CN103627623B - 高epa产率的微拟球藻培养系统及培养方法 - Google Patents

高epa产率的微拟球藻培养系统及培养方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高EPA产率的微拟球藻培养系统及培养方法。现有方法不利于EPA的规模化生产。为此，本发明在传统环形跑道式培养池外增加太阳能光照循环装置，增强局部水循环，增大受光面积；同时增设通气总管及支管，利用通气气流驱动培养液不断流动，既提供了碳源，又使得培养液得以不断循环，使所有微拟球藻都能理到充足的光照和二氧化碳。本发明同时为微拟球藻的三个自然生长阶段提供了不同的培养液配方，使得微拟球藻在密度最大时，EPA含量最高。本发明高EPA产率的微拟球藻培养系统及培养方法具有生产成本低，EPA产率高的优点，适合大规模工业化生产微拟球藻及EPA。

Description

高EPA产率的微拟球藻培养系统及培养方法
技术领域
本发明涉及一种高EPA产率的微拟球藻培养系统及培养方法。
背景技术
微藻的培养装置根据其工程和水力的特征分为开放系统（包括池、深槽、浅循环单元等）和密闭系统（常称为光生物反应器）。传统的微藻大规模培养方法是利用跑道设计的开放池，利用太阳光作光源。这种方法有以下不条件：（1）培养液的蒸发损失大；（2）容易受到外界污染，（3）光照强度偏小。
微拟球藻Nannochloropsis OZ-1是以藻类学专家Oded Zmora的名字命名的。微拟球藻是直径为2-3μm的真核单细胞绿色微藻，归属于褐藻门，大眼藻纲，单珠藻科。微拟球藻是公认的最有希望用于工业化的高产油海水藻，它的油脂含量占干重的比重达68%以上，油脂以C16和C18脂肪酸为主。
微拟球藻营养全面，富含EPA。EPA是Eicosapentaenoic Acid即二十碳五烯酸的英文缩写，具有以下作用：1.治疗自身免疫缺陷。2.促进循环系统的健康。3.有助于生长发育。4.帮助降低胆固醇和甘油三酯的含量，促进体内饱和脂肪酸代谢。5.DHA与EPA组合具有保护眼睛，提高视网膜的发射机能作用。
现有微拟球藻养殖方法将微拟球藻的生长期约为7天，其中第1-3天为指数增长期，第4-5为相对生长下降期，第6-7天为静止期。期间EPA含量有从少到多，再到少的过程。微拟球藻中EPA的含量虽高，但培养液中的藻类密度小；或培养液中的藻类密度大，但微拟球藻中EPA的含量低，都不利于高纯度、高产量生产EPA。
现有培育富含EPA球藻养殖方法光利用率低、成本高，产能有限，不能充分利用光照资源和设备资源，不利于EPA的规模化生产。如何促使微拟球藻密度最大时，其EPA含量也能达到峰值，是本领域技术人员急需要解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何克服现有技术的上述缺陷，提供一种高EPA产率的微拟球藻培养系统及培养方法。
为解决上述技术问题，本高EPA产率的微拟球藻培养系统包括环形跑道式培养池，该环形跑道式培养池由两段直道段和连接直道段的两个弯道段组成，两条直道段相互平行，且均呈东西走向，其特征在于：所述直道段朝阳侧均设有多个均匀分布的太阳能光照循环装置，每个太阳能光照循环装置均包括透明培养管、反光板和连通管，其中透明培养管一端与环形跑道式培养池内的上层培养液相通，透明培养管另一端向外侧下方延伸，并与连通管一端相通，连通管的另一端与环形跑道式培养池内的下层培养液相通；所述环形跑道式培养池的池底设有通气总管，通气总管上设有多个沿环形跑道式培养池均匀分布的支管，并配有风机或气源，上述支管设有喷气孔，其出气方向均为顺时针方向或逆时针方向。如此设计，利用通气总管和各个支管向环形跑道式培养池通入空气或二氧化碳时，还可以推动培养液用顺时针或逆时针流动，既增加二氧化碳的供应量，又可使培养液不断流动，使培养液中的藻都能得到较为充足的光照。
增设太阳能光照循环装置后，透明培养管受到阳光照射后，温度升高，逐渐上升，回流到环形跑道式培养池，而环形跑道式培养池底较冷的培养液又通过连通管不断补充到透明培养管形成局部横向循环流动，一方面可以增大受光面积，另一方面强化了循环流动效果。
