CN103103131A - 一种基于光密度反馈控制补加营养盐培养微藻的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微藻培养领域，具体地，本发明涉及一种基于光密度反馈控制补加营养盐培养微藻的方法及装置。所述方法中通过公式(I)计算营养盐流加液的添加量，其中，α(g/L)为光密度OD值的增量与微藻细胞增量间的换算系数，即ΔX＝αΔOD，β(mol/g)为藻细胞增量与营养盐消耗量之间的比例系数，ΔOD为培养液光密度OD值的增量，预先设定培养液的光密度OD值的增量，当培养液的光密度增量达到设定值后，采用公式(I)计算营养盐流加液的添加量，或者，设定检测光密度OD值的时间间隔，检测所述时间间隔内培养液光密度OD值的增量，根据测得的光密度OD值的增量采用公式(I)计算并添加营养盐流加液。本发明能更准确地控制营养盐的添加量。

Description

一种基于光密度反馈控制补加营养盐培养微藻的方法及装置
技术领域
本发明涉及微藻培养领域，具体地，本发明涉及一种基于光密度反馈控制补加营养盐培养微藻的方法及装置。
背景技术
微藻能够利用CO2、光、水及营养盐进行光合作用合成有机物质并放出氧气。微藻细胞富含蛋白质、碳水化合物、脂类以及色素等，在食品、饲料、医药、精细化工及染料领域已得到广泛的应用。随着石油等能源的日益枯竭，利用微藻产氢、制油、炼制烯烃的新能源技术引起了人们高度重视。
低成本、规模化培养是实现微藻产业化的关键技术。降低微藻生产成本主要有两种途径，一是降低培养原材料成本，另外一种是提高产量。在微藻培养中，营养盐成本占原料成本的比重很大，采取适当的营养盐控制策略，能够在提高营养盐利用率的同时提高细胞或目的产物的产量，有效降低微藻培养成本。
目前，微藻培养的工艺还比较粗放，普遍存在单位面积产量低及质量不稳定等问题。部分工厂采用了一些自动控制设备可以实现pH、温度等常规参数的监测。在微藻培养过程中，营养盐(主要为氮源及磷源)浓度的高低是影响微藻生长及细胞组分的重要因素。培养基中一次性加入过多的营养盐会对微藻的生长产生抑制和毒害作用(Effects of increased atmospheric CO2 and N supply on photosynthesis，growth and cellcomposition of the cyanobacterium Spirulina platensis(Arthrospira).J.Appl.Phycol.，1998，10：461～469；Review of nitrogen and phosphorus metabolism in seagrasses.J.Exp.Mar.Biol.Ecol.2000，250：133～167)，而某些营养盐缺失将限制微藻的生长，同时改变藻的细胞组分，如对于某些微藻氮源或磷源的缺乏会导致藻生长停止，促进藻细胞总脂(Effect of nitrogen，salt，and iron content in the growth medium and light intensityon lipid production by microalgae isolated from frenshwater sources in Thailand.Bioresource Technol.，2011，102：3043～3040)或总碳水化合物(Kinetics and energetics ofphotosynthetic micro-organisms in photobioreactors.Bioprocess and Algae ReactorTechnology，Apoptosis 1998，153～224；Nutrient limitation as a strategy for increasingstarch accumulation in microalgae，Appl.Energ.，2011，88：3331～3335)的累积。因此，在微藻培养过程中，控制培养基中的营养盐水平十分必要。
目前，在微藻培养中一般采用半连续的培养模式，即在培养过程中藻细胞达到一定的浓度后，收获一定量藻细胞，在培养基中添加一定量的营养盐继续培养；或者废弃一部分培养基，采用新鲜培养基替代废弃的培养基。在现有的培养模式中，营养盐补加主要是靠人工经验调节或者按照事先设定的程序进行操作，不能真实反映培养过程中营养盐浓度的变化；或者离线测定培养基中的营养盐浓度再进行补加，操作繁琐，控制滞后。
由于微藻培养过程的多变性，培养批次之间有所差异，而常用的氮源(硝酸盐、尿素及铵盐)、磷源(磷酸及磷酸氢盐)、镁等难以直接在线监测，难以实时地确切知道培养过程中营养盐浓度的实际变化，所以采用直接反馈控制营养盐的浓度难以实现。
发明内容
本发明的目的在于克服现有微藻培养中营养盐补加具有盲目性、影响生产控制及产量低的缺陷，提供了一种基于光密度反馈控制补加营养盐培养微藻的方法，提供一种通过监测培养过程中培养液在某个波长的光密度(optical density，OD)变化，利用OD反馈控制营养盐的补加，从而简化生产工艺，提高藻生物量或者产物(总脂、蛋白、多糖等)含量的反馈补料培养微藻的方法。
本发明的再一目的在于为了克服上述问题，提供了一种基于光密度反馈控制补加营养盐培养微藻的装置。
根据本发明的基于光密度反馈控制补加营养盐培养微藻的方法，所述方法中通过公式(I)计算营养盐流加液的添加量，
Figure BDA0000107455260000021
其中，α(g/L)为光密度OD值的增量与微藻细胞增量间的换算系数，即ΔX＝αΔOD，β(mol/g)为藻细胞增量与营养盐消耗量之间的比例系数，ΔOD为培养液光密度OD值的增量，
预先设定培养液的光密度OD值的增量，当培养液的光密度增量达到设定值后，采用公式(I)计算营养盐流加液的添加量，或者
设定检测光密度OD值的时间间隔，检测所述时间间隔内培养液光密度OD值的增量，根据测得的光密度OD值的增量采用公式(I)计算并添加营养盐流加液。
根据本发明的基于光密度反馈控制补加营养盐培养微藻的方法，采用常规培养方法对微藻进行培养，测定藻液生物量浓度与光密度OD值的关系曲线得到光密度OD值的增量与藻细胞增量间的换算系数α，通过测定藻液的生物量浓度与营养盐消耗的关系曲线得到藻细胞增量与营养盐消耗量之间的比例系数β。
