念珠藻属藻类浅层培养系统及培养方法
【专利摘要】本发明提供了念珠藻属藻类浅层培养系统及培养方法，该系统包括培养液回收池（7）、多层培养架（1）、多个光照装置（3）、回收液过滤系统（6）、至少一个滴液口（12）。该方法是将浅层培养盘置于多层培养架上，接种用藻种为通过无菌培养获得的直径为1mm～2mm的藻种，接种时将藻种均匀平铺在浅层培养盘中，接种的密度控制在0.5g/cm2～1g/cm2，接种厚度为1cm-2cm；向培养物上喷淋培养液，控制光照和培养液温度。该系统不需要专门的气泵进行增氧及二氧化碳，该培养方法简化步骤，去掉了通气、清洗、换培养液等过程，可节水60%以上，节约用电50%以上，可有效清除杂藻污染，且葛仙米不易破碎。
【专利说明】念珠藻属藻类浅层培养系统及培养方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生物【技术领域】，具体属于一种念珠藻属藻类浅层培养系统及培养方法。
【背景技术】
[0002]葛仙米学名“拟球状念珠藻”(/Vo1Sioctoz),葛仙米是一种多细胞群体，形状以球形为主，其丝状体的外面有一共同的胶质衣鞘，呈墨绿色，群体直径可以达到5厘米。《名医别录》、《本草纲目》、《药性考》、《全国中草药汇编》等医书认为葛仙米具有明目益气，治夜盲症，解热清隔，消除疲劳、治疗烫伤并兼具美容等功效，因其药性温和，长期食用具有保健、养颜之功效。
[0003]葛仙米营养价值极高，含18种氨基酸，其中人体必需的八种氨基酸含量丰富；葛仙米干物质中总蛋白含量闻达56%左右,其中10 %为具可抗癌防癌功能的操监蛋白；具有提高人体免疫力的活性多糖含量达12% ;多不饱和粗脂酸10%以上；叶绿素30.98 mg/g ;抗坏血酸5.5mg/g，维生素c含量接近鲜枣，比山楂高5倍多；维生素B1、B2高于一般菌藻类；含矿物质15种，其含钙量高于一般蔬菜，是一种极好的天然富钙营养食品。由于葛仙米具有食疗、保健、滋补之功效，其营养成份组成比例非常符合人体需要，被世界卫生组织推荐为“最佳保健食品”。
[0004]据中科院水生所黎尚豪院士考证，葛仙米对生长环境的要求极为苛刻，生长范围很窄，除湖北省鹤峰县走马镇尚有一万多亩外，仅在非洲有极少量的分布。由于其天然分布窄，产量低，以往主要作为贡 品、御膳供皇家及达官显贵所享用。近年来随着农药、化肥的大量使用，再加上环境污染日益严重，葛仙米的生长环境受到极大破坏，适宜葛仙米生长的田地越来越少，产量越来越低，其天然年产量不足五吨，资源已经濒临枯竭。然而由于葛仙米具有美味、食疗、保健、滋补等特殊功效，市场需求量越来越大，致使供需之间的矛盾日益突出。
[0005]有关葛仙米人工培养方法已有研究报道:中国专利文献CN1294190(申请日:1999.10.22)中公开的培养方法包括培养液配方及配制、藻种制备、通气培养、筛选分级、增强机械强度、收获及干燥等环节。中国专利文献CN1528127(申请日:2003.10.10)中公开的方法包括培养液配制、藻种制备、生物反应器通气培养、硬化处理、筛选收获等环节。中国专利文献CN101792716(申请日:2010.03.10)采用半封闭的室内水池实现规模化生产，并公开了水池的结构原理和培养葛仙米7个基本要素的优化条件。中国专利文献CN201424471(申请日:2009.06.09)公开了一种用于葛仙米培养的气升装置及葛仙米人工培养装置，在培养过程中产生的高度分散小气了包扩散于培养液中，使葛仙米在生长过程形成有规律的上升下降运动。