作为优化，环形跑道式培养池上罩有透明密封罩，其中直道段上方的透明密封罩呈圆弧形，其朝阳侧最低，并通过与环形跑道式培养池池壁内侧相接；其背阴侧最高，并与一密封墙相接，该密封墙固定在环形跑道式培养池的池壁上；弯道段上方的透明密封罩连接直道段上方的透明密封罩，将环形跑道式培养池完全封闭起来。如此设计，培养液蒸发出的水气，遇到透明密封罩后凝结，最后又回流到环形跑道式培养池，可以减少培养液蒸发，降低成本。
作为优化，所述透明密封罩内设有沼气灯，该沼气灯沿环形跑道式培养池均匀分布。如此设计，沼气灯一方面可以为微拟球藻提供充足的光照，另一方面还可以为微拟球藻提供碳源，而且可以消耗微拟球藻在光合作用产生的氧气，一举三得。
作为优化，通气总管配有设有轴流风机，该轴流风机设置在透明密封罩外，其吸入口处设有抗菌空气过滤膜。如此设计，可以滤除空气中对微拟球藻的真菌、细菌和蓝藻等有害物质。
作为优化，通气总管配有高压离心风机，该高压离心风机的入口与密闭罐顶部相通，该密闭罐内设有消毒密封液，并设有一吸气管，该吸气管一端与大气相通，另一端通入密闭罐内的消毒密封液的液面以下，所述支管包括陶瓷布气管，该陶瓷布气管密布微孔，其外侧设有一弧形挡板，该弧形挡板使得喷出的气泡均朝顺时针或逆时针方向。如此设计，可以滤除空气中对微拟球藻的真菌、细菌和蓝藻等有害物质。
本发明利用前述高EPA产率的微拟球藻培养系统培养高EPA产率的微拟球藻方法，该方法将整个养殖周期时定为长7天，分成三个阶段，第1-3天为第一阶段，第4-5天为第二阶段，第6天或第6-7天为第三阶段，三个阶段分别适用不同的培养液，
第一阶段培养液标准如下：
第一阶段培养液温度控制在20±2℃范围，光照强度5000～7000lx，光暗周期LH:DH=18:6，pH为8.3±0.5，第一阶段养殖微拟球藻期间，光照期间通过，不断通气总管和支管向培养液内通气，使培养液沿环形跑道式培养池顺时针或逆时针不停流动；
第二阶段培养液标准如下：
第二阶段培养液温度控制在23±2℃范围，光照强度2000～3000lx，光暗周期LH:DH：12:12，pH控制在8.0±0.2范围内，第一阶段养殖微拟球藻期间，光照期间通过，不断通气总管和支管向培养液内通气，使培养液沿环形跑道式培养池顺时针或逆时针不停流动；
第三阶段培养液应满足以下标准：
第三阶段培养液温度控制在25±2℃范围，光照强度1000lx，光暗周期LH:DH=12:12，pH控制在7.5±0.2范围内，光照期间通过，不断通气总管和支管向培养液内通气，使培养液沿环形跑道式培养池顺时针或逆时针不停流动，第7天后即可采收。如此设计，培养出的EPA含量更高，成本更低。
作为优化，以淡水经煮沸消毒、冷却后，加海水晶配置成30‰盐度的人工海水作为培养液，补充NaNO3作为氮源、NaH2PO4为磷源，其他元素分别来自于HBO3、ZnSO4·7H2O、NaMoO4·2H2O、MnCl2·4H2O、CuSO4·5H2O、CoCl2·6H2O、Na2EDTA·2H2O、FeC6H5O7·5H2O。如此设计，便于调配，成本低。
本发明高EPA产率的微拟球藻培养系统及培养方法具有生产成本低，EPA产率高的优点，适合大规模工业化生产微拟球藻及EPA。
附图说明
下面结合附图对本发明高EPA产率的微拟球藻培养系统及培养方法作进一步说明：
图1是本发明中环形跑道式培养池的俯视结构示意图（图中箭头表示培养液流动方向）；
图2是图1的A-A向剖面结构示意图一（图中实心箭头表示培养液流动方向，空心箭头表示水气蒸发方向）；
图3是图1的A-A向剖面结构示意图二（图中实心箭头表示培养液流动方向，空心箭头表示水气蒸发方向）；
图4是本发明中高压离心风机及密闭罐的结构示意图（图中箭头表示空气流动方向）；
图5是本发明中陶瓷布气管及弧形挡板的结构示意图。
