利用控制的光照的微藻发酵制造技术

本发明专利技术提供用于培养微藻的生物反应器和方法。生物反应器和方法包括通过提供光信号来改进异养生长效率的特征和改良。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用控制的光照的微藻发酵相关申请的交叉引用本申请要求2009年9月18日提交的美国临时申请号61/243，593和2010年6月29日提交的美国临时申请号61/359，726的权益，其全部公开内容为了所有目的通过引用全文并入本文。领域本专利技术涉及发酵微生物如微藻的方法、装置和系统。本专利技术可用于药品、化妆品和食品エ业，以及用于从微藻获得油和生物燃料。 背景最近，注意力已经转向将微藻应用于生产多种材料包括脂质、碳氢化合物、油、多糖、色素和生物燃料。使微藻生长的常规方法之一是在封闭的无光系统中异养培养微藻。通过利用有机碳代替光作为能源，已经开发了在异养生长条件下大規模生产水生微藻的技木。例如，美国专利号3，142, 135和3，882, 635描述从藻类诸如小球藻属(Chlorella)、Spongiococcum和无绿藻属(Prototheca)异养生产蛋白和色素的方法。另外，异养藻类培养物能达到比光合自养培养物高得多的密度。然而，以上应用不能适用于所有微藻，因为只有有限数目的微藻藻种(strain)能够在异养条件生长。在异养条件生长微藻的尝试通常包括筛选能够在异养条件生长的藻种或对生物体遗传修饰以允许在这种条件下生长。包含适当的糖运输系统并天然能够在异养条件生长的微藻通常显示慢的生长速率或商业上感兴趣材料的低产量，因为它们已经进化了许多年以利用日光作为环境信号来控制代谢以及经光合作用产生的能量的多方面。包括微藻的大多数光合生物体利用光作为环境信号来优化自身的生长和存活。光信号由包括红光/远红光光感受器(光敏色素)和蓝光光感受器(隐花色素和NPH)的不同光感受器感知。光用作环境信号，调节生理和发育过程并以无机碳的还原为燃料来提供能量。然而，在某些条件下，光也有变得有毒的可能。当叶绿体吸收的光子通量非常高时(在高光条件下)或当光能的流入超出消耗容量时(在兼养条件下，其中细胞利用还原碳作为能源)发生光抑制。在兼养条件，光合成生物体在比自养条件低得多的光强度显不光抑制，因为由于卡尔文循环中的反馈机制，经光合成器官吸收的电子不能被有效地使用。吸收的光能可导致激发的叶绿素分子在色素层中的积累并损伤光系统。作为过度激发的结果在色素层中积累的激发的叶绿素分子还可刺激活性氧物质诸如超氧化物、羟基和单态氧的产生。
技术实现思路
本文公开ー种用于培养能够异养生长的微藻的方法，包括在异养生长条件下培养微藻持续足以允许微藻生长的时间段，其中异养生长条件包括包含碳源的培养基，且其中异养生长条件还包括低光辐照。在一些实施方案中，微藻是葡萄藻属(Botryococcus)藻种,碳源是葡萄糖,且低光福照是1-10 U mol光子IrT2S4。在一些实施方案中，微藻是Botryococcus sudeticus藻种。在一些实施方案中，微藻是葡萄藻属藻种。在一些实施方案中，微藻是UTEX 2629藻种。在一些实施方案中，微藻是布朗葡萄藻(Botryococcus braunii)藻种。在一些实施方案中，微藻是UTEX 2441藻种。在一些实施方案中，微藻是富油新绿藻(Neochloris oIeabundans)藻种。在一些实施方案中，微藻是新绿藻属(Neochloris)藻种。在一些实施方案中，微藻是UTEX 1185藻种。在一些实施方案中，微藻是莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)藻种。在一些实施方案中，微藻是衣藻属(Chlamydomonas)藻种。在一些实施方案中，微藻是UTEX 2243藻种。在一些实施方案中，微藻包含光感受器。 在一些实施方案中，碳源是葡萄糖。在一些实施方案中，碳源选自以下组成的组固定碳源、葡萄糖、果糖、蔗糖、半乳糖、木糖、甘露糖、鼠李糖、N-こ酰氨基葡萄糖、甘油、弗罗里多苷、葡萄糖醛酸、玉米淀粉、解聚合的纤维素材料、甘蔗、甜菜、乳糖、乳清和糖蜜。在一些实施方案中，光由自然光源产生。在一些实施方案中，光是自然日光。在一些实施方案中，光包括全光谱光或特定波长的光。在一些实施方案中，光由人造光源产生。在一些实施方案中，光是人造光。在一些实施方案中，低光辐照的强度是0. Ol-Iiimol光子HT2s'在一些实施方案中，低光辐照的强度是I-IOy mol光子HT2s'在一些实施方案中，低光福照的强度是10-100 Ii mol光子IiT2S'在一些实施方案中，低光福照的强度是100-300 ii mol光子mY1。在一些实施方案中，低光辐照的强度是100-300 y mol光子m^V1。在一些实施方案中，低光福照的强度是3-4 ii mo I/W1光子、2-3 ii mol/W1光子、1-2 u mol/m 2s 1 光子或 3-5 u mol/m 2s 1 光子。在一些实施方案中，该方法还包括从微藻产生材料。在一些实施方案中，材料是多糖、色素、脂质或碳氢化合物。在一些实施方案中，材料是碳氢化合物。在一些实施方案中，该方法还包括回收材料。在一些实施方案中，该方法还包括提取(extract)材料。在一些实施方案中，该方法还包括加工材料。