CN104789478A - 一种雨生红球藻藻种的培养方法和培养系统 - Google Patents

Abstract

一种雨生红球藻藻种的培养方法，所述方法包括以下步骤：1)使用太阳能加热的方式，将雨生红球藻藻种的培养用水加热至60℃或以上；2)使用步骤1)得到的热水对雨生红球藻藻种培养装置涮洗；3)排出步骤2)涮洗后的水，在所述雨生红球藻藻种培养装置中再次注入步骤1)得到的热水，当水温自然冷却至28℃以下时，在藻种培养装置中配制培养基，接入雨生红球藻藻种开始藻种培养过程。本发明的发明人发现，使用太阳能产生的热水资源对雨生红球藻培养系统消毒，同时将冷却后的太阳能热水作为雨生红球藻藻种的培养用水，不仅可以满足雨生红球藻藻种培养系统的消毒要求，而且能够有效地控制生物污染对雨生红球藻藻种造成的不利影响。

Description

一种雨生红球藻藻种的培养方法和培养系统

技术领域

本发明属于生物工程技术领域，涉及一种红球藻的培养方法，具体涉及一种雨生红球藻藻种的培养方法以及相应的培养系统。

背景技术

雨生红球藻(H.pluvialis)属于绿藻门(Chiorophata)，绿藻纲(Chiorophyceae)，团藻目(Volvocales)，红球藻科(Haematococcaceae)，红球藻属(Haematococcus，Ag)。在特定生态环境中能形成厚壁孢子，积累大量的虾青素，是自然界中最能够大量合成和积累虾青素的生物，也是自然界中天然虾青素含量最高的生物。虾青素是一种生物抗氧化剂，具有极强的去除自由基的能力，保护细胞和组织免受脂质氧化和过氧化的损伤，在人类功能食品、药品和珍贵水产品养殖方面具有广阔的应用前景。

大规模养殖雨生红球藻(H.pluvialis)生产天然虾青素是国际上近年来兴起的微藻生物技术产业。由于雨生红球藻对培养条件的要求极为严格，规模化养殖雨生红球藻的条件为：优良生产用藻种、适合的自然环境条件(光照、温度、水源等)以及相匹配的藻种培养系统、虾青素积累系统等硬件条件；根据雨生红球藻生理特点培养方式只能采取分批次方式进行培养，在完成红球藻藻种培养、孢子转化、积累虾青素、采收等一系列过程后继续开展下一次的培养过程。在雨生红球藻培养过程中，藻种培养阶段最容易受到原生动物、杂藻等的污染，最终导致雨生红球藻种群数量降低、过早形成孢子等异常情况，进而影响后续的扩大培养、孢子转化及虾青素积累，甚至造成培养失败的结果；因此一次性可培养藻种的数量及藻种状态基本决定了雨生红球藻养殖企业的可养殖规模及虾青素产量水平。

雨生红球藻藻种培养过程中，生物污染防治的有效措施为在接种前对藻种培养系统及培养用水进行消毒处理，通常的消毒方法为化学消毒法，但化学消毒方法通常存在消毒不彻底、额外带入与藻种培养无关的化学离子成分、长期使用后造成污染物对消毒剂的抗性、影响雨生红球藻的正常生长等不良结果。目前较理想的消毒方法为热消毒方法，即对藻种培养系统及培养用水进行加热处理；获得热资源的方式一般为电加热、燃煤锅炉等，通常存在耗能高、成本高、对环境有污染影响等不利方面。

因此，如何改善雨生红球藻藻种培养系统是当前雨生红球藻规模化养殖面临的重大问题，当前亟需一种能够对雨生红球藻藻种的培养用水进行彻底消毒处理并且能够获得经济环保的热资源的雨生红球藻藻种培养系统。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种雨生红球藻藻种的培养方法，并提供了与所述方法匹配的雨生红球藻藻种培养系统以及使用该系统培养雨生红球藻藻种的方法。本发明的发明人发现，使用太阳能产生的热水资源对雨生红球藻培养系统消毒，同时将冷却后的太阳能热水作为雨生红球藻藻种的培养用水，不仅可以满足雨生红球藻藻种培养系统的消毒要求，而且能够有效地控制生物污染对雨生红球藻藻种造成的不利影响。因此，本发明提供的雨生红球藻藻种的培养方法具有经济、环保、使用成本低的优点。

一方面，本发明提供了一种雨生红球藻藻种的培养方法，所述方法包括以下步骤：

1)使用太阳能加热的方式，将雨生红球藻藻种的培养用水加热至60℃或以上以得到热水；

2)使用步骤1)得到的热水对雨生红球藻藻种培养装置进行涮洗；

优选地，所述涮洗次数为1-2次；

3)排出步骤2)涮洗后的水，在所述雨生红球藻藻种培养装置中再次注入步骤1)得到的热水，当水温自然冷却至28℃以下时，在藻种培养装置中配制培养基，接入雨生红球藻藻种开始藻种培养过程。