图中：1为环形跑道式培养池、2为太阳能光照循环装置、21为透明培养管、22为反光板、23为连通管、3为通气总管、4为支管、5为喷气孔、6为透明密封罩、7为密封墙、8为轴流风机、9为抗菌空气过滤膜、10为沼气灯、11为高压离心风机、12为密闭罐、13为吸气管、14为陶瓷布气管、15为弧形挡板。
具体实施方式
实施方式一：如图1、2所示，本高EPA产率的微拟球藻培养系统包括环形跑道式培养池1，该环形跑道式培养池由两段直道段和连接直道段的两个弯道段组成，两条直道段相互平行，且均呈东西走向，其特征在于：所述直道段朝阳侧均设有多个均匀分布的太阳能光照循环装置2，每个太阳能光照循环装置2均包括透明培养管21、反光板22和连通管23，其中透明培养管21一端与环形跑道式培养池1内的上层培养液相通，透明培养管21另一端向外侧下方延伸，并与连通管23一端相通，连通管23的另一端与环形跑道式培养池1内的下层培养液相通；所述环形跑道式培养池1的池底设有通气总管3，通气总管3上设有多个沿环形跑道式培养池均匀分布的支管4，并配有风机或气源，上述支管4设有喷气孔5，其出气方向均为顺时针方向或逆时针方向。
如图2所示，环形跑道式培养池1上罩有透明密封罩6，其中直道段上方的透明密封罩呈圆弧形，其朝阳侧最低，并通过与环形跑道式培养池池壁内侧相接；其背阴侧最高，并与一密封墙7相接，该密封墙7固定在环形跑道式培养池1的池壁上；弯道段上方的透明密封罩6连接直道段上方的透明密封罩1，将环形跑道式培养池完全封闭起来。通气总管3配有设有轴流风机8，该轴流风机8设置在透明密封罩6外，其吸入口处设有抗菌空气过滤膜9。
对于北半球，朝阳侧指南侧，背阴侧指北侧，对于南半球则相反。
实施方式二：如图3所示，所述透明密封罩6内设有沼气灯10，该沼气灯10沿环形跑道式培养池1均匀分布，其余结构如实施方式一所述。
实施方式三：如图4-5所示，通气总管3配有高压离心风机11，该高压离心风机11的入口与密闭罐12顶部相通，该密闭罐12内设有消毒密封液，并设有一吸气管13，该吸气管13一端与大气相通，另一端通入密闭罐12内的消毒密封液的液面以下，所述支管4包括陶瓷布气管14，该陶瓷布气管14密布微孔，其外侧设有一弧形挡板15，该弧形挡板15使得喷出的气泡均朝顺时针或逆时针方向，其余结构如实施方式一所述。
利用前述高EPA产率的微拟球藻培养系统培养高EPA产率的微拟球藻方法，该方法将整个养殖周期时定为长7天，分成三个阶段，第1-3天为第一阶段，第4-5天为第二阶段，第6天或第6-7天为第三阶段，三个阶段分别适用不同的培养液，
第一阶段培养液标准如下：
第一阶段培养液温度控制在20±2℃范围，光照强度5000～7000lx，光暗周期LH:DH=18:6，pH为8.3±0.5，第一阶段养殖微拟球藻期间，光照期间通过，不断通气总管和支管向培养液内通气，使培养液沿环形跑道式培养池顺时针或逆时针不停流动；
第二阶段培养液标准如下：
第二阶段培养液温度控制在23±2℃范围，光照强度2000～3000lx，光暗周期LH:DH：12:12，pH控制在8.0±0.2范围内，第一阶段养殖微拟球藻期间，光照期间通过，不断通气总管和支管向培养液内通气，使培养液沿环形跑道式培养池顺时针或逆时针不停流动；
第三阶段培养液应满足以下标准：
第三阶段培养液温度控制在25±2℃范围，光照强度1000lx，光暗周期LH:DH=12:12，pH控制在7.5±0.2范围内，光照期间通过，不断通气总管和支管向培养液内通气，使培养液沿环形跑道式培养池顺时针或逆时针不停流动，第7天后即可采收。
以淡水经煮沸消毒、冷却后，加海水晶配置成30‰盐度的人工海水作为培养液，补充NaNO3作为氮源、NaH2PO4为磷源，其他元素分别来自于HBO3、ZnSO4·7H2O、NaMoO4·2H2O、MnCl2·4H2O、CuSO4·5H2O、CoCl2·6H2O、Na2EDTA·2H2O、FeC6H5O7·5H2O。
按照常规培养液在常规培养液内养殖微拟球藻，与按照本发明所述方法，使用本发明所述系统养殖的不同时期的微拟球藻进行成分对比。
对比实验：藻粉成分分析（g/100g藻粉）