本发明提供的基于OD反馈控制补加营养盐培养微藻的方法的构思为：培养液中微藻的生物量浓度与培养液在某个波长的OD值具有较好的相关性，因此培养液中微藻的生物量浓度可以通过培养液的OD值表征；在营养盐充足的条件下，微藻生物量的增量与营养盐消耗量存在较好的线性关系，因此培养液在某个波长的OD值的增量与营养盐消耗量具有良好的相关性。通过监测培养过程中培养液的OD值的变化可估算出营养盐消耗量，根据营养盐消耗量补加营养盐可将培养液中的营养盐浓度控制在一定范围内。
其中，对于具体微藻，在选定测量OD值的波长时先对该微藻培养液进行全波长(400-750nm)扫描，然后找出最大吸收峰的波长，在此波长测定培养液的OD值来表征培养液中微藻的生物量浓度；采用最大吸收峰的波长的目的是提高灵敏度，但并不是必须的。对于常见藻种在测定时已经形成了约定的波长，如，测螺旋藻多用550nm，也用650nm。在线测定某种微藻OD值时，通常采用在线OD传感器自带的波长，因为已经商品化的OD传感器的波长是固定的，不同公司的产品选用的波长会有所不同，因此采用OD传感器产品测量OD值时所用的波长也是固定的，但是其测量误差均在实验可接受范围内。在低细胞密度下，ΔX和ΔOD呈线性关系，α为常数；在高细胞密度下，ΔX和ΔOD偏离线性关系，α与OD有关系，但是不影响(I)式的使用，只要α乘以ΔOD得到准确的ΔX即可。
本发明提出的基于OD反馈控制补加营养盐培养微藻的方法，包括使用常规方法制备培养基及种液，将培养基加入到微藻培养器，根据藻种特点、培养基特点或培养目的选用灭/除菌方法，并实施灭/除菌，然后加入藻种进行微藻培养：按照各种营养盐(氮、磷、钾、镁等)消耗之间的比例关系配制营养盐的混合溶液，即营养盐流加液；在培养微藻时，按照培养液OD值的增量和营养盐消耗量之间的比例关系，向培养液中加入营养盐流加液，补偿培养液中消耗的各种营养盐，使之既不过量，也不构成限制。各种营养盐消耗之间的比例关系，OD值的增量与藻细胞增量的关系，以及藻细胞的增量和营养盐消耗量之间的比例关系，可以针对具体藻种采用常规的批式培养或人工分批补料培养实验获得。
本发明提出的基于OD反馈控制补加营养盐培养微藻的方法的实现方式为：微藻培养过程中，随着藻的生物量浓度的升高，培养液的OD值不断升高，培养液中的营养盐浓度不断降低。在微藻培养过程中用人工检测或在线OD传感器检测培养液的OD值，人工计算或由控制器根据在线OD传感器的测量值计算OD值的增量(ΔOD)和营养盐消耗量，然后根据营养盐消耗量补加等量的营养盐。补加营养盐通过添加营养盐流加液实现，营养盐流加液的添加量的计算公式为：
Figure BDA0000107455260000042
营养盐流加液的添加控制可以采取如下两种方式之一：预先设定OD值的增量(步长)，持续检测(用人工或用传感器)培养液OD值的增量，每当培养液OD值的增量达到预先设定OD值的增量(步长)时，启动实施一次营养盐流加液的添加，并以新的OD值为基准继续检测OD值的增量；或，预先设定OD值的检测时间间隔，定时检测(用人工或用传感器)培养液OD值的增量，根据测得的OD值的增量实施营养盐的添加，并以新的OD值为基准继续检测OD值的增量。
营养盐流加液的添加可以由人工按照所需的添加量添加，也可以由控制器驱动执行器定量添加。其中，在由控制器驱动执行器(流加泵)定量添加可以有以下方式：(1)设定流加泵的流加速率，根据营养盐流加液的添加量计算流加时间，通过流加时间控制流加泵的开启和关闭；(2)设定流加泵的开启时间，通过调整流加泵的流加速率来控制营养盐流加液的添加量；(3)使用自身能累计流量的泵，当泵的流加量达到所需的营养盐流加液的添加量时自动停止补加。
该培养过程进行至藻细胞浓度达到预定值，或一定的时间，或其它可以终止培养的条件出现。
本发明所述的微藻藻种包括蓝藻门、绿藻门、金藻门和红藻门。具体包括蓝藻门的螺旋藻(Spirulina platensis)，绿藻门的小球藻(Chlorella sp.)、栅藻(Scenedesmusdimorphus)，金藻门的金藻(Isochrysis sphacrica)、三角褐指藻(Phaeodactylumtricornutum)、拟微球藻(Nannochloropsis oculata)，红藻门的紫球藻(ProphyridiumCruentum)等。
所述的培养基取决于培养藻种的特性，可以是本领域熟知的任意适合微藻生长的培养基，如Zarrouk培养基、BG-11培养基、f/2培养基、Provasoli培养基、BBM培养基等。
所述的微藻培养器可以是开放式培养池，如跑道池、圆形浅池；或密闭式光生物反应器，如管道式光生物反应器、平板式光生物反应器及圆柱型光生物反应器等。
所述的预先设定OD值的增量的设定值为0.1～1.0；所述的预先设定OD值的检测时间间隔为1～24小时。取决于培养藻种的OD值的增量与藻细胞增量的关系，藻细胞的增量和营养盐消耗量之间的比例关系以及所要控制的营养盐浓度的范围。
所述的营养盐流加液中的营养盐包括氮源、磷源、镁源、钾源、铁源、钙源等藻类培养所需营养盐中的一种或者几种。所述的氮源包括但不限于硝酸盐、铵盐、尿素中的一种或一种以上；所述的磷源包括但不限于磷酸氢盐、磷酸中的一种或一种以上；镁盐包括但不限于硫酸镁或氯化镁；钾盐包括但不限于硫酸钾或氯化钾；铁盐包括但不限于硫酸亚铁的EDTA络合物；钙盐包括但不限于氯化钙或硫酸钙。
所述的营养盐流加液中的氮源的浓度为0.01～5mol/L，磷源的浓度为0.001～0.5mol/L，镁、钾、铁、钙盐的浓度为0.0005～0.1mol/L。
所述的营养盐流加液的添加控制可以是由控制器根据OD传感器的测定值驱动一个或者多个带有能累计营养盐流加液的添加量的执行机构完成。
所述的OD值的测定可通过市售的在线OD传感器完成，或由人工通过分光光度计测定完成。
本发明还提供了一种基于光密度反馈控制补加营养盐培养微藻的装置，所述装置包括微藻培养器5以及营养盐流加液贮罐3，所述装置还包括光密度传感器1、控制器2和执行机构4，其中，
所述光密度传感器1与控制器2之间通过电缆或者无线联接，将光密度传感器1获得的OD测定值传送给控制器2；
控制器2的信号输出口与执行机构4的信号输入口通过电缆或者无线联接，营养盐流加液贮罐3与执行机构4的输入口通过管道连通，执行机构4的输出口与微藻培养器5输入口通过管道连通；
