CN107846855A - 大型藻类生物质的生产 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于培养及加工高质量大型藻类的系统和方法，特别是用于对可食用海藻进行商业规模培养。

Description

大型藻类生物质的生产
技术领域
本发明涉及用于培养及加工高质量大型藻类的系统和方法，特别是用于对可食用海藻进行商业规模培养。
背景技术
越来越多的人口导致人们不断地为人类及食物链上的其它动物寻找额外的和替代的食物来源。以俗名海藻闻名的大型藻类是健康食品的最有希望的未来来源之一。海藻含有以消耗可利用形式的平衡量的蛋白质、游离氨基酸、维生素、矿物质、纤维和不饱和脂肪酸。此外，大型藻类含有高浓度的必需微量营养素，包括日常饮食中所需的铁、钙和镁。除了高营养价值之外，大型藻类还为可持续农业系统以及动物性食品减少量的不断增长的需求提供了解决方案。
然而，仍然很少使用大型藻类作为食物，特别是在西方国家。除了味道和习惯之外，这种受限的使用与缺乏有效地以商业规模生产大型藻类的系统高度相关。
已经尝试了对大型藻类生长和产量的优化。例如，美国专利第4,869,017号公开了通过改进培养基来增强在海水养殖系统中生产包括江蓠属(Gracilaria)在内的大型藻类的方法。该方法包括首先通过向其中添加碱性试剂来调节一定量淡水的碱度，用这种已经调节了碱度的淡水来稀释海水以产生盐度为约15至25份/千份之间和碱度在约3至10当量/升之间的盐溶液，将二氧化碳溶解在所得溶液中使其pH为约7.5至8.5之间，并使用这种富含二氧化碳的溶液作为培养基。
美国专利第6,986,323号提供了用于海水养殖生长的系统和方法的概述。它公开了使用来自盐含水层的水进行海洋物种的内陆水产养殖的新方法和系统，该盐含水层的水的重金属含量在饮用水EPA准则的可接受范围内。含水层优选是位于亚利桑那州(Arizona)和新墨西哥州(New Mexico)的科科尼诺(Coconino)含水层。该系统可用于培养微藻、大型藻类、鱼类、虾类和许多其它海洋物种。可以将营养物和肥料加入水中以优化特定物种的培养条件。可以从海洋物种中分离出有用产物，或者经培养的海洋物种本身可以作为有用产物而被收获。
美国专利第7,080,478号和第7,484,329号公开了在具有气候适宜和营养控制环境的基于陆地的海水池中养殖不同类型的海藻的技术、系统和方法。这些基于陆地的池塘可以建在世界上任何结构工程和建筑改造的地方。本发明提供了设计不同生长阶段，并限定在受控环境中优化每个不同阶段的特定条件的方法。该工艺除了包括在最佳、清洁、温度受控和稳定环境条件下生产最大的产量之外，还包括使含有期望的营养物和成分的海藻富含以用于生产无海洋污染物的高品质产品的技术。
美国专利第8,633,011号公开了用于生产大型藻类的方法和系统，以提供可用于各种最终使用过程(包括能源生产)的持续、经济的生物质源。该专利公开了大型藻类物种、盐水生长培养基组合物和开放式池塘水容器的特定组合，其导致产生的生物质超过可能自然发生而没有所需操作下的生物质。具体而言，已经发现在微咸水存在下喂养外骨骼(例如，石斑鱼)的大型藻类在本发明的条件下提供了极好的生物质生产。
然而，需要解决与大型藻类的商业生长有关的所有生长参数的综合系统，并且该综合系统是非常有利的。
发明内容
本发明提供了用于培养及加工大型藻类，特别是可食用的大型藻类的系统和方法。本发明的基于陆地的系统克服了许多阻碍以有用且经济的规模生产大型藻类的障碍。本发明的系统将无污染物和病原体还包含期望的微量营养素的高质量原始海水与创新性设计的培养罐和池相结合，提供了产生高产量和高质量的大型藻类，特别是可食用的大型藻类的生长条件。从该系统收获的大型藻类已准备好用于使用，并且在销售之前需要最少化的加工。
