一种高密度高产率的紫球藻培养方法技术

本发明专利技术公开了一种高密度高产率的紫球藻连续培养方法，包括：步骤一：在光生物反应器中将紫球藻高密度培养至对数期的中后期；步骤二：对高密度藻液中的藻细胞部分进行连续采收；步骤三：对连续采收所得的上清液中的可溶性胞外多糖进行采收，并将采收后的清液回补至所述光生物反应器中；步骤四：控制向所述光生物反应器流加培养基浓缩液的速度；重复以上步骤二～四直至培养终止。本发明专利技术方法具有高密度、高产率、可连续化生产的特点，且可同时高产率采收紫球生物质、藻红蛋白、胞外多糖及多不饱和脂肪酸等，同时实现了培养液的回用，提高了培养的经济性和环保性。了培养的经济性和环保性。

【技术实现步骤摘要】
一种高密度高产率的紫球藻培养方法


[0001]本申请涉及微藻生物领域，尤其涉及一种高密度高产率的紫球藻培养方法。

技术介绍

[0002]紫球藻(Porphyridium)是一种在不同生长阶段呈现紫红色或深红色的单细胞微藻，属红藻门、原红藻纲、紫球藻目、紫球藻科、紫球藻属。它具有极强的环境适应性和快速繁殖能力，广泛分布于世界各地水域及潮湿的土壤中，有较强的抗盐性，对盐度适应范围较宽，35
‰
～46
‰
间对生长无显著影响。藻细胞常不规则聚集在一起，外被一层薄胶膜，干时呈皮壳状。紫球藻以细胞分裂营无性生殖，细胞通常呈球形，细胞直径5～24μm，血红色或暗紫红色，具1个轴生星状或不规则形状的色素体及1个无鞘的蛋白核。紫球藻生长适宜温度13～31℃，最适温度21～26℃，低温胁迫可促进长链脂肪酸合成，但会降低生物量。紫球藻在pH 5.3～8.3之间均可生长，7.5最适宜。在黑暗条件下几乎不生长，对光暗循环无特别要求，持续光照有利于生长，一定范围内光强增加可促进生长。
[0003]紫球藻具有较高的培养价值，在生长过程中能合成许多生物活性物质，如藻胆蛋白、多不饱和脂肪酸(PUFA)及胞外多糖物质，蛋白质最高约占生物量50％，其中84％为藻胆蛋白，特别是B
‑
藻胆蛋白性质稳定；可积累20～50％生物量的多糖，其中部分分泌至胞外，它由木糖，葡萄糖，半乳糖等构成；脂肪酸约占生物量9.5％，50％以上为不饱和脂肪酸，其中花生四烯酸(ARA)约占总脂36％。在医药、化妆品、食品、保健品、饲料、精细化工、纺织印染、石油等领域均展现出广阔的应用前景和巨大的市场空间。
[0004]虽然紫球藻具有极高的价值，但其大规模培养及产业化应用仍未实现。传统上紫球藻培养采用开放型跑道式大池、平板式光生物反应器、薄膜吊袋式光生物反应器培养等，光照强度和温度完全依赖大自然，生产受季节影响大，生长慢，易被蓝藻、颤藻等杂藻污染，反应器清洗困难，操作繁琐，成本高，基础投入大，产量低，产品质量差。
[0005]在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术中至少存在如下问题：
[0006](1)细胞密度低、产率低
[0007]紫球藻生长会经过延滞期、对数生长期、稳定期以及衰亡期等四个时期，培养中后期细胞外形成一层厚厚的粘性鞘膜，尤其是当细胞进入生长稳定期后，能大量的向胞外分泌藻多糖，平均分子量200～700万道尔顿，它相对于其他多糖具有更高的粘度，且与培养基互溶，使得培养液呈现高度粘稠状。高粘度不利于营养物质传递交换和代谢废物(如氧气)的排出，这进一步导致细胞分泌更多粘性多糖进行自我保护。因此紫球藻的培养密度都比较低，尤其在低接种量、长延滞期的条件下。经过1～2个月胞外多糖含量达到稳定，这种低效率的培养方式难以用于规模化生产。
[0008]另一方面，虽然可以通过优化培养基组成配比或者加入能诱导特定产物积累的培养基成分，并综合其他手段(如缺氮、缺磷、强光胁迫等)诱导产物合成，提高产物质量百分含量。但另一方面，通常在胁迫条件下，细胞生长受到抑制，细胞产率会有所降低。因此综合来看，产物的产率并不能显著提升。
[0009](2)无法兼顾目标产物
[0010]目前普遍认为“紫球藻细胞进入生长稳定期后，向胞外分泌多糖并形成胶质鞘”，此处指的生长稳定期相对模糊，其实质是细胞进入衰退期的开始，细胞活力下降，细胞分裂速率及胞内蛋白等主成分的合成能力下降，多糖分泌是细胞自我保护的机制，满足最低保护需求后，便不再持续分泌。因此通常可以观察到长达1～2个月的培养只能产生0.2～0.6g L
‑1的胞外多糖含量。
[0011]由上述可知，紫球藻胞外多糖的生产与高藻红蛋白含量的紫球藻生物质的生产不能同时兼顾。现有技术在培养紫球藻生产胞外多糖的同时，细胞分裂减慢或停止，细胞藻红蛋白含量会急剧降低，因此，无法获取高藻红蛋白含量的紫球藻生物质。相反，当利用较优条件培养紫球藻时，可以获得高藻红蛋白含量的紫球藻生物质，但此时紫球藻却分泌极少的胞外多糖或者不分泌胞外多糖。
[0012](3)无法循环利用培养液，浪费大、污染大
[0013]传统的一步法(批次)培养工艺中，培养基难以循环利用，造成原料浪费。不经处理排放则会造成受纳水体污染，对培养液进行水处理则会大幅增加生产成本，制约产业化发展。
[0014](4)单位能耗高、成本高
[0015]无论采用批次培养还是半连续培养，一般采用高速离心的方式进行藻细胞的采收，由于培养密度低、水体体积大，因此能耗极高，极大地推高了成本。尤其是批次采收时，生产负荷较大，高速离心设备需要长时间高负荷运行，人员需要长时间加班，存在无法及时采收而浪费藻液的情况。这些都导致培养效率较低，成本较高。