控制器2根据公式(I)计算营养盐流加液添加量，控制器2根据计算所得的营养盐流加液添加量向执行机构4发出指令，执行机构4收到相应指令后经营养盐流加液贮罐3进行营养盐流加液的添加。
Figure BDA0000107455260000051
根据本发明的一具体实施方式，本发明的基于光密度反馈控制补加营养盐培养微藻的装置如图1所示，图中省略了流量计、阀门、过滤器及其他辅助设备，其中包括：
1、OD传感器：检测OD信号；
2、控制器：能够接收OD传感器发送的模拟或数字信号，并给执行机构发出模拟或数字指令的仪表或计算机；
3、营养盐流加液贮罐；
4、执行机构：能够执行控制器2的指令、调节并计量营养盐流加量，如可以两位、多位或连续调节开度的计量泵、蠕动泵或其他流体输送装置；
5、微藻培养器：包括开放或密闭式光生物反应器、用于混合培养液的搅拌或通气装置及自然或人工光源。
本发明根据微藻培养过程中营养盐消耗量和生物量增量的关系，以OD值的增量作为反馈信号，定量向培养体系补加营养盐，从而使培养过程中营养盐浓度维持在一定范围内。此方法可以实现微藻规模培养中营养盐的自动控制、自动补加。与现有技术相比，本发明的优益之处在于：
1)通过利用OD信号反馈控制营养盐的补加，从而间接控制了培养基中的营养盐浓度，达到较准确地控制营养盐水平的目的，并且可以提高营养盐的利用率，节约培养成本；
2)在培养过程中，与传统根据经验粗放补加营养盐的方法相比，将培养基中的营养盐浓度控制在目标水平，有利于提高培养过程中藻细胞的生物量浓度或目标产物的产量；
3)与离线测定营养盐浓度再进行补加相比，能够实现营养盐的实时控制，并且操作简单，实施方便，适合于工业化生产。
附图说明
图1为本发明的基于光密度反馈控制补加营养盐培养微藻装置结构示意图。
附图标识
1、光密度传感器    2、控制器        3、营养盐流加液贮罐
4、执行机构        5、微藻培养器
具体实施方式
下面结合附图对本发明的装置进行进一步的说明，如图1所示，本发明的装置中光密度传感器1与控制器2之间通过电缆或者无线联接，将光密度传感器1获得的OD测定值传送给控制器2，控制器2的信号输出口与执行机构4的信号输入口通过电缆或者无线联接以传递执行指令，营养盐流加液贮罐3与执行机构4的输入口通过管道连通，执行机构4的输出口与微藻培养器5输入口通过管道连通，连接管道上进一步装有阀门、过滤器及流量计。
所述装置包括微藻培养器5以及营养盐流加液贮罐3，所述装置还包括光密度传感器1、控制器2和执行机构4，其中，
所述光密度传感器1与控制器2之间通过电缆或者无线联接，将光密度传感器1获得的OD测定值传送给控制器2；
控制器2的信号输出口与执行机构4的信号输入口通过电缆或者无线联接，营养盐流加液贮罐3与执行机构4的输入口通过管道连通，执行机构4的输出口与微藻培养器5输入口通过管道连通；
控制器2根据公式(I)计算营养盐流加液添加量，控制器2根据计算所得的营养盐流加液添加量向执行机构4发出指令，执行机构4收到相应指令后经营养盐流加液贮罐3进行营养盐流加液的添加。
Figure BDA0000107455260000071
比较例1
使用的微藻藻种为钝顶螺旋藻(Spirulina platensis，439，中国科学院典型培养物保藏委员会淡水藻种库)，用上述藻种进行恒速脉冲分批补料培养。
培养基的组成为：碳酸氢钠5g/L，硫酸铵0.15g/L，氯化钠0.3g/L，氯化钾0.3g/L，硫酸镁0.06g/L，磷酸氢二钾0.15g/L，七水合硫酸亚铁0.003g/L，EDTA二钠0.024g/L，氯化钙0.012g/L。所用营养盐流加液为0.75mol/L的硫酸铵水溶液。
微藻培养器为1000m2开放式跑道池，培养液液层厚度为15cm。
上述培养基不经过灭菌，直接在跑道池中配制后加入藻种，初始藻细胞浓度为0.5g/L，温度为户外温度(25～35℃)，光照强度为户外自然光照(575～1200μmol/m2.s)，采用叶轮搅拌装置驱动培养液流动混合，培养液流速为15m/min。培养过程中每天补加营养盐流加液一次，每次补加100L，连续补加6天，培养液中硫酸铵浓度的波动范围为0.03～2.3mmol/L。至7天时培养终止，藻细胞的生物量浓度达到1.08g/L，平均单位面积产量达到12.43g/m2·d，硫酸铵的利用率为58.9％，磷酸氢二钾的利用率为64.8％。获得的螺旋藻的蛋白质、多糖、总脂及叶绿素的干基含量分别为62.31％、12.87％、4.74％及10.87mg/g。
实施例1
使用的微藻藻种为钝顶螺旋藻(Spirulina platensis，439，中国科学院典型培养物保藏委员会淡水藻种库)，用上述藻种进行基于OD反馈控制补加营养盐的分批补料培养。
培养基及营养盐流加液的组成同比较例1。
微藻培养器为1000m2开放式跑道池，采用叶轮搅拌装置驱动培养液流动混合，培养液液层厚度为15cm。营养盐控制装置参见图1，其中，光密度传感器为市售在线OD传感器(GX-2，南宁安胜达科技有限公司)，检测波长为650nm，控制器为自动控制仪。当OD值的增量超过设定的OD值的增量时，该自动控制仪用内置程序根据实际OD值的增量按照公式(I)计算出营养盐流加液添加量，并驱动执行机构，执行机构是多位可调隔膜式计量泵(GM80，力高泵业)。
上述培养基不经过灭菌，直接在跑道池中配制后加入藻种，初始藻细胞浓度为0.5g/L，温度自然(22～37℃)，光照为自然光，光照强度为575～1200μmol/m2.s，培养液流速为15m/min。培养过程中，初始培养液的OD值为1.0，控制器的OD值的增量设定为0.1，计量泵的流量设定为10L/min(泵开)或0L/min(泵关)。当培养液OD值的增量达到0.1(即此时刻的OD值达到11)时，控制器按照公式(I)计算营养盐流加液添加量，其中，计算所用的参数α＝0.0688(ODt2+ODt1)+0.4977g/L；β＝0.005mol硫酸铵/g藻，由比较例1的恒速脉冲分批补料培养的硫酸铵消耗与生物量增量的比值获得。参数α和β的计算过程为：使用在线OD传感器测定不同生物量浓度的螺旋藻培养液的OD值，建立螺旋藻液生物量浓度(X，g/L)与OD传感器检测值(OD)的标准曲线为X＝0.0688OD2+0.49770D。