CN102766578B - 雨生红球藻的培养生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种雨生红球藻的培养生产方法，在密封罐体中，将雨生红球藻绿色游动细胞接种到培养基中，采用人工LED光源照光培养；所用的LED光源发出的单色光的波长范围在450nm带宽30nm和640nm带宽30nm，并按照红光与蓝光光强2:1～5:1的比例同时使用两种上述不同波长的光源，总光照强度为80μE/m2.s～1500μE/m2.s；培养过程温度保持在15～28℃，通过添加二氧化碳控制培养环境的pH8.0±1.0。明显节省了控温的能耗，培养周期较传统方法缩短了50%以上；所得到的绿色藻液中雨生红球藻细胞浓度是传统方法的2-5倍。
Description
技术领域
本发明涉及工业规模培养雨生红球藻的方法。所述的雨生红球藻属于淡水藻类。
背景技术
雨生红球藻又叫做湖生红球藻或湖生血球藻，属于团藻目，红球藻科。
在1899年发现这种藻经常以一种血红色外壳的形式附着在水坛或靠海的周期性有水的浅水湾边上，这种藻的生命历程是经过一个红色的休眠阶段，之后是一个绿色的游动阶段，再之后又是一个红色的休眠阶段。
1934年，Elliot从细胞形态学的角度补充了这种藻类的生长史的细节。在整个生命周期中出现四种典型的细胞形态：小虫体、长有鞭毛的大虫体、没有运动能力的胶鞘体、带有坚硬细胞壁的红色大细胞——红孢囊（Haematocysts）。在有充足营养的清洁环境中，大虫体占主导地位；一旦环境恶化就会转化为叫胶鞘体，之后转化为具有抵抗力的红孢囊，并开始积累虾青素。随后，当周围的环境又变得营养充足适宜的时候，红孢囊变成可运动的小虫体，这些小虫体长成胶鞘体或者大虫体。
雨生红球藻中虾青素含量为1．5%～3．0%，被看作是天然虾青素的“浓缩品”。雨生红球藻对虾青素的积累速率和生产总量较其它绿藻高，而且雨生红球藻所含虾青素及其酯类的配比(约70%的单酯，25%的双酯及5%的单体)与水产养殖动物自身配比极为相似，这是通过化学合成和利用红发夫酵母等提取的虾青素所不具备的。此外，雨生红球藻中虾青素的结构以3S-3’S型为主，与鲑鱼等水产生物体内虾青素结构基本一致；而红发夫酵母中虾青素结构则为3R一3’R型。当前，雨生红球藻被公认为自然界中生产天然虾青素的最好生物，因此，利用这种微藻提取虾青素无疑具有广阔的发展前景，已成为近年来国际上天然虾青素生产的研究热点。在与红球藻相关的文献中没有任何有毒性的报道。
雨生红球藻于 在2010年11月11日 “中华人民共和国卫生部第17号公告 ”中获得“准生证”。从此在抗氧化剂行业，天然虾青素的生产及其研发将进入快车道，天然虾青素将对氧化应激类疾病，如糖尿病、痛风、高血压等的防治产生革命性的改变。
与螺旋藻、小球藻等人类常用保健的微藻相比，雨生红球藻有着更加令人惊异的抗氧化作用，同时也有着更加高难度的养殖与保存技术。
雨生红球藻这种淡水藻类不同于海藻，后者主要含有叶绿素a和叶绿素b，雨生红球藻细胞中含有的光合作用色素主要是叶绿素a和虾青素。雨生红球藻这种淡水藻类不同于海藻和其它淡水藻类的特征之一是：其生活史由绿色和红色两个阶段组成。
雨生红球藻这种淡水藻类不同于海藻和其它淡水藻类的另一个特征是：在绿色阶段细胞内虾青素含量低，繁殖速度快，需光弱，不耐28℃以上的高温；而在红色阶段虾青素含量高，繁殖慢，生长快，喜高光照，耐28℃至36℃的相对高温。
因此，雨生红球藻的培养比较困难，对温度和光照等培养条件要求十分苛刻。目前的科研和生产中大多采用的自然光照方法，很难做到精确控温。特别是在夏季和冬季，大量的能源被浪费于夏季的降温和冬季的加热升温。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种雨生红球藻的培养生产方法，在有效节约能源的前提下，通过严格控制温度和光照等培养条件，使得雨生红球藻繁殖较快，以进一步提高生产效率，并得到更高的细胞浓度。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
雨生红球藻的培养生产方法，其特征在于：培养容器为密封罐体；在接种与培养阶段，
