CN105861371B - 一种基于原位连续采收的螺旋藻养殖方法 - Google Patents

一种基于原位连续采收的螺旋藻养殖方法 Download PDF

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Abstract

一种基于原位连续采收的螺旋藻养殖方法，根据螺旋藻生长特性，建立原位连续采收方法，实现螺旋藻生长速率与采收速率相平衡，使螺旋藻产率最大化。此外，建立基于螺旋藻生长繁殖营养需求的补料策略，实现螺旋藻连续养殖生产；通过补充水避免水分蒸发而引起螺旋藻养殖的底物抑制现象。通过滤布去除螺旋藻采收产生的滤液中不完整螺旋藻，可进一步提高所产螺旋藻产量和质量。本发明创新了基于原位连续采收的螺旋藻连续养殖生产模式，实用性很强，易于规模化，是一种满足工业化需求、环境友好型的新方法。

Description

一种基于原位连续采收的螺旋藻养殖方法
技术领域
本发明涉及化工技术领域。
背景技术
螺旋藻是一类低等原核生物，由单细胞或多细胞组成的丝状体，体长200~500μm，宽5~10μm，圆柱形，呈疏松或紧密的有规则的螺旋旋形弯曲。螺旋藻营养丰富，富含藻蓝蛋白等蛋白质，蛋白质含量高达60~70%；此外，螺旋藻还含有维生素、叶绿素、类胡萝卜素、多不饱和脂肪酸等物质，且生长繁殖快，单位面积产量高。螺旋藻生产受到国内外广泛关注，据不完全统计，全世界螺旋藻年产量已达万余吨。世界卫生组织（WHO）评价螺旋藻——“人类21世纪最佳保健品”，联合国粮农组织（FAO）评价螺旋藻——“21世纪最理想的食品”。
螺旋藻养殖过程直接影响螺旋藻产品质量和产量，亦是决定螺旋藻生产企业效益的关键环节。目前，螺旋藻养殖方式主要是开放式大池养殖，大池中螺旋藻生长繁殖到一定程度进行收获，未收获的个体较小等不完整螺旋藻作为下一批次螺旋藻养殖的藻种，补加营养物质后进行下一批次养殖。当前，螺旋藻养殖主要存在以下问题：以未收获的个体较小等不完整螺旋藻作为下一批次螺旋藻养殖的藻种，易导致所养殖的螺旋藻质量和产量急剧下降，藻种的质量是螺旋藻养殖生产的关键。螺旋藻养殖生产过程中一次性补加营养物质往往容易导致底物抑制现象的发生，降低螺旋藻产率，同时易于造成一种或数种营养物质浓度过高而使水资源难以循环和营养物质浪费。此外，当前螺旋藻采收方式难以实现螺旋藻连续培养，不利于生产企业生产工作的安排。
发明内容
针对现有技术螺旋藻规模化大池养殖生产过程种子质量不高，螺旋藻养殖生产强度不高，易于出现底物抑制现象等问题。本发明的目的在于提供一种基于原位连续采收的螺旋藻养殖方法，通过建立原位连续采收，保障螺旋藻藻种质量，采用连续补料，减轻底物抑制现象的发生，该方法产率高、生产强度大、所产螺旋藻质量高、减少营养物质浪费。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种基于原位连续采收的螺旋藻养殖方法，其特征在于按以下步骤：
（1）将螺旋藻培养液经121℃、30分钟灭菌后，接种螺旋藻原始藻种，于10升光生物反应器中培养，温度30℃，光照强度500勒克斯，光暗周期12小时/12小时，通空气，通气速率0.1vvm，培养5天后，作养殖用螺旋藻生产藻种。
（2）将步骤（1）中的螺旋藻生产藻种接种至未灭菌的螺旋藻培养液中，接种量1/20~1/5（体积比），于50~200升光生物反应器中培养，温度25~35℃，光照强度1000~5000勒克斯，光暗周期12小时/12小时，通0.03%~5%CO2气体，通气速率0.1~0.5vvm，培养6~9天后，进行原位连续采收。
（3）原位连续采收：从采收那天开始，每天从步骤（2）中的光生物反应器中放出1/10~1/4（体积比）的藻液，放出的藻液经滤布过滤采收其中螺旋藻，滤布孔径为20~50微米；之后，滤液再经1~5微米滤布过滤后返回步骤（2）中的光生物反应器，与未采收的藻液一起继续养殖螺旋藻，每天补充营养物质和水，实现螺旋藻连续养殖生产。