培养过程中，培养液的OD值增量ΔOD＝ODt2-ODt1，则培养液生物量增量ΔX(g/L)＝0.0688(ODt2 2-ODt1 2)+0.4977(ODt2-ODt1)＝[0.0688(ODt2+ODt1)+0.4977]ΔOD，其中ODt1和ODt2为培养液在t1和t2时刻的OD值，则参数α＝0.0688(ODt2+ODt1)+0.4977g/L；在比较例1中，单位培养体积的硫酸铵总添加量为4.12mmol/L，培养终止时培养液中的硫酸铵浓度为1.22mmol/L，由此可以计算出单位培养体积的硫酸铵消耗量为2.9mmol/L，培养终止时单位培养体积的生物量浓度增量为0.58g/L，β为硫酸铵消耗量(2.9mmol/L)与生物量增量(0.58g/L)的比值，则参数β＝0.005mol硫酸铵/g藻。控制器按照公式(I)计算得到营养盐流加液添加量后自动打开计量泵进行营养盐流加液的流加，同时累计添加量，当累计添加量达到所需的营养盐流加液添加量时，计量泵自动关闭。计量泵打开的同时，控制器中的OD初始值替换为1.1。随着藻的生长，培养液的OD值继续升高，当下一时刻培养液OD值的增量达到0.1时，控制器重复上述操作，补加6天后停止营养盐流加液的流加。培养过程中，培养液中的硫酸铵浓度维持在0.4～11mmol/L。7天时培养终止，藻细胞的生物量浓度达到1.21g/L，单位面积产量达到15.25g/m2·d，硫酸铵的利用率为85.4％。获得的螺旋藻的蛋白质、多糖、总脂及叶绿素的干基含量分别为64.01％、8.95％、5.04％及12.12mg/g。与比较例1相比，单位面积产量提高了22.7％，硫酸铵利用率提高了45.0％。
实施例2
藻种、培养基、微藻培养器和营养盐控制装置同实施例1。上述培养基不经过灭菌，直接在跑道池中配制后加入藻种，初始藻细胞浓度为0.15g/L，温度自然(22～37℃)，光照为自然光，光照强度为575～1200μmol/m2.s，培养液流速为15m/min。营养盐流加液为硫酸铵、磷酸氢二钾的混合水溶液，其中硫酸铵的浓度为2.5mol/L，磷酸氢二钾的浓度为0.21mol/L(硫酸铵与磷酸氢二钾的浓度比值由比较例1的恒速脉冲分批补料培养中的两者消耗的比值确定)。
培养过程中，初始培养液的OD值为0.3，控制器的OD值的增量设定为0.2，计量泵的流量设定为5L/min(泵开)或0L/min(泵关)。当培养液OD值的增量达到0.2(即此时刻的OD值达到0.5)时，控制器用内置程序按照公式(I)计算营养盐流加液添加量(营养盐流加液的添加量以硫酸铵为基准，计算所用的参数同实施例1)，并且自动打开计量泵进行营养盐流加液的流加，同时累计添加量，当累计添加量达到所需的营养盐流加液添加量时，计量泵自动关闭。计量泵打开的同时，控制器中的OD初始值替换为0.5。随着藻的生长，培养液的OD值继续升高，当下一时刻培养液OD值的增量达到0.2时，控制器重复上述操作，补加6天后停止营养盐流加液的流加。培养过程中，培养液中的硫酸铵浓度维持在0.35～1.2mmol/L，磷酸氢二钾浓度维持在0.7～1.3mmol/L。7天时培养终止，藻细胞的生物量浓度达到1.28g/L，单位面积产量达到16.13g/m2·d，培养过程中硫酸铵和磷酸氢二钾的利用率分别为86.3％和91.2％。与比较例1相比，单位面积产量提高了29.7％，硫酸铵利用率提高了46.5％，磷酸氢二钾利用率提高了40.7％。
比较例2
使用的微藻藻种为钝顶螺旋藻(Spirulina platensis，439，中国科学院典型培养物保藏委员会淡水藻种库)，用上述藻种进行分批培养。
碳酸氢钠8.4g/L，硝酸钠1.25g/L，磷酸0.1g/L，氯化钠1.0g/L，氯化钾1.0g/L，硫酸镁0.1g/L，七水合硫酸亚铁0.01g/L，EDTA二钠0.08g/L，氯化钙0.04g/L。
微藻培养器为314m2圆形浅池，采用搅拌装置进行混合。培养液液层厚度为10cm。圆层浅池直接加入上述培养基及藻种，初始藻细胞浓度为1g/L，温度自然(22～37℃)，光照为自然光，光照强度为575～1200μmol/m2.s。7天时培养终止，藻细胞的生物量浓度达到2.08g/L，平均单位面积产量达到15.4g/m2·d，硝酸钠的利用率为57.9％，磷酸的利用率为70.3％。
实施例3
使用的微藻为钝顶螺旋藻(Spirulina platensis，439，中国科学院典型培养物保藏委员会淡水藻种库)。用上述藻种进行基于OD反馈控制补加营养盐的分批补料培养。
培养基的组成为：碳酸氢钠8.4g/L，硝酸钠0.5g/L，磷酸0.1g/L，氯化钠1.0g/L，氯化钾1.0g/L，硫酸镁0.1g/L，七水合硫酸亚铁0.01g/L，EDTA二钠0.08g/L，氯化钙0.04g/L。营养盐流加液为硝酸钠、磷酸和硫酸镁的混合水溶液，其中硝酸钠的浓度为1.5mol/L，磷酸的浓度为0.065mol/L，硫酸镁的浓度为0.005mol/L(硝酸钠、磷酸、硫酸镁的浓度比值由比较例2的分批培养中的三者消耗的比值确定)。
微藻培养器为314m2圆形浅池，采用搅拌装置进行混合。培养液液层厚度为10cm。圆层浅池直接加入上述培养基及藻种，初始藻细胞浓度为1g/L，温度自然(22～37℃)，光照为自然光，光照强度为575～1200μmol/m2.s。
在培养过程中，培养液的初始OD值为2.0，每天8:00和18:00定时手动离线检测培养液的OD值，检测波长为560nm。人工根据培养液的OD值的增量按照公式(I)计算营养盐流加液的添加量(营养盐流加液的添加量以硝酸钠为基准计算，计算所用的参数α＝0.5297×d g/L，d为检测时培养液的稀释倍数；β＝0.0089mol硝酸钠/g藻，由比较例2的分批培养的硝酸钠消耗与生物量增量的比值获得)，并人工定量补加营养盐流加液，补加6天后停止营养盐流加液的流加。培养过程中，培养液中硝酸钠浓度维持在5～7.2mmol/L，磷酸浓度维持在0.8～1.2mmol/L，硫酸镁浓度维持在0.004～0.006mol/L。7天时培养终止，藻细胞的生物量浓度达到2.23g/L，单位面积产量达到17.6g/m2·d，硝酸钠的利用率可达90.2％，磷酸的利用率可达93.5％。与比较例2相比，单位面积产量提高了14.3％，硝酸钠利用率提高了55.8％，磷酸的利用率提高了33.0％。
比较例3
使用的微藻藻种为小球藻(Chlorella sp.，1298，中国科学院典型培养物保藏委员会淡水藻种库)，用上述藻种进行分批培养。
