基于毛細(xì)動(dòng)力供水供營(yíng)養(yǎng)的微藻固相附著生長(zhǎng)培養(yǎng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微藻的生產(chǎn)收獲技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于毛細(xì)動(dòng)力供水供營(yíng)養(yǎng)的微藻固相附著生長(zhǎng)培養(yǎng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]某些微藻細(xì)胞內(nèi)含高比例油脂，通過(guò)脂轉(zhuǎn)化作用可生產(chǎn)生物柴油，作為可再生能源代替煤和石油等傳統(tǒng)不可再生能源，緩解全球能源危機(jī)。同時(shí)在大規(guī)模生產(chǎn)微藻過(guò)程中，微藻吸收大氣中的C02，從而減少大氣中溫室氣體含量。一些微藻細(xì)胞，因其體內(nèi)含有較高的蛋白質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，所以具有較高的食用價(jià)值，如螺旋藻等。另外，一些微藻細(xì)胞，例如雨生紅球藻在穩(wěn)定期能合成蝦青素，具有藥用價(jià)值。實(shí)現(xiàn)微藻的大規(guī)模工業(yè)化培養(yǎng)具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)價(jià)值。
[0003]大部分微藻細(xì)胞體積小，尺寸約為3-10 μπι。在微藻培養(yǎng)中，微藻收集濃縮過(guò)程是制約其大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題之一?，F(xiàn)有的微藻收獲方法有過(guò)濾、氣浮、離心和沉降等，然而這些方法均存在一定的問(wèn)題。過(guò)濾容易造成濾網(wǎng)堵塞，且收集效率較低，增大壓強(qiáng)則會(huì)升高微藻收獲成本和能耗，同時(shí)增加對(duì)濾網(wǎng)的機(jī)械強(qiáng)度要求；離心分離法可有效分離微藻，但該方法所需能耗很大，成本高，從而影響該方法的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，高速離心方法還可能破壞細(xì)胞壁甚至導(dǎo)致細(xì)胞破碎；氣浮法是一種較有潛力的微藻富集法，但該法需有合理的氣浮分離設(shè)備及分離工藝，分離效果受設(shè)備結(jié)構(gòu)及工藝條件等諸多因素影響；沉降是通過(guò)調(diào)節(jié)pH或向培養(yǎng)液添加無(wú)機(jī)或有機(jī)化合物，使微藻發(fā)生絮凝沉降，但混凝劑的引入會(huì)影響微藻品質(zhì)，導(dǎo)致微藻后續(xù)應(yīng)用加工受影響。
[0004]除收獲困難外，微藻培養(yǎng)中對(duì)水資源的大量消耗，也是制約其大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題之一。根據(jù)現(xiàn)有生命周期評(píng)價(jià)，在利用微藻生產(chǎn)生物柴油過(guò)程中，平均每生產(chǎn)lkg的生物柴油需要消耗3726kg淡水，雖然通過(guò)對(duì)工藝過(guò)程中水分的回收，收獲環(huán)節(jié)所需水量可得到大部分節(jié)約，但培養(yǎng)階段的淡水需求在傳統(tǒng)液相培養(yǎng)中則為剛性需求，無(wú)法節(jié)省。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于毛細(xì)動(dòng)力供水供營(yíng)養(yǎng)的微藻固相附著生長(zhǎng)培養(yǎng)方法，實(shí)現(xiàn)微藻的連續(xù)、便捷、經(jīng)濟(jì)和大規(guī)模的培養(yǎng)和收獲。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0007]—種基于毛細(xì)動(dòng)力供水供營(yíng)養(yǎng)的微藻固相附著生長(zhǎng)培養(yǎng)方法，所述培養(yǎng)方法將藻液接種于固相載體上，并將固相載體置于支撐系統(tǒng)上，而后利用固相載體的毛細(xì)性能自動(dòng)吸取BG11液體培養(yǎng)基并存儲(chǔ)在固相載體中，對(duì)固相載體上的微藻供水供營(yíng)養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)微藻的生長(zhǎng);