[0006]以上专利文献在培养过程中所使用的培养容器无论是玻璃缸、生物反应器、水池还是跑道池，都需要将葛仙米与培养液混合，在整个培养过程中必须通过气泵通气或叶轮搅拌使葛仙米悬浮在培养液中，并且为葛仙米提供CO2及O2，在近90天的培养周期中，每隔7~10天需清洗藻体并更换一次培养液；而在换培养液过程中，葛仙米球体破裂是一个非常常见的问题，一般破碎率在5%-10%之间，破碎严重的在10%以上，尤其在气流较大或搅拌剧烈的情况下甚至会使葛仙米球体全部解体。另外，一般的培养方法水电耗费大、成本高。
【发明内容】
[0007]针对现有技术中葛仙米培养过程中水电耗费大、容易破碎、易受杂藻污染、人力成本高等的问题，本申请旨在提供一种念珠藻属藻类浅层培养系统及培养方法。该系统根据葛仙米的培养要求而量身设计，结构简单，能够直接对培养液进行温控，并循环使用，不需要专门的气泵进行增氧及二氧化碳，适合于念珠藻属藻类培养。该培养方法可节水60%以上，节约用电50%以上，可有效清除杂藻污染，且葛仙米在培养过程不易破碎。
[0008]为实现上述发明目的，本发明的技术方案是:
念珠藻属藻类浅层培养系统，包括培养液回收池，还包括由多个起支撑作用的竖直支撑杆和多个用于放置浅层培养盘的水平支撑杆所构成的多层培养架、多个光照装置、回收液过滤系统、培养液输送控制器、培养液输送管道、至少一个滴液口 ；所述光照装置设置在多层培养架的任意一个水平支撑杆的下方，所述多层培养架底部设有培养液回收盘，所述培养液回收盘通过回收管道、回收液过滤系统与培养液回收池连通；所述培养液回收池连通内设有培养液输送泵和温控设备；所述培养液输送泵通过培养液输送管道与滴液口连通，且所述滴液口位于多层培养架顶层的上方；所述浅层培养盘底部设有多个孔，所述孔内均设有密封塞，所述密封塞中间设有一根高度可调节的液位控制滴液管。[0009]所述培养液输送管道上优选设有培养液输送控制器。
[0010]所述浅层培养盘底部的孔径优选为0.8-1.2 cm。
[0011]所述液位控制滴液管的管径优选为lmm-2 mm,管长优选为4cm-8cm,且所述液位控制滴液管的管径小于所培养藻种的直径。
[0012]所述多层培养架的层间距优选为30 cm -40cm，层间距可调节。
[0013]所述滴液口与多层培养架顶层的距离优选为40cm-50cm。
[0014]念珠藻属藻类浅层培养方法，使用所述培养系统，具体步骤为:
(1)以玻璃温室或塑料大棚温室为培养场地，将所述培养系统置于培养场地内，将浅层培养盘置于多层培养架上，多层培养架每层间隔为30 cm~40cm,设置滴液口与多层培养架顶层的距离为40cm-50cm ;所述浅层培养盘底部设有多个孔，浅层培养盘孔径为0.8-1.2cm,所述孔内均设有密封塞，所述密封塞中间设有一根高度可调节的液位控制滴液管；
(2)接种用藻种为通过无菌培养获得的直径为1mm~2_的藻种，接种时将藻种均匀平铺在浅层培养盘中，接种的密度控制在0.5 g/cm2~lg/cm2,接种厚度为I cm -2cm ；
(3)根据培养物的直径大小选用直径小于葛仙米颗粒直径的液位控制滴液管，调节培养盘上液位控制滴液管高度，使淋入培养盘的培养液液面刚好淹过培养物，多余的培养液通过液位控制滴液管流入下层培养盘，培养液滴入培养盘时自动溶入新鲜空气；同时，控制光照保持在1000lx~200001x之间，控制培养液温度保持在20°C~30°C之间；所述培养液成份和浓度为:
MgSO4.7H200.05-0.15g/L
K2HPO4.3H200.005-0.08g/LCaCl2.2H200.004-0.06g/L
EDTA-Na20.001-0.004g/ L
柠檬酸铁铵0.001-0.005 g/ L
H3BO40.002—0.008mg/L
Na2MoO4.2H200.001-0.030mg/L
ZnSO4.7H200.001-0.02mg/L
CuSO4.5H200.001-0.005mg/L
MnCl2.4H200.020-0.060mg/L。
[0015]所述念珠藻属藻类为葛仙米或地木耳。
[0016]下面对本发明做进一步的解释和说明:
葛仙米培养包括以下几个步骤:培养液组分及配制，光温条件控制，藻种培养，接种，培养，培养液回收及处理，收获及贮存。
[0017]A.以玻璃温室或塑料大棚温室为培养场地，充分利用自然光温资源；同时温室顶部设置可自动开关的遮阳网、温室内添加一定的人工照明设备，使室内光照保持在1000~200001x ;通过地热源空调等控温设备直接控制培养液温度，并通过滴加培养液的速度，将培养物温度保持在20~30°C，有效降低能耗。
[0018]B.培养架框架由铝合金制作，每层间隔为30~40cm，根据不同季节的光照特点，调节层间间隔距离，使光照强度保持在适宜范围。培养架底部置培养液收集盘，并与培养液回收管道相连接，以回收过滤培养液。浅层培养盘由无毒透明材料制作、玻璃管直径l_4mm，将葛仙米藻种放入浅层培养盘后分层排列在培养架上，根据需要调节培养液流速，使培养物保持适宜温度。
[0019]C.培养液基本成份及浓度同上。培养液配方在葛仙米的不同生长阶段需进行相应调整，回收的培养液在进行循环使用时需根据营养成份的损耗加以补充。
[0020]D.接种用藻种应为通过无菌培养获得的直径为I~2mm的优良藻种，接种时将藻种均匀平铺在浅层培养盘中，接种的密度控制在0.2~lg/cm2，随季节及光照强弱进行一定的调整。
[0021]E.由自动控制器控制培养架顶部安装的滴头向培养物持续滴加培养液，培养液流速调节以保持培养盘中培养液温度在20~25°C为宜。培养液由上层向下层滴落，最后流至最底层的培养液收集盘，再回收到培养液回收系统。根据培养物的直径大小选用直径略小于葛仙米颗粒直径的玻璃管，调节培养盘上玻璃管高度，使淋入培养盘的培养液液面刚好淹过培养物，多余的培养液通过玻璃管流入下层培养盘，培养液滴入培养盘时可自动溶入新鲜空气。
[0022]F.回收的培养液需过滤掉杂质流入回收池，然后再在回收池中通过温控系统将培养液温度控制在20~25°C，再通过喷淋设备重新利用。
[0023]G.培养的葛仙米生长密度过大时要分盘。
[0024]所述葛仙米的浅层培养方法和培养系统，也适用于地木耳等念珠藻属其它藻类的大规模生产。
[0025]本发明所提供的葛仙米生态模拟培养系统在进行规模化培养葛仙米生产时，只需将葛仙米藻种放入浅层培养盘中，置于培养架上培养即可。[0026]近年来许多研究人员投入大量人力物力对葛仙米的人工培养方法进行了研究，目前，所有有关葛仙米的人工培养方法都包括培养液配制、藻种制备、通气培养、硬化处理、筛选收获及干燥等环节，培养容器为玻璃缸或跑道池。这些方法都存在生产环节多，耗水量大，能耗高，球体易破裂及生产成本高等问题。因此我们设计了全新的葛仙米生浅层培养系统及方法，能有效地解决这些问题。
[0027]所使用的培养容器无论是玻璃缸、生物反应器、水池还是跑道池，都需要将葛仙米与培养液混合，在整个培养过程中必须通过通气或叶轮使葛仙米悬浮在培养液中，在近90天的培养周期中，每隔7~10天需更换一次培养液。在新的培养系统中，我们简化步骤，去掉了通气、清洗、换培养液等过程，可以节省大量人力，有效提高工作效率，降低生产成本。
[0028]在新的培养系统中，我们是将葛仙米静置在培养盘中而不需要对葛仙米进行悬浮培养，因而可以节水70%以上；控温也不是通过控制整个培养空间进行，而只需对培养液进行温控就可达到使培养物保持在适宜生长的温度条件，因而可以节约能耗50%以上。
[0029]在新的培养系统中，可以有效抑制杂藻污染，与传统方法相比可减少污染90%以上。
[0030]在培养过程中葛仙米球体破裂一直是一个难以解决的问题。这主要是由于在培养过程中需要通入大量空气使葛仙米悬浮于培养液中，而气流剧烈的冲击力及与培养容器的摩擦使葛仙米球体易受损伤，破碎严重，一般破碎率在5%-10%之间，破碎严重的在10%以上，在更换培养液时甚至会全部破裂。而使用本方法进行培养的过程中，葛仙米球体破损很少，破损低于3%。
[0031]与现有技术相比，本发明的优势在于:
1、本发明所提供的规模化培养葛仙米的生产系统，不需要对整个培养空间进行保温，只需对培养液进行温度控制就能 达到葛仙米所需培养温度要求，因而能耗小；不依赖空气泵悬浮藻体，在培养液滴落过到下层培养盘的程中由于培养液与空气充分接触溶入了大量空气足够提供葛仙米生长所需CO2及O2 ;由于培养盘设计中的出水孔的孔径小于葛仙米的直径，因而在培养液向下层流出时可以使各种小于葛仙米的其它污染物随着水流流走，从而可以起到减少杂藻污染的效果；由于采用的是浅层培养，培养密度大，所需培养液少，因而比普通培养方法可节省60%以上的培养液。葛仙米浅层培养系统生产葛仙米所需的技术和设备简单，投资小，生产成本低且可全年连续生产。
[0032]2、本发明的培养方法，因采用的是静置培养法，球体受到的冲击力小，球体不易破裂。葛仙米的光、温适应范围较宽，温度在4-35 °C，光照在600-120001x都可生长，光合作用效率高，该培养方法藻种生长速度快，在培养过程中鲜重日均增重可达6%以上。葛仙米杂藻污染率低、抗逆性好。
[0033]3、本发明的培养方法，由于仅对培养液温度进行控制，可有效降低能耗，节约能源达50%以上；培养过程中可节水70%以上；培养液成份及酸碱度接近于自然水体，可循环使用，直接排放也不会污染环境，该方法简化步骤，去掉了通气、清洗、换培养液等过程，有效提高工作效率，降低生产成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1本发明所述培养系 统结构示意图；图2本发明所述浅层培养盘放大结构示意图；
其中，I是多层培养架，2是浅层培养盘，3是光照装置，4是培养液回收盘，5是回收管道，6是回收液过滤系统，7是培养液回收池，8是培养液输送泵，9是温控设备，10是培养液输送控制器，11是培养液输送管道，12是滴液口，13是竖直支撑杆，14是水平支撑杆，15是密封塞，16是液位控制滴液管，17是藻种，18是培养液。
【具体实施方式】
[0035]下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
[0036]实施例1
念珠藻属藻类浅层培养系统，包括培养液回收池7，还包括由多个起支撑作用的竖直支撑杆13和多个用于放置浅层培养盘2的水平支撑杆14所构成的多层培养架1、多个光照装置3、回收液过滤系统6、培养液输送控制器10、培养液输送管道11、至少一个滴液口 12 ；所述光照装置3设置在多层培养架I的任意一个水平支撑杆14的下方，所述多层培养架I底部设有培养液回收盘4，所述培养液回收盘4通过回收管道5、回收液过滤系统6与培养液回收池7连通；所述培养液回收池7连通内设有培养液输送泵8和温控设备9 ;所述培养液输送泵8通过培养液输送管道11与滴液口 12连通，且所述滴液口 12位于多层培养架I顶层的上方；所述浅层培养盘2底部设有 多个孔，所述孔内均设有密封塞15，所述密封塞15中间设有一根高度可调节的液位控制滴液管16。
[0037]所述培养液输送管道11上设有培养液输送控制器10。所述浅层培养盘2底部的孔径为0.8-1.2 cm。所述液位控制滴液管16的管径为lmm_2 mm,管长4cm-8cm,且所述液位控制滴液管16的管径小于所培养藻种的直径。
[0038]所述多层培养架I的层间距为30 cm -40cm，层间距可调节。所述滴液口 12与多层培养架I顶层的距离为40cm-50cm。
[0039]实施例2
