培养光合微生物的方法和生产油脂的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及培养光合微生物的方法和生产油脂的方法。
【背景技术】
[0002] 光合微生物主要包括微藻和光合细菌，由于从光合微生物中可以提取许多有用的 产品，例如油脂、蛋白质与色素等，因此其大规模、高效率、低成本的培养成为人们关注的焦 点。
[0003] 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，它是由阳光驱 动的细胞工厂。微藻细胞通过高效的光合作用，吸收CO2，将光能转化为化学能，储存在脂肪 或淀粉等碳水化合物中，并放出O2。利用微藻生产生物能源与化学品可以同时达到"替代 化石能源、减少CO2排放、净化废气与污水"等目的。"微藻生物技术"的优势在于以下几个 方面：①微藻是光合效率最高的低等植物，与农作物相比，单位面积的产率高出数十倍。微 藻也是自然界中生长最为迅速的一种植物，通常在24h内，微藻所含生物质可以翻倍，在其 "指数生长期"内其生物量翻倍时间可以缩短到3. 5h。②微藻可以生长在高盐、高碱环境的 水体中，可充分利用滩涂、盐碱地、沙漠进行大规模培养，也可利用海水、盐碱水、工业废水 等非农用水进行培养，因此，微藻可以不同农作物争地、争水。③产油率高，微藻干细胞的含 油量可高达70%，微藻没有高等植物的根茎叶等细胞分化，在缺氮等条件下，某些单细胞微 藻可大量积累油脂，是最有前景的产油生物。④微藻的培养可以利用工业废气中的CO2，缓 解温室气体的排放，也可以吸收工业废气中的NOx，减少环境的污染。⑤生产微藻生物柴油 的同时，还可以生产相当数量的微藻生物质，还可进一步获得蛋白质、多糖、脂肪酸等高价 值副产品。
[0004] 微藻可分为原核藻类和真核藻类，原核藻类以蓝藻为主，含叶绿素a、不形成细 胞器、能进行光合作用，细胞中蛋白质含量高，可达干重的70%，脂肪含量低，为5%左右； 真核藻类种类比较多，是主要的生物燃料藻种的来源。常见的微藻主要归于以下八个门 类：娃藻门（Bacillariophyta)、绿藻门（Chlorophyta)、金藻门（Chrysophyta)、蓝藻门 (Cyanophyta)、甲藻门（Pyrroptata)、裸藻门（Rhodophyta)、隐藻门（Cryptophyta)和黄藻 门（Xanthophyta)。其中，娃藻门、绿藻门和金藻门是最具潜力的生物柴油藻种来源。
[0005] 光合细菌是地球上出现最早、自然界中普遍存在、具有原始光能合成体系的原核 生物，是在厌氧条件下进行不放氧光合作用的细菌的总称，是一类没有形成芽孢能力的革 兰氏阴性菌，是一类以光作为能源、能在厌氧光照或好氧黑暗条件下利用自然界中的有机 物、硫化物、氨等作为供氢体兼碳源进行光合作用的微生物。光合细菌广泛分布于自然界的 土壤、水田、沼泽、湖泊、江海等处，主要分布于水生环境中光线能透射到的缺氧区。光合细 菌的适宜水温为15°C-40°C，最适水温为28°C_36°C。在水产养殖中，能够降解水体中的亚 硝酸盐、硫化物等有毒物质，实现充当饵料、净化水质、预防疾病、作为饲料添加剂等功能。 光合细菌适应性强，能忍耐高浓度的有机废水，对酚、氰等毒物有一定有忍受和分解能力， 具有较强的分解转化能力。它的诸多特性，使其在无公害水产养殖中具有巨大的应用价值。
[0006] 传光是影响光合微生物规模化培养的主要因素，直接影响光合微生物的光合效 率、生长状态和光能利用率。为了使光合微生物较好地受光生长，驱动培养液运动是十分必 要的。例如，封闭式光生物反应器一般采用压缩空气或者泵驱动培养液运动，跑道池反应器 一般采用浆轮驱动培养液运动。但是驱动培养液运动不可避免导致培养能耗的增加，因此， 规模养殖过程中由于驱动所产生的能耗十分巨大，成为养殖成本高居不下的重要原因。
[0007] 综上所述，开发既能保证光合微生物正常生长又能降低能耗，同时适于大规模生 产的培养光合微生物的方法迫在眉睫。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是为了克服现有养殖光合微生物成本高的缺陷，提供一种既能保证 光合微生物正常生长又能降低能耗，适于大规模生产的培养光合微生物的方法。
[0009] 本发明的发明人在研究中发现，培养光合微生物时，当光照强度大于临界光照强 度I时驱动光合微生物运动，当光照强度小于等于临界光照强度I时停止驱动，能够既保 证光合微生物正常生长又降低能耗，适于光合微生物的大规模生产，其中，I=AXI。，A= 0. 1-0. 6,I。为所述光合微生物的最大光合效率光照强度。
[0010] 因此，为了实现上述目的，一方面，本发明提供一种培养光合微生物的方法，所述 方法包括在培养光合微生物的条件下，在培养光合微生物的装置中进行光合微生物的培 养，所述培养光合微生物的条件包括当光照强度大于临界光照强度I时驱动光合微生物运 动，当光照强度小于等于临界光照强度I时停止驱动，其中，
[0011]I=AXI0,A= 0. 1-0. 6,
