CN106754386A - 一种微藻养殖方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种微藻养殖方法，涉及微藻养殖领域，可在不影响微藻产量的前提下，减少采收后营养盐的补加量，有效降低了微藻的养殖成本。该方法包括，步骤(1)、在初始培养基中接入藻种进行养殖；步骤(2)、对微藻进行部分采收；步骤(3)、采收后对初始培养基进行营养盐的补加，营养盐的补加量按照公式进行计算；步骤(4)、依次循环执行步骤(2)、步骤(3)，且在执行步骤(3)时调整N％的取值以得到N值临界值；N值临界值为维持微藻繁殖产量与预设产量的差值在预设范围内的取值。
Description
技术领域
本发明涉及微藻养殖领域，尤其涉及一种微藻养殖方法。
背景技术
微藻是一类能进行光合作用的水生浮游生物，作为一种重要的可再生资源，具有分布广、生物量大、光合效率高、环境适应能力强、生长周期短、油脂含量高和环境友好等突出特点。其细胞代谢产生的多糖、蛋白质、色素等物质在食品、医药、基因工程、液体燃料等领域具有很好的开发前景。因此在全球范围内，微藻生物技术已经迅速形成一条规模巨大的完整产业链。
微藻的培养与生产过程中，其高昂的养殖成本一直是规模化养殖中难以避免的问题，阻碍了微藻大规模养殖及其产品推广的进程。因此如何有效降低微藻养殖成本，是目前微藻行业亟待解决的问题，也是打通微藻生物能源技术链的关键步骤之一。
在目前微藻养殖过程中，降低成本的手段主要有降低养殖原材料成本和提高产量这两方面；其中，微藻养殖的培养基占据原材料成本的较大比例，且主要集中在氮元素(N)、磷元素(P)以及硫元素(S)等与微藻生长直接相关的营养元素的消耗上。
在微藻繁殖过程中，补充过多的营养元素会对微藻产生抑制和毒害作用，而营养元素补充不足又会造成微藻营养盐的限制，抑制了微藻的正常生长进而影响产量。而微藻细胞自身对于N、P、S等营养元素具有一定的储备能力，即在培养初始或在培养基中添加大量的营养盐时，微藻细胞会储备一定量的营养元素，使得其细胞中营养元素含量升高；随着微藻细胞不断繁殖，生物产量也在相应增长，如果不继续补充营养盐，在之后的一定生长时间内微藻会启用自身储备的营养盐以供其继续生长，其细胞内的营养元素的含量也随着繁殖生长在不断下降；随着时间推移，当营养盐供给持续缺乏、微藻细胞内的营养元素的储备消耗至下限以后，微藻生长会受到限制进而影响其整体产量。
因此在微藻养殖过程中，如果补加过量的营养盐，会使得过量的营养元素浪费在废弃的培养基中，或是由于微藻细胞对营养元素的储备而随着藻采收被过量消耗，进而增加养殖成本；不足的营养元素供给又会限制其正常生长而影响产量，即从另一方面造成养殖成本升高。
现有的养殖技术中，为了保证微藻产量不受营养盐添加量的限制，初始营养盐的添加以及采收后营养盐的补加都是靠人工经验、经验公式预先设定的，添加量都非常大，导致过量添加的营养盐浪费在废弃的培养基中，或是由于微藻细胞对营养元素的储备而随着藻采收被过量消耗，进而增加微藻培养的成本。
发明内容
鉴于此，为解决现有技术的问题，本发明的实施例提供一种微藻养殖方法，可在不影响微藻产量的前提下，减少采收后营养盐的补加量，有效降低了微藻的养殖成本。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
本发明实施例提供了一种微藻养殖方法，所述方法包括，步骤(1)、在初始培养基中接入藻种进行养殖；步骤(2)、对微藻进行部分采收；步骤(3)、采收后对所述初始培养基进行营养盐的补加，所述营养盐的补加量按照以下公式进行计算：W＝(B×N％)/(M％)；其中，W为所述补加量；B为所述部分采收获得的微藻质量；N％为所述营养盐中的营养元素的补加系数；所述营养元素在所述微藻细胞内的含量具有既定范围，所述N％的取值在所述既定范围内；M％为补加的所述营养盐中的营养元素的摩尔百分比；所述营养元素为所述微藻生长过程中会消耗的、且需要供给的元素；步骤(4)、依次循环执行所述步骤(2)、所述步骤(3)，且在执行所述步骤(3)时调整所述N％的取值以得到N值临界值；所述N值临界值为维持所述微藻繁殖产量与预设产量的差值在预设范围内的取值。
