作为新鲜藻液从藻液收集口处排出，剩余10％-30％的藻液作为微藻藻种通过回流泵，从循环藻种加料口中回流至补料器内，同时补充培养基及无菌水，然后流至光反应器中恒速流动培养；新鲜藻液从藻液收集口处排出后，并经过离心、气浮等方法进行脱水收获。所述收获分离器中分离出来的微藻浓度为3-4g/L，总油脂含量为35％-50％。
C、重复步骤(A)和步骤(B)。这样不断循环重复，实现微藻的封闭式连续培养，而且整个兼样培养***的流速为0.3m/s。
经补料器(1)中添加培养基使得补料器中含有的培养混合液的营养成分浓度为7-12g/L葡萄糖,1-3g/L KNO3，600-650mg/L NaH2PO4·H2O,85-95mg/LNa2HPO4·2H2O,240-250mg/L MgSO4·7H2O,9-10mg/L EDTA,0.05-0.07mg/LH3BO3,14-15mg/L CaCl2·2H2O,6-8mg/L FeSO4·7H2O,0.2-0.3mg/L ZnSO4·7H2O,0.01-0.02mg/L(NH4)6Mo7O24·4H2O,0.1-0.2mg/L MnSO4·H2O,0.002-0.003mg/LCuSO4·5H2O。优选的，补料器中含有的培养混合液的营养成分浓度为9g/L葡萄糖,1.7g/L KNO3，621mg/L NaH2PO4·H2O,89mg/LNa2HPO4·2H2O,246.5mg/LMgSO4·7H2O,9.3mg/L EDTA,0.061mg/L H3BO3,14.7mg/L CaCl2·2H2O,6.95mg/LFeSO4·7H2O,0.287mg/L ZnSO4·7H2O,0.01235mg/L(NH4)6Mo7O24·4H2O,0.169mg/LMnSO4·H2O,0.00249mg/L CuSO4·5H2O。
所述微藻为小球藻。
本发明的有益效果是：
1、本发明是采用微藻封闭式兼养培养方法，将微藻藻种、培养基和无菌水按照一定比例投放于培养***中进行封闭式兼养培养，并将培养***中的10-30％的培养好的藻液作为藻种进行再使用，这样的循环重复培养方式实现了微藻的连续化生产，提高了微藻的产率。
2、本发明培养得到的微藻的生物量和总油脂含量分别可达到3-4g/L和35％-50％，均高于普通兼养培养方式得到的微藻的生物量和总油脂含量。而且本发明生产的微藻的最大生物量干重可以达到异养培养的1.8倍以上，光自养培养的5.2倍以上，葡萄糖消耗得到的生物质产量可以达到0.82g/g，相同条件下，异养培养只有0.34g/g。
3、本发明采用的微藻封闭式兼养培养***的占地面积少、结构简单、成本低，微藻的产率高，可实现大规模的工业化生产。
附图说明
图1为本发明的微藻封闭式兼养培养***的结构示意图。
图2为实施例1中的小球藻的生物量及总油脂含量与培养时间的对比图。
其中，图1中的1是补料器，2是光反应器，3是收获分离器，4是回流泵，11是培养基加料口，12是无菌水加料口，13是初始藻种加料口，14是循环藻种加料口，31是藻液收集口，32是藻种排放口。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步说明：
实施例1
(1)、微藻封闭式兼养培养***的组建：
将补料器(1)、光反应器(2)、收获分离器(3)及回流泵(4)通过管路依次连接组成微藻封闭式兼养培养***。其中，光反应器(1)为管道式光反应器；收获分离器(3)为离心式分离器。
所述补料器(1)的端面上设有培养基加料口(11)、无菌水加料口(12)及初始藻种加料口(13)用于补充。补料器的出口和光反应器的进口连接；光反应器(2)的出口与收获分离器(3)的进口相连接；收获分离器设有藻液收集口(31)和藻种排放口(32)，经过光反应器中培养好的微藻藻液的70-90％从藻种排放口(32)中排出，并经过离心或气浮方式脱水收获，10％-30％的藻液从藻种排放口(32)排出，经过回流泵，从循环藻种加料口(14)中打入补料器内。本实施例的具体结构示意图如图1所示。
(2)、小球藻封闭式兼养培养方法
(A)、培养基的配置：配置好培养基并进行高温灭菌处理。
