CN113136321A - 异养-自养联合培养光合微生物的方法及其***和生产生物质和生物能源的方法 - Google Patents

异养-自养联合培养光合微生物的方法及其***和生产生物质和生物能源的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113136321A
CN113136321A CN202010063027.0A CN202010063027A CN113136321A CN 113136321 A CN113136321 A CN 113136321A CN 202010063027 A CN202010063027 A CN 202010063027A CN 113136321 A CN113136321 A CN 113136321A
Authority
CN
China
Prior art keywords
culture
heterotrophic
autotrophic
culture device
photosynthetic microorganisms
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010063027.0A
Other languages
English (en)
Inventor
郄凤翔
荣峻峰
宗保宁
朱俊英
李煦
程琳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sinopec Research Institute of Petroleum Processing
China Petroleum and Chemical Corp
Original Assignee
Sinopec Research Institute of Petroleum Processing
China Petroleum and Chemical Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sinopec Research Institute of Petroleum Processing, China Petroleum and Chemical Corp filed Critical Sinopec Research Institute of Petroleum Processing
Priority to CN202010063027.0A priority Critical patent/CN113136321A/zh
Publication of CN113136321A publication Critical patent/CN113136321A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/02—Photobioreactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02—Form or structure of the vessel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M27/00—Means for mixing, agitating or circulating fluids in the vessel
    • C12M27/02—Stirrer or mobile mixing elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/06—Nozzles; Sprayers; Spargers; Diffusers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/20—Degassing; Venting; Bubble traps
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M31/00—Means for providing, directing, scattering or concentrating light
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/12—Unicellular algae; Culture media therefor

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