以葛仙米为例，葛仙米生态模拟培养方法，用实施例1所述培养系统进行培养，具体包
括:
培养场地和设备:以玻璃温室或塑料大棚温室为培养场地，将所述培养系统置于培养场地内，将浅层培养盘置于多层培养架上，多层培养架每层间隔为30 cm~40cm,浅层培养盘孔径设置滴液口与多层培养架顶层的距离为40cm-50cm ；
光源:葛仙米生长所需光强为1000-80001X，当自然光光强满足此条件时可以不用人工光源，当光强过高时，需通过遮阳网降低光强。常用光源为防水日光灯管或LED灯，这些灯分别布置在培养架横框下，以维持藻体能获得1000-80001x光强的照射。
[0040]温度:葛仙米的生长温度范围为10-35 °C，最佳温度在20-25°C左右。当自然温度在此温度范围内时，只需打开温室侧膜及顶膜进行通风换气即可；温度太低或太高时，需通过调节培养液温度及流速使培养物保持适宜的温度。
[0041]培养液成份和浓度为:
MgSO4.7H200.05-0.15g/L
K2HPO4.3H200.005-0.08g/L
CaCl2.2H200.004-0.06g/LEDTA-Na20.001-0.004g/ L
柠檬酸铁铵0.001-0.005 g/ L
H3BO40.002—0.008mg/L
Na2MoO4.2H200.001-0.030mg/L
ZnSO4.7H200.001-0.02mg/L
CuSO4.5H200.001-0.005mg/L
MnCl2.4H200.020-0.060mg/L。
[0042]藻种制备:葛仙米藻种分一级和二级两种。其中一级藻种制备时，先用蒸馏水配制培养液，然后分装到50-1000ml玻璃三角瓶或试剂瓶，封口后经高压121°C灭菌20分钟，冷却备用；然后挑选生长旺盛、形状好、弹性好且无污染的葛仙米球体，在实验室中在严格无菌条件下进行消毒、匀浆后接种到制备好的培养基，通入过滤空气进行通气培养；培养时温度控制在20-25 °C，光照控制在3000-50001x，并添加适量红光。当藻体培养到直径
0.5-lmm时，转接到10-20L大玻璃瓶中，进行扩大培养，培养条件同上；当藻体直径长到2mm左右时，检查生长状态好、无污染即可作为二级藻种生产种)。
[0043]接种及培养:将通过以上方法制备的优质生产种放入浅层培养盘中，接种的密度控制在0.3 g/cm2~lg/cm2,接种厚度为0.5_2cm,再将浅层培养盘分层放置到培养架上,按一定流速加入培养液，将培养液温度控制在20-25°C ;在光照过强或不足时应通过遮阳或通过人工光源补充光照使其符合培养条件。根据培养物的直径大小选用直径小于葛仙米颗粒直径的液位控制滴液管，调节培养盘上液位控制滴液管高度，使淋入培养盘的培养液液面刚好淹过培养物，多余的培养液通过液位控制滴液管流入下层培养盘，培养液滴入培养盘时自动溶入新鲜空气；滴加的培养液由上层向下层逐层漏下，最后落入最下层的培养液收集盘,再通过收集盘底部出口流入收集管,经过滤设备过滤后进入培养液收集池,再通过控温设备将培养液温度调节为20-25°C冬季温度稍高，夏季温度稍低，再通过滴灌系统重新利用。收集池中培养液成份的浓度须进行监控，损耗部分须及时补足。在培养过程中，当葛仙米生长量翻倍时分到两个培养盘中继续培养，以此类推，直到葛仙米生长到6-8_，过筛分级后直接销售或阴干后销售。
[0044]该培养方法藻种生长速度快，在培养过程中鲜重日均增重可达6%以上。
[0045]产品检测:通过肉眼观察到葛仙米球体没有破裂情况，有效抑制了杂藻污染，与传统方法相比减少污染70%以上。
【权利要求】
