一种利用二氧化碳培养海洋绿藻积累淀粉的方法技术

一种利用CO2培养海水绿藻积累淀粉的方法涉及海洋绿藻培养积累淀粉，具体的说是一种利用气体中的二氧化碳及添加营养盐的培养方式，在光照生物反应器中培养海水绿藻并积累淀粉。以海洋绿藻亚心型四爿藻为实验材料，在气升式平板光照生物反应器中，利用气体中的CO2，在海水中添加营养盐，控制培养基中KNO3浓度在0.4～0.6g/L并连续照光，培养4～6天后收获进入稳定期的藻细胞，其淀粉含量达到藻干重的45％～55％，淀粉产率达到0.25～0.31g·L-1·d-1。本发明专利技术培养海洋绿藻具有成本低、淀粉积累迅速、能实现CO2减排等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及海洋绿藻培养积累淀粉，具体的说是一种利用气体中的二氧化碳(CO2)(包括工厂排放尾气中的CO2)及添加营养盐的培养方式，在光照生物反应器中，采用合适的光照、温度、pH和通气条件，培养海水绿藻并积累淀粉。可用于CO2减排和循环利用、藻类培养以及淀粉生产和以淀粉为原料的能源、食品、医药等相关领域。
技术介绍
人类目前正面临日趋严重的环境问题。大规模的工业发展带来了二氧化碳的过量排放。由CO2所引起的温室效应和全球气候变化正逐渐威胁到人类的生存和发展。CO2的减排成为了全世界关注的焦点。海洋绿藻(Marine Green Algae)是生长于海洋中的低等绿色植物，它们能够通过光合作用将CO2和太阳光转化成生物质并释放氧气。海洋绿藻因其生长速度快、CO2固定效率高、环境适应力强、不占耕地、易于人工控制、能实现连续生产等优点，被认为是生物固定CO2非常可行的方法之一，同时其产生的高附加值物质使其在经济上具有可行性。淀粉是绿藻光合作用的积累产物，它以淀粉粒(granule)的形式储存于细胞中。能大量积累淀粉的绿藻很多集中在淡水藻中，如小球藻(Chlorellavulgaris)在蛋白合成受阻的情况下能积累占干重50％以上的淀粉；斜栅藻(Scenedesmus basilensis)在异养和混合养时能积累占干重40％～60％以上的淀粉；莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)也能达到50％以上的淀粉含量。而海洋绿藻能大量积累淀粉的报道不多。利用占地球水体积97％的海水生产海藻淀粉，可以大大减少对淡水资源的需求，在淡水资源紧张的今天，其环保意义尤为突出。此外，目前大多数能积累淀粉的微藻培养方法都为添加有机物的异养或混合养，这使得淀粉生产成本较高，而利用CO2，尤其是利用乙醇发酵尾气或烟道气等工业废气中的CO2为唯一碳源进行微藻淀粉积累，则将明显降低生产成本。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种利用CO2培养海水绿藻，并积累大量绿藻淀粉的方法。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：将CO2与空气混合后通入藻培养光照反应器中，通过控制营养元素、光照、温度和pH等培养条件，以光合自养的方式使海洋绿藻积累大量淀粉并在合适的时机收获藻细胞。以海洋绿藻亚心型四爿藻(Tetraselmis subcordiformis)为实验材料，在光照生物反应器中，利用气体中的CO2及添加营养盐的培养方式，连续照光，使藻细胞生长并积累淀粉。可按如下步骤具体操作：1)藻细胞种子液的获得藻种培养基的配制：于0.3μm孔径的微滤膜过滤的海水中添加营养盐及其最终浓度为：NaNO3 100mg/L，NaH2PO4·2H2O 20.0mg/L，EDTA-Na245.0mg/L，H3BO3 33.6mg/L，MnCl2·4H2O 0.36mg/L，FeCl3·6H2O 1.3mg/L，ZnCl2 0.21mg/L，CoCl2·6H2O 0.20mg/L，(NH4)4Mo7O24·4H2O 0.09mg/L，CuSO4·5H2O 0.20mg/L，KNO3 1g/L，KH2PO4 0.05g/L，Tris 0.81g/L，CH3COOH0.346g/L。110℃高压蒸汽灭菌15min，冷却后备用。藻细胞种子液的培养：挑取平板分离纯化的亚心型四爿藻(Tetraselmissubcordiformis)单藻落，在摇瓶中逐级放大培养，培养条件为：温度25～30℃，光照强度30～70μmol E·m-2·s-1，白色荧光灯，光暗比14～24h∶10～0h，静置培养，每天手工摇动3次以上。