(B)、将配置好的培养基、无菌水和微藻藻种分别从培养基加料口(11)、无菌水加料口(12)和初始藻种加料口(13)处加入至补料器(1)内，补料器(1)内的含有的培养混合液的营养成分浓度为9g/L葡萄糖,1.7g/L KNO3，621mg/L NaH2PO4·H2O,89mg/LNa2HPO4·2H2O,246.5mg/L MgSO4·7H2O,9.3mg/LEDTA,0.061mg/L H3BO3,14.7mg/L CaCl2·2H2O,6.95mg/L FeSO4·7H2O,0.287mg/L ZnSO4·7H2O,0.01235mg/L(NH4)6Mo7O24·4H2O,0.169mg/LMnSO4·H2O,0.00249mg/L CuSO4·5H2O。初始微藻藻种的浓度为50-100mg/L，然后将微藻藻种输送至光反应器(2)中恒速流动培养7-10天，光照强度为40-100μmol m-2s-1，培养温度为25-37℃，流速为0.3m/s。
(C)光反应器(2)中的藻液流至收获分离器(3)中，收获分离器(3)中的70％-90％的藻液作为新鲜藻液从藻液收集口(31)处排出，剩余10％-30％、的浓度为3-4g/L的藻液作为微藻藻种通过回流泵(4)，从循环藻种加料口(14)中回流至补料器(1)内，同时补充培养基及无菌水，然后流至光反应器(2)中再进行恒速流动培养。随后将培养好的藻液经过收获分离器(3)进行分离，分离量为70％-90％的藻液作为新鲜藻液从藻液收集口(31)处排出，剩余10％-30％的浓度为3-4g/L的藻液循环至补料器(1)中后再培养，不断地重复循环，实现小球藻的连续化生产。
从光反应器中进行取样分析，具体结果如图2所示，从图中可看出，小球藻的总油脂含量随着培养时间而不断增加，最高可达到45％以上，而生物量则在培养的第三天达到最高值为3.7g/L，接下来趋于平缓。

Claims (7)

1.一种微藻封闭式兼养培养***，其特征在于：该培养***为补料器(1)、光反应器(2)、收获分离器(3)及回流泵(4)通过管路依次连接；
所述补料器(1)的端面上设有培养基加料口(11)、无菌水加料口(12)、初始藻种加料口(13)及循环藻种加料口(14)，该补料器(1)的出口和光反应器(2)的进口连接；
所述光反应器(2)的出口与收获分离器(3)的进口相连接；
所述收获分离器(3)设有藻液收集口(31)和藻种排放口(32)，该藻种排放口(32)与所述回流泵(4)连接，回流泵(4)的出口和补料器(1)上的循环藻种加料口(14)相通。
2.根据权利要求1所述的微藻封闭式兼养培养***，其特征在于：所述光反应器(2)为管道式或平板式光反应器；所述收获分离器(3)为离心式或气浮式分离器。
3.一种微藻封闭式兼养培养法，其步骤包括：
A、将培养基、无菌水和初始微藻藻种分别从培养基加料口(11)、无菌水加料口(12)和初始藻种加料口(13)处加入至补料器(1)内形成培养混合液，然后输送至光反应器(2)中恒速流动培养7-10天，光照强度为40-100μmol m-2s-1，培养温度为25-37℃，流速为0.2-0.6m/s；
B、光反应器(2)中的藻液流至收获分离器(3)中，收获分离器(3)中的70％-90％的藻液作为新鲜藻液从藻液收集口(31)处排出，并经过离心或气浮方式脱水收获，剩余10％-30％的藻液作为微藻藻种通过回流泵(4)，从循环藻种加料口(14)中回流至补料器(1)内，同时补充培养基及无菌水，然后流至光反应器(2)中恒速流动培养；
C、重复步骤(A)和步骤(B)。
4.根据权利要求3所述的微藻封闭式兼养培养法，其特征在于：所述步骤(A)中的培养混合液中的初始微藻藻种的浓度为50-100mg/L。
5.根据权利要求3所述的微藻封闭式兼养培养法，其特征在于：所述补料器(1)中添加培养基后的培养混合液的营养成分浓度为7-12g/L葡萄糖,1-3g/LKNO3，600-650mg/L NaH2PO4·H2O,85-95mg/LNa2HPO4·2H2O,240-250mg/L MgSO4·7H2O,9-10mg/L EDTA,0.05-0.07mg/L H3BO3,14-15mg/L CaCl2·2H2O,6-8mg/LFeSO4·7H2O,0.2-0.3mg/L ZnSO4·7H2O,0.01-0.02mg/L(NH4)6Mo7O24·4H2O,0.1-0.2mg/L MnSO4·H2O,0.002-0.003mg/L CuSO4·5H2O。
6.根据权利要求3所述的小球藻封闭式兼养培养法，其特征在于：所述步骤(B)中，从收获分离器中分离出来的微藻浓度为3-4g/L，总油脂含量为35％-50％。
7.根据权利要求3所述的小球藻封闭式兼养培养法，其特征在于：所述微藻为小球藻。
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