[0012] I。为所述光合微生物的最大光合效率光照强度。
[0013]优选地，A= 0? 2-0. 5。
[0014] 另一方面，本发明提供了一种生产油脂的方法，所述方法包括微藻养殖、微藻采 收、微藻油脂的分离和提取，微藻养殖采用如上所述的培养光合微生物的方法进行养殖。
[0015] 本发明方法能够既保证光合微生物的正常生长又降低能耗，适于光合微生物的大 规模生产。
[0016] 本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明实施例中培养光合微生物的装置的俯视图。
[0018] 图2是本发明实施例中培养光合微生物的装置的侧剖图。
[0019] 图3是本发明实施例1、对比例1和对比例2的微藻的生长曲线。
[0020] 图4是本发明实施例2和实施例3的微藻的生长曲线。
[0021] 附图标记说明
[0022] 1培养区；2调温区；3隔层；4透明外罩；5驱动浆轮；6培养液入口；7培养液出口； 8气体入口；9气体出口； 10换热介质入口； 11换热介质出口； 12隔板。
【具体实施方式】
[0023] 以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体 实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0024] -方面，本发明提供了一种培养光合微生物的方法，该方法包括在培养光合微生 物的条件下，在培养光合微生物的装置中进行光合微生物的培养，培养光合微生物的条件 包括当光照强度大于临界光照强度I时驱动光合微生物运动，当光照强度小于等于临界光 照强度I时停止驱动，其中，
[0025]I=AXI0,A= 0. 1-0. 6,
[0026]I。为光合微生物的最大光合效率光照强度。
[0027] 本发明中，最大光合效率光照强度是指这样一个光照强度，即在一定的光强范围 内，光合微生物的光合效率随光照强度的上升而增加，当光照强度上升到某一数值时，光合 效率达到最大值而不再继续提高时的光照强度值。
[0028] 应该理解到，除光照强度外的其他操作参数和条件，也会影响光合微生物的光合 效率。本发明中，在测定所述的最大光合效率光照强度时，其他的操作参数和条件就是正常 培养光合微生物时的操作参数和条件，包括驱动微藻的运动方式和操作参数。
[0029] 本发明中，最大光合效率光照强度I。可以通过叶绿素荧光法或者光合放氧速率法 测定，此两种方法为本领域技术人员所公知，在此不再赘述。
[0030] 根据本发明，尽管培养光合微生物的条件包括当光照强度大于临界光照强度I时 驱动光合微生物运动，当光照强度小于等于临界光照强度I时停止驱动，其中，I=AXIwA =0. 1-0. 6,I。为光合微生物的最大光合效率光照强度，即可实现本发明的目的，即在保证 光合微生物正常生长的情况下降低能耗，适于光合微生物的大规模生产。但优选情况下，A =0. 2-0. 5,计算所得I，当光照强度大于临界光照强度I时驱动光合微生物运动，当光照强 度小于等于临界光照强度I时停止驱动，可以在降低能耗的同时更好地保证光合微生物的 生长。因此，优选地，A= 0. 2-0. 5。
[0031] 本发明中，对于培养光合微生物的装置无特殊要求，可以采用本领域常用的各种 装置。例如，培养微藻一般在光生物反应器中进行，光生物反应器可以分为开放式光生物反 应器和封闭式光生物反应器，开放式光生物反应器，例如跑道池，封闭式光生物反应器，例 如管式、板式、柱式等。
[0032] 如本领域技术人员所公知，传光是影响光合微生物规模化培养的主要因素，直接 影响光合微生物的光合效率、生长状态和光能利用率。在光合微生物规模化培养的过程中， 可以利用微藻光合作用的特点提高光合效率，例如，对于微藻而言，当藻细胞在光区和暗区 之间的置换达到一定频率时（通常高于IHz)，就会发生"闪光效应"（JanssenM，Slenders P，TramperJ,MurLR,WijffelsR.EnzymeMicrobialTechnology, 2001，29:298-305)，能提 高微藻的光合效率。因此，为了提高光合微生物在光区和暗区之间的置换，提高光合微生物 的光合效率，优选情况下，培养光合微生物的装置中设置有强化光合微生物扰动的扰流部 件。
[0033] 对于扰流部件无特殊要求，只要能强化光合微生物扰动，增加光合微生物在光区 和暗区之间的置换即可，可以采用本领域技术人员所能想到的各种扰流部件，例如可以在 培养光合微生物的装置的内壁（底壁、侧壁）设置扰流片等。
[0034] 本发明中，为了使光合微生物接受更充足的光照，培养光合微生物的装置中，含有 光合微生物的培养液的液厚优选< 20cm，更优选为3-10cm。
[0035] 本发明所述的光合微生物选自微藻和光合细菌。具体包括绿藻、蓝藻、娃藻和金藻 等微藻或者能够进行光合作用的原绿菌、紫色细菌等。这些光合微生物的一个共同特点是 能够进行光合作用。
[0036] 本发明方法可用于低能耗、高效率的培养光合微生物，特别适用