本发明的系统和方法与迄今已知的系统相比至少有如下优点：(i)所使用的水是原始海水，通常是从沿海深井获得的海水；(ii)整个系统是一个室外系统，其温度仅受所有生长阶段的海水温度控制；(iii)独特的曝气和/或喷射水系统使得大型藻类最佳地悬浮和分布在罐和池内(iv)根据所需量的大型藻类，可以从每个池中收获大型藻类，而不需要专门的收获系统；(v)可以获得每平方米养殖面积每天200至400克大型藻类的高产量，并且可以在变化的天气条件下(包括以色列的夏季和冬季条件)进行生长周期。如在本文中使用的，“夏天”或“夏季”是指4月初至9月底；而“冬天”或“冬季”是指十月初至三月底。
根据一个方面，本发明提供了用于生产大型藻类的基于陆地的系统，该系统包括：
(a)含有原始海水的水库；
(b)包含气体分配系统、喷射水系统或其组合中的至少一种的至少一个接种罐，该接种罐含有培养基和大型藻类的幼小叶状体的碎块，其中该培养基包含来自该水库的原始海水；和
(c)包含气体分配系统、喷射水系统或其组合中的至少一种的至少一个培养池，该至少一个培养池含有培养基和大型藻类，其中该培养基包含来自该水库的原始海水。
根据一些示例性实施方式，该系统还包括覆盖至少一个接种罐和/或至少一个培养池的网。
根据一些示例性实施方式，原始海水从至少一个沿海深井获得。根据其它实施方式，原始海水是从水处理系统获得的净化海水。根据另外的实施方式，原始水是从至少一个沿海深井获得的原始海水与从水处理系统获得的净化海水的组合。根据一些示例性实施方式，海水处理系统包括砂滤器、臭氧化罐和活性炭过滤器。
根据一些实施方式，原始海水的温度为约2℃至约30℃。根据一些示例性实施方式，原始海水的温度是约20℃至约25℃的恒定温度。根据其它一些示例性实施方式，原始海水的温度是22℃。
根据另外的实施方式，原始海水基本上不含包括但不限于重金属、多氯联苯(PCB)、二噁英的污染物以及病原体。根据一些实施方式，原始海水富含必需矿物质，包括但不限于钙、镁和碳酸盐。根据一些实施方式，培养基由原始海水组成。根据一些实施方式，培养基还包含另外的营养素，包括但不限于氮和磷酸盐。
根据一些示例性实施方式，接种罐为半球形。根据另外的示例性实施方式，接种罐的体积为0.5至3立方米(m3)。
根据一些实施方式，培养池的开口为四边形构造。根据一些示例性实施方式，开口为正方形构造。根据其它示例性实施方式，开口为矩形构造。根据一些实施方式，培养池为立方体构造。根据一些另外的示例性实施方式，培养池为U形。当多个培养池与本发明的系统和方法一起使用时，多个培养池内的每个培养池的构造和/或形状可以相同或不同。
根据一些示例性实施方式，培养基占培养池体积的约80％至约90％。
根据一些实施方式，气体分配系统包括气体源装置和包括至少一个气体入口和多个气体出口的多个气体管，其中多个气体管沿着培养池的底部定位。根据一些实施方式，多个气体管位于彼此相距30至50cm且与所述培养池的纵向壁相距30至50cm的距离处。根据一些示例性实施方式，多个气体管位于彼此相距40cm且与所述培养池的纵向壁相距40cm的距离处。根据一些示例性实施方式，每个气体管的直径为约50mm。根据其它示例性实施方式，将气体出口沿着气体管以相距30cm定位。根据另外的实施方式，每个气体出口包括直径为2至4mm的开口。
根据一些实施方式，气体是空气。在使用时，气体穿过培养基从培养池底部到达顶部。
根据一些实施方式，喷射水系统包括由至少一个水管道连接并且沿着培养池壁定位的喷射水管阵列，其中每个喷射水管包括阀。根据一些实施方式，管道位于培养基表面附近，并且喷射水管向下朝向培养池的底部。根据其它实施方式，管道位于培养池的底部，并且喷射水管向上朝向培养基的表面。根据一些实施方式，每个水管的开口在培养基表面下方至少50cm。根据一些实施方式，水管具有约10mm至约30mm的直径。根据一些实施方式，该阵列包括具有相同直径的喷射水管。根据其它实施方式，该阵列包括具有不同直径的喷射水管。根据一些实施方式，喷射水管布置在彼此相距约40cm至约150cm的距离处。根据一些实施方式，每个喷射水管的阀设定为给出约1至约3m3/h的水流量。根据一些实施方式，将喷射水管阵列中的所有阀设定为给出相同的水流量。根据其它实施方式，将喷射水管阵列中的阀设定成给出不同的水流量。