本发明涉及微藻培养领域，具体涉及异养‑自养联合培养光合微生物的方法及其***和生产生物质和生物能源的方法。所述培养光合微生物的方法包括：在第一培养装置中，在第一通气下，将光合微生物进行异养培养；同时，在第二培养装置中，在光照和第二通气下，将光合微生物进行自养培养；两培养阶段的光合微生物相同或不同；将所述第一培养装置排放的气体作为部分或者全部的第二通气的气源；所述第二培养装置为开放式或封闭式的光生物反应器。本发明的方法利用异养培养来强化自养培养，有利于大规模、低成本、高效率的生产微藻。

Description

异养-自养联合培养光合微生物的方法及其***和生产生物 质和生物能源的方法
技术领域
本发明涉及微藻培养领域，具体涉及异养-自养联合培养光合微生物的方法及其***和生产生物质和生物能源的方法。
背景技术
微藻是一类在水中生长的种类繁多且分布极其广泛的低等植物，其包括自养培养、异养培养和兼养培养三种培养方法。其中，自养培养主要是通过微藻细胞高效的光合作用，吸收CO2，将光能转化为脂肪或淀粉等碳水化合物的化学能，并放出O2。利用微藻生产生物能源与化学品有望同时达到替代化石能源、减少CO2排放等目的。由于微藻具有极高的生产效率，所以近年来得到人们的广泛关注。异养培养是利用有机碳源的生长方式，生长速率可以提高十几倍甚至几十倍，主要在发酵罐中进行养殖。兼养培养是可以同时利用光能和有机碳源中的化学能进行生长，同时利用CO2和有机碳源进行生长，生长速率高于自养和异养。微藻光能兼养也称为混合营养培养，能促进许多微藻的生长及其蛋白质的合成，同时因其具有缩短培养周期、实现细胞高密度培养的优点，已成为微藻培养的新技术，在生产和经济上具有重要意义。
成本是微藻养殖的核心问题，微藻异养或兼养养殖过程中需要条件有机碳源，有机碳源是微藻异养或兼养养殖成本中较大的一部分费用。为了降低微藻的生长成本，国外学者研究了葡萄糖、醋酸、乳酸、甘油、甘氨酸等对微茫藻、三角褐指藻、蛋白核小球藻、螺旋藻等生长的影响及生物活性物质的积累，研究结果表明，适当浓度的可溶性有机物有利于微藻的生长和活性物质的积累。2013年时Kirrolia et al(Renewable and SustainableEnergy Reviews 20：642–656)对开放式跑道池、光生物反应器和传统的发酵罐三种不同养殖模式下微藻的成本进行了对比，对比结果表明，三种养殖模式下生产单位质量的油脂的成本分别是7.64美元、24.6美元和1.54美元，生产单位质量的微藻生物质的成本分别是1.54美元、7.32美元和1.02美元。虽然微藻在发酵罐中养殖需要添加有机碳源，但生产成本并未提高，这可能是由于，微藻在发酵罐中高效率生长，缩短了微藻生产周期，减小了生产单位质量微藻的人工费、设备折旧费、占地费等其它费用，从而降低了微藻生产成本。
自养与异养各有优势，也存在着各自的问题。异养利用化学能培养，积累生物质的速度快，但也带来生物质品质下降的不足，比如与自养培养的微藻相比，异养的微藻蛋白质和色素含量明显降低，而对于大体积的发酵罐而言补光非常困难。此外，异养培养中，藻细胞在利用有机碳源时，会因呼吸作用产生大量CO2，一般情况下36％～65％的有机碳源能被固定到微藻生物质中，其余都以CO2的形式释放出去，导致有机碳源利用率低、增大碳排放量等问题。自养利用免费的阳光，吸收CO2，将光能转化为脂肪或淀粉等碳水化合物的化学能，是十分重要的培养方式。
前述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景理解并说明现有技术的不足，其可以包括不属于现有技术的信息。
发明内容
本发明的目的之一是通过强化光合微生物的自养过程，提高光合微生物的生产效率，减少光合微生物异养过程的碳排放。本发明的目的之二是实施高浓度光合微生物的自养培养，改善异养所得光合微生物的生物质品质。为此，本发明提供了一种异养-自养联合培养光合微生物的方法和***以及生产生物质和生物能源的方法。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种光合微生物异养-自养的培养方法，该方法包括：在第一培养装置中，在第一通气下，将光合微生物进行异养培养；同时，在第二培养装置中，在光照和第二通气下，将光合微生物进行自养培养；两培养阶段的光合微生物相同或不同；将所述第一培养装置排放的气体作为部分或者全部的第二通气的气源；所述第二培养装置采用开放式或封闭式的光生物反应器。
本发明第二方面提供了一种异养-自养联合培养光合微生物的***，该***包括：串联的用于光合微生物异养培养的第一培养装置和用于光合微生物自养培养的第二培养装置，其中，第一培养装置包括第一通气装置，所述第二培养装置包括光照装置和第二通气装置，所述第二培养装置采用开放式或封闭式的光生物反应器；所述第一培养装置的排气口与所述第二培养装置的第二通气装置连通，以使得所述第一培养装置排放的气体作为第二通气装置的气源。
本发明第三方面提供了一种生产生物质的方法，包括采用上述方法培养光合微生物，并从所得的光合微生物中提取生物质。