通过上表，不难看出，应本发明所述高EPA产率的微拟球藻培养系统及培养方法，养殖微拟球藻的EPA含量在静止期，含量达到最高值，这就保证了应用本发明技术，在产品密度最大、产量最高时采收的微拟球藻EPA含量最高，光照资源、设备资源利用率高，使高产、高纯度生产EPA成为可能。

Claims (7)

1.一种高EPA产率的微拟球藻培养系统，包括环形跑道式培养池，该环形跑道式培养池由两段直道段和连接直道段的两个弯道段组成，两条直道段相互平行，且均呈东西走向，其特征在于：所述直道段朝阳侧均设有多个均匀分布的太阳能光照循环装置，每个太阳能光照循环装置均包括透明培养管、反光板和连通管，反光板位于透明培养管下方，其中透明培养管一端与环形跑道式培养池内的上层培养液相通，透明培养管另一端向外侧下方延伸，并与连通管一端相通，连通管的另一端与环形跑道式培养池内的下层培养液相通；所述环形跑道式培养池的池底设有通气总管，通气总管上设有多个沿环形跑道式培养池均匀分布的支管，并配有风机或气源，上述支管设有喷气孔，其出气方向均为顺时针方向或逆时针方向。 
2.根据权利要求1所述的高EPA产率的微拟球藻培养系统，其特征在于：环形跑道式培养池上罩有透明密封罩，其中直道段上方的透明密封罩呈圆弧形，其朝阳侧最低，并通过与环形跑道式培养池池壁内侧相接；其背阴侧最高，并与一密封墙相接，该密封墙固定在环形跑道式培养池的池壁上；弯道段上方的透明密封罩连接直道段上方的透明密封罩，将环形跑道式培养池完全封闭起来。 
3.根据权利要求2所述的高EPA产率的微拟球藻培养系统，其特征在于：所述透明密封罩内设有沼气灯，该沼气灯沿环形跑道式培养池均匀分布。 
4.根据权利要求2所述的高EPA产率的微拟球藻培养系统，其特征在于：通气总管配有轴流风机，该轴流风机设置在透明密封罩外，其吸入口处设有抗菌空气过滤膜。 
5.根据权利要求2所述的高EPA产率的微拟球藻培养系统，其特征在于：通气总管配有高压离心风机，该高压离心风机的入口与密闭罐顶部相通，该密闭罐内设有消毒密封液，并设有一吸气管，该吸气管一端与大气相通，另一端通入密闭罐内的消毒密封液的液面以下，所述支管包括陶瓷布气管，该陶瓷布气管密布微孔，其外侧设有一弧形挡板，该弧形挡板使得喷出的气泡均朝顺时针或逆时针方向。 
6.一种利用权利要求1至5任一所述的高EPA产率的微拟球藻培养系统培养高EPA产率的微拟球藻方法，该方法将整个养殖周期时定为长7天，分成三个阶段，第1-3天为第一阶段，第4-5天为第二阶段，第6-7天为第三阶段，三个阶段分别适用不同的培养液， 
第一阶段培养液标准如下： 
第一阶段培养液温度控制在20±2℃范围，光照强度5000～7000 lx，光暗周期LH:DH＝18:6，pH为8.3±0.5，第一阶段养殖微拟球藻期间，光照期间通过，不断向总管和支管向培养液内通气，使培养液沿环形跑道式培养池顺时针或逆时针不停流动； 
第二阶段培养液标准如下： 
第二阶段培养液温度控制在23±2℃范围，光照强度2000～3000 lx，光暗周期LH:DH＝12:12，pH控制在8.0±0.2范围内，第二阶段养殖微拟球藻期间，光照期间通过，不断向总管和支管向培养液内通气，使培养液沿环形跑道式培养池顺时针或逆时针不停流动； 
第三阶段培养液应满足以下标准： 
第三阶段培养液温度控制在25±2℃范围，光照强度1000 lx，光暗周期LH:DH＝12:12，pH控制在7.5±0.2范围内，光照期间通过，不断通气总管和支管向培养液内通气，使培养液沿环形跑道式培养池顺时针或逆时针不停流动，第7天后，即可采收。 
7.根据权利要求6所述的培养高EPA产率的微拟球藻方法，其特征在于：以淡水经煮沸消毒、冷却后，加海水晶配置成30‰盐度的人工海水作为培养液，补充NaNO3作为氮源、NaH2PO4为磷源，其他元素分别来自于 HBO3、ZnSO4·7H2O、NaMoO4·2H2O、MnCl2·4H2O、CuSO4·5H2O、CoCl2·6H2O、Na2EDTA·2H2O、FeC6H5O7·5H2O。 
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