在一些实施方案中，材料的加工产生已加工材料。在一些实施方案中，已加工材料选自以下组成的组燃料、生物柴油、喷气燃料、化妆品、药剂、表面活性剂和可再生柴油。在一些实施方案中，以上方法中微藻的生长速率比在第二异养生长条件下培养持续足以允许微藻生长的时间段的第二微藻高，其中第二异养生长条件包括包含碳源的生长培养基，且其中第二异养生长条件不包括低光辐照。本文还描述一种培养微藻的方法，包括将多个微藻细胞放置在碳源和低光福照存在下。本文还描述一种制造材料的方法，包括提供能够产生材料的微藻；在培养基中培养微藻，其中培养基包含碳源；向微藻施加低光福照；和允许微藻积累其细胞干重的至少10%作为材料。在一些实施方案中，该方法还包括回收材料。本文还描述ー种生物反应器系统,包括生物反应器；包含碳源的培养基，其中培养基位于生物反应器中；适于异养生长的微藻，其中微藻位于培养基中；和光源，其中光源产生低光辐照，且其中光源可操作地耦合(coupled)于生物反应器。在一些实施方案中，来自光源的光包括全光谱光或特定波长的光。在一些实施方案中，来自光源的光包括由可操作地耦合于生物反应器的太阳能集热器收集的自然日光，且其中光经由可操作地耦合于太阳能集热器和生物反应器的光纤被传递到生物反应器内部。在一些实施方案中，来自光源的光包括人造光，其中人造光由发光二极管(LED)或荧光灯(fluorescent light)产生。在一些实施方案中，系统还还包括足以供应LED或突光灯的电源，其中电源可操作地耦合于生物反应器；和可操作地耦合于电源的光控制器，其中光控制器适于控制由LED或荧光灯发射的光的強度和波长。在一些实施方案中，光纤安装在透光和保护性的光结构(light structure)中。在一些实施方案中，LED安装在透光和保护性的光结构中。多个附图的简述參考以下描述和附图，本专利技术的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解，其中附图中图I是生物反应器的一个实施方案。图2说明类异戊ニ烯/类胡萝卜素途径。图3A-C显示UTEX 1185在白光、蓝光和红光条件下的生长。X轴显示天数。Glu代表葡萄糖。图4A-本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.09.18 US 61/243,593;2010.06.29 US 61/359,7261.一种用于培养能够异养生长的微藻的方法，包括 在异养生长条件下培养所述微藻持续足以允许所述微藻生长的时间段，其中所述异养生长条件包括包含碳源的培养基，且其中所述异养生长条件还包括低光辐照。2.如权利要求I所述的方法，其中所述微藻是葡萄藻属(Botryococcus)藻种,其中所述碳源是葡萄糖，且其中所述低光辐照是1-lOymol光子mi—1。3.如权利要求I所述的方法,其中所述微藻是Botryococcussudeticus藻种。4.如权利要求I所述的方法，其中所述微藻是葡萄藻属藻种。5.如权利要求I所述的方法,其中所述微藻是UTEX2629藻种。6.如权利要求I所述的方法，其中所述微藻是布朗葡萄藻(Botryococcusbraunii)藻种。7.如权利要求I所述的方法,其中所述微藻是UTEX2441藻种。8.如权利要求I所述的方法，其中所述微藻是富油新绿藻(NeochlorisoIeabundans)藻种。9.如权利要求I所述的方法,其中所述微藻是新绿藻属(Neochloris)藻种。10.如权利要求I所述的方法,其中所述微藻是UTEX1185藻种。11.如权利要求I所述的方法，其中所述微藻是莱茵衣藻(Chlamydomonasreinhardtii)藻种。12.如权利要求I所述的方法,其中所述微藻是衣藻属(Chlamydomonas)藻种。13.如权利要求I所述的方法，其中所述微藻是UTEX2243藻种。14.如权利要求I所述的方法，其中所述微藻包含光感受器。15.如权利要求I所述的方法，其中所述碳源是葡萄糖。16.如权利要求I所述的方法，其中所述碳源选自以下组成的组固定碳源、葡萄糖、果糖、蔗糖、半乳糖、木糖、甘露糖、鼠李糖、N-こ酰氨基葡萄糖、甘油、弗罗里多苷、葡萄糖醛酸、玉米淀粉、解聚合的纤维素材料、甘蔗、甜菜、乳糖、乳清和糖蜜。17.如权利要求I所述的方法，其中所述光由自然光源产生。18.如权利要求I所述的方法，其中所述光是自然日光。19.如权利要求I所述的方法，其中所述光包括全光谱光或特定波长的光。20.如权利要求I所述的方法，其中所述光由人造光源产生。21.如权利要求I所述的方法，其中所述光是人造光。22.如权利要求I所述的方法，其中所述低光辐照的强度是0.01-1 u mol光子HT2sA23.如权利要求I所述的方法，其中所述低光辐照的强度是1-lOymol光子m2^1。24.如权利要求I所述的方法，其中所述低光辐照的强度是lO-lOOymol光子mY1。25.如权利要求I所述的方法，其中所述低光辐照的强度是100-3001!mol光子m2^1。26.如权利要求I所述的方法，其中所述低光辐照的强度是10...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑淳·林，简·吉姆，
申请(专利权)人：菲科尔生物技术国际公司，
类型：发明
国别省市：