根据一些示例性实施方式，本发明的培养池或多个培养池包括气体分配系统和喷射水系统的组合。
多个气体管和/或喷射水管的独特构造使得大型藻类在培养池内悬浮、均匀分布和循环。不希望受到任何具体理论或作用机制的束缚，气体诱导的和/或喷射水诱导的悬浮和循环通过使大型藻类最佳地暴露于阳光下却对循环中的大型藻类造成最小损害而使得大型藻类进行最佳生长。
根据另外的实施方式，每个培养池包括一个或多个液体端口，所述一个或多个液体端口充当用于液体进入和离开培养池的入口和/或出口，以允许对培养池内的水流量进行设定。根据另外的实施方式，液体端口还允许所述培养池的收获和重新填充。根据一些实施方式，液体是来自水库的原始海水。
根据一些典型的实施方式，本发明的培养池或多个培养池包括气体分配系统；喷射水系统和一个或多个液体端口的组合。
当系统包括多个接种罐和/或培养池时，接种罐和/或培养池的形状、构造和体积可以相同或不同。
根据一些示例性实施方式，该系统包括多个接种罐。
根据一些实施方式，该系统包括多个培养池。根据一些实施方式，每个培养池的体积为1至1000m3。
根据一些实施方式，该系统包括至少两个、至少三个或至少四个培养池。
根据一些实施方式，培养池选自由以下组成的组：
体积为5-10立方米的培养池(5-10m3的培养池)；
体积为20-30立方米的培养池(20-30m3的培养池)；
体积为40-70立方米的培养池(40-70m3的培养池)；
体积为200-500立方米的培养池(200-500m3的培养池)；和
其任何组合。
根据一些示例性实施方式，5-10m3培养池底部的面积为6m2；20-30m3培养池底部的面积为18m2；40-70m3培养池底部的面积为54m2；并且200-500m3培养池底部的面积为250m2。
根据一些示例性实施方式，该系统包括至少一个5-10m3的培养池；至少一个20-30m3的培养池；和至少一个200-500m3的培养池。
根据另外的示例性实施方式，该系统包括至少一个5-10m3的培养池；至少一个20-30m3的培养池；至少一个40-70m3的培养池和至少一个200-500m3的培养池。
根据一些示例性实施方式，5-10m3培养池含有从接种罐获得的大型藻类；20-30m3培养池含有从5-10m3培养池获得的大型藻类；40-70m3培养池含有从20-30m3培养池获得的大型藻类，以及200-500m3培养池含有从20-30m3培养池或从40-70m3培养池获得的大型藻类。
可以通过本领域已知的任何方式和方法将不同的接种罐和/或培养池连接，以允许大型藻类容易地在罐/池之间运输。
根据一些实施方式，覆盖接种罐(一个或多个)和/或培养池(一个或多个)的网保护包含大型藻类的培养基免受空气传播的病原体。
培养基pH、温度和营养成分可以根据在系统中生长的大型藻类的种类而变化。本发明的系统比迄今已知的用于大型藻类生长的开放式系统具有优势，因为可以操纵生长条件，使得全年都能够生长，特别是在以色列的天气条件和与之相当的天气条件下。有利地，原始海水的温度使得能够操纵培养基温度，并且通过调节水流量来调节pH。
根据一些实施方式，培养基的pH保持在9.5以下。根据一些示例性实施方式，将pH保持在7.5-9.5的范围内。
根据一些实施方式，大型藻类包括选自由以下各项所组成的组的属但不限于石莼属(Ulva)、紫菜属(Nori)(Porphyra(Nori))、海带属(Laminaria)、裙带属(Undaria)、麒麟菜属(Eucheuma)、江蓠属(Gracilaria)、马尾藻属(Sargassum)、松藻属(Codium)、帚叉藻属(Furcellaria)、刚毛藻属(Cladophora)、泡叶藻属(Ascophyllum)和掌形藻(Palmaria)。
