一种用漂浮式光生物反应器培养光合细菌的培养基及制备方法与流程

本发明属于光合细菌培养基及制备方法，特别涉及一种用漂浮式光生物反应器培养光合细菌的培养基及制备方法。

背景技术：

1、光合细菌(photosynthetic bacteria,简称psb)是地球上出现最早、没有形成芽孢能力的、具有原始光能合成体系且在厌氧条件下进行光合作用而不放氧的原核生物的总称，归属于水圈微生物，广泛存在于自然界的各种水体中，尤其分布于水生环境中光线能透射到的缺氧区。光合细菌适应性强，能忍耐高浓度的有机废水，能够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，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，且其菌体无毒、富含营养物质，蛋白质含量高达60％～65％、含有多种b族维生素、泛酸、辅酶q等生理活性物质。由于其具有以上特点，被广泛应用于净化环境、污水处理、水产养殖、生态保护等方面。

2、水产养殖企业培养光合细菌用到的反应器最主要的就是白色塑料圆桶，这种装置虽然简单，但是透光性差，易贴壁，散热差，并且需要很高的接种密度，否则易染杂菌，培养效率低；产业大规模生产主要使用的是管道反应器，使用内径很小的透明管，需要输送动力系统以及人工光源灯能耗大，反应器制造及运营成本非常高，占地面积也十分广阔，导致生产成本居高不下；另外，发酵罐式反应器虽然内径比较大，并解决了条件控制及混合的问题，但光衰减非常严重，放大十分困难。因此，光合细菌的生产必须满足封闭式、可降温、可混合、光衰减少、成本低、易放大等条件才能被大规模应用，并且还要有很高的培养效率。但是目前的培养装置无法兼顾上述条件而实现规模化生产，而且普遍具有较高能耗和碳排放。

3、目前，一些发明对光合细菌培养基进行优化，条件控制稳定：例如名为“一种光合细菌培养基及其制备方法”，专利号为：cn201510691293.7，接种后使用透氧封口膜将锥形瓶封口，置于60w白炽灯光下摇床振荡培养，光照强度控制在3000lux，温度控制在26～30℃，最高660nm下的吸光值(od660)达到2.2；名为“一种海水光合细菌的发酵培养基”，专利号为：cn201410761186.2，接种比例为20％，28℃培养，六天后，最高660nm下的吸光值（od660）为 1.635，虽然在可控环境中略微提高了光合细菌的培养效果，但规模过小，条件控制要求高；也有一些培养规模较大的：例如名为“培养基及其在海洋来源的光合细菌培养中的应用”，专利号为：cn202011485122.6，接种35％已活化的光合细菌菌种，培养体积为100l，室内开启节能灯、不间断流动的条件下进行培养，培养四天后生长减缓，660nm下的吸光值(od660)最大仅达到1.878±0.031，室内耗能稳定条件下效率也不理想；利用自然光的户外培养较室内更差：名为“一种简单易制的光合细菌培养基及其制备方法”，专利号为：cn201910902322.8，接种25％已活化的光合细菌菌种，于120l白色塑料圆桶中培养体积为100l，室外自然光进行培养。培养四天后660nm下的吸光值(od660)从0.412±0.05仅生长至1.694±0.05。

4、为提高效率，现有技术一般采用有机碳源进行培养，而利用无机碳源培养效率很低。节能减排是工程化生产的关键环节，尤其是为实现“碳中和”目标各行业都应做出自己的贡献。这一目标落实在光合细菌的培养上，应该采用固定二氧化碳的培养过程，而避免采用利用有机碳源、释放二氧化碳的培养过程。水产养殖常用益生菌中紫色非硫光合细菌有多种生长模式，其中就有一种利用h2s或s2o32-作为电子供体还原co2的生长方式，并且红假单胞菌能够利用hco3-进行光合自养过程中氧化s2o32-，基于此原理本发明提供了利用碳酸氢钠作为无机碳源高效培养光合细菌的方法。

5、漂浮式光生物反应器已在名为“漂浮式微藻培养系统及微藻培养方法”的中国专利cn 107475069 a中的图4中所公开。其在微藻培养方面优势十分显著，已经成功培养了金藻、杜氏盐藻、螺旋藻等藻种，高效性、经济性、便捷性显而易见。综上所述的各种方法，虽然各有不同的特点，但都存在成本高、生产效率低的不足。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种利用漂浮式光生物反应器，采用碳酸氢钠无机碳作为光合细菌的唯一碳源的培养光合细菌的培养基及制备方法。