2)光照生物反应器培养培养基的配制：于0.3μm孔径的微滤膜过滤的海水中添加营养盐及其最终浓度为：NaH2PO4·2H2O 20.0mg/L，EDTA-Na2 45.0mg/L，H3BO333.6mg/L，MnCl2·4H2O 0.36mg/L，FeCl3·6H2O 1.3mg/L，ZnCl2 0.21mg/L，CoCl2·6H2O 0.20mg/L，(NH4)4Mo7O24·4H2O 0.09mg/L，CuSO4·5H2O0.20mg/L；并加入KNO3终浓度0.4～0.6g/L。110℃高压蒸汽灭菌15min，冷却后备用。藻细胞的培养：用NaClO浸泡灭菌后的反应器用无菌水清洗干净，接入培养基和藻细胞种子液。培养条件为：细胞接种时初始干重0.4～0.5g/L，温度25～30℃，海水pH 6～8，光照强度100～250μmol E·m-2·s-1，连续光照，通入空气流量0.125～0.375VVM，CO2含量1％～3％，培养4～6天后在细胞进入稳定期时收获藻细胞，细胞淀粉含量达到藻干重的45％～55％，可进行间歇或者半连续培养。整个过程淀粉产率可达到0.25～0.31g·L-1·d-1。所述海水为天然海水或人工海水；人工海水配方为：NaCl 27g/L，MgSO4·7H2O 6.6g/L，MgCl2·6H2O 5.6g/L，CaCl2·2H2O 1.5g/L，NaHCO30.04g/L。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：1.环境友好：海洋绿藻培养过程无污染，可利用CO2为唯一碳源进行光合自养，CO2利用效率高，从而实现CO2减排，缓解温室效应。2.淀粉生产的可持续性好：利用资源充沛的海水通过绿藻进行淀粉生产，减少淡水资源的消耗；同时绿藻淀粉生产可以在不适合粮食种植和人类居住的地域进行，解决淀粉生产的与人争粮、争地的问题。3.培养成本低，淀粉积累迅速：海洋绿藻培养基配方简单，所需营养元素来源广泛，成本低；淀粉在藻细胞内迅速积累，生产周期短。总之，本专利技术利用气体中的二氧化碳(包括工厂排放尾气中的CO2)培养海洋绿藻积累淀粉，实现CO2减排和循环利用，可以广泛应用于淀粉生产和以淀粉为原料的能源、食品、医药等相关领域。附图说明图1为本专利技术绿藻培养装置示意图；注：1.光照生物反应器主体；2.光源；3.挡板；4.曝气管；5.气体过滤器；6.气体流量计；7.空气压缩机；8.气体减压阀；9.CO2气瓶；箭头代表气流方向。图2为本专利技术不同光暗时间比下绿藻细胞生长动力学曲线；图3为本专利技术不同光暗时间比下绿藻淀粉积累动力学曲线；图4为本专利技术不同光暗时间比下绿藻淀粉所占单位细胞干重比例动力学曲线；图5为本专利技术不同KNO3浓度下绿藻细胞生长动力学曲线；图6为本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用CO2培养海水绿藻积累淀粉的方法，其特征在于：
在光照生物反应器中进行海洋绿藻培养，以KNO3为氮源，利用空气中的
CO2为唯一碳源，在添加营养盐的海水中，连续光照培养，使藻细胞生长并积累
淀粉，培养4～6天后在细胞进入稳定期时收获藻细胞；通入空气气体流量0.125
～0.375VVM，空气中CO2体积含量1％～3％，海水中KNO3浓度0.4～0.6g/L。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所用的海水绿藻为亚心型四
爿藻(Tetraselmis subcordiformis)。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述海水中添加营养盐的最
终浓度为：NaH2PO4·2H2O 20.0mg/L，EDTA-Na2 45.0mg/L，H3BO3 33.6mg/L，
MnCl2·4H2O 0.36mg/L，FeCl3·6H2O 1.3mg\...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛松，姚长洪，陈兆安，张卫，陆洪斌，郑阳，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：