根据一些示例性实施方式，大型藻类是江蓠属(Gracilaria)。根据一些示例性实施方式，大型藻类是江蓠属cornea种(Gracilaria cornea)。根据另外的示例性实施方式，大型藻类是石莼属(Ulva)。根据一些示例性实施方式，大型藻类是石莼莴苣(Ulvalactuca)种。
根据又一方面，本发明提供了用于培养大型藻类的方法，该方法包括：
(a)提供体积为0.5-3.0立方米、含有包含原始海水的培养基的至少一个接种罐；
(b)用约100-200g碎块状大型藻类的幼小叶状体接种接种罐；
(c)使该大型藻类在接种罐内生长，以得到总鲜重为约2-15kg的大型藻类接种物块；
(d)将该大型藻类接种物块或其一部分转移至体积为5-10立方米、包括操作气体分配系统和/或喷射水管的操作阵列、包含含有原始海水的培养基的培养池中；
(e)使该大型藻类接种物在5-10m3的培养池内生长，以得到总鲜重为约10-60kg的大型藻类块；
(f)将该大型藻类块或其一部分转移至体积为20-30立方米、包括操作气体分配系统和/或喷射水管的操作阵列、包含含有原始海水的培养基的培养池中；
(g)使该大型藻类在20-30m3的培养池内生长，以得到鲜重为约100-200kg的大型藻类块；
(h)收获该大型藻类块；或可选地
(i)将20-30m3培养池中的大型藻类块的至少一部分转移至体积为200-500立方米、包括操作气体分配系统和/或喷射水管的操作阵列、包含含有原始海水的培养基的培养池中；
(j)使该大型藻类在200-500m3的培养池内生长，以得到总鲜重为至少300-1,000kg的大型藻类块；和
(k)收获新鲜的大型藻类块。
根据一些实施方式，步骤(i)包括
(1)将20-30m3培养池中的大型藻类块的至少一部分转移至体积为40-70立方米、包括操作气体分配系统和/或喷射水管的操作阵列、包含含有原始海水的培养基的培养池中；
(2)使该大型藻类在40-70m3的培养池内生长，以得到鲜重为约100-200kg的大型藻类块；
(3)收获该大型藻类块；或可选地
(4)将40-70m3培养池中的该大型藻类块的至少一部分转移至体积为200-500立方米、包括操作气体分配系统和/或喷射水管的操作阵列、包含含有原始海水的培养基的第三培养池中。
根据一些示例性实施方式，在步骤(c)中使该大型藻类在接种罐内生长还包括使已经生长的大型藻类破碎成2-15cm2的碎块。
根据本发明的方法生长的大型藻类得到高质量的收获的藻类块。
尽管质量参数的特定值取决于所生长的大型藻类的种类，但本发明的方法普遍提供了所收获的大型藻类的完整叶状体，通常具有较深的颜色。根据一些实施方式，所收获的大型藻类中的蛋白质和/或矿物质含量比在野生环境中培养的或从野外收获的相同物种的大型藻类中的蛋白质和/或营养素含量更高。
根据一些实施方式，收获的大型藻类所包含的蛋白质占大型藻类总干重的至少20％、至少30％或至少40％。根据一些示例性实施方式，收获的大型藻类是石莼属。根据另外的实施方式，收获的石莼的平均叶状体表面为约20cm2。
根据一些实施方式，原始海水基本上不含包括但不限于重金属、PCB和二噁英的污染物也不含病原体。根据一些示例性实施方式，原始海水是从沿海深井获得的、是净化的海水或其组合。
至少一个接种罐和至少一个培养池的结构如上所述。
在每个接种罐和/或培养池中达到期望的大型藻类块所需的时间取决于环境条件(空气温度、水温、光照强度、光持续时间等)，这些环境条件来自当年的季节和当地天气并且来自所生长的特定种类的大型藻类。
根据一些实施方式，大型藻类在接种罐中生长6-30天。
根据一些实施方式，大型藻类在5-10m3的培养池中生长6-45天。
根据一些实施方式，大型藻类在20-30m3的培养池中生长至少7天，通常在7-45天之间。