本发明第四方面提供了一种生产生物能源的方法，包括采用上述方法培养光合微生物。
本发明提供的方法利用异养培养来强化自养培养过程，有利于大规模、低成本、高效率的生产光合微生物。在本发明的一种实施方式中，可以利用异养培养实施高浓度光合微生物的自养培养，进而提高异养所得的光合微生物的品质。具体地，本发明能够获得如下优势：
(1)本发明通过收集、利用异养过程的排气为自养过程提供气源，可以强化自养培养过程，提高自养培养的生产效率；利用阳光进行自养培养可以降低生产光合微生物的成本。
(2)异养可以采用比兼养更大体积的发酵罐，通过收集、利用异养过程的排气为自养过程提供气源，从而可以实施高浓度或较高浓度下光合微生物的自养培养，弥补异养所得光合微生物的生物质品质的不足，从整体上提高了光合微生物的生产效率，有利于大规模、低成本、高效率的制造光合微生物。
(3)本发明通过收集、利用异养过程的排气为自养过程提供气源，既实现了对异养排放的CO2的原位生物固定，又克服了空气中CO2含量相对不足对藻细胞自养生长的抑制作用，从而提高了有机碳源的综合利用率，降低了碳排放。
附图说明
图1是本发明的例子中发酵罐的小球藻生长曲线。
图2是本发明的例子中管式反应器的小球藻生长曲线。
图3是本发明的例子中发酵罐的小球藻随时间的叶绿素a/干重值变化曲线。
图4是本发明的例子中管式反应器的小球藻随时间的叶绿素a/干重值变化曲线。
图5是本发明的例子中发酵罐的小球藻随时间的pH值变化曲线。
图6是本发明的例子中管式反应器的小球藻随时间的pH值变化曲线。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明一方面提供了一种光合微生物异养-自养的培养方法，该方法包括：在第一培养装置中，在第一通气下，将光合微生物进行异养培养；同时，在第二培养装置中，在光照和第二通气下，将光合微生物进行自养培养；两培养阶段的光合微生物相同或不同；将所述第一培养装置排放的气体作为部分或者全部的第二通气的气源；所述第二培养装置采用开放式或封闭式的光生物反应器。
本发明第二方面提供了一种异养-自养联合培养光合微生物的***，该***包括：用于光合微生物异养培养的第一培养装置和用于光合微生物自养培养的第二培养装置，其中，第一培养装置包括第一通气装置，所述第二培养装置包括光照装置和第二通气装置，所述第二培养装置采用开放式或封闭式的光生物反应器；所述第一培养装置的排气口与所述第二培养装置的第二通气装置连通，以使得所述第一培养装置排放的气体作为第二通气装置的气源。
以下将对本发明的上述方法和***同时进行描述，但是应当理解的是，本发明的方法和***可以配套使用，也可以分别独立地作为本发明的保护主题。
在本发明中，应当理解的是，本发明的异养-自养联合培养方式是在自养培养同时，异养培养也在同时进行。自养的光合微生物与兼养的光合微生物可以相同，也可以不同。该优选情况下，自养的光合微生物就来自于异养所得的微生物，当异养培养结束后，将异养培养的培养液部分送至自养培养的第二培养装置中，然后剩余部分的第一培养液可以继续在第一培养装置中进行异养培养(通过额外补充营养液)，由此，第一培养装置中进行异养培养时，第二培养装置同时也在进行自养培养，那么便可实现将第一培养装置排放的气体作为所述第二通气的气源，同时达到强化自养培养过程和降低异养二氧化碳排放的目的。也即，优选地，将部分所述第一培养液在未经稀释下送至第二培养装置中；同时，将剩余部分的第一培养液继续在第一培养装置中进行新一轮的异养培养，如此循环。本发明中，将所述第一培养装置排放的气体作为所述第二通气的气源。该所述第一培养装置排放的气体可以与常规供气的气体混合后作为第二通气的气源，也可以不与其他气体混合直接作为全部的第二通气的气源。
在自养的光合微生物就来自于异养所得的微生物的情况下，本发明的***优选包括：所述第一培养装置的培养液出口与第二培养装置的藻液入口连通，以使得光合微生物在第一培养装置中进行异养培养后，直接进入到第二培养装置中进行自养培养。
其中，优选地，送至第二培养装置中的部分第一培养液占总的第一培养液的70-90体积％。
本发明的***中，所述第一培养装置的排气口与第二培养装置的第二通气装置连通，以使得所述第一培养装置排放的气体作为第二通气装置的气源。
其中，所述第一培养装置采用封闭式反应器，优选为发酵罐结构；对所述第二反应器没有特别的限制，可采用现有任何适合于自养的光生物反应器，其可以是开放式的，也可以是封闭式的，优选为跑道池、管式、板式或柱式光生物反应器结构。
根据本发明，所述第一培养装置和第二培养装置之间通过培养液输送管道连通，在该管道上可以设置输送泵，也可以使第一反应器的位置高于第二反应器并有足够的高度差，以助于将培养液从第一培养装置输送至第二培养装置中。