培养基的组成为：硝酸钠1.5g/L，磷酸氢二钾0.04g/L，七水合硫酸镁0.075g/L，二水合氯化钙0.02g/L，碳酸钠0.02g/L，柠檬酸0.006g/L，柠檬酸铁铵0.006g/L，EDTA二钠0.001g/L。
微藻培养器为100L平板式密闭光生物反应器，反应器加入次氯酸灭菌清洗后，加入上述培养基及藻种，初始藻细胞浓度为0.1g/L，温度为25℃，光照强度为120μmol/m2.s，通气量为10L/min，采用pH反馈控制装置间歇反馈控制通入CO2，以控制培养液的pH值在6.5～7.5范围内。连续培养15天后，藻细胞的生物量浓度达到0.75g/L，平均单位体积产率为42.3mg/L.d，获得小球藻的干基总脂含量为13.3％，总脂产率为5.6mg/L.d。
实施例4
使用的微藻藻种为小球藻(Chlorella sp.，1298，中国科学院典型培养物保藏委员会淡水藻种库)，用上述藻种进行基于OD反馈控制补加营养盐的分批补料培养。
培养基的组成为：硝酸钠0.1g/L，磷酸氢二钾0.04g/L，七水合硫酸镁0.075g/L，二水合氯化钙0.02g/L，碳酸钠0.02g/L，柠檬酸0.006g/L，柠檬酸铁铵0.006g/L，EDTA二钠0.001g/L。所用营养盐流加液分为两种，营养盐流加液1为0.25mol/L硝酸钠，营养盐流加液2为0.5mmol/L的柠檬酸铁铵。
微藻培养器为100L平板式密闭光生物反应器，营养盐控制系统参见图1，其中OD传感器为市售在线OD传感器(Wedgewood model 650，Wedgewood TechnologyIncorporated)，检测波长为880nm，控制器为计算机。当OD值的增量超过设定的OD值的增量时，计算机根据实际OD值的增量用内置程序按照公式(I)计算营养盐流加液添加量，并驱动执行机构，执行机构是多位可调蠕动泵(BT100-2J和BQ50-1J，保定兰格恒流泵有限公司)。
光生物反应器加入次氯酸灭菌清洗后，加入上述培养基及藻种，初始藻细胞浓度为0.1g/L，温度为25℃，光照强度为120μmol/m2.s，通气量为10L/min。采用pH反馈控制装置间歇反馈控制通入C02，以控制培养液的pH值在6.5～7.5范围内。
培养过程中，初始培养液的OD值为0.25，控制器的OD值的增量设定为0.4。蠕动泵1控制营养盐流加液1的流加，流量设定为0.1L/min(泵开)或0L/min(泵关)；蠕动泵2控制营养盐流加液2的流加，流量设定为0.5mL/min(泵开)或0L/min(泵关)。当培养液OD值的增量达到0.4(即此时刻的OD值达到0.65)时，控制器按照公式(I)分别计算营养盐流加液1和2的添加量(营养盐流加液1和2计算所用的参数α＝0.0405(ODt2+ODt1)+0.5927g/L；营养盐流加液1计算所用的参数β＝0.0044mol硝酸钠/g藻，营养盐流加液2计算所用的参数β＝3×10-6mol柠檬酸铁铵/g藻，分别由比较例3的分批培养的硝酸钠消耗与生物量增量的比值以及柠檬酸铁铵消耗与生物量增量的比值获得)，并且自动打开蠕动泵1和2，分别进行营养盐流加液1和2的流加，同时分别累计添加量，当累计添加量达到所需的营养盐流加液添加量时，蠕动泵自动关闭。蠕动泵打开的同时，控制器中的OD初始值替换为0.65。随着藻的生长，培养液的OD值继续升高，当下一时刻培养液OD值的增量达到0.4时，控制器重复上述操作，补加12天后停止营养盐流加液的流加，培养液中的硝酸钠浓度维持在0.6～1.4mmol/L。15天时培养终止，藻细胞的生物量浓度达到1.19g/L，单位体积产量达到66mg/L·d，硝酸钠的利用率为95.4％，获得的小球藻的干基总脂含量为18.4％，总脂产率为13.4mg/L.d。与比较例3相比，小球藻单位体积产率提高了35.9％，总脂含量提高38.3％，总脂产率提高139.3％。
实施例5
藻种、微藻培养器及培养条件同实施例4。营养盐控制系统参见图1，其中OD传感器为市售在线OD传感器(Wedgewood model 650，Wedgewood TechnologyIncorporated)，检测波长为880nm，控制器为计算机。当OD值的检测间隔时间超过设定的OD值的检测时间间隔时，计算机根据实际OD值的增量用内置程序按照公式(I)计算出营养盐流加液流加时间，并驱动执行机构，执行机构是多位可调蠕动泵(B T100-2J，保定兰格恒流泵有限公司)。
培养基的组成为：硝酸钠0.75g/L，磷酸氢二钾0.004g/L，七水合硫酸镁0.075g/L，二水合氯化钙0.02g/L，碳酸钠0.02g/L，柠檬酸0.006g/L，柠檬酸铁铵0.006g/L，EDTA二钠0.001g/L。所用营养盐流加液为2mmol/L磷酸氢二钾。
培养过程中，初始培养液的OD值为0.25，控制器的OD值的检测时间间隔设定为12小时，蠕动泵的流量设定为0.02L/min(泵开)或0L/min(泵关)。培养初始开始计时，培养12小时时，通过在线OD传感器检测培养液的OD值，控制器计算此时间间隔期间培养液OD值的增量，并根据OD值的增量按照公式(I)计算营养盐流加液的流加时间(计算所用的参数α同实施例4；β＝1.7×10-5mol磷酸氢二钾/g藻，由比较例3的分批培养的磷酸氢二钾消耗生物量增量的比值获得)，自动打开蠕动泵进行营养盐流加液的流加，同时累计流加时间，当累计流加时间达到所需的流加时间时，蠕动泵自动关闭。当培养至24小时时，控制器重复上述操作(此时的OD值的增量为培养12～24小时期间的OD值的增量)，如此循环，流加12天后停止营养盐流加液的流加，培养液中的磷酸氢二钾浓度维持在0.02～0.03mmol/L。15天时培养终止，藻细胞的生物量浓度达到1.01g/L，单位体积产率达到60.7mg/L·d，磷酸氢二钾的利用率为87.9％；获得小球藻的干基总脂含量为19.1％，总脂产率为11.6mg/L.d。与比较例3相比，小球藻单位体积产率提高了43.5％，总脂含量提高43.7％，总脂产率提高107.1％。
实施例6