将雨生红球藻绿色游动细胞接种到培养基中，采用人工LED光源培养；所用的LED光源发出的单色光的波长范围在450nm带宽30nm和640nm带宽30nm，并按照红光与蓝光光强2:1～5:1的比例同时使用两种上述不同波长的光源，总光照强度为80μE/m2.s～1500μE/m2.s；培养过程温度保持在15～28℃，通过添加二氧化碳控制培养环境的pH8.0±1.0。
其中LED单色光的波长分别优选为蓝光475nm，红光663nm。
总光照强度优选为1500μE/m2.s。
培养温度优选为25℃。
LED光源光照时间为12～24 h /天。
罐体材料为玻璃钢增强塑料或者不锈钢，或者搪瓷。
培养液混合方式是泵流搅拌。
红光与蓝光光强优选比例为3:1。
本发明的积极效果如下。
第一、雨生红球藻的繁殖时期适宜生长在弱光下。因此本发明采用LED作光源，一方面可以连续24小时使细胞进行光合作用，积累营养物质，加速生长繁殖；另一方面避免了采用自然太阳光源带来的温控困难，节省了夏冬两季控温所消耗的大量能源，降低了生产成本和对环境的污染。同时根据光合作用色素对不同光质的需求特点，采用最有效的单色二极管光源，提高了能量利用率、生产效率、细胞浓度以及虾青素产率。第二、与传统的培养方法相比较，本培养方法明显节省了控温的能耗，培养周期较传统方法缩短了50%以上；经生化分析，所得到的绿色藻液中雨生红球藻细胞浓度达到120万/ml，是传统方法的2-5倍。第三、本发明的培养容器为密封罐体，与现有技术的开放池或者管道反应器相比较，具有占地少，不容易被其它生物污染的优点。罐体材料具有耐腐蚀、价格低的优势。第四、本发明培养液混合方式采用泵流搅拌，形成自循环系统。与现有技术的气升方式相比较，具有能耗少，培养液不易被空气中生物污染的优点。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明。
本发明的方法如下：
一、培养环境
培养容器为容积10立方米的密封罐体，罐体材料为玻璃钢增强塑料（FRP或者GRP）或者不锈钢，或者搪瓷。选择培养基采用GB11培养基。培养生产过程采用排管或者夹套方式实现保温。
反应器灭菌：化学或蒸汽法对反应器进行灭菌处理。
培养基灭菌：对培养基进行次氯酸化学灭菌或高温灭菌。化学灭菌后将培养基进行中和至pH6.0-8.5，灭菌后培养基温度调节至28℃以下。
二、接种与培养
将雨生红球藻绿色游动细胞接种到培养基中。接种密度6万/ml。采用人工LED光源进行培养。
所述人工LED光源由高亮度发光二极管提供，该LED光源发出的单色光的波长范围在450nm带宽30nm和640nm带宽30nm，优选的单色光的波长是475nm和663nm。同时使用两种上述不同波长的光源，其中红光与蓝光的光强比例为2:1～5:1，优选3:1，总光照强度为80μE/m2.s～1500μE/m2.s。优选的总光照强度是：1500μE/m2.s。
通过泵流使细胞在培养液中保持悬浮，温度保持在15～28℃，优选的温度是25℃。通过自动化添加二氧化碳控制pH8.0±1.0，优选ｐＨ8.0。
培养液混合方式是：泵流搅拌。
以下是本发明的实验效果实例。
表1是本发明在培养温度25℃下，红、蓝光不同比例的实验效果。由表1可知，相同条件下，红光与蓝光的光强比例为2:1～5:1时具有较短的培养周期并获得较高的细胞浓度，尤其是红光与蓝光的光强比例为3: 1时效果最佳。
表1
备注：接种密度6万/ml。pH通过自动化添加二氧化碳控制在8.0±0.5。
表2是不同总光照强度对雨生红球藻生长的影响。由表2看出，随着总光照强度的提高，
达到的细胞密度升高。
表2
备注：接种密度6万/ml。pH通过自动化添加二氧化碳控制在8.0±0.5。受实验条件限制，总光照强度超过1500μE/m2.s的实验尚未进行。
Claims (1)
1.雨生红球藻的培养生产方法，其特征在于：培养容器为密封罐体；在接种与培养阶段，
将雨生红球藻绿色游动细胞接种到培养基中，接种密度6万/ml，采用人工LED光源培养；所用的LED光源发出的单色光的波长分别是蓝光475nm，红光663nm，并按照红光与蓝光光强3:1的比例同时使用两种上述不同波长的光源，总光照强度为1500μE/m2.s；培养过程温度保持在25℃；通过添加二氧化碳控制培养环境的pH8.0±1.0；
其中，LED光源光照时间12～24 h /天；
其中，罐体材料为玻璃钢增强塑料或者不锈钢，或者搪瓷；培养液混合方式是泵流搅拌。
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