根据本发明，异养培养阶段并不进行光照，而本发明为了更有利于自养培养的进行，采用了两阶段光照的方式，也即优选地，所述光照包括第一阶段光照和第二阶段光照，所述第一阶段光照的光强度为5000lux以下，优选为2000-5000lux，更优选为3000-4000lux；
所述第二阶段光照的光强度大于5000lux，优选为6000-20000lux，更优选为10000-15000lux。
根据本发明，优选地，所述第一阶段光照的时长为10h以上，优选为10-36h，更优选为12-30h，特别是20-24h。
根据本发明，所述第二阶段光照的时长并不特别的限定，在进行第一阶段光照后，剩余的培养时间皆进行第二阶段光照。可以理解为，每次将第一培养装置出来的培养液送至第二培养装置中进行自养培养时，都先进行第一阶段光照，而后再进行第二阶段光照。
本发明中，所述的光照既可以采用阳光，也可以采用人工光。
根据本发明，在对稀释的第一培养液或者非来自于第一培养液的微藻进行自养培养时，所述光照优选以阳光为光源。根据本发明，在对未稀释的第一培养液进行自养培养时，所述的光照优选采用人工光源。
根据本发明，采用人工光源时，光照波长可以在较宽范围内变动，可以是部分波长光，也可以是全波长光，为了更利于光合微生物在本发明的生长，优选地，光照的波长均为380-780nm，更优选光照波长为490-460nm和/或620-760nm，在该光照波长下，光合微生物细胞能够更好地利用光能，降低光合微生物养殖能耗。
上述光照所采用的人工光源可以是LED光源，特别是蓝光和红光LED光源。为了隔绝水汽，可以将光源采用透明材料进行封闭。
根据本发明，为了能够使得微生物能够更好地利用光能，对于本发明的人工光源设置来说，优选地，光源在光线方向上的间距为2-300mm，优选为60-200mm；也可以将人工光源封闭后直接***培养液中。
根据本发明，为了适合第一培养装置中进行异养培养，所述第一通气将采用含氧气体作为第一通气的气源，这样的含氧气体可以是空气，或者氧含量大于空气的富氧气体(如富氧空气)。所述第一通气的通气量优选为0.1-10L/(L·min)，优选为0.2-5L/(L·min)，以使得光合微生物能够在本发明的第一培养装置中更好地异养生长。
根据本发明，所述第二通气采用的气源为第一培养装置排放的气体或者为第一培养装置排放的气体与现有用于自养培养的气体的混合物(比如空气)，这样的气体由于掺杂有异养培养过程产生的二氧化碳，其二氧化碳的含量将高于空气，更有利于自养培养。其中，所述第二通气的通气量优选为0.1-10L/(L·min)，更优选为0.2-5L/(L·min)。
根据本发明，对于本发明的***来说，所述第一通气和第二通气采用的通气装置可以为本领域常规采用的通气装置结构，只要能够用于进行本发明的第一通气和第二通气即可。
根据本发明，所述异养培养可以在搅拌下进行，其中，搅拌转速优选为200-500r/min。为此，本发明的***的第一培养装置中可以增设有搅拌结构。
根据本发明，优选情况下，所述异养培养的20-35℃。其培养时间可以在较宽范围内变动，例如时间可以为3-10天。这里的异养培养的时间可以理解为从开始培养到采收光合微生物的时间，也可以理解为每次开始培养到再次送至自养培养的第二培养装置之间的时间。
根据本发明，优选情况下，所述自养培养的20-35℃。其培养时间可以在较宽范围内变动，例如为3-20天。这里的自养培养时间既可以理解为每一批次的光合微生物的培养时间，又可以理解为光合微生物在自养培养的第二培养装置中的停留时间。也即，自养培养的培养液可以连续地以一定的流量排放出第二培养装置。
根据本发明，优选地，所述光合微生物为微藻，优选为绿藻，更优选为小球藻。
根据本发明，本发明的第一培养装置采用的是密闭的设置，以此可以进行无菌的异养培养，而所述异养培养需要补入有机碳源。优选地，所述有机碳源为糖类和/或醋酸盐。其中，所述糖类例如可以为葡萄糖、果糖、蔗糖、麦芽糖等中的一种或多种。所述例如可以为醋酸钠。更优选地，所述有机碳源为葡萄糖。
其中，所述有机碳源的添加量可以在较宽范围内变动，优选地，培养体系中，所述有机碳源的添加量为5-15g/L。
根据本发明，所述光合微生物的异养培养体系中还可以添加本领域常规采用的其他试剂，例如可以为磷酸盐(例如为K2HPO4、Na2HPO4等)。它们的用量可以为本领域的常规用量，本发明对此并无特别的限定。
根据本发明，为了实现异养培养保持一定的无菌环境，通气采用的气体可以为无菌的，另外，可以在异养培养体系中添加抗生素来防止细菌生长。这样的抗生素可以为本领域常规采用的控制微生物无菌培养采用的抗生素，例如可以为卡那霉素、氯霉素、链霉素、庆大霉素、万古霉素、阿奇霉素等中的一种或多种。其用量可以在较宽范围内变动，例如为10-65mg/L。