所述的螺旋藻培养液组成如下（mg/L）：NaHCO3 16800；NaNO3 5000；K2HPO4 1000；NaCl 1000；K2SO4·7H2O 1000；MgSO4·7H2O 200；CaCl·2H2O 40；FeSO4·7H2O 10；Na2EDTA·2H2O 80；H3BO3 2.86；MnCl2·4H2O 1.8；ZnSO4·7H2O 0.22；MoO3 0.01；CuSO4·5H2O 0.08；NH4VO3 22.9；NiSO3·7H2O 47.8；NaWO4 17.9；Ti(SO4)2 40.0；Co(NO3)2·6H2O4.4，pH=8.0。
步骤（3）中所述的每天补充的营养物质按照培养液中各物质含量的1/30~1/6补充，每天补充的水量为培养液体积的1/500~1/100。
本发明步骤（3）中所述滤液经1~5微米滤布再次过滤后重新返回光生物反应器中，主要是将原位连续采收过程中残留在滤液中的不完整螺旋藻去除，以免后续螺旋藻养殖产生更多的不完整螺旋藻，从而降低所养殖螺旋藻的产量和质量。
本发明步骤（4）中所述每天补充水，主要是为了避免水分蒸发引起螺旋藻养殖过程的底物抑制效应。
本发明利用紫外分光光度计测定螺旋藻生物量，用凯氏定氮仪测定螺旋藻蛋白质含量，用日立全自动氨基酸分析仪分析螺旋藻氨基酸组成。
本发明建立基于原位连续采收的螺旋藻养殖方法，基于螺旋藻生长速率与采收速率相平衡，通过建立补料策略，边养殖螺旋藻边采收，实现连续生产，最大化螺旋藻产率，提高螺旋藻产量和质量，同时降低生产成本，是一种实用性很强且满足工业化需求的新方法。
具体实施方式
本发明将通过以下实施例作进一步说明。
以下实施例所用到的螺旋藻为极大螺旋藻（Spirulinamaxima）和钝顶螺旋藻（Spirulinaplatensis），可从中国科学院野生生物种质库----淡水藻种库获得，其保藏编号分别为FACHB-438和834。
以下实施例所用到的螺旋藻培养液组成如下（mg/L）：NaHCO3 16800；NaNO3 5000；K2HPO4 1000；NaCl 1000；K2SO4·7H2O 1000；MgSO4·7H2O 200；CaCl·2H2O 40；FeSO4·7H2O10；Na2EDTA·2H2O 80；H3BO3 2.86；MnCl2·4H2O 1.8；ZnSO4·7H2O 0.22；MoO3 0.01；CuSO4·5H2O 0.08；NH4VO3 22.9；NiSO3·7H2O 47.8；NaWO4 17.9；Ti(SO4)2 40.0；Co(NO3)2·6H2O 4.4，pH=8.0。
以下实施例所用的滤布购自江西省南昌平海生物科技有限公司。
实施例1。
将极大螺旋藻培养液经121℃、30分钟灭菌后，接种极大螺旋藻原始藻种，于10升光生物反应器中培养，温度30℃，光照强度500勒克斯，光暗周期12小时/12小时，通空气，通气速率0.1vvm，培养5天后，作养殖用极大螺旋藻生产藻种。将极大螺旋藻生产藻种接种至未灭菌培养液中，接种量1/20（体积比），于50升光生物反应器中培养，温度25℃，光照强度1000勒克斯，光暗周期12小时/12小时，通0.03%CO2气体，通气速率0.1vvm，培养6天后，进行原位连续采收。此后，每天从50升光生物反应器中放出1/10（体积比）的藻液，放出的藻液经滤布过滤采收其中螺旋藻，滤布孔径为20微米；之后，滤液再经1微米滤布过滤后重新返回50升光生物反应器中，与未采收的藻液一起继续养殖螺旋藻，每天补充营养物质和水，实现螺旋藻连续养殖生产1个月；每天营养物质按照培养液中各物质含量的1/30补充，每天水的补充量为培养液体积的1/500。测定每天采收的螺旋藻生物量。结果见表1。
实施例2。