2、本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种用漂浮式光生物反应器培养光合细菌的培养基及制备方法，采用碳酸氢钠无机碳作为光合细菌碳源的培养基，其配方按浓度计：包括酵母膏1.5～4.0g/l，氯化钠1.0g/l，磷酸氢二钾0.5g/l，硫酸镁0.3g/l，自来水；其特征在于：碳酸氢钠2.0～4.0g/l，硫代硫酸钠2.0～4.0g/l，氯化铵1.0g/l、氯化钙0.05g/l。

3、本发明的制备方法为：利用碳酸氢钠无机碳作为光合细菌的唯一碳源，实现碳供给和对ph的缓冲；提供硫代硫酸钠和酵母膏，对于光合细菌生长利用碳酸钠具有协同作用；利用漂浮式光生物反应器作为培养容器，对光合细菌的培养确定了接种密度和培养深度这两个参数；具体制备方法采取以下步骤：

4、a：将自来水放置于漂浮式生物反应器中，加入15mg/l二氧化氯泡腾片对自来水进行消毒，静置6h以上；然后加入碳酸氢钠2.0～4.0g/l、硫代硫酸钠2.0～4.0g/l、酵母膏1.5～4.0g/l、氯化钠1.0g/l、磷酸氢二钾0.5g/l、硫酸镁0.3g/l、氯化铵1.0g/l、氯化钙0.05g/l；

5、b：所述无机碳源培养基中碳酸氢钠为2.0～4.0g/l，进一步优选为3.0～4.0g/l，最优选为3.76g/l；硫代硫酸钠2.0～4.0g/l，进一步优选为3.0～4.0g/l，最优选为3.50g/l；酵母膏1.5～4.0g/l，进一步优选为3.0～4.0g/l，最优选为3.46g/l；

6、c：所述光合细菌按5.0%～15.0%的接种比例接种到碳酸氢盐培养基中，接种比例进一步优选为：7.5%～12.5%，最优选为：12.5%；

7、d：所述光合细菌在漂浮式反应器中的培养深度为5.0～15.0cm，培养深度进一步优选为7.0～13.0cm，最优选为：10.0cm；

8、e：所述水面优选为海面、湖面或江面；

9、f：所述的光合细菌为红螺菌属 rhodospirillum、红假单胞菌属 rhodopseudomonas或红微菌属 rhodomicrobium；

10、g:把上述培养基置于漂浮式光生物反应器中，再将光合细菌接种到培养基中，在温度为15～35℃环境下培养，时间为120h以上。

11、本发明的有益效果是：

12、碳酸氢钠是一种无机碳源，成本低廉，且利用碳酸氢盐能够有效的将空气中的二氧化碳固定到溶液中，为光合细菌不断地提供充足碳源，减少了有机碳源的使用，从而有效降低了光合细菌的养殖成本，同时减少了因有机碳源的降解而排放的二氧化碳，符合“碳中和”的大趋势，加之没有操作及培养能耗，这是一种各方位都能做到绿色减碳的养殖模式。

13、该发明采用的漂浮式光生物反应器是一种能够在海上漂浮并承载培养基的设备，具有进料口、出料口、透光天顶、固定装置，它能够与海水有效交换热量从而保证内部温度不会过高，并且能够随波浪摇动从而保证光合细菌不会过度贴壁，实现高效的传质与接触光效率，保证光合细菌有效生长。

14、本发明所提供的养殖光合细菌的技术，利用漂浮式光生物反应器大大提高了光的透过性，隔绝杂菌并维持合适温度，有效的解决了光合细菌培养过程中的成本高、耗能大、染杂菌、效率低的缺点。通过漂浮式反应器为大规模培养节省了大量的供热、散热成本，提高了光的传递效率，防止了杂菌的污染，为光合细菌提供了稳定的培养系统。漂浮式光生物反应器原料成本低，更适合规模化生产，加之简单便捷的操作方式，实现了光合细菌的大规模培养，有效的降低了光合细菌的培养成本，提高了光合细菌的培养品质。

15、相比于传统光合细菌培养方式，本发明所采用的新型生产工艺能够提高生产效率2-3倍，菌液上下分布均匀，不沾壁，颜色较深且鲜艳，纯正单一无杂质，活性优良。