根据本发明，所述光合微生物的培养体系采用的培养基优选为以下组成：K2HPO4·3H2O：20-50mg/L，NaNO3：1200-2000mg/L，Na2CO3：10-30mg/L，MgSO4·7H2O：50-90mg/L，CaCl2·2H2O：30-50mg/L，柠檬酸：1-10mg/L，柠檬酸铁铵：1-10mg/L，EDTA钠：0.5-2mg/L，微量元素A5：0.5-2ml/L。
其中，微量元素A5的组成优选为：H3BO3：2500-3000mg/L，MnCl2·4H2O：1500-2000mg/L，ZnSO4·7H2O：200-250mg/L，CuSO4·5H2O：50-90mg/L，NaMoO4·5H2O：350-420mg/L，Co(NO3)2·6H2O：20-65mg/L。
本发明第三方面提供了一种生产生物质的方法，包括采用上述方法培养光合微生物，并从所得的光合微生物中提取生物质。
所述生物质可以为本领域常规的多种生物质，例如可以为油脂、蛋白质、碳水化合物、核酸、色素、维生素、生长因子之一或其任意组合。
本发明第四方面提供了一种生产生物能源的方法，包括采用上述方法培养光合微生物。
本发明的方法适用于光合微生物的养殖，能够在更低的能耗下，更高产量地获得高品质的光合微生物发酵液。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下例子中：
小球藻干重测定：取适量藻液，6000r/min，离心5min，去上清液，藻泥冷冻干燥72h后称重。
小球藻藻种来自中国科学院水生生物研究所。藻种准备阶段，在三角瓶中加入600mL左右的BG11培养基和5g/L葡萄糖，然后在120℃下消毒灭菌30min，待冷却后加入适量藻种和50mg/L的卡那霉素，然后在光强为6000lux、温度为28℃的条件下通入无菌空气培养3d左右，获得诱导藻种。
BG11培养基的组成：K2HPO4·3H2O：40mg/L，NaNO3：1500mg/L，Na2CO3：20mg/L，MgSO4·7H2O：75mg/L，CaCl2·2H2O：36mg/L，柠檬酸：6mg/L，柠檬酸铁铵：6mg/L，EDTA钠：1mg/L，微量元素A5：1ml/L。
微量元素A5的组成：H3BO3：2860mg/L，MnCl2·4H2O：1810mg/L，ZnSO4·7H2O：222mg/L，CuSO4·5H2O：79mg/L，NaMoO4·5H2O：390mg/L，Co(NO3)2·6H2O：50mg/L。
培养***：该培养***包括依次串联的第一培养装置和第二培养装置，第一培养装置为5L容积的封闭式发酵罐，第二培养装置为容积为10L的开放式管式光生物反应器；其中，封闭式发酵罐的底部藻液排出口连接有藻液输送管，藻液输送管连接至输送泵，输送泵排出口通过另一藻液输送管连接至开放式管式光生物反应器上部的藻液入口；封闭式发酵罐的顶部排气口通过气体输送管连接至开放式管式光生物反应器内的通气装置的进气口。
实施例1
本实施例用于说明本发明的光合微生物的培养方法。
在上述培养***的封闭式发酵罐中加入3L BG11培养基和15g/L葡萄糖，然后在120℃下进行消毒灭菌30min，待冷却后备用，接种时加入经过葡萄糖诱导的小球藻藻种和50mg/L的卡那霉素，通入1L/(L·min)的无菌空气，温度为28℃，转速为250r/min，每天补充15g/L葡萄糖，其他营养盐根据消耗量补充，异养培养至藻细胞生长缓慢。
将来自封闭式发酵罐80体积％的藻液不经稀释下直接移至开放式的管式光生物反应器中进行自养培养，养殖温度28℃，光照强度3000lux，24h后光照强度调整为15000lux，光照波长为380-780nm。同时在封闭式发酵罐中继续加入灭菌的2.4L BG11培养基、15g/L葡萄糖、50mg/L的卡那霉素，每天补充营养，以剩余部分的藻液作为藻种继续在封闭式发酵罐中进行异养培养。
其中，将封闭式发酵罐的排气口排出的气体引入到开放式的管式光生物反应器的底部进气口，对管式光生物反应器进行通气，保持通气的流量为1L/(L·min)；同时，将管式光生物反应器的排气口排出的气体直接排出，封闭式发酵罐采用纯压缩空气进行通气，保持通气的流量为1L/(L·min)。
在异养培养和自养培养同时进行下，在指定时间测量发酵罐和管式光生物反应器中小球藻干重、绿素a/干重(重量比)和pH值分别见表1、表2和表3所示。
实施例2
本实施例用于说明本发明的光合微生物的培养方法。
在上述培养***的封闭式发酵罐中加入3L BG11培养基和15g/L葡萄糖，然后在120℃下进行消毒灭菌30min，待冷却后备用，接种时加入经过葡萄糖诱导的小球藻藻种和10mg/L的氯霉素，通入0.8L/(L·min)的无菌空气，温度为28℃，转速为250r/min，每天补充15g/L葡萄糖，其他营养盐根据消耗量补充，异养培养至藻细胞生长缓慢。