可选的，在所述步骤(4)之后，所述方法还包括，步骤(5)、依次循环执行所述步骤(2)、所述步骤(3)；其中，所述步骤(3)中的所述N％的取值为所述N值临界值。
可选的，所述在执行所述步骤(3)时调整N％的取值以得到N值临界值，包括，选取所述既定范围中除最大值与最小值之外的任意值为所述N％的调整初始值；逐渐升高所述调整初始值至第一临界值，所述第一临界值为维持所述微藻繁殖产量与预设产量的差值在预设范围内的最小值；逐渐降低所述调整初始值至第二临界值，所述第二临界值为维持所述微藻繁殖产量与预设产量的差值在预设范围内的最小值；选取所述第一临界值与所述第二临界值中的取值较小者为所述N值临界值。
可选的，在所述步骤(1)中，接入藻种后的初始浓度为A0；在所述步骤(2)中，采收后的藻液浓度为C；其中，所述采收后的藻液浓度C的取值在所述初始浓度A0的取值范围内。
优选的，所述采收后的藻液浓度C的取值等于所述初始浓度A0的取值。
优选的，所述初始浓度A0的取值范围为0.05～5.00g/L。
优选的，在所述步骤(3)中，所述部分采收获得的微藻质量B等于采收的湿藻烘干后的总质量；或者，在所述步骤(3)中，所述部分采收获得的微藻质量B等于(A-C)×V；其中，A为所述步骤(2)中的预设浓度，V为采收体积；或者，在所述步骤(3)中，所述部分采收获得的微藻质量B等于E×(1-X％)；其中，E为采收的湿藻的总质量，X％为采收的湿藻水分含量。
可选的，所述营养元素包括必须营养元素；所述必须营养元素包括氮元素、磷元素、硫元素、碳元素中的任一种或者任几种的组合。
可选的，所述营养元素还包括辅助营养元素；所述辅助营养元素包括铁元素、镁元素、钙元素、硅元素、钴元素、铜元素、锰元素、锌元素、硼元素中的任一种或者任几种的组合。
优选的，所述初始培养基为营养元素不充足的培养基。
基于此，通过本发明实施例提供的上述养殖方法，当微藻细胞增长达到一定浓度时，单位体积内的生物质增多，为保证藻液体系中营养盐含量最少而产量最大的一个养殖浓度，对微藻进行批次部分采收，并且每次采收时后按照采收的微藻质量对营养盐进行补加，在补加的过程中将营养盐的补加量逐渐调整为使产量不降低时或在可控范围内小幅度降低时的最低补加量，使得藻液的整体和藻细胞内的营养元素组成以及配比按照各元素的相对最适宜补加比例逐步趋于平衡，并保持稳定。本发明实施例提供的上述养殖方法对传统藻类养殖工艺中的营养盐补加方法进行了改进，减少了营养元素的补加量和补加方式，最终达到利用最低的营养盐补充量来保证藻类最高产量的效果目的，进而降低了养殖成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种微藻养殖方法流程示意图；
图2为本发明实施例1中小球藻养殖干重变化曲线图；
图3为本发明实施例2中小球藻养殖干重变化曲线图；
图4为本发明实施例3中丝藻逐渐增加营养元素N、P补加后干重变化曲线图；
图5为本发明实施例3中根据丝藻种营养元素N、P含量逐渐降低调整N、P营养元素的补加后干重变化曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要指出的是，除非另有定义，本发明实施例中所使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员共同理解的相同含义。还应当理解，诸如在通常字典里定义的那些术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
如图1所示，本发明实施例提供了一种微藻养殖方法，该方法包括，
步骤(1)、在初始培养基中接入藻种进行养殖；
步骤(2)、对微藻进行部分采收；
步骤(3)、采收后对初始培养基进行营养盐的补加，营养盐的补加量按照以下公式进行计算：
W＝(B×N％)/(M％)；
其中，W为补加量；B为部分采收获得的微藻质量；N％为营养盐中的营养元素的补加系数；营养元素在微藻细胞内的含量具有一既定范围，N％的取值在既定范围内；M％为补加的营养盐中的营养元素的摩尔百分比；营养元素为藻种生长过程中会消耗的、且需要供给的元素；
步骤(4)、依次循环执行步骤(2)、步骤(3)，且在执行步骤(3)时调整N％的取值以得到N值临界值；N值临界值为维持微藻繁殖产量与预设产量的差值在预设范围内的取值。
需要说明的是，本发明实施例对上述步骤(1)中接入的藻种具体种类与接种的初始浓度不作限定。
示例的，接入的藻种示例地可以为球状藻、丝状藻、弧形藻、螺旋藻、三角形藻、多角形藻、栅藻、小球藻、绿球藻、红球藻、丝状绿藻以及丝状蓝藻中的任一种。
同时，综合考虑藻种的繁殖效率，接种的初始浓度A0例如可以为0.05～5.00g/L。
其中，初始培养基优选为营养元素不充足的一种培养基，这样可以通过较少次数的N％的调整过程即可得到N值临界值；同时进一步降低营养盐的成本。
在上述步骤(2)中，藻液即指在初始培养基中加入待养殖的藻种后形成的液体体系。当藻细胞增长并达到一定浓度时，为保证藻类养殖的最佳浓度(即藻液体系中营养盐含量最少而产量最大的一个浓度值)，同时能够及时对营养盐含量进行调整，应对藻液进行批次采收，这一浓度即为上述步骤(2)中的预设浓度。该浓度只需比初始浓度高就可以进行采收和补加营养盐的操作，具体数值可根据接入藻种的具体种类、接种的初始浓度A0以及具体的养殖条件灵活设置，本发明实施例对此不作限定。
上述补加的营养盐中的营养元素包括藻种生长过程中会消耗的、且需要供给的必须营养元素；具体包括氮元素(N)、磷元素(P)、硫元素(S)、碳元素(C)中的任一种或者任几种的组合。
当然还包括辅助营养元素，具体可包括铁元素(Fe)、镁元素(Mg)、钙元素(Ca)、硅元素(Si)、钴元素(Co)、铜元素(Cu)、锰元素(Mn)、锌元素(Zn)、硼元素(B)中的任一种或者任几种的组合。
对于某一确定的微藻，其细胞内能够储存的某一营养元素的含量，即上述步骤(3)中的既定范围是有限的，并且根据本领域的现有技术手段和积累的相关知识是可以确定的。
以小球藻为举例说明，其细胞中氮元素(N)的含量在1％～12％之间，则在小球藻的养殖过程中，上述N％的取值就可以在1％～12％的范围内进行任意选择。
在上述步骤(4)中，所述的“依次循环执行步骤(2)、步骤(3)”是指按照先步骤(2)再步骤(3)的顺序进行循环操作，即步骤(2)→步骤(3)→步骤(2)→步骤(3)……→步骤(2)→步骤(3)，直至通过不断调整N％的取值得到N值临界值。
其中，N值临界值为维持微藻繁殖产量与预设产量的差值在预设范围内的取值。该预设范围取决于接入藻种的具体种类、具体的养殖条件等因素，本发明实施例对此不作限定。
上述的预设产量是指在相同养殖条件下该藻种所能够达到的最高产量。预设范围即指使营养盐降低的成本大于微藻产量降低所增加的成本。当然，以维持微藻繁殖产量与预设产量相等，即产量不变或降低幅度较小为优选。
基于此，通过本发明实施例提供的上述养殖方法，当微藻细胞增长达到一定浓度时，单位体积内的生物质增多，为保证微藻养殖产量最大，对微藻进行部分采收，并且每次采收后按照采收的微藻质量对营养盐进行补加，在补加的过程中将营养盐的补加量逐渐调整为使产量不降低时的最低补加量。本发明实施例提供的上述养殖方法对传统藻类养殖工艺中的营养盐补加方法进行了改进，减少了营养元素的补加量，形成了上述的养殖工艺，最终达到利用最低的营养盐补充量来保证藻类最高产量的目的，进而降低了养殖成本。
进一步的，上述方法还可包括步骤(5)、依次循环执行步骤(2)、步骤(3)；其中，步骤(3)中的N％的取值为N值临界值。