藻种、微藻培养器和培养条件同实施例4。营养盐控制系统参见图1，其中OD传感器为市售在线OD传感器(Wedgewood model 650，Wedgewood TechnologyIncorporated)，检测波长为880nm，控制器为计算机。当OD值的检测间隔时间超过设定的OD值的检测时间间隔时，计算机根据实际OD值的增量用内置程序按照公式(I)计算出营养盐流加液流量，并驱动执行机构，执行机构是多位可调蠕动泵(B T100-2J，保定兰格恒流泵有限公司)。
培养基的组成为：硝酸钠0.1g/L，磷酸氢二钾0.004g/L，七水合硫酸镁0.075g/L，二水合氯化钙0.02g/L，碳酸钠0.02g/L，柠檬酸0.006g/L，柠檬酸铁铵0.006g/L，EDTA二钠0.001g/L。营养盐流加液为硝酸钠与磷酸氢二钾的混合物，其中硝酸钠的浓度为5mol/L，磷酸氢二钾的浓度为5mmol/L(硝酸钠与磷酸氢二钾的浓度比值由比较例3的分批培养中的两者消耗的比值确定)。
培养过程中，初始培养液的OD值为0.25，控制器的OD值的检测时间间隔设定为6小时，蠕动泵的开启时间设定为5min。培养初始开始计时，培养6小时时，通过在线OD传感器检测培养液的OD值，控制器计算此时间间隔内(即培养0～6小时内)培养液OD值的增量，并根据OD值的增量按照公式(I)计算营养盐流加液的流量(营养盐流加液的流量计算以硝酸钠为基准，计算所用的参数α和β同实施例4中的营养盐流加液1)，自动打开蠕动泵按照所需的营养盐流加液流量进行营养盐流加液的流加，同时累计流加时间，当累计流加时间达到5min时，蠕动泵自动关闭。培养12小时时，控制器重复上述操作(此时的OD值的增量为培养6～12小时期间的OD值的增量)，如此循环，补加12天后停止营养盐流加液的流加，培养液的硝酸钠浓度维持在1.0～1.3mmol/L，磷酸氢二钾的浓度维持在0.01～0.03mmol/L。15天时培养终止，藻细胞的生物量浓度可达1.17g/L，单位体积产率达到71.33mg/L.d，获得小球藻的总脂肪含量为18.9％，总脂产率为13.5mg/L.d。与比较例3相比，小球藻单位体积产率提高了68.6％，总脂含量提高42.1％，总脂产率提高1411％。
比较例4
使用的微藻藻种为二型栅藻(Scenedesmus dimorphus，1266，中国科学院典型培养物保藏委员会淡水藻种库)，用上述藻种进行分批培养。
培养基组成为：硝酸钠1.5g/L，磷酸氢二钾0.04g/L，七水合硫酸镁0.075g/L，二水合氯化钙0.02g/L，碳酸钠0.02g/L，柠檬酸0.006g/L，柠檬酸铁铵0.006g/L，EDTA二钠0.001g/L。
微藻培养器为管道式光生物反应器，管道直径为8cm，长度为200m。光生物反应器用次氯酸钠清洗灭菌后，加入上述培养基，通过反应器的接种口接入藻种，初始藻细胞浓度为0.3g/L，温度为25±1℃，光照为自然光，光照强度为575～1200μmol/m2.s，培养液流速为12m/min，采用pH反馈控制装置间歇反馈控制通入CO2，以控制培养液的pH值在7.2～7.8范围内。10天时培养终止，藻细胞的生物量浓度达到1.9g/L，单位体积产率为160mg/L.d，获得二型栅藻的干基总脂含量为16.1％，总脂产率为25.8mg/L.d。
实施例7
使用的微藻藻种为二型栅藻(Scenedesmus dimorphus，1266，中国科学院典型培养物保藏委员会淡水藻种库)，用上述藻种进行基于OD反馈控制补加营养盐的分批补料培养。
培养基组成为：硝酸钠0.05g/L，磷酸氢二钾0.04g/L，七水合硫酸镁0.075g/L，二水合氯化钙0.02g/L，碳酸钠0.02g/L，柠檬酸0.006g/L，柠檬酸铁铵0.006g/L，EDTA二钠0.001g/L。所用营养盐流加液为1mol/L硝酸钠溶液。
微藻培养器管道式光生物反应器，管道直径为8cm，长度为200m。营养盐自动控制装置参见图1，其中OD传感器为市售在线OD测定仪传感器(GX-2，南宁安胜达科技有限公司)，检测波长为650nm，控制器为计算机，当OD值的增量超过设定的OD值的增量时，计算机根据实际OD值的增量用内置程序按照公式(I)计算营养盐流加液添加量，并驱动执行机构，执行机构是多位可调计量泵(JCM2-15.1，浙江爱力浦泵业有限公司)。
光生物反应器用次氯酸钠清洗灭菌后，加入上述培养基，通过反应器的接种口接入藻种，初始藻细胞浓度为0.3g/L，温度为25±1℃，光照为自然光，光照强度为575～1200μmol/m2.s，培养液流速为12m/min，采用pH反馈控制装置反馈控制通入CO2，以控制培养液pH值在7.2～7.8范围内。
培养过程中，初始培养液的OD值为0.62，控制器的OD值的增量设定为0.6，计量泵的流量设定为0.1L/min(泵开)或0L/min(泵关)。当培养液OD值的增量达到0.6(即此时刻的OD值达到1.22)时，控制器按照公式(I)计算营养盐流加液添加量(计算所用的参数α＝0.0900(ODt2+ODt1)+0.6998g/L；β＝0.005mol硝酸钠/g藻，由比较例4的分批培养的硝酸钠消耗与生物量增量的比值获得)，并且自动打开计量泵进行营养盐流加液的流加，同时累计添加量，当累计添加量达到所需的营养盐流加液添加量时，计量泵自动关闭。计量泵打开的同时，控制器中的OD初始值替换为1.22。随着藻的生长，培养液的OD值继续升高，当下一时刻培养液OD值的增量达到0.6时，控制器重复上述操作，培养液中的硝酸钠浓度维持在0.3～0.9mmol/L。当培养液的OD值达到4.82时，停止营养盐流加液的流加。第10天时终止培养，藻细胞的生物量浓度达到2.4g/L，单位体积产量达到210mg/L·d，获得的二型栅藻的干基总脂含量为21.9％，总脂产率为46.0mg/L.d。与比较例4相比，二型栅藻单位体积产率提高了23.8％，总脂含量提高36.0％，总脂产率提高78.3％。
实施例8
藻种、微藻培养器、培养条件及营养盐控制装置同实施例7。培养基组成为：硝酸钠0.25g/L，磷酸氢二钾0.04g/L，七水合硫酸镁0.075g/L，二水合氯化钙0.02g/L，碳酸钠0.02g/L，柠檬酸0.006g/L，柠檬酸铁铵0.006g/L，EDTA二钠0.001g/L。营养盐流加液为5mol/L的硝酸钠溶液。