将来自封闭式发酵罐80体积％的藻液不经稀释下直接移至开放式的管式光生物反应器中进行自养培养，养殖温度28℃，光照强度2000lux，24h后光照强度调整为12000lux，光照波长为380-780nm。同时在封闭式发酵罐中继续加入灭菌的2.4L BG11培养基、15g/L葡萄糖、10mg/L的氯霉素，每天补充营养，以剩余部分的藻液作为藻种继续在封闭式发酵罐中进行异养培养。
其中，将封闭式发酵罐的排气口排出的气体引入到开放式的管式光生物反应器的底部进气口，对管式光生物反应器进行通气，保持通气的流量为0.8L/(L·min)；同时，将管式光生物反应器的排气口排出的气体直接排出，封闭式发酵罐采用纯压缩空气进行通气，保持通气的流量为0.8L/(L·min)。
在异养培养和自养培养同时进行下，在指定时间测量管式光生物反应器中小球藻干重、绿素a/干重(重量比)和pH值分别见表1、表2和表3所示。
实施例3
本实施例用于说明本发明的光合微生物的培养方法。
根据实施例1所述的方法，不同的是，异养培养和自养培养同时进行时，自养培养中，先在光照强度为1000lux下进行光照，24h后再在20000lux下进行光照；在异养培养和自养培养同时进行下，在指定时间测量管式光生物反应器中小球藻干重、绿素a/干重(重量比)和pH值分别见表1、表2和表3所示。
实施例4
本实施例用于说明本发明的光合微生物的培养方法。
根据实施例1所述的方法，不同的是，异养培养和自养培养同时进行时，自养培养中，先在光照强度为5000lux下进行光照，24h后再在8000lux下进行光照；在异养培养和自养培养同时进行下，在指定时间测量管式光生物反应器中小球藻干重、绿素a/干重(重量比)和pH值分别见表1、表2和表3所示。
实施例5
本实施例用于说明本发明的光合微生物的培养方法。
根据实施例1所述的方法，不同的是，异养培养和自养培养同时进行时，自养培养的光照波长为全波长；在异养培养和自养培养同时进行下，在指定时间测量管式光生物反应器中小球藻干重、绿素a/干重(重量比)和pH值分别见表1、表2和表3所示。
实施例6
本实施例用于说明本发明的光合微生物的培养方法。
根据实施例1所述的方法，不同的是，异养培养和自养培养同时进行时，自养培养中，光照强度未分为两个阶段，而是持续在20000lux光照下进行培养；在异养培养和自养培养同时进行下，在指定时间测量管式光生物反应器中小球藻干重、绿素a/干重(重量比)和pH值分别见表1、表2和表3所示。
对比例1
根据实施例1所述的方法，不同的是，异养培养和自养培养同时进行时，管式光生物反应器中通入的是空气而不是发酵罐排放出来的气体；在异养培养和自养培养同时进行下，在指定时间测量管式光生物反应器中小球藻干重、绿素a/干重(重量比)和pH值分别见表1、表2和表3所示。
表1
Figure BDA0002375110050000141
表2
Figure BDA0002375110050000142
表3
Figure BDA0002375110050000143
Figure BDA0002375110050000151
将表1中发酵罐的小球藻随时间的干重变化绘制成图1所示的小球藻生长曲线，将表1中管式反应器的小球藻随时间的干重变化绘制成图2所示的小球藻生长曲线；将表2中发酵罐的小球藻随时间的叶绿素a/干重值绘制成图3所示的曲线，将表2中管式反应器的小球藻随时间的叶绿素a/干重值绘制成图4所示的曲线；将表3中发酵罐的小球藻随时间的pH值绘制成图5所示的曲线，将表3中管式反应器的小球藻随时间的pH值绘制成图6所示的曲线。
通过表和图所示结果可以看出，本发明的方法强化了微藻的自养培养过程，从而可以实现对异养产生的CO2的原位生物固定；同时本发明还能实施高浓度微藻的自养培养，从而能显著提高异养微藻生物质的品质。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种光合微生物异养-自养的培养方法，其特征在于，该方法包括：在第一培养装置中，在第一通气下，将光合微生物进行异养培养；同时，在第二培养装置中，在光照和第二通气下，将光合微生物进行自养培养；两培养阶段的光合微生物相同或不同；将所述第一培养装置排放的气体作为部分或者全部的第二通气的气源；所述第二培养装置采用开放式或封闭式的光生物反应器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将部分所述第一培养液送至第二培养装置中，在稀释或未稀释的状态下培养；同时，将剩余部分的第一培养液继续在第一培养装置中进行新一轮的异养培养，如此循环；