[0008]所述的微藻為柵藻、球藻或羊角月牙藻；
[0009]所述BG11液體培養(yǎng)基的組成成分為:1500mg.L 1NaN03,40mg.L %冊(cè)04.3H20，75mg.L 1MgS04.7H20，36mg.L 'CaCl^ 2H20，6mg.L 1 檸檬酸，20mg.Llmg.L ^a^DTA, 2.86mg.L hBOp 1.8 lmg.L ^nC^.4H20，0.22mg.L ^nSO^ 7H20，0.079mg.L ^uSO^ 5H20，0.39mg.L iNaWoOp 2H20，0.049mg.L to (N03) 2.6H20。
[0010]所述微藻的接種量為0.2-0.3克/平方米。
[0011]所述微藻的生長(zhǎng)條件為:光照強(qiáng)度為1000-15001UX，光暗比為14h:10h，濕度為25-35%，溫度為 23-27 °C。
[0012]所述BG11液體培養(yǎng)基的運(yùn)輸動(dòng)力為固相載體的毛細(xì)動(dòng)力，通過(guò)毛細(xì)動(dòng)力供給的BG11液體培養(yǎng)基等于固相載體上BG11液體培養(yǎng)基的蒸發(fā)消耗量。
[0013]所述固相載體的形狀為毯狀或束狀。
[0014]所述固相載體的材質(zhì)為纖維或棉花，具有高比表面積的疏松結(jié)構(gòu)以及較強(qiáng)的毛細(xì)現(xiàn)象和儲(chǔ)水能力。
[0015]所述固相載體的放置方式為水平平放、垂直豎放或平行斜放，且固相載體上接種微藻細(xì)胞的最低位置均要高于BG11液體培養(yǎng)基的最高液面，防止BG11液體培養(yǎng)基的倒流或者微藻細(xì)胞溶于BG11液體培養(yǎng)基中。
[0016]所述固相載體的支撐系統(tǒng)為透明支撐系統(tǒng)，保證固相載體的雙面受光，解除光抑制。
[0017]所述微藻的生長(zhǎng)方式包括兩種，分別為直接附著在固相載體上以藻膜形式生長(zhǎng)的方式和分布于固相載體孔隙的儲(chǔ)存水分中分散生長(zhǎng)的方式。
[0018]所述的固相載體能夠回收利用，利用固相載體上未去除的微藻作為種子，實(shí)現(xiàn)微藻的連續(xù)培養(yǎng)與收獲。
[0019]所述的培養(yǎng)方法能夠用于生產(chǎn)微藻或微藻的代謝產(chǎn)物。
[0020]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為:
[0021]1)節(jié)省能源。傳統(tǒng)液相藻生物質(zhì)的收獲過(guò)程往往采用離心、沉淀等方式進(jìn)行，對(duì)電力消耗大或水力停留時(shí)間較長(zhǎng)。采用該方法培養(yǎng)微藻細(xì)胞，可省去藻細(xì)胞的富集濃縮過(guò)程，載體經(jīng)過(guò)干燥后即可進(jìn)入萃取環(huán)節(jié)，節(jié)省大量的資源與能源。
[0022]2)節(jié)省水資源及氮磷營(yíng)養(yǎng)源。該培養(yǎng)方法中微藻細(xì)胞大部分以藻膜的方式完成生長(zhǎng)，節(jié)省了液體培養(yǎng)時(shí)用于分散藻細(xì)胞的自由水；且培養(yǎng)過(guò)程幾乎不產(chǎn)生廢棄培養(yǎng)液，避免了氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的浪費(fèi)。
[0023]3)節(jié)省空間。傳統(tǒng)液相培養(yǎng)微藻方法中，受光照的限制，光生物反應(yīng)器往往深度淺而底面積大，占用較多空間資源。采用該方法進(jìn)行微藻細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)，可在空間結(jié)構(gòu)上將固相載體疊垛堆積節(jié)省空間。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為固相載體的加工過(guò)程示意圖。
[0025]圖2為一種基于毛細(xì)動(dòng)力供水供營(yíng)養(yǎng)的微藻固相附著生長(zhǎng)培養(yǎng)方法工藝流程圖。
[0026]圖3為兩種毛細(xì)動(dòng)力光生物反應(yīng)器示意圖。
[0027]圖4為采用本發(fā)明培養(yǎng)方法的微藻總量隨時(shí)間的變化曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0029]固相載體的制備:通過(guò)對(duì)多種材料的性能比較，選擇由型號(hào)為滌綸300D加工成束的超細(xì)纖維(如圖1所示)，在實(shí)驗(yàn)室有機(jī)玻璃藻盒中平鋪放置。以5cm的滌綸300D超細(xì)纖維作為毛細(xì)引流管，一頭接入BG11液體培養(yǎng)基中，另一頭與固相載體接觸。若大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用，則需將大面積固相載體分割成若干片面積適當(dāng)?shù)墓滔噍d體，每片固相載體需單獨(dú)采用毛細(xì)引流管引入BG11液體培養(yǎng)基中。
[0030]培養(yǎng)階段:將接種上微藻的固相載體在光照條件下培養(yǎng)至可收獲階段。收獲時(shí)間視培養(yǎng)目的而定。如提取藻細(xì)胞內(nèi)油脂，則在穩(wěn)定期中期收獲。
[0031]收獲階段:將附著大量藻細(xì)胞的載體通過(guò)機(jī)械分離工藝分出微藻生物質(zhì)及空白載體，未被去除的部分微藻細(xì)胞重新作為藻種，通過(guò)毛細(xì)引流管引入培養(yǎng)基繼續(xù)培養(yǎng)。通過(guò)以上方式，合理調(diào)控收獲頻率和收獲比例，實(shí)現(xiàn)連續(xù)、便捷、經(jīng)濟(jì)的微藻大規(guī)模培養(yǎng)。該培養(yǎng)方法的工藝流程圖如圖2所示。
[0032]實(shí)施例1:小規(guī)模間歇微藻培養(yǎng)方法
[0033]在3cmX5cm的超細(xì)纖維載體上均勾接種柵藻Scenedesmus.LX1 0.267g/m2。在每個(gè)玻璃培養(yǎng)皿中倒入配制好的BG11液體培養(yǎng)基30ml，使用5cm的超細(xì)纖維束連通固相載體與BG11液體培養(yǎng)基，10-20分鐘后，BG11液體培養(yǎng)基即可通過(guò)毛細(xì)作用浸潤(rùn)整個(gè)藻毯。將藻毯及培養(yǎng)基置于溫度為25 ±2°C，濕度為30%，光照強(qiáng)度為llOOlux，光暗比為14:10的人工氣候培養(yǎng)箱中。培養(yǎng)期間，通過(guò)間歇添加培養(yǎng)基的方法，保證玻璃皿中始終有剩余培養(yǎng)基。培養(yǎng)結(jié)束，每張?jiān)逄河盟?15mL-235mL之間。此外，為保證藻毯受光照均勻，每天將藻毯正反面對(duì)調(diào)一次。培養(yǎng)18天后，液相藻密度可達(dá)67.6g/m2，折合液相生產(chǎn)量為0.54g/L左右，如圖4所示。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于毛細(xì)動(dòng)力供水供營(yíng)養(yǎng)的微藻固相附著生長(zhǎng)培養(yǎng)方法，其特征在于，所述培養(yǎng)方法將藻液接種于固相載體上，并將固相載體置于支撐系統(tǒng)上，而后利用固相載體的毛細(xì)性能自動(dòng)吸取BG11液體培養(yǎng)基并存儲(chǔ)在固相載體中，對(duì)固相載體上的微藻供水供營(yíng)養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)微藻的生長(zhǎng)； 所述的微藻為柵藻、球藻或羊角月牙藻； 所述BG11液體培養(yǎng)基的組成成分為:1500mg.L WaNO^ 40mg.L %ΗΡ04.3H20，75mg.L 1MgS04.7H20，36mg.L.2H20，6mg.L 1檸檬酸，20mg.Llmg.L ^a^DTA, 2.86mg.L 如03，1.81mg.L.4H20，0.22mg.L 1ZnS04.7H20，0.079mg.L.5H20，0.39mg.L ^&21004.2Η20，0.049mg.L (N03) 2.6H20。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于毛細(xì)動(dòng)力供水供營(yíng)養(yǎng)的微藻固相附著生長(zhǎng)培養(yǎng)方法，其特征在于，所述微藻的接種量為0.2-0.3克/平方米。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于毛細(xì)動(dòng)力供水供營(yíng)養(yǎng)的微藻固相附著生長(zhǎng)培養(yǎng)方法，其特征在于，所述微藻的生長(zhǎng)條件為:光照強(qiáng)度為1000-15001UX，光暗比為14h:10h，濕度為25-35 %，溫度為23-27 °C。