培养过程中，初始培养液的OD值为0.62，控制器的OD值的增量设定为1.0，计量泵的流量设定为0.1L/min(泵开)或0L/min(泵关)。当培养液OD值的增量达到1.0(即此时刻的OD值达到1.62)时，控制器按照公式(I)计算营养盐流加液添加量(计算所用参数α和β同实施例7)，并且自动打开计量泵进行营养盐流加液的流加，同时累计添加量，当累计添加量达到所需的营养盐流加液添加量时，计量泵自动关闭。计量泵打开的同时，控制器中的OD初始值替换为1.62。随着藻的生长，培养液的OD值继续升高，当下一时刻培养液OD值的增量达到1.0时，控制器重复上述操作，补加6天时停止营养盐流加液的流加。培养过程中，培养液中的硝酸钠浓度维持在0.4～3mmol/L。第10天时终止培养，藻细胞的生物量浓度达到2.2g/L，单位体积产量达到190mg/L·d，获得的二型栅藻的干基总脂含量为19.2％，产率为36.5mg/L.d。与比较例4相比，二型栅藻单位体积产率提高了18.8％，总脂含量提高19.3％，总脂产率提高41.5％。
比较例5
使用的微藻藻种为球等鞭金藻(Isochrysis sphacrica，1123，中国科学院典型培养物保藏委员会淡水藻种库)，用上述藻种进行恒速脉冲补料的分批培养。
培养基的组成为：硝酸钠0.075g/L，氯化钠21.2g/L，硫酸钠3.55g/L，氯化钾0.6g/L，碳酸氢钠0.29g/L，溴化钾0.086g/L，硼酸0.023g/L，氟化钠0.0028g/L，六水氯化镁9.6g/L，氯化钙1.01g/L，六水合氯化锶0.022g/L，磷酸二氢钠0.005g/L，九水合硅酸钠0.03g/L。
微藻培养器为250L圆柱型光生物反应器，直径为50cm，高度为1.5m。在光生物反应器加入上述培养基后，通入蒸汽使培养基沸腾20分钟灭菌，冷却后通过反应器的接种口接入藻种，初始藻细胞浓度为0.2g/L，温度为29±1℃，光照强度为150μmol/m2.s，通气量为2.5L/min。采用pH反馈控制装置间歇反馈控制通入CO2(CO2的通气量为250mL/min)，以控制培养液的pH值在7.3～7.7范围内。培养过程中，每天补加0.075g/L硝酸钠一次，连续补加7天。10天时培养终止，藻细胞的生物量浓度达到1.1g/L，单位体积产率为90mg/L.d，获得球等鞭金藻的干基总脂含量为23.1％，总脂产率为20.8mg/L.d。
实施例9
使用的微藻藻种为球等鞭金藻(Isochrysis sphacrica，1123，中国科学院典型培养物保藏委员会淡水藻种库)，用上述藻种进行基于OD反馈控制补加营养盐的分批补料培养。
培养基的组成同比较例5。营养盐流加液为0.1mol/L的硝酸钠溶液。
微藻培养器为250L圆柱型光生物反应器，直径为50cm，高度为1.5m。营养盐自动控制装置请参见图1，其中OD传感器为市售在线OD测定仪(Model FSC402，Ingold Electronics，Inc.)，检测波长为880nm，控制器为自动控制仪。当OD值的检测间隔时间超过设定的OD值的检测时间间隔时，该自动控制仪用内置程序根据实际OD值的增量按照公式(I)计算营养盐流加液流量，并驱动执行机构，执行机构是多位可调计量泵(JCM2-15.1，浙江爱力浦泵业有限公司)。
在光生物反应器加入上述培养基后，通入蒸汽使培养基沸腾20分钟灭菌，冷却后通过反应器的接种口接入藻种，初始藻细胞浓度为0.2g/L，温度为29±1℃，光照强度为150μmol/m2.s，通气量为2.5L/min。采用pH反馈控制装置间歇反馈控制通入CO2(CO2的通气量为250mL/min)，以控制培养液的pH值在7.3～7.7范围内。
培养过程中，初始培养液的OD值为0.5，控制器的OD值的检测时间间隔设定为24小时，计量泵的开启时间设定为3min。培养初始开始计时，培养24小时时，通过在线OD传感器检测此时间间隔内培养液OD值的增量，控制器根据OD值的增量按照公式(I)计算营养盐流加液的流量(计算所用的参数α＝0.0034(ODt2+ODt1)+0.4041g/L；β＝0.0028mol硝酸钠/g藻，由比较例5的恒速脉冲补料分批培养的硝酸钠消耗与生物量增量的比值获得)，并自动打开计量泵按照计算所得营养盐流加液流量进行营养盐流加液的流加，同时累计流加时间，当累计流加时间达到3min时，计量泵自动关闭。培养48小时时，控制器重复上述操作(此时的OD值的增量为培养24～48小时内的OD值的增量)，如此循环，补加7天后停止营养盐流加液的流加。培养过程中，培养液中的硝酸钠浓度维持在0.8～1.2mmol/L。10天时培养终止，藻细胞的生物量浓度达到1.3g/L，单位体积产量达到110mg/L·d，获得的球等鞭金藻的干基总脂含量为30.3％，总脂产率为33.3mg/L.d。与比较例5相比，球等鞭金藻单位体积产率提高了22.2％，总脂含量提高23.8％，总脂产率提高60.1％。
比较例6
使用的微藻藻种为紫球藻(Prophyridium Cruentum，981，中国科学院典型培养物保藏委员会淡水藻种库)，用上述藻种进行分批培养。
培养基用消毒海水配置，其组成为：尿素0.5g/L，碳酸氢钠3.0g/L，磷酸二氢钾0.03g/L，VB12 5μg/L，VB1 0.9mg/L，Fe-EDTA 0.11mg/L。
微藻培养器为250L圆柱型光生物反应器，直径为50cm，高度为1.5m。在光生物反应器加入上述培养基后，通入蒸汽使培养基沸腾20分钟灭菌，冷却后通过反应器的接种口接入藻种，初始藻细胞浓度为0.1g/L，温度为29±1℃，光照强度为100μmol/m2.s，通气量为2.5L/min。采用pH反馈控制装置间歇反馈控制通入CO2(CO2的通气量为250mL/min)，以控制培养液的pH值在7～8范围内。10天时培养终止，藻细胞的生物量浓度达到1.08g/L，单位体积产量达到98mg/L·d，获得的紫球藻的B-藻红蛋白含量可达6.12％，培养液中的胞外多糖的浓度可达258mg/L。
实施例10
使用的微藻藻种为紫球藻(Prophyridium Cruentum，981，中国科学院典型培养物保藏委员会淡水藻种库)，用上述藻种进行基于OD反馈控制补加营养盐的分批补料培养。
培养基用消毒海水配置，其组成为：尿素0.12g/L，碳酸氢钠3.0g/L，磷酸二氢钾0.03g/L，VB12 5μg/L，VB1 0.9mg/L，Fe-EDTA 0.11mg/L。所用营养盐补料液为0.1mol/L的尿素溶液。