优选地，所述第一通气的通气量为0.1-10L/(L·min)，优选为0.2-5L/(L·min)；所述第一通气采用的是含氧气体，所述含氧气体为空气或富氧空气。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第二通气的通气量为0.1-10L/(L·min)，优选为0.2-5L/(L·min)。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其中，所述光照包括第一阶段光照和第二阶段光照，所述第一阶段光照的光强度为5000lux以下，优选为2000-5000lux，更优选为3000-4000lux；
所述第二阶段光照的光强度大于5000lux，优选为6000-20000lux，更优选为10000-15000lux。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的方法，其中，所述异养培养的温度为20-35℃；
所述自养培养的温度为20-35℃。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，所述光合微生物为微藻，优选绿藻，更进一步优选为小球藻。
7.一种异养-自养联合培养光合微生物的***，其特征在于，该***包括：用于光合微生物异养培养的第一培养装置和用于光合微生物自养培养的第二培养装置，其中，第一培养装置包括第一通气装置，所述第二培养装置包括光照装置和第二通气装置，所述第二培养装置采用开放式或封闭式的光生物反应器；所述第一培养装置的排气口与所述第二培养装置的第二通气装置连通，以使得所述第一培养装置排放的气体作为第二通气装置的气源；
优选地，所述第一培养装置的培养液出口与第二培养装置的藻液入口连通，以使得光合微生物在第一培养装置中进行异养培养后，直接进入到第二培养装置中进行自养培养。
8.根据权利要求7所述的***，其中，所述第一培养装置为发酵罐结构；所述第二培养装置为跑道池、管式、板式或柱式光生物反应器结构。
9.一种生产生物质的方法，包括采用权利要求1-6中任意一项所述的方法培养光合微生物，并从所得的光合微生物中提取生物质。
10.一种生产生物能源的方法，包括采用权利要求1-6中任意一项所述的方法培养光合微生物。
CN202010063027.0A 2020-01-19 2020-01-19 异养-自养联合培养光合微生物的方法及其***和生产生物质和生物能源的方法 Pending CN113136321A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010063027.0A CN113136321A (zh) 2020-01-19 2020-01-19 异养-自养联合培养光合微生物的方法及其***和生产生物质和生物能源的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010063027.0A CN113136321A (zh) 2020-01-19 2020-01-19 异养-自养联合培养光合微生物的方法及其***和生产生物质和生物能源的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113136321A true CN113136321A (zh) 2021-07-20

Family

ID=76809918

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010063027.0A Pending CN113136321A (zh) 2020-01-19 2020-01-19 异养-自养联合培养光合微生物的方法及其***和生产生物质和生物能源的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113136321A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114106981A (zh) * 2021-12-07 2022-03-01 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种微藻循环兼养培养方法、培养装置及应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102089434A (zh) * 2008-07-30 2011-06-08 华盛顿州立大学研究基金会 生物燃料原料生产的集成***
CN102154110A (zh) * 2011-01-27 2011-08-17 华东理工大学 一种高产率的微藻培养方法
CN102994363A (zh) * 2011-09-17 2013-03-27 中国科学院兰州化学物理研究所 一种串联通气培养异养-光合自养型微生物的装置
