一种微藻封闭式兼养培养法及其培养系统的制作方法
【专利摘要】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系统，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。
【专利说明】一种微藻封闭式兼养培养法及其培养系统
【技术领域】
[0001]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系统。【背景技术】
[0002]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。
[0003]微藻规模化自养养殖主要米用两种方式:开放式微藻养殖系统和封闭式微藻养殖系统。开放式养殖系统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。但是开放式养殖系统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。封闭式微藻养殖系统是指利用培养基在密闭的容器内进行微藻养殖。封闭式微藻养殖系统可分为发酵罐、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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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】
[0007]本发明的目的是提供一种微藻封闭式兼养培养法，米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。[0008]本发明的另一个目的是提供一种微藻封闭式兼养培养系统，该系统占地面积少、结构简单、成本低。
[0009]为了实现以上技术效果，本发明是通过如下步骤实现:
[0010]—种微藻封闭式兼养培养系统,其特征在于:该培养系统为补料器、光反应器、收获分离器及回流泵通过管路依次连接；
[0011]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；
[0012]所述光反应器的出口与收获分离器的进口相连接；
[0013]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。
[0014]上述微藻 封闭式兼养培养法，其步骤包括:
[0015]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40-100 μ mo I IrT2iT1,培养温度为25_37°C，藻液在光反应器中的流速为
0.2-0.6m/so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。
[0016]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。所述收获分尚器中分尚出来的微藻浓度为3_4g/L,总油脂含量为35% -50%。
[0017]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，而且整个兼样培养系统的流速为0.3m/s。
[0018]经补料器⑴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，l-3g/L KNO3,600-650mg/L NaH2PO4.H20,85-95mg/LNa2HPO4.2H20, 240-250mg/L MgSO4.7H20, 9-10mg/L EDTA, 0.05-0.07mg/LH3B03, 14_15mg/L CaCl2.2H20, 6-8mg/L FeSO4.7H20, 0.2-0.3mg/L ZnSO4.7H20, 0.01-0.02mg/L(NM)6Mo7O24.4H20, 0.1-0.2mg/L MnSO4.H2O, 0.002-0.003mg/LCuS04.5H20。 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 KNO3,62lmg/L NaH2PO4.H2O, 89mg/LNa2HP04.2H20, 246.5mg/LMgS04.7H20, 9.3mg/L EDTA, 0.061mg/LH3BO3, 14.7mg/L CaCl2.2H20, 6.95mg/LFeS04.7H20, 0.287mg/L ZnSO4.7H20, 0.01235mg/L(MM)6Mo7O24.4H20, 0.169mg/LMnS04.H2O, 0.00249mg/L CuSO4.5H20。
[0019]所述微藻为小球藻。
[0020]本发明的有益效果是:
[0021 ] 1、本发明是米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系统中进行封闭式兼养培养，并将培养系统中的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。[0022]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。
[0023]3、本发明米用的微藻封闭式兼养培养系统的占地面积少、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。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本发明的微藻封闭式兼养培养系统的结构示意图。
[0025]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。
[0026]其中，图1中的I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】
[0027]下面结合实施例，对本发明作进一步说明:
[0028]实施例1
[0029](I)、微藻封闭式兼养培养系统的组建:
[0030]将补料器(I)、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系统。其中，光反应器(I)为管道式光反应器；收获分离器(3)为离心式分尚器。
[0031]所述补料器(I)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。
[0032](2)、小球藻封闭式兼养培养方法
[0033](A)、培养基的配置:配置好培养基并进行高温灭菌处理。
[0034](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(I)内，补料器(I)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 KN03,621mg/L NaH2PO4.H2O, 89mg/LNa2HPO4.2H20, 246.5mg/L MgSO4.7H20, 9.3mg/LEDTA, 0.061mg/L H3BO3, 14.7mg/L CaCl2.2H20, 6.95mg/L FeSO4.7H20, 0.287mg/L ZnSO4.7H20, 0.01235mg/L(MM)6Mo7O24.4H20, 0.169mg/LMnS04.H2O, 0.00249mg/L CuSO4.5H20。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 40-100 μ mo I JiT2S'培养温度为 25_37°C，流速为 0.3m/s。
[0035] (C)光反应器(2)中的藻液流至收获分离器⑶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(I)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(I)中后再培养，不断地重复循环，实现小球藻的连续化生产。
[0036]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。
【权利要求】
1.一种微藻封闭式兼养培养系统，其特征在于:该培养系统为补料器(I)、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(I)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(I)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⑷连接，回流泵⑷的出口和补料器⑴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系统，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(I)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40-100 μ mo m-2s-11，培养温度为25_37°C，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(I)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(I)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，l-3g/LKN03，600-650mg/L NaH2PO4.H2O, 85_95mg/LNa2HP04.2H20, 240_250mg/L MgSO4.7H20, 9-lOmg/L EDTA, 0.05-0.07mg/L H3BO3, 14_15mg/L CaCl2.2H20, 6_8mg/LFeS04.7H20, 0.2-0.3mg/LZnSO4.7H20, 0.01-0.02mg/L (NH4) 6Mo7024.4H20, 0.1-0.2mg/L MnSO4.H2O, 0.002-0.003mg/L CuSO4.5H20。
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，从收获分尚器中分尚出来的微藻浓度为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。
【文档编号】C12N1/12GK103981083SQ201410254108
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年6月9日 优先权日:2014年6月9日
【发明者】刘晃, 吴凡 申请人:中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所