微藻培养器为250L圆柱型光生物反应器，直径为50cm，高度为1.5m。营养盐自动控制装置参见图1，其中OD传感器为市售在线OD测定仪传感器(GX-2，南宁安胜达科技有限公司)，检测波长为650nm，控制器为计算机。当OD值的增量超过设定的OD值的增量时，计算机根据实际OD值的增量用内置程序按照公式(I)计算出营养盐流加液添加量，并驱动执行机构，执行机构是多位可调计量泵(JCM2-9.5，浙江爱力浦泵业有限公司)。
在生物反应器加入上述培养基后，通过反应器的接种口接入藻种，初始藻细胞浓度为0.1g/L，温度为23±1℃，光照强度为100μmol/m2.s，通气量为2.5L/min。采用pH反馈控制装置间歇反馈控制通入CO2(CO2的通气量为250mL/min)，以控制培养液的pH值在7.0～8.0范围内。
培养过程中，初始培养液的OD值为0.15，控制器的OD值的增量设定为0.2，计量泵的流量设定为0.1L/min(泵开)或0L/min(泵关)。当培养液OD值的增量达到0.2(即此时刻的OD值达到0.35)时，控制器按照公式(I)计算营养盐流加液添加量(计算所用的参数α＝0.1354(ODt2+ODt1)+0.9794g/L；β＝0.0012mol尿素/g藻，由比较例6的分批培养的尿素消耗与生物量增量的比值获得)，并且自动打开计量泵进行营养盐流加液的流加，同时累计添加量，当累计添加量达到所需的营养盐流加液添加量时，计量泵自动关闭。计量泵打开的同时，控制器中的OD初始值替换为0.35。随着藻的生长，培养液的OD值继续升高，当下一时刻培养液OD值的增量达到0.2时，控制器重复上述操作，培养10天结束培养时停止营养盐流加液流加。培养过程中，培养液中尿素浓度维持在1.0～2.0mmol/L。培养结束时，藻细胞的生物量浓度达到1.12g/L，单位体积产量达到102mg/L·d，获得的紫球藻的B-藻胆蛋白藻红蛋白含量可达7.94％，培养液中的胞外多糖的浓度可达463mg/L。与比较例6相比，藻体单位体积产率提高了4.1％，B-藻胆蛋白含量提高29.7％，培养液中的胞外多糖浓度提高79.5％。

Claims (11)

1.一种基于光密度反馈控制补加营养盐培养微藻的方法，其特征在于，所述方法中通过公式(I)计算营养盐流加液的添加量，
Figure FDA0000107455250000011
其中，α为光密度OD值的增量与微藻细胞增量间的换算系数，β为微藻细胞增量与营养盐消耗量之间的比例系数，ΔOD为培养液光密度OD值的增量，
预先设定培养液的光密度OD值的增量，当培养液的光密度增量达到设定值后，采用公式(I)计算营养盐流加液的添加量，或者
预先设定检测光密度OD值的时间间隔，检测所述时间间隔内培养液光密度OD值的增量，根据测得的光密度OD值的增量采用公式(I)计算并添加营养盐流加液。
2.根据权利要求1所述的基于光密度反馈控制补加营养盐培养微藻的方法，其特征在于，通过常规培养方法对微藻进行培养，测定藻液生物量浓度与光密度OD值的关系曲线得到光密度OD值的增量与藻细胞增量间的换算系数α，通过测定藻液的生物量浓度与营养盐消耗的关系曲线得到藻细胞增量与营养盐消耗量之间的比例系数β。
3.根据权利要求1或2所述的基于光密度反馈控制补加营养盐培养微藻的方法，其特征在于，所述预先设定培养液的光密度OD值的增量为0.1～1.0；或者
所述的预先设定光密度OD值的检测时间间隔为1～24小时。
4.根据权利要求1或2所述的基于光密度反馈控制补加营养盐培养微藻的方法，其特征在于，所述微藻选自蓝藻门、绿藻门、金藻门和红藻门。
5.根据权利要求4所述的基于光密度反馈控制补加营养盐培养微藻的方法，其特征在于，所述微藻选自蓝藻门的螺旋藻、绿藻门的小球藻、栅藻、金藻门的金藻、三角褐指藻、拟微球藻和红藻门的紫球藻；所述微藻培养基为Zarrouk培养基、BG-11培养基、f/2培养基、Provasoli培养基、BBM培养基；
所述的营养盐流加液中的营养盐包括氮源、磷源、镁源、钾源、铁源和钙源中的一种或者几种。
6.根据权利要求5所述的基于光密度反馈控制补加营养盐培养微藻的方法，其特征在于，
所述的氮源包括硝酸盐、铵盐和尿素中的一种或多种；
所述的磷源包括磷酸氢盐和/或磷酸；
所述的镁源包括硫酸镁和/或磷氯化镁；
所述的钾源包括硫酸钾和/或磷氯化钾；
所述的铁源包括硫酸亚铁的EDTA络合物；
所述的钙源包括氯化钙或硫酸钙；
所述的营养盐流加液中的氮源的浓度为0.01～5mol/L，磷源的浓度为0.001～0.5mol/L，镁、钾、铁、钙源的浓度为0.0005～0.1mol/L。
7.一种基于光密度反馈控制补加营养盐培养微藻的装置，所述装置包括微藻培养器(5)以及营养盐流加液贮罐(3)，其特征在于，所述装置还包括光密度传感器(1)、控制器(2)和执行机构(4)，
其中，
所述光密度传感器(1)与控制器(2)之间通过电缆或者无线联接，将光密度传感器(1)获得的OD测定值传送给控制器(2)；
控制器(2)的信号输出口与执行机构(4)的信号输入口通过电缆或者无线联接，营养盐流加液贮罐(3)与执行机构(4)的输入口通过管道连通，执行机构(4)的输出口与微藻培养器(5)输入口通过管道连通；
控制器(2)根据公式(I)计算营养盐流加液的添加量，并根据计算所得的营养盐流加液的添加量向执行机构(4)发出指令，执行机构(4)收到指令后经营养盐流加液贮罐(3)进行营养盐流加液的添加
Figure FDA0000107455250000021
8.根据权利要求7所述的基于光密度反馈控制补加营养盐培养微藻的装置，其特征在于，所述执行机构(4)的输出口与微藻培养器(5)输入口的管道上设有阀门、过滤器及流量计。
9.根据权利要求7所述的基于光密度反馈控制补加营养盐培养微藻的装置，其特征在于，所述执行机构(4)为执行控制器(2)的指令、调节并计量营养盐流加量的流体输送装置。
10.根据权利要求9所述的基于光密度反馈控制补加营养盐培养微藻的装置，其特征在于，所述流体输送装置为两位、多位或连续调节开度的计量泵或蠕动泵。
11.根据权利要求7所述的基于光密度反馈控制补加营养盐培养微藻的装置，其特征在于，所述微藻培养器(5)包括开放式培养池和密闭式光生物反应器，其中，开放式培养池包括跑道池和圆形浅池；所述密闭式光生物反应器包括管道式光生物反应器、平板式光生物反应器和圆柱型光生物反应器。
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