将极大螺旋藻培养液经121℃、30分钟灭菌后，接种极大螺旋藻原始藻种，于10升光生物反应器中培养，温度30℃，光照强度500勒克斯，光暗周期12小时/12小时，通空气，通气速率0.1vvm，培养5天后，作养殖用极大螺旋藻生产藻种。将极大螺旋藻生产藻种接种至未灭菌培养液中，接种量1/5（体积比），于200升光生物反应器中培养，温度35℃，光照强度5000勒克斯，光暗周期12小时/12小时，通5%CO2气体，通气速率0.5vvm，培养9天后，进行原位连续采收。此后，每天从200升光生物反应器中放出1/4（体积比）的藻液，放出的藻液经滤布过滤采收其中螺旋藻，滤布孔径为50微米；之后，滤液再经5微米滤布过滤后重新返回200升光生物反应器中，与未采收的藻液一起继续养殖螺旋藻，每天补充营养物质和水，实现螺旋藻连续养殖生产1个月；每天营养物质按照培养液中各物质含量的1/6补充，每天水的补充量为培养液体积的1/100。测定每天采收的螺旋藻生物量。结果见表1。
实施例3。
将钝顶螺旋藻培养液经121℃、30分钟后，接种钝顶螺旋藻原始藻种，于10升光生物反应器中培养，温度30℃，光照强度500勒克斯，光暗周期12小时/12小时，通空气，通气速率0.1vvm，培养5天后，作养殖用钝顶螺旋藻生产藻种。将钝顶螺旋藻生产藻种接种至未灭菌培养液中，接种量1/5（体积比），于50升光生物反应器中培养，温度35℃，光照强度5000勒克斯，光暗周期12小时/12小时，通5%CO2气体，通气速率0.5vvm，培养9天后，进行原位连续采收。此后，每天从50升光生物反应器中放出1/4（体积比）的藻液，放出的藻液经滤布过滤采收其中螺旋藻，滤布孔径为50微米；之后，滤液再经5微米滤布过滤后重新返回50升光生物反应器中，与未采收的藻液一起继续养殖螺旋藻，每天补充营养物质和水，实现螺旋藻连续养殖生产1个月；每天营养物质按照培养液中各物质含量的1/6补充，每天水的补充量为培养液体积的1/100。测定每天采收的螺旋藻生物量。结果见表1。
实施例4。
将钝顶螺旋藻经121℃、30分钟灭菌后，接种原始钝顶螺旋藻藻种，于10升光生物反应器中培养，温度30℃，光照强度500勒克斯，光暗周期12小时/12小时，通空气，通气速率0.1vvm，培养5天后，作养殖用钝顶螺旋藻生产藻种。将钝顶螺旋藻生产藻种接种至未灭菌培养液中，接种量1/10（体积比），于200升光生物反应器中培养，温度30℃，光照强度2500勒克斯，光暗周期12小时/12小时，通1%CO2气体，通气速率0.3vvm，培养8天后，进行原位连续采收。此后，每天从200升光生物反应器中放出1/6（体积比）的藻液，放出的藻液经滤布过滤采收其中螺旋藻，滤布孔径为30微米；之后，滤液再经3微米滤布过滤后重新返回200升光生物反应器中，与未采收的藻液一起继续养殖螺旋藻，每天补充营养物质和水，实现螺旋藻连续养殖生产1个月；每天营养物质按照培养液中各物质含量的1/15补充，每天水的补充量为培养液体积的1/300。测定每天采收的螺旋藻生物量。结果见表1。
对比例1。
将极大螺旋藻培养液经121℃、30分钟灭菌后，接种原始极大螺旋藻藻种，于10升光生物反应器中培养，温度30℃，光照强度500勒克斯，光暗周期12小时/12小时，通空气，通气速率0.1vvm，培养5天后，作养殖用极大螺旋藻生产藻种。将极大螺旋藻生产藻种接种至未灭菌培养液中，接种量1/10（体积比），于50升光生物反应器中培养，温度30℃，光照强度500勒克斯，光暗周期12小时/12小时，通空气，通气速率0.1vvm，培养周期10天。1个月共培养3批次。结果见表1。
对比例2。
将钝顶螺旋藻培养液经121℃、30分钟灭菌后，接种原始钝顶螺旋藻藻种，于10升光生物反应器中培养，温度30℃，光照强度500勒克斯，光暗周期12小时/12小时，通空气，通气速率0.1vvm，培养5天后，作养殖用钝顶螺旋藻生产藻种。将钝顶螺旋藻生产藻种接种至未灭菌培养液中，接种量1/10（体积比），于50升光生物反应器中培养，温度30℃，光照强度500勒克斯，光暗周期12小时/12小时，通空气，通气速率0.1vvm，培养周期1个月。结果见表1。
表1 实施例及对比结果