通过步骤(4)获得维持微藻繁殖产量与预设产量的差值在预设范围内的N值临界值后，之后的步骤(5)循环执行步骤(3)时即以N值临界值为N％的固定取值。从而可根据该微藻的特性找到其细胞储备N、P、S、C等营养元素的最低储备量，同时还可保证其高产量。后续在不断进行采收→补加营养盐的过程中，可根据此最低补加量补加相应的营养元素，能够使得微藻细胞内的营养元素组成以及配比按照各元素的相对最适宜补加比例逐步趋于平衡，并保持稳定。
在上述基础上，上述步骤(4)中执行步骤(3)时调整N％的取值以得到N值临界值可采取以下三种方式：
方式一
选取既定范围中除最小值之外的任意值为N％的调整初始值；逐渐降低调整初始值直至微藻繁殖产量与预设产量的差值在预设范围内，获取与微藻繁殖产量相对应的N％的取值中的最小值为N值临界值。
具体的，当N％在上述既定范围内确定最大值(例如为小球藻细胞中N元素的最大含量12％)，逐渐降低N％的取值，即所补加的营养盐的量也逐渐降低，直到产量不降低或者在可控范围内降低幅度不大，此时获得的N值临界值为N％的取值最低值。该最低值是，如果N％的取值继续降低，那么产量也会随之显著降低时的N％的取值临界值。
方式二
选取既定范围中除最大值之外的任意值为N％的调整初始值；逐渐升高调整初始取值直至微藻繁殖产量与预设产量的差值在预设范围内，获取与微藻繁殖产量相对应的N％的取值中的最小值为N值临界值。
具体的，当N％在上述既定范围内确定最小值(例如为小球藻细胞中N元素的最小含量1％)，逐渐升高N％的取值，即所补加的营养盐的量也逐渐升高，此时产量也逐渐升高；更进一步，N％的取值升高至最高值，该最高值为使产量升高至不再升高为止(即与预设产量的差值在预设范围内的产量)时的N值临界值。
方式三
选取上述既定范围中除最大值与最小值之外的任意值为N％的调整初始值；逐渐升高调整初始值至第一临界值，第一临界值为维持微藻繁殖产量与预设产量的差值在预设范围内的最小值；逐渐降低调整初始值至第二临界值，第二临界值为维持微藻繁殖产量与预设产量的差值在预设范围内的最小值；选取第一临界值与第二临界值中的取值较小者为N值临界值。
这里，相比于上述方式一与方式二中的单一调整模式，方式三对选取的同一初始值后，对逐渐降低N％取值和逐渐升高N％取值这两种调整方式进行比较，可以获取使维持微藻繁殖产量与预设产量之间的产值在预设范围内时的最小N％取值，可最大程度地降低营养盐的补加量，更有效地降低养殖成本。
进一步的，在上述步骤(1)中，接入藻种后的初始浓度设为A0；在步骤(2)中，采收后的藻液浓度为C。为了使得每次采收的养殖条件相同或相近，以减少N％的调整过程中的误差，本发明实施例进一步优选的，采收后的藻液浓度C的取值在初始浓度A0的取值范围内。
例如当初始浓度A0取值范围为上述的0.05～5.00g/L时，采收后的藻液浓度C的取值也应在0.05～5.00g/L的范围内。
当采收后的藻液浓度C的取值等于初始浓度A0的取值时，每次采收前的藻液的预设浓度A与C即具有以下关系：(A-C)等于单位体积的藻液中的藻类生物量的增加量；当采收后的藻液浓度C的取值大于初始浓度A0的取值时，(A-C)小于单位体积的藻液中的藻类生物量的增加量；当采收后的藻液浓度C的取值小于初始浓度A0的取值时，(A-C)大于单位体积的藻液中的藻类生物量的增加量。即(A-C)的取值是否等于单位体积的藻液中的藻类生物量的增加量取决于采收后的藻液浓度C与初始浓度A0的大小关系。
因此更进一步的，采收后的藻液浓度C的取值等于初始浓度A0的取值，以最大程地减少N％的调整过程中的误差。
在上述基础上，步骤(3)中部分采收获得的微藻质量B可以通过但不限于以下3种计算方法获得：
方法一
采收的湿藻烘干后的总质量即为每次部分采收获得的微藻质量B。
方法二
每次部分采收获得的微藻质量B满足以下公式：
B＝(A-C)×V；
其中，A为步骤(2)中的预设浓度，V为每次的采收体积；