技术实现思路

[0016]本申请实施例的目的是提供一种高密度高产率的紫球藻培养方法，以解决
技术介绍
中存在的问题。
[0017]根据本申请实施例的一种高密度高产率的紫球藻连续培养方法，包括：
[0018]步骤一：在光生物反应器中将紫球藻高密度培养至对数期的中后期；
[0019]步骤二：对高密度藻液中的藻细胞部分进行连续采收；
[0020]步骤三：对连续采收所得的上清液中的可溶性胞外多糖进行采收，并将采收后的清液回补至所述光生物反应器中；
[0021]步骤四：控制向所述光生物反应器流加培养基浓缩液的速度；
[0022]重复以上步骤二～四直至培养终止。
[0023]可选的，所述光生物反应器为平板式反应器、水平管式反应器、柱式鼓泡反应器或其他用于微藻培养的反应容器；优选为柱式鼓泡反应器或水平管式反应器。
[0024]可选的，所述高密度培养包括以下步骤：
[0025]配制培养基、灭菌或除菌、接种、培养盐浓度检测、生长指标及产物检测。
[0026]可选的，所述的将紫球藻高密度培养至对数期中后期具体为：将紫球藻接种到光生物反应器中已经无菌化的微藻培养基中，初始接种藻细胞量2.5
×
107mL
‑1，连续鼓入含有二氧化碳的气体，在温度15～30℃、自然光照条件下培养或者光照强度400μE m
‑2s
‑1条件下培养，至对数期中后期。
[0027]可选的，所述的含有二氧化碳的气体中二氧化碳的浓度优选为2～5％。
[0028]可选的，所述的高密度培养的培养基为海水培养基或ASW培养基，优选为ASW培养基，每升ASW培养基中含有硝酸钠0.5～2.0g、磷酸二氢钾0.05～0.3g、三氯化铁1～4mg，余量为海水，优选每升ASW培养基中含有硝酸钠1.5g、磷酸二氢钾0.1g、三氯化铁2.4mg，余量为海水。
[0029]可选的，所述紫球藻包括紫球藻目海洋和淡水微藻，更优选为紫球藻属的微藻，更优选为血色紫球藻(Porphyridium cruentum)。
[0030]可选的，所述接种的初始接种量为0.8g L
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高密度高产率的紫球藻连续培养方法，其特征在于，包括：步骤一：在光生物反应器中将紫球藻高密度培养至对数期的中后期；步骤二：对高密度藻液中的藻细胞部分进行连续采收；步骤三：对连续采收所得的上清液中的可溶性胞外多糖进行采收，并将采收后的清液回补至所述光生物反应器中；步骤四：控制向所述光生物反应器流加培养基浓缩液的速度；重复以上步骤二～四直至培养终止。2.如权利要求1所述的一种高密度高产率的紫球藻连续培养方法，其特征在于：所述光生物反应器为平板式反应器、水平管式反应器、柱式鼓泡反应器或其他用于微藻培养的反应容器；优选为柱式鼓泡反应器或水平管式反应器。3.如权利要求1所述的一种高密度高产率的紫球藻连续培养方法，其特征在于：所述高密度培养包括以下步骤：配制培养基、灭菌或除菌、接种、培养盐浓度检测、生长指标及产物检测。4.如权利要求1所述的一种高密度高产率的紫球藻连续培养方法，其特征在于：所述的高密度培养的培养基为海水培养基或ASW培养基，优选为ASW培养基，每升ASW培养基中含有硝酸钠0.5～2.0g、磷酸二氢钾0.05～0.3g、三氯化铁1～4mg，余量为海水。5.如权利要求1所述的一种高密度高产率的紫球藻连续培养方法，其特征在于：所述紫球藻包括紫球藻目海洋和淡水微藻，更优选为紫球藻属的微藻，更优选为血色紫球藻(Porphyridium cruentum)。6.如权利要求3所述的一种高密度高产率的紫球藻连续培养方法，其特征在于：所述接种的初始接种量为0.8g L
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【专利技术属性】
技术研发人员：章真，张荣庆，张静，刘晓军，陈夏，姚丽萍，
申请(专利权)人：浙江清荣生物科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：