1.念珠藻属藻类浅层培养系统，包括培养液回收池(7)，其特征是，还包括由多个起支撑作用的竖直支撑杆(13)和多个用于放置浅层培养盘(2)的水平支撑杆(14)所构成的多层培养架(1)、多个光照装置(3)、回收液过滤系统(6)、培养液输送控制器(10)、培养液输送管道(11)、至少一个滴液口(12);所述光照装置(3)设置在多层培养架(1)的任意一个水平支撑杆(14)的下方，所述多层培养架(1)底部设有培养液回收盘(4)，所述培养液回收盘(4)通过回收管道(5)、回收液过滤系统(6)与培养液回收池(7)连通；所述培养液回收池(7)连通内设有培养液输送泵(8)和温控设备(9);所述培养液输送泵(8)通过培养液输送管道(11)与滴液口( 12 )连通，且所述滴液口( 12 )位于多层培养架(1)顶层的上方；所述浅层培养盘(2)底部设有多个孔，所述孔内均设有密封塞(15)，所述密封塞(15)中间设有一根高度可调节的液位控制滴液管(16)。
2.根据权利要求1所述念珠藻属藻类浅层培养系统，其特征是，所述培养液输送管道(11)上设有培养液输送控制器(10)。
3.根据权利要求1所述念珠藻属藻类浅层培养系统，其特征是，所述浅层培养盘(2)底部的孔径为0.8-1.2 cm。
4.根据权利要求1所述念珠藻属藻类浅层培养系统，其特征是，所述液位控制滴液管(16)的管径为lmm-2 mm,管长4cm-8cm,且所述液位控制滴液管(16)的管径小于所培养藻种的直径。
5.根据权利要求1所述念珠藻属藻类浅层培养系统，其特征是，所述多层培养架(1)的层间距为30 cm _40cm,层间距可调节。`
6.根据权利要求1所述念珠藻属藻类浅层培养系统，其特征是，所述滴液口(12)与多层培养架(1)顶层的距离为40cm-50cm。
7.念珠藻属藻类浅层培养方法，其特征是，使用权利要求1-6之一所述培养系统，具体步骤为: (O以玻璃温室或塑料大棚温室为培养场地，将权利要求1-6之一所述培养系统置于培养场地内，将浅层培养盘置于多层培养架上，多层培养架每层间隔为30 cm~40cm,设置滴液口与多层培养架顶层的距离为40cm-50cm;所述浅层培养盘底部设有多个孔，浅层培养盘孔径为0.8-1.2 cm，所述孔内均设有密封塞，所述密封塞中间设有一根高度可调节的液位控制滴液管； (2)接种用藻种为通过无菌培养获得的直径为1mm~2mm的藻种，接种时将藻种均匀平铺在浅层培养盘中，接种的密度控制在0.5 g/cm2~lg/cm2,接种厚度为I cm -2cm ； (3)根据培养物的直径大小选用直径小于葛仙米颗粒直径的液位控制滴液管，调节培养盘上液位控制滴液管高度，使淋入培养盘的培养液液面刚好淹过培养物，多余的培养液通过液位控制滴液管流入下层培养盘，培养液滴入培养盘时自动溶入新鲜空气；同时，控制光照保持在1000lx~200001x之间，控制培养液温度保持在20°C~30°C之间； 所述培养液成份和浓度为: MgSO4.7H200.05-0.15g/L K2HPO4.3H200.005-0.08g/L CaCl2.2H200.004-0.06g/L EDTA-Na20.001-0.004g/ L柠檬酸铁铵0.001-0.005 g/ L H3BO40.002—0.008mg/L Na2MoO4.2H200.001-0.030mg/L ZnSO4.7H200.001-0.02mg/L CuSO4.5H200.001-0.005mg/L MnCl2.4H200.020-0.060mg/L。
8.根据权利要求7所 述念珠藻属藻类浅层培养方法，其特征是，所述念珠藻属藻类为葛仙米或地木耳。
【文档编号】C12M1/12GK103865793SQ201410139757
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年4月9日 优先权日:2014年4月9日
【发明者】韩文军, 闫文德, 皮亦华, 肖旦望, 王菊凤 申请人:中南林业科技大学