方法三
每次部分采收获得的微藻质量B满足以下公式：
B＝E×(1-X％)；
其中，E为每次采收的湿藻的总质量，X％为每次采收的湿藻水分含量。
下面提供3个具体实施例，用于详细描述上述的养殖方法。
其中各实施例中的对照组所采用的初始培养基标记为BG11，其配方如下表所示：
表1.BG11培养基配方
| NaNO3 | 1.5g/L |
| K2HPO4·3H2O | 0.052g/L |
| MgSO4·7H2O | 0.075g/L |
| CaCl2·2H2O | 0.036g/L |
| 柠檬酸(C6H8O7) | 0.006g/L |
| FeCl3·6H2O | 0.00315g/L |
| Na2EDTA·2H2O | 0.00436g/L |
| Na2CO3 | 0.02g/L |
| A5微量元素*溶液 | 1mL |
上述表1中标记为A5的微量元素*溶液的组成如下表所示：
表2.A5微量元素*溶液的溶质组成成分
(溶剂为1000mL去离子水)
| H3BO3 | 2.86g |
| MnCl2·H2O | 1.81g |
| ZnSO4·7H2O | 0.222g |
| CuSO4·5H2O | 0.079g |
| Na2MoO4·2H2O | 0.390g |
| Co(NO3)2·6H2O | 0.0494g |
实施例1
(1)养殖及采收条件
将处在对数生长期的小球藻接种在体积为50*50*10cm的板式反应器中，养殖体积为20L，藻种的初始接种浓度A0为0.4g/L。养殖一定时间后对小球藻进行取样测定，每当取样的小球藻干重达到预设浓度A为1g/L时对上述养殖体系即进行部分采收，采收12L藻液至体系浓度C为0.4g/L，即采收量等于养殖一定时间内小球藻的生长量，之后补加一定量的营养盐继续养殖。采收12L藻液后，通过离心分离收集藻粉后将上清液回水利用，即再次加入进上述养殖系统中以使养殖系统总体积保持基本恒定。
(2)具体采收-补加过程
对照组：
对照组采用的初始培养基为BG11，20L的养殖体积中氮源NaNO3为20L×1.5g/L＝30g，其中N元素含量为4.94g(N的摩尔百分比为16.47％)。每次采收后按BG11配方补加1倍的营养盐，即氮源NaNO3补加12L×1.5g/L＝18g，其中N元素含量为2.96g，从而保证了养殖体系中N元素维持相对稳定。
实验组：
根据本领域现有技术可知，小球藻细胞内的N元素含量N％的范围为1％-12％。
以小球藻细胞对N元素的需求为最高需求量(即12％)计算，由于养殖一定时间后采收的小球藻细胞内具有的N元素含量为12g×12％＝1.44g(其中，12g由20L×(1.0-0.4)g/L计算得到)，因此实验组采用的初始培养基中N元素的补加量B即为1.44g，相应的氮源NaNO3即为1.44g/(16.47％)＝8.74g；其余营养盐按1倍的BG11进行补加。每次采收后按照2％的递减幅度逐渐降低N元素的补加量。由于实验组采用的初始培养基中N元素的补加量是以小球藻细胞对N元素的需求为最高需求量12％计算的，因此第一次采收后按照10％的N元素含量对上述养殖体系中的N元素进行补充，第二次按8％进行补充，以此类推，其余元素补加量与对照组相同。
与对照组比较产量，一直进行对比采收的操作到实验组产量低于对照组为止，则此轮采收之前一轮的N元素补加量即为保证产量不下降的最低临界值。此后，上述养殖体系可一直按照此临界值补加N元素，即可在保证产量不变的前提下减少氮源(例如NaNO3)的补加，降低了养殖成本。
具体实验结果如图2所示，可以看出当养殖到第五轮采收N元素补加量下降到藻细胞中N元素的既定范围中的4％时，实验组产量较对照组出现明显下降，即上一轮的N％取值为6％即可作为小球藻正常生长的N源补加量。之后继续养殖到第六、第七轮采收时提升N源补加系数N％为6％，实验组又能正常生长，其产量与对照组基本相近。