优选地，所述步骤2)还包括下述步骤：在使用所述热水对雨生红球藻藻种培养装置进行涮洗之前，使用冷水将所述雨生红球藻藻种培养装置清洗干净并晾干。

另一方面，本发明提供了一种雨生红球藻藻种培养系统，所述培养系统包括太阳能热水装置1，雨生红球藻藻种培养装置3，以及用于将太阳能热水装置1和雨生红球藻藻种培养装置3相连通的管道2，其中所述太阳能热水装置1上设置有温度控制阀，用于将出水温度控制在60℃或以上。

优选地，所述太阳能热水装置1包括太阳能热水循环储水桶11、热水储水桶12、温度控制阀13、上循环管14、下循环管15、太阳能真空集热管16；

其中，太阳能热水循环储水桶11的进水口21和太阳能真空集热管16的进水口22分别与下循环管15连通，所述下循环管15为三叉管，用于将冷水分别输送至太阳能热水循环储水桶11和太阳能真空集热管16；太阳能热水循环储水桶11的进水口24与太阳能真空集热管16的出水口23通过上循环管15连接，用于将太阳能真空集热管16中的热水输送至太阳能热水循环储水桶11；

所述太阳能热水循环储水桶11的出水口25与热水储水桶12的进水口26通过管道19连通，所述管道19上还设置有温度控制阀13，用于将太阳能热水循环储水桶11中温度为60℃或以上的热水输送至热水储水桶12，所述热水储水桶12的出水口27与管道2连通，用于将温度为60℃或以上的热水通过管道2输送至雨生红球藻藻种培养装置3。

优选地，所述太阳能热水装置1还包括补水桶17，所述补水桶17与下循环管15连通，用于存储冷水。

优选地，所述雨生红球藻藻种培养装置3为光生物反应器，更优选为玻璃平板式光生物反应器、管道式光生物反应器、玻璃缸式光生物反应器中的一种或多种；

优选地，还可以在管道2上设置有出水控制泵和温度控制阀，用于将出水温度控制在60℃或以上。

再一方面，本发明还提供了一种雨生红球藻藻种培养方法，所述方法包括使用本发明所述的装置培养雨生红球藻藻种的步骤。

优选地，所述方法包括以下步骤：

1)使用太阳能热水装置，将雨生红球藻藻种培养用水加热至60℃或以上，并在热水储水桶中储存；

2)使用冷水将藻种培养装置清洗干净、晾干；

3)使用热水储水桶中的热水对藻种培养装置进行涮洗，其中所述热水水温为60℃或以上；

优选地，所述涮洗次数为1-2次；

4)排除涮洗用热水后，在藻种培养装置中再次加入水温为60℃或以上的太阳能热水进行浸泡消毒；

5)当水温自然冷却至28℃以下时，在藻种培养装置中配制培养基，接入雨生红球藻藻种开始藻种培养过程。

本发明的有益效果如下：

雨生红球藻藻种的培养用水需要进行加热处理，以使水体中含有的杂藻、原生生物等灭活。

当前对雨生红球藻藻种的培养用水进行消毒的方法主要为电加热法、燃煤锅炉法等。还可以使用化学消毒法。对藻种培养装置及培养用水的热消毒，往往只会在室内培养阶段使用，例如：三角瓶、试剂瓶的培养。由于受培养条件及工艺、成本、不具备可操作性等因素制约，规模化培养情况下，室外藻种培养主要采取清洗培养容器、增加接种浓度、调控pH、营养源、温度、光照等生长条件确保培养藻种的种群优势来防止污染，通常不会对室外藻种培养的容器及培养用水进行专门消毒。当培养藻种中发现生物污染时一般采取添加二氧化氯、漂白粉、碳铵等化学物质来控制生物污染。另外，通常情况下，对室外藻种培养装置及培养用水的消毒方式为：采用双氧水、臭氧、二氧化氯等化学方式进行消毒。一般不会采用电加热的方式更不会联想到采用太阳能方式对藻种培养装置及培养用水进行消毒。

对此，申请人分别比较了使用所述方法对雨生红球藻藻种培养用水进行消毒的优劣，如表1所示。

表1不同水消毒方法比较：

从表中也可以看出，与现有技术相比，本发明建立的新型规模化雨生红球藻藻种培养系统，可满足藻种培养系统的消毒要求，并有效控制生物污染对雨生红球藻藻种生长造成的种群数量降低、过早形成孢子、培养失败等不利影响。且使用过程中消毒成本零投入、零能耗、零污染。本发明的系统适合工业化生产，适用范围为规模化雨生红球藻藻种培养，可应用于不同藻种培养方式的雨生红球藻生产企业，例如使用玻璃缸、塑料桶、大型塑料缸、管道等培养雨生红球藻藻种均可以使用本申请的雨生红球藻藻种培养系统。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：

