一种利用梯度变光促进微藻生长及产油的方法

本发明属于生物质能源的开发领域，涉及利用梯度变光促进微藻生长及产油的方法。

背景技术：

1、随着经济发展，能源需求逐年增加，以化石能源为代表的不可再生能源产生大量碳排放，加剧全球温室效应，因此发展可再生能源势在必行。微藻作为第三代生物能源，具有光合效率高，占地面积小，培养周期短，油脂含量高的优点，有很好的发展潜力。微藻通过光合作用吸收光能和二氧化碳来积累生物量，微藻生物柴油是一种碳中和能源，是生物固碳和缓解温室效应的有效措施。微藻富含蛋白质和脂质，适用于食品或食品添加剂、水产饲料和生物燃料，还含有独特的生物活性物质(如虾青素)，可用于医药或化妆品领域，具有很高的经济价值。

2、因此微藻是一种极具开发前景的可再生生物质资源，本发明可用于微藻积累生物质和油脂的开发研究。在微藻培养过程中，光照条件尤其光强对微藻的生长和光合作用起着关键作用。微藻在饱和光强下获得最大生长速度，当培养光强小于饱和光强时微藻处于光限制状态，而当培养光强大于饱和光强时微藻处于光抑制状态。所以在培养微藻时，需要找到最适光强，通常这是在生长周期结束时产生最大生物量生产力的光照强度。但同时，随着微藻培养过程的进行，微藻细胞数目增加，微藻种群的需光量和培养液中的光衰减都会随之变化，微藻所需的光强逐渐增加。而固定光强进行微藻培养会造成培养初期的光抑制和培养后期的光限制，所以采用梯度变光进行微藻的培养可以取得更好的培养效果，同时可以节约用于光照的能耗。

技术实现思路

1、本发明的目的是根据微藻生长过程提供满足其需求的适宜光照，提出一种更高效、操作简单、低能耗、易于实现的供应光的方案。利用梯度变光使得微藻处于最佳生长状态，从而取得更高的微藻生物质浓度，提高油脂产率，具有重要的现实意义和应用价值。

2、为实现上述目的，本发明采用如下具体技术方案。

3、一种利用梯度变光培养微藻的方法，在培养周期内随着微藻生长逐渐增加光强的光照策略，可以提高微藻生物质产量和油脂产量。

4、进一步地，除光强外，所述微藻的培养条件为：以bg11为培养基，在温度20-25℃，曝气量500-600ml/min条件下培养微藻23天。提供适宜的培养条件，保证微藻快速生长。

5、进一步地，所述bg11培养基成分(g/l)为：nano3，1.5；k2hpo4，0.04；mgso4·7h2o，0.075；cacl2·2h2o，0.036；柠檬酸，0.006；柠檬酸铁铵，0.006；edta·2na，0.001；na2co3，0.02；以及1ml/l的a5。

6、进一步地，所述a5成分(g/l)为：h3bo3，2.86；mncl2·4h2o，1.86；znso4·7h2o，0.22；na2moo4·2h2o，0.39；cuso4·5h2o，0.08；co(no3)2·6h2o，0.05。

7、进一步地，选择藻种为小球藻，从自然水体中分离获得。本发明优选的微藻种类为小球藻，但所适用微藻种类并无特殊限定。

8、进一步地，所述微藻的生长进入对数生长期末期后，微藻的生物质浓度为1.05～2.02g/l，油脂含量为14.9％～24.5％。判断微藻的生长状况和油脂含量，为后续处理条件的选择提供依据。

9、进一步地，所用梯度变光条件为，第一天的光照强度为3000lux，之后每天增加400lux直至9000lux后保持不变。微藻培养初期，藻液细胞密度较低，光照需求量及光衰减较少，低光照(3000lux)能够满足微藻生长要求；随着微藻生长，藻细胞对光照需求量逐渐增加；到培养对数期末，微藻的光照需求量接近最大值，提供的较高光照强度(9000lux)能够克服光衰减产生的影响，保证微藻的生长能力。

10、进一步地，所述微藻培养后，于4-6℃、3500-4000r/min下离心5-10min。低温离心保证微藻的生物质成分不被破坏，并通过离心转速的控制，使富含油脂的微藻快速沉积。

11、在本发明的一些实施方式中，所述微藻可以在一定的培养装置和合适的外部环境控制下，进行快速的生长繁殖。所用术语“一定的培养装置”可以是密闭式光生物反应器(例如玻璃气泡柱反应器)、开放式跑道培养池或生物膜培养装置(如半干固态贴壁培养装置)，其中上述装置可按照次序串联使用或单独使用。所用术语“合适外部环境”是指适宜微藻生长的温度、光照、营养盐和二氧化碳等因素的综合。

12、本发明所提供的梯度变光培养微藻的方法，可实现同时提高微藻的生物量和油脂产率的效果，可用于生产生物柴油或其他微藻副产品。

13、与现有技术相比，本发明的优点是：

14、1.本发明操作简单、效率高、易于实现还可节约能源。

15、2.本发明能够增加微藻生物质产量，有助于提高微藻培养效率。

16、3.本发明能够提高微藻脂质产量。

17、4.本发明能使微藻培养更高效节能，所述方法可用于大规模培养微藻，有利于微藻产业的发展。

技术特征：

1.一种利用梯度变光培养微藻的方法，在随着培养时间逐渐增加光照的环境下培养微藻，可以提高微藻的生物质产量和油脂产量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，除光照条件外，所述微藻的培养条件为：以bg11为培养基，在温度20-25℃，曝气量500-600ml/min条件下培养微藻23天。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微藻为小球藻，分离自环境水体，但不限于小球藻。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微藻的生长进入对数生长期末期后，微藻的生物质浓度为1.05～2.02g/l，油脂含量为14.9％～24.5％。

5.如果权利要求1所述的方法，所用梯度变光条件为第一天的光照强度为3000lux，之后每天增加400lux直至9000lux后保持不变。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于将小球藻从低浓度培养至高浓度，不限于培养23天。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于梯度变光条件，不限于3000至9000lux的变化，包含由低光照逐渐增强至高光照的情况。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于梯度变光，不限于以400lux为光强变化梯度和以天为变化间隔。

9.如权利要求5所述的方法，其特征在于选用满足微藻生长需求的光照强度，不限于3000lux至9000lux的变光范围。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高油脂含量微藻的生物质浓度为2.0g/l，油脂含量为0.4g/l。

技术总结
本发明属于微藻生物能源研究领域，涉及利用梯度变光促进微藻生长及产油的方法。利用光生物反应器在梯度变光的条件下培养微藻直至微藻的生长进入对数生长期末期，将培养后的微藻进行离心，即得微藻藻粉。本发明操作简单、效率高、易于实现还可节约能源；能够增加微藻的生物质生产，有助于提高微藻培养效率；能够获得比恒定高光培养高的微藻脂质含量；能使微藻培养更加高效节能，所述方法可用于大规模培养微藻，有利于微藻产业的发展。

技术研发人员：韩飞,石向星,焦永刚,赵青云,叶斌华,钟凯强
受保护的技术使用者：石家庄铁道大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15