由于实验组从初始培养基使用N元素的补加量就低于对照组，以后每轮采收后补加的N元素量也低于对照组，调整得到N％的临界值后N元素的补加量按照临界值进行加入，N源即NaNO3的补加量一直低于对照组，而产量又能保持不下降，NaNO3营养盐由每次采收后补加18g降至每次采收后补加4.37g，20L的微藻养殖体系浓度增加0.6g/L，而NaNO3营养盐的补加降低13.63g，N源的使用量大大降低，显著降低了养殖成本。
实施例2
(1)养殖及采收条件
将处在对数生长期的小球藻接种在体积为50*50*10cm的板式反应器中，养殖体积为20L，藻种的初始接种浓度A0为0.4g/L。养殖一定时间后对小球藻进行取样测定，每当取样的小球藻干重达到预设浓度A为1g/L时对上述养殖体系即进行部分采收，采收12L藻液至体系浓度C为0.4g/L，即采收量等于养殖一定时间内小球藻的生长量，之后补加一定量的营养盐继续养殖。采收12L藻液后，通过离心分离收集藻粉后将上清液回水利用，即再次加入进上述养殖系统中以使养殖系统总体积保持基本恒定。
(2)具体采收-补加过程
对照组：
对照组采用的初始培养基为BG11，20L的养殖体积中氮源NaNO3为20L×1.5g/L＝30g，其中N元素含量为4.94g(N的摩尔百分比为16.47％)。每次采收后按BG11配方补加1倍的营养盐，即氮源NaNO3补加12L×1.5g/L＝18g，其中N元素含量为2.96g，从而保证了养殖体系中N元素维持相对稳定。
实验组：
根据本领域现有技术可知，小球藻细胞内的N元素含量N％的范围为1％-12％。
以小球藻细胞对N元素的需求为最低需求量(即1％)计算，由于养殖一定时间后采收的小球藻细胞内具有的N元素含量为12g×1％＝0.12g(其中，12g由20L×(1.0-0.4)g/L计算得到)，因此实验组采用的初始培养基中N元素的补加量即为0.12g，相应的氮源NaNO3即为0.12g/(16.47％)＝0.73g；其余营养盐按1倍的BG11进行补加。
每次采收后按照2％的递增幅度逐渐升高N元素的补加量。由于实验组采用的初始培养基中N元素的补加量是以小球藻细胞对N元素的需求为最低需求量1％计算的，因此第一次采收后按照3％的N元素含量对上述养殖体系中的N元素进行补充，第二次按5％进行补充，以此类推，其余元素补加量与对照组相同。
与对照组比较产量，一直进行对比采收的操作到实验组产量不再升高并等于对照组为止，则此时N元素的补加量即为N％取值的临界值。
此后，上述养殖体系可一直按照此临界值补加N元素，即可在保证产量不变的前提下减少氮源(例如NaNO3)的补加，降低了养殖成本。
具体实验结果如图3所示，可以看出当养殖到第四轮采收N元素补加量升高到藻细胞中N元素的既定范围中的7％时，实验组的产量基本不再升高。养殖到第三轮采收产量较对照组基本相近，即N％取值为5％即可作为小球藻正常生长的N源补加系数。之后继续养殖第五、第六轮N源补充继续采用5％的N源补加系数，实验组基本能正常生长，其产量与对照组基本相近。
实验组通过调整得到N％的临界值后N元素的补加按照N％的临界值进行补加，N源即NaNO3营养盐的补加量一直低于对照组，其产量又能保持基本相等，NaNO3营养盐由每次采收后补加18g将至每次采收后补加3.64g，20L的微藻养殖体系浓度增加0.6g/L，而NaNO3营养盐的补加降低14.36g，N源的使用量大大降低，显著降低了养殖成本。
实施例3
(1)养殖及采收条件
将处在对数生长期的丝藻接种在面积为1.5m2的跑道池中，养殖深度为10cm，养殖体积为150L，藻种的初始接种浓度A0为0.4g/L。养殖一定时间后对小球藻进行取样测定，每当取样的小球藻干重达到预设浓度A为1g/L时对上述养殖体系即进行部分采收，采收90L藻液至体系浓度C为0.4g/L，即采收量等于养殖一定时间内小球藻的生长量，之后补加一定量的营养盐继续养殖。采收90L藻液后，通过离心分离收集藻粉后将上清液回水利用，即再次加入进上述养殖系统中以使养殖系统总体积保持基本恒定。