图1为本发明的雨生红球藻藻种培养系统示意图；

图2为本发明的雨生红球藻藻种培养系统中一种太阳能热水装置的示意图；

图3为本发明的雨生红球藻藻种培养系统中一种光生物反应器的示意图；其中，所述光生物反应器为玻璃缸式光生物反应器，主要原件包括玻璃缸体和支架；

图4为本发明的一种雨生红球藻藻种培养系统示意图；

图5为不同消毒方法处理的藻种培养用水培养藻种四日后的图片；

其中图5a为使用本发明的雨生红球藻藻种培养系统培养藻种四日后的宏观图片，图5b和图5c分别为其100×显微镜下的镜检图片；

其中图5d为使用化学消毒法培养藻种四日后的宏观图片，图5e和图5f分别为其100×显微镜下的镜检图片。

具体实施方式

实施例1使用本发明的系统培养雨生红球藻藻种

本发明的雨生红球藻藻种培养系统，包括太阳能热水装置1，雨生红球藻藻种培养装置3，以及用于将太阳能热水系统与雨生红球藻藻种培养装置相连接的管道系统3。

所述太阳能热水装置1包括太阳能热水循环储水桶11、热水储水桶12、温度控制阀13、上循环管14、下循环管15、太阳能真空集热管16；

其中，太阳能热水循环储水桶11的进水口21和太阳能真空集热管16的进水口22分别与下循环管15连通，所述下循环管15为三叉管，用于将冷水分别输送至太阳能热水循环储水桶11和太阳能真空集热管16；太阳能热水循环储水桶11的进水口24与太阳能真空集热管16的出水口23通过上循环管15连接，用于将太阳能真空集热管16中的热水输送至太阳能热水循环储水桶11；

所述太阳能热水循环储水桶11的出水口25与热水储水桶12的进水口26通过管道19连通，所述管道19上还设置有温度控制阀13，用于将太阳能热水循环储水桶11中温度为60℃或以上的热水输送至热水储水桶12，所述热水储水桶12的出水口27与管道2连通，用于将温度为60℃或以上的热水通过管道2输送至雨生红球藻藻种培养装置3。

所述培养方法包括以下步骤：

1)使用太阳能热水装置1，将雨生红球藻藻种培养用水加热至60℃或以上，并在热水储水桶中储存；

2)使用冷水将用于藻种培养的塑料缸式光反应器清洗干净、晾干；

3)使用热水储水桶中温度为60℃或以上的热水对用于藻种培养的塑料缸式光反应器进行涮洗，次数为1-2次；

4)排除清洗热水后，在藻种培养装置中再次加入温度为60℃或以上的太阳能热水进行浸泡，消毒处理；

5)当水温自然冷却至28℃以下时，在藻种培养装置中配制培养基，接入雨生红球藻藻种开始藻种培养过程。

其中，所述藻种培养方式为充气培养，所述塑料缸式光反应器的体积为150L，使用分光光度计(OD_540nm)测得起始的藻液浓度为0.01。

培养四日后，使用分光光度计(OD_540nm)测得的藻液浓度为0.083；并且图5a为培养藻种四日后的宏观图片，从图中可以看出，使用该方法培养藻种，藻液为深绿色，样品均匀，没有发现明显的沉淀物以及藻体沉底的情况。图5b和图5c分别为其100×显微镜下的镜检图片；从图中可以看出，藻液中藻体基本为游动细胞，仅有极少数藻体为孢子状态，未发现明显活体以及原生动物生长。

实施例2对比例

使用化学方法对雨生红球藻藻种的培养用水进行消毒，具体地，在每升雨生红球藻藻种的培养用水中加入0.1毫升的50％的双氧水，消毒24-48h，然后使用消毒后的水培养雨生红球藻藻种，具体方法同实施例1的方法，包括以下步骤：