WO2019072738A1 (de) * 2017-10-10 2019-04-18 Gicon Grossmann Ingenieur Consult Gmbh Verfahren und system zur heterotrophen und mixotrophen kultivierung von mikroalgen

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102089434A (zh) * 2008-07-30 2011-06-08 华盛顿州立大学研究基金会 生物燃料原料生产的集成***
CN102154110A (zh) * 2011-01-27 2011-08-17 华东理工大学 一种高产率的微藻培养方法
CN102994363A (zh) * 2011-09-17 2013-03-27 中国科学院兰州化学物理研究所 一种串联通气培养异养-光合自养型微生物的装置
WO2019072738A1 (de) * 2017-10-10 2019-04-18 Gicon Grossmann Ingenieur Consult Gmbh Verfahren und system zur heterotrophen und mixotrophen kultivierung von mikroalgen

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114106981A (zh) * 2021-12-07 2022-03-01 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种微藻循环兼养培养方法、培养装置及应用
CN114106981B (zh) * 2021-12-07 2024-03-05 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种微藻循环兼养培养方法、培养装置及应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Suh et al. Photobioreactor engineering: design and performance
CN101363005B (zh) 一种微细藻类和光合细菌共同培养的方法
CN107287125B (zh) 一种蛋白核小球藻的培养方法
CN104046566B (zh) 一种快速制备高密度高纯藻种的方法
CN103284029A (zh) 一种富硒沼泽红假单胞菌制剂及其制备方法
CN112457994B (zh) 一种利用挥发性脂肪酸促进蛋白核小球藻生长的方法
WO2015085631A1 (zh) 一种高产率的葡萄藻培养方法
CN117229982B (zh) N-(1,3-二甲基丁基)-n'-苯基对苯二胺-醌在集胞藻培养中的应用
CN107937276B (zh) 一种二氧化碳和乙酸混合调控促进小球藻固碳生长的方法
CN113136321A (zh) 异养-自养联合培养光合微生物的方法及其***和生产生物质和生物能源的方法
CN113136339B (zh) 兼养-自养连续培养光合微生物的方法及其培养***和应用
CN104789631A (zh) 一种能够提高叶黄素产量的小球藻培养方法及设备
US12012581B2 (en) Method and system for heterotrophic and mixotrophic cultivation of microalgae
CN106566775A (zh) 含高活力雨生红球藻细胞制备方法
CN113136342B (zh) 光生物反应器和光合微生物的培养方法及其应用
CN107058440B (zh) 一种利用旋转生物膜反应器贴壁培养雨生红球藻生产虾青素的方法
CN113136345B (zh) 异养-自养连续培养光合微生物的方法及其培养***和应用
CN113455502B (zh) 水溶性萘乙酸与吲哚丁酸在卵囊藻培养中的应用
CN114058514A (zh) 一种利用海洋绿藻青岛大扁藻积累淀粉的方法
CN113136344A (zh) 兼养-自养联合培养光合微生物的方法和***以及生产生物质和生物能源的方法
CN113136341A (zh) 光合微生物异养-自养的培养方法及其***和生产生物质和生物能源的方法
CN113136343A (zh) 光合微生物的培养方法及其培养***和应用
CN1715399A (zh) 生产复合氨基酸的地衣芽孢杆菌菌株及养殖用氨基酸液肥制备方法
CN113493743A (zh) 一种沙漠蛋白核小球藻异养-稀释-光诱导培养方法
CN112359074A (zh) 一种利用乙酸刺激微藻异养产油的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination