本发明专利技术涉及一种低功耗、低细胞损伤培养微藻的装置及方法，属于微藻生物技术领域。本发明专利技术提供的培养装置由培养架、密闭式光生物反应器、光源、二氧化碳自动补充装置以及附属设备、管路、流量计、阀门等组成。采用静置培养的方式，通过微藻兼养和自养的特性进行扩培，并利用藻细胞兼养消耗具有弱酸强碱盐特性的碳源，增强藻液碱性，提高二氧化碳的溶解度并实现pH的自动控制。本发明专利技术操作简单、能耗低、无剪切力损伤，可以有效提升藻细胞的品质和碳源的利用率，提高产量、降低生产成本。
【技术实现步骤摘要】
一种低功耗、低细胞损伤培养微藻的装置及方法
本专利技术涉及微藻生物
，特别提供了一种低功耗、低细胞损伤培养微藻的装置及方法。
技术介绍
雨生红球藻在分类学上属于绿藻门，绿藻纲，团藻目，红球藻科，红球藻属。在某些特定环境下雨生红球藻能形成厚壁孢子同时积累大量的虾青素，虾青素是一种重要的类胡萝卜素，不仅具有抗氧化性，而且生物学功能显著，具有广泛的应用价值，不仅可以用作水产养殖的饲料添加剂和人类食品添加剂，在药品、化妆品和营养保健品等领域也具有很大的应用潜力。雨生红球藻的规模化养殖一般分为两个阶段，绿色扩陪和红色诱导。绿色扩培阶段通常在光强较弱、温度适宜、营养盐丰富的环境中进行，此时雨生红球藻以绿色的营养细胞形态存在，在这个过程中藻细胞分裂繁殖，产生大量带鞭毛的游动细胞，生长旺盛，细胞数量增加明显。红色诱导通常利用胁迫条件（高光照、高温、高盐或营养盐饥饿等）使游动细胞退去鞭毛，转入不动细胞阶段并积累大量的虾青素。绿色扩培是雨生红球藻规模化养殖的关键步骤，绿色细胞的活性、纯度、状态直接影响红色诱导阶段虾青素积累的效率。然而在营养生殖阶段由于带鞭毛的游动细胞比较脆弱，对环境条件尤其是剪切力敏感，如果控制不好容易导致细胞死亡。目前，规模化绿色扩培通常采用密闭式的光生物反应器，如平板式、立柱式、吊袋式、管道式，在培养过程中通过鼓入混合有二氧化碳的空气进行气升式搅拌或则利用泵循环的方式，使藻细胞能悬浮于培养液中充分接受光照以实现营养生殖。目前绿色扩培采用的气升式和泵循环的搅拌方式仍然存在较大的剪切力，会损伤游动细胞的鞭毛，影响绿色细胞的活性。而持续的鼓气和泵循环能耗高，是导致扩培阶段高生产成本的主要因素。另外，为了保证营养细胞的纯度，鼓入的混合气体需要过滤，在增加生产成本的同时也难以在实际生产过程中做到无污染。
技术实现思路
针对目前雨生红球藻绿色扩培搅拌能耗高、剪切力大、藻细胞品质低的问题，本专利技术提供了一种低功耗、低细胞损伤培养微藻的新型的培养装置和方法，利用微藻兼养和自养的特性进行绿色细胞的扩培。采用的技术方案如下：一种低功耗、低细胞损伤培养微藻的装置及方法，该装置包括培养架、密闭式光生物反应器、光源、二氧化碳自动补充装置、不锈钢菌液罐、蒸汽发生器、臭氧发生器以及附属管路；不锈钢菌液罐内设置有搅拌桨。优选的，附属管路包括不锈钢进液管路、不锈钢出液管路、冷却水进口、冷却水出口、排气口、进气管路以及加样口。优选的，二氧化碳自动补充装置包括pH电极、控制器、二氧化碳气源、阀门、流量计及辅助装置。优选的，密闭式光生物反应器，其材料包括玻璃、有机玻璃、不锈钢、聚乙烯塑料薄膜、聚氯乙烯塑料薄膜、聚丙烯塑料薄膜。该装置在进行藻种培养前，先利用臭氧对光生物反应器及管路进行消毒，之后将将目标藻种接种至经高温灭菌的含有碳、氮、磷、硫、金属离子、微量元素和水等组成的全营养培养基中，控制初始pH值和接种浓度；在不锈钢菌液罐中搅拌混合均匀后，打开进液管路阀门，让处于高台上的藻液流入密闭式光生物反应器中；将反应器连接好二氧化碳自动补充装置，设定好控制面板pH，在控制范围内自动补充二氧化碳；控制适宜的静置培养条件以适合藻细胞的分裂繁殖。优选的，全营养培养基的碳源为弱酸强碱盐，包括醋酸盐、丙酸盐、丁酸盐、柠檬酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐等中的一种或多种，浓度为5~30mM。优选的，自动补充二氧化碳的方式为间断式定量补充，当藻液pH超过设定值，通过控制器向反应器通入定量的二氧化碳气体，气体通入完毕后，控制器自动关闭与pH电极的偶联，待24小时后再次开启，进行下一轮的pH反馈控制和二氧化碳补充。优选的，静置培养，其藻液深度为1~20cm。优选的，藻液深度优选的为5~10cm。优选的，静置培养，其光照强度为渐变控制，在培养初期强度为5~10µmolphoton∙m-2∙s-1，随着藻细胞密度的提升，逐渐增强至20~50µmolphoton∙m-2∙s-1。本专利技术提供了一种低功耗、低细胞损伤培养微藻的装置及方法，操作简单、成本低廉，适合规模化藻细胞扩培。本专利技术利用雨生红球藻兼养能力，在培养初期加入有机碳源进行静置培养，实现藻细胞的快速增殖，后期通过自养培养，避免有机碳源加入带来的污染风险，同时提高了藻细胞的诱导活性。藻细胞兼养消耗具有弱酸强碱盐特性的碳源，使得藻液碱性增强，提高了二氧化碳在藻液中的溶解度，通过吸收二氧化碳能够实现藻液pH的自动控制，避免过高的碱性导致藻细胞过早进入红色诱导阶段。相比于传统的悬浮培养方式，本专利技术采用静置培养装置，操作简单，降低了鼓气或循环搅拌所需的设备、耗材、人工维护、燃料动力等费用投入，降低了生产成本。同时，静置培养没有剪切力，也不需要于持续的进气、排气，提高了藻细胞的活性，降低了污染的风险。另外，在静置培养过程中将二氧化碳密封于培养液上方，可以避免常规鼓气培养导致的二氧化碳逸散损耗，提高了二氧化碳的利用率，进一步降低了生产成本。除此之外，本专利技术的装置及方法同样适用于对剪切力敏感的藻类的培养。附图说明下面结合附图及实施方式对本专利技术作进一步详细的说明：图1为本专利技术的一种静置培养微藻的装置结构示意图。其中：1、培养架，2、密闭式光生物反应器，3、二氧化碳自动补充装置，4、pH电极，5、光源，6、不锈钢进液管路，7、不锈钢出液管路，8、蒸汽发生器，9、臭氧发生器，10、不锈钢菌液罐，11、冷却水进口，12、冷却水出口，13、搅拌桨，14、排气口，15、加样口，16、二氧化碳气源，17、进气管路。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。其他任何未背离本专利技术的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、结合、简化，均为等效形式，同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1用于微藻静置培养的装置主体结构如附图1所示，包括培养架1、密闭式光生物反应器2、二氧化碳自动补充装置3、pH电极4、光源5、进液不锈钢管路6、出液不锈钢管路7、蒸汽发生器8、臭氧发生器9、不锈钢菌液罐10、冷却水进口11、冷却水出口12、搅拌桨13、排气口14、加样口15、二氧化碳气源16、进气管路17。培养架1为不锈钢三层结构，每层长×宽×高为300cm×60cm×60cm，每层顶部固定有LED光源5用于光照培养。长×宽为300cm×75cm的塑料薄膜密闭式光生物反应器2置于培养架1上，连接好二氧化碳自动补充装置3、进液不锈钢管路6、出液不锈钢管路7后，打开臭氧发生器9对反应器2、管路6、管路7进行消毒。配制含有5~20mM醋酸钠、0.5~5mM碳酸钠的BG-11培养基，在不锈钢菌液罐10中高压蒸汽灭菌30min，灭菌完毕后，通入冷却水进行降温。将处于对数生长期的雨生红球藻接种到菌液罐10中搅拌混合均匀，藻细胞密度为0.01g/L，pH值为7.0。打开进液管路6，将处于高台菌液罐10中的藻液流加至反应器2中，藻液的深度为10cm，打开LED光源5，控制光照强度为5~10µmolphoton∙m-2∙s-1，培养温度为25℃。将二氧化碳自动补充装置3的控制面板pH设定为8.5，二氧化碳单次通入量设置为5L。静置培养6天后，pH上升至8.5，控制器将二氧化碳通入至藻液上方空间后停止，藻液通过吸收二氧化本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低功耗、低细胞损伤培养微藻的装置及方法，其特征在于：所述装置包括培养架、密闭式光生物反应器、光源、二氧化碳自动补充装置、不锈钢菌液罐、蒸汽发生器、臭氧发生器以及附属管路；所述不锈钢菌液罐内设置有搅拌桨。
【技术特征摘要】
1.一种低功耗、低细胞损伤培养微藻的装置及方法，其特征在于：所述装置包括培养架、密闭式光生物反应器、光源、二氧化碳自动补充装置、不锈钢菌液罐、蒸汽发生器、臭氧发生器以及附属管路；所述不锈钢菌液罐内设置有搅拌桨。2.按照权利要求1所述的一种低功耗、低细胞损伤培养微藻的装置及方法，其特征在于：所述附属管路包括不锈钢进液管路、不锈钢出液管路、冷却水进口、冷却水出口、排气口、进气管路以及加样口。3.按照权利要求1所述的一种低功耗、低细胞损伤培养微藻的装置及方法，其特征在于：所述的二氧化碳自动补充装置包括pH电极、控制器、二氧化碳气源、阀门、流量计及辅助装置。4.按照权利要求1所述的一种低功耗、低细胞损伤培养微藻的装置及方法，其特征在于：所述的密闭式光生物反应器，其材料包括玻璃、有机玻璃、不锈钢、聚乙烯塑料薄膜、聚氯乙烯塑料薄膜、聚丙烯塑料薄膜。5.按照权利要求1所述的一种低功耗、低细胞损伤培养微藻的装置及方法，其特征在于：所述装置在进行藻种培养前，先利用臭氧对光生物反应器及管路进行消毒，之后将将目标藻种接种至经高温灭菌的含有碳、氮、磷、硫、金属离子、微量元素和水等组成的全营养培养基中，控制初始pH值和接种浓度；在不锈钢菌液罐中搅拌混合均匀后，打开进液管路阀门，让处于高台上的藻液流入密闭式光生物反应器中；将反应器连接好...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑玉彬，赵静，殷淑超，赵坤，郑玉瑞，王华，代云法，陈树林，
申请(专利权)人：山东金晶生物技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37
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