Claims (2)

1.一种基于原位连续采收的螺旋藻养殖方法，其特征在于按以下步骤：
（1）将螺旋藻培养液经121℃、30分钟灭菌后，接种螺旋藻原始藻种，于10升光生物反应器中培养，温度30℃，光照强度500勒克斯，光暗周期12小时/12小时，通空气，通气速率0.1vvm，培养5天后，作养殖用螺旋藻生产藻种；
（2）将步骤（1）中的螺旋藻生产藻种接种至未灭菌的螺旋藻培养液中，接种量按体积比1/20~1/5，于50~200升光生物反应器中培养，温度25~35℃，光照强度1000~5000勒克斯，光暗周期12小时/12小时，通0.03%~5%CO2气体，通气速率0.1~0.5vvm，培养6~9天；
（3）从采收那天开始，每天从步骤（2）中的光生物反应器中放出体积比1/10~1/4的藻液，放出的藻液经滤布过滤采收其中螺旋藻，滤布孔径为20~50微米；之后，滤液再经1~5微米滤布过滤后返回步骤（2）中的光生物反应器，与未采收的藻液一起继续养殖螺旋藻，每天补充营养物质和水，每天补充的营养物质按照螺旋藻培养液中各物质含量的1/30~1/6补充，实现螺旋藻连续养殖生产；
所述的螺旋藻培养液按mg/L组成如下：NaHCO3 16800；NaNO3 5000；K2HPO4 1000；NaCl1000；K2SO4·7H2O 1000；MgSO4·7H2O 200；CaCl2·2H2O 40；FeSO4·7H2O 10；Na2EDTA·2H2O80；H3BO3 2.86；MnCl2·4H2O 1.8；ZnSO4·7H2O 0.22；MoO3 0.01；CuSO4·5H2O 0.08；NH4VO322.9；NiSO3·7H2O 47.8；NaWO4 17.9；Ti(SO4)2 40.0；Co(NO3)2·6H2O 4.4，pH=8.0。
2.根据权利要求1所述的螺旋藻养殖方法，其特征在于步骤（3）中所述的每天补充的水量为螺旋藻培养液体积的1/500~1/100。
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