(2)具体采收-补加过程
对照组：
对照组采用的初始培养基为BG11，每次采收后按BG11配方补加1倍的营养盐，从而保证了养殖体系中各营养元素维持相对稳定。
实验组：
实验组采用的初始培养基中的N、P元素按照1/4倍BG11含量进行添加，其余营养盐按1倍BG11添加，每次采收后按BG11中N、P元素含量的1/4递增逐渐提高N、P元素的补加量，即第一次采收后按1/2的BG11对N、P元素进行补加，第二次采收后按3/4的BG11的N、P元素含量进行补加，以此类推，其余营养元素补加量与对照组相同，直到实验组产量不再升高、并且与对照组产量相近为止。
测定此时获取的藻粉中的N、P元素百分含量。实验结果如图4所示，可以看出当培养到第三轮N、P元素的补加达到3/4倍BG11时，产量不再升高，实验组产量与对照组产量基本相同。测定第三轮采收时的藻粉中N、P元素的含量，分别为3％和1％。此后，每次采收根据采收量按照N元素0.2％、P元素0.1％逐渐降低N、P元素的补加量，即第一次采收后按2.8％的N元素和0.9％的P元素补加N、P元素，第二次按2.6％的N元素和0.8％的P元素补充N、P，以此类推，直到实验组产量出现明显下降为止，则此时的N、P元素含量即为相应元素的N％取值临界值。此后继续进行养殖，均根据采收量按照N、P元素含量进行N、P元素营养盐的补加，即可在保证产量不变的前提下使得N、P元素营养盐以最低量补给，进而降低产量。
具体实验结果如图5所示，可以看出，当养殖到第四轮N、P元素补加量分别为藻粉量的2.2％和0.6％时，实验组产量出现明显下降，则2.4％和0.7％的N、P元素含量即为丝藻的N、P元素的N％临界点。此后第五、第六轮N、P元素均按采收量的2.4％和0.7％进行补加，实验组产量与对照组产量基本相同。此后丝藻的继续养殖均根据采收量按照2.4％和0.7％的N、P元素含量进行N、P元素营养盐的补加，即可在保证产量不变的前提下使得N、P元素营养盐以最低量进行补给，每次采收的藻粉中的N、P元素含量也可维持在2.4％和0.7％左右，不会造成营养盐过量积聚在藻细胞中并随着采收被带走消耗。而对照组每次采收后需补加N源NaNO3和P源K2HPO4·3H2O营养盐分别为135g和4.68g，实验组每次采收后此两种营养盐的补加量分别降至13.11g和4.63g，上述150L的养殖体系浓度增加了0.6g/L，N源NaNO3和P源K2HPO4·3H2O营养盐添加量分别降低121.89g和0.05g，显著减少了营养盐的投入，即在产量不变的前提下降低了成本。
在上述各实施例中，其他种类的营养元素也可以按照相同方法进行补加，并减低补加量，最终达到降低营养盐成本的目的。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种微藻养殖方法，其特征在于，所述方法包括，
步骤(1)、在初始培养基中接入藻种进行养殖；
步骤(2)、对微藻进行部分采收；
步骤(3)、采收后对所述初始培养基进行营养盐的补加，所述营养盐的补加量按照以下公式进行计算：
W＝(B×N％)/(M％)；
其中，W为所述补加量；B为所述部分采收获得的微藻质量；N％为所述营养盐中的营养元素的补加系数；所述营养元素在所述微藻细胞内的含量具有既定范围，所述N％的取值在所述既定范围内；M％为补加的所述营养盐中的营养元素的摩尔百分比；所述营养元素为所述微藻生长过程中会消耗的、且需要供给的元素；
步骤(4)、依次循环执行所述步骤(2)、所述步骤(3)，且在执行所述步骤(3)时调整所述N％的取值以得到N值临界值；所述N值临界值为维持所述微藻繁殖产量与预设产量的差值在预设范围内的取值。
2.根据权利要求1所述的微藻养殖方法，其特征在于，在所述步骤(4)之后，所述方法还包括，
步骤(5)、依次循环执行所述步骤(2)、所述步骤(3)；其中，所述步骤(3)中的所述N％的取值为所述N值临界值。
3.根据权利要求1所述的微藻养殖方法，其特征在于，所述在执行所述步骤(3)时调整N％的取值以得到N值临界值，包括，
选取所述既定范围中除最大值与最小值之外的任意值为所述N％的调整初始值；
逐渐升高所述调整初始值至第一临界值，所述第一临界值为维持所述微藻繁殖产量与预设产量的差值在预设范围内的最小值；逐渐降低所述调整初始值至第二临界值，所述第二临界值为维持所述微藻繁殖产量与预设产量的差值在预设范围内的最小值；
选取所述第一临界值与所述第二临界值中的取值较小者为所述N值临界值。
4.根据权利要求1所述的微藻养殖方法，其特征在于，
在所述步骤(1)中，接入藻种后的初始浓度为A0；
在所述步骤(2)中，采收后的藻液浓度为C；其中，所述采收后的藻液浓度C的取值在所述初始浓度A0的取值范围内。
5.根据权利要求4所述的微藻养殖方法，其特征在于，所述采收后的藻液浓度C的取值等于所述初始浓度A0的取值。
6.根据权利要求4所述的微藻养殖方法，其特征在于，所述初始浓度A0的取值范围为0.05～5.00g/L。
7.根据权利要求4所述的微藻养殖方法，其特征在于，
在所述步骤(3)中，所述部分采收获得的微藻质量B等于采收的湿藻烘干后的总质量；
或者，
在所述步骤(3)中，所述部分采收获得的微藻质量B等于(A-C)×V；其中，A为所述步骤(2)中的预设浓度，V为采收体积；
或者，
在所述步骤(3)中，所述部分采收获得的微藻质量B等于E×(1-X％)；其中，E为采收的湿藻的总质量，X％为采收的湿藻水分含量。
8.根据权利要求1所述的微藻养殖方法，其特征在于，所述营养元素包括必须营养元素；所述必须营养元素包括氮元素、磷元素、硫元素、碳元素中的任一种或者任几种的组合。
9.根据权利要求8所述的微藻养殖方法，其特征在于，所述营养元素还包括辅助营养元素；所述辅助营养元素包括铁元素、镁元素、钙元素、硅元素、钴元素、铜元素、锰元素、锌元素、硼元素中的任一种或者任几种的组合。
10.根据权利要求1至9任一项所述的微藻养殖方法，其特征在于，所述初始培养基为营养元素不充足的培养基。
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| CN102559505A (zh) * | 2012-01-19 | 2012-07-11 | 中国科学院过程工程研究所 | 一种基于pH反馈控制补加营养盐培养微藻的方法及装置 |
| CN103215188A (zh) * | 2012-01-20 | 2013-07-24 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种微藻养殖并联产生物油的方法 |
| CN105861370A (zh) * | 2016-04-25 | 2016-08-17 | 江南大学 | 一种微藻的高密度培养及预采收方法 |
-
2016
- 2016-12-05 CN CN201611103725.9A patent/CN106754386B/zh active Active
Patent Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| CN107460128A (zh) * | 2017-08-10 | 2017-12-12 | 浙江清华长三角研究院 | 一种利用沼液养殖微藻的方法 |
| CN107460128B (zh) * | 2017-08-10 | 2020-05-08 | 浙江清华长三角研究院 | 一种利用沼液养殖微藻的方法 |
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|---|---|
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