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于毛細(xì)動(dòng)力供水供營(yíng)養(yǎng)的微藻固相附著生長(zhǎng)培養(yǎng)方法，其特征在于，所述BG11液體培養(yǎng)基的運(yùn)輸動(dòng)力為固相載體的毛細(xì)動(dòng)力。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于毛細(xì)動(dòng)力供水供營(yíng)養(yǎng)的微藻固相附著生長(zhǎng)培養(yǎng)方法，其特征在于，所述固相載體的形狀為毯狀或束狀。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于毛細(xì)動(dòng)力供水供營(yíng)養(yǎng)的微藻固相附著生長(zhǎng)培養(yǎng)方法，其特征在于，所述固相載體的材質(zhì)為纖維或棉花。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于毛細(xì)動(dòng)力供水供營(yíng)養(yǎng)的微藻固相附著生長(zhǎng)培養(yǎng)方法，其特征在于，所述固相載體的放置方式為水平平放、垂直豎放或平行斜放，且固相載體上接種微藻的最低位置均要高于BG11液體培養(yǎng)基的最高液面。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于毛細(xì)動(dòng)力供水供營(yíng)養(yǎng)的微藻固相附著生長(zhǎng)培養(yǎng)方法，其特征在于，所述固相載體的支撐系統(tǒng)為透明支撐系統(tǒng)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于毛細(xì)動(dòng)力供水供營(yíng)養(yǎng)的微藻固相附著生長(zhǎng)培養(yǎng)方法，其特征在于，所述微藻的生長(zhǎng)方式包括兩種，分別為直接附著在固相載體上以藻膜形式生長(zhǎng)的方式和分布于固相載體孔隙的儲(chǔ)存水分中分散生長(zhǎng)的方式。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于毛細(xì)動(dòng)力供水供營(yíng)養(yǎng)的微藻固相附著生長(zhǎng)培養(yǎng)方法，其特征在于，所述的固相載體能夠回收利用，利用固相載體上未去除的微藻作為種子，實(shí)現(xiàn)微藻的連續(xù)培養(yǎng)與收獲。11.權(quán)利要求1-10任一項(xiàng)所述的一種基于毛細(xì)動(dòng)力供水供營(yíng)養(yǎng)的微藻固相附著生長(zhǎng)培養(yǎng)方法，其特征在于，所述的培養(yǎng)方法能夠用于生產(chǎn)微藻或微藻的代謝產(chǎn)物。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了屬于微藻的生產(chǎn)收獲技術(shù)領(lǐng)域的一種基于毛細(xì)動(dòng)力供水供營(yíng)養(yǎng)的微藻固相附著生長(zhǎng)培養(yǎng)方法。所述培養(yǎng)方法將藻液接種于固相載體上，并將固相載體置于透明的支撐系統(tǒng)上，而后利用固相載體的毛細(xì)性能自動(dòng)吸取BG11液體培養(yǎng)基并存儲(chǔ)在固相載體中，對(duì)固相載體上的微藻供水供營(yíng)養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)微藻的生長(zhǎng)；所述微藻為柵藻、球藻或羊角月牙藻。利用本發(fā)明進(jìn)行微藻的培養(yǎng)，可以簡(jiǎn)化培養(yǎng)和收獲工藝，節(jié)省能源，可應(yīng)用于能源微藻，食用菌，微藻生物制品等產(chǎn)品的工業(yè)生產(chǎn)中。
【IPC分類】C12N1/12, C12R1/89
【公開(kāi)號(hào)】CN105420113
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510792309
【發(fā)明人】胡洪營(yíng), 許雪喬, 莊林嵐, 巫寅虎, 童心
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年11月17日