1)使用化学方法对雨生红球藻藻种的培养用水进行消毒；

2)使用冷水将用于藻种培养的塑料缸式光反应器清洗干净、晾干；

3)使用步骤1)中消毒后的培养用水对用于藻种培养的塑料缸进行涮洗，次数为1-2次

4)排除水后，在藻种培养装置中再次加入该水，并在藻种培养装置中配制培养基，接入雨生红球藻藻种开始藻种培养过程；

其中，所述藻种培养方式为充气培养，使用分光光度计(OD_540nm)测得起始的藻液浓度为0.013。

培养四日后，使用分光光度计(OD_540nm)测得的藻液浓度为0.052；并且并且图5d为培养藻种四日后的宏观图片，从图中可以看出，使用该方法培养藻种，藻液淡绿色，藻液样品底部含有沉淀物，有少量藻体沉于底部。图5e和图5f分别为其100×显微镜下的镜检图片，从图中可以看出，藻液中少量藻体形成了孢子，藻液中可见少数颤藻、栅藻等杂藻生长，可见少量纤毛虫在活动，且纤毛虫体内可见吞食的红球藻体。

由此可见，根据藻种培养结果比较：采用化学消毒方法培养藻种4日后藻体浓度增长值低于太阳能热消毒法0.034(OD_540nm)；另外，根据宏观及镜检情况说明，化学消毒方法存在消毒不彻底问题，藻液中孢子数量的增加以及杂藻、纤毛虫等生物污染物的生长决定了该藻种样品将不能有效地继续作为藻种培养及使用。

通过本实验结果充分说明，采用太阳能热消毒方法对藻种培养用水以及培养容器进行消毒处理，能够有效满足红球藻藻种培养的条件及要求。

Claims (9)

1.一种雨生红球藻藻种的培养方法，所述方法包括以下步骤：

1)使用太阳能加热的方式，将雨生红球藻藻种的培养用水加热至60℃或以上以得到热水；

2)使用步骤1)得到的热水对雨生红球藻藻种培养装置进行涮洗；

优选地，所述涮洗次数为1-2次；

3)排出步骤2)涮洗后的水，在所述雨生红球藻藻种培养装置中再次注入步骤1)得到的热水，当水温自然冷却至28℃以下时，在藻种培养装置中配制培养基，接入雨生红球藻藻种开始藻种培养过程。

2.根据权利要求1所述的培养方法，其特征在于，所述步骤2)还包括下述步骤：在使用所述热水对雨生红球藻藻种培养装置进行涮洗之前，使用冷水将所述雨生红球藻藻种培养装置清洗干净并晾干。

3.一种雨生红球藻藻种培养系统，所述培养系统包括太阳能热水装置(1)，雨生红球藻藻种培养装置(3)，以及用于将太阳能热水装置(1)和雨生红球藻藻种培养装置(3)相连通的管道(2)，其中所述太阳能热水装置(1)上设置有温度控制阀。

4.根据权利要求3所述的雨生红球藻藻种培养系统，其特征在于，所述太阳能热水装置(1)包括太阳能热水循环储水桶(11)、热水储水桶(12)、温度控制阀(13)、上循环管(14)、下循环管(15)、太阳能真空集热管(16)；

其中，太阳能热水循环储水桶(11)的进水口(21)和太阳能真空集热管(16)的进水口(22)分别与下循环管(15)连通，所述下循环管(15)为三叉管；太阳能热水循环储水桶(11)的进水口(24)与太阳能真空集热管(16)的出水口(23)通过上循环管(15)连接；所述太阳能热水循环储水桶(11)的出水口(25)与热水储水桶(12)的进水口(26)通过管道(19)连通，所述管道(19)上还设置有温度控制阀(13)，所述热水储水桶(12)的出水口(27)与管道(2)连通。

5.根据权利要求4所述的雨生红球藻藻种培养系统，其特征在于，所述太阳能热水装置(1)还包括补水桶(17)，所述补水桶(17)与下循环管(15)连通。

6.根据权利要求3-5中任一项所述的雨生红球藻藻种培养系统，其特 征在于，所述雨生红球藻藻种培养装置(3)为光生物反应器，优选为玻璃平板式光生物反应器、管道式光生物反应器、玻璃缸式光生物反应器中的一种或多种。

7.根据权利要求3-6中任一项所述的雨生红球藻藻种培养系统，其特征在于，管道(2)上设置有出水控制泵和温度控制阀。

8.一种雨生红球藻藻种培养方法，所述方法包括使用权利要求3-7中任一项所述的雨生红球藻藻种培养系统培养雨生红球藻藻种的步骤。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1)使用太阳能热水装置，将雨生红球藻藻种培养用水加热至60℃或以上，并在热水储水桶中储存；

2)使用冷水将藻种培养装置清洗干净、晾干；

3)使用热水储水桶中的热水对藻种培养装置进行涮洗，其中所述热水水温为60℃或以上；

优选地，所述涮洗次数为1-2次；

4)排除涮洗用热水后，在藻种培养装置中再次加入水温为60℃或以上的太阳能热水进行浸泡消毒；

5)当水温自然冷却至28℃以下时，在藻种培养装置中配制培养基，接入雨生红球藻藻种开始藻种培养过程。