根据一些实施方式，大型藻类在40-70m3的培养池中生长至少10天，通常在10-40天之间。
根据一些实施方式，大型藻类在200-500m3的培养池中生长5-25周。
根据一些示例性实施方式，培养基每天补充有每平方米0.5-4g的氮以及每天补充有每平方米0.2-1.0g的磷酸盐。可以使用本领域已知的任何方法和/或仪器来向培养基补充营养物。根据一些实施方式，使用自动滴落系统补充营养素。保持平衡的营养浓度和一定的pH范围是非常重要的。根据一些实施方式，当大型藻类具有光合作用活性时，通过仅在日间光照期间将营养素滴入培养基来维持这种平衡。
整个系统中培养基的pH保持在9.5以下。原始海水的温度可以保持在约2℃至约30℃的任何温度。根据一些实施方式，原始海水的温度保持在20-25℃，通常在22℃。本发明方法的优点之一在于在整个系统中生长培养基的pH和温度保持恒定，并且在于通过改变接种罐和培养池内的水流量而不需要添加调节pH的化合物和/或使用加热或冷却装置而完成。
因此水流量取决于培养基体积和大型藻类的生长阶段。根据一些示例性实施方式，接种罐内的水流量为0.1-0.5m3/h；在5-10m3培养池内的水流量为0.5-1.5m3/h；在20-30m3培养池内的水流量为1.5-3m3/；在40-70m3培养池内的水流量为0.5-3m3/h；在200-500m3培养池内的水流量为1.0-2.0m3/h。
不希望受到任何具体理论或作用机制的束缚，包括气体分配系统和/或喷射水管阵列的培养池的构造对所获得的大型藻类的高产量和高质量具有显著的贡献。这种构造使得大型藻类以不撕裂大型藻类的纤细叶状体还能够使全部藻类块暴露于阳光下的方式在培养罐(一个或多个)/培养池(一个或多个)中悬浮和循环，从而优化大型藻类的光合速率。
根据一些示例性实施方式，气体分配系统以每平方米藻类生长2.5-3.0m3气体的速率提供气体。
根据一些示例性实施方式，喷射水管被构造成提供0.5-3m3/h的水流量。
根据一些示例性实施方式，气体是环境空气。根据一些示例性实施方式，在进气口之前将环境空气过滤以防止培养基被空气传播的病原体污染。
通常通过作为培养池设计的一部分的液体出口来收获大型藻类。
从下面的描述和附图中，本发明的其它目的、特征和优点将变得清楚。
附图说明
图1是培养池的示意图。
图2是培养池的典型设计的示意图。
具体实施方式
参考图1，提供了示例性培养池的顶部横截面，200m3的培养池(2)包括气体分配系统(4)，该气体分配系统(4)包括以彼此相距40cm的距离(10)位于培养池底部(8)的多个气体管(6)。培养池(2)还包括多个液体进入端口(12)和液体排出端口(14)。
参照图2，培养池的典型设计包括体积为6m3的第一培养池(16)、体积为18m3的第二培养池(18)和体积为200m3的第三培养池(2)。
原始海水
整个本发明系统中使用的水是通常从沿海深井获得的高质量海水。使用来自沿海井的海水的主要优势在于通过将井与海洋隔开的砂岩层对水进行自然过滤。使用井内海水的主要好处是获得的水基本上不含如重金属、PCB、二噁英(2,3,7,8-四氯二苯并对二噁英(TCDD)和化学相关的多氯二苯并二噁英(PCDD)和多氯二苯并呋喃(PCDF))的污染物并且不含可干扰目标大型藻类培养的任何动植物物种(包括致病性或寄生性的植物和/或动物)。如在本文中使用的，术语“基本上不含重金属”是指重金属含量在饮用水的可接受限度内。
根据一些示例性实施方式，本发明的系统还包括沿海深井。
接种生长
具有高质量的藻类接种物是大型藻类成功生长的关键特征。其在本发明系统中的生长确保了所有阶段的高质量藻类的持续来源。
使用了100-200升的半球形罐。在每个生长周期之前，将罐内的任何有机残余物清洗干净，通常用水或用水和氯清洗。检查罐，使其不包含任何残留的寄生藻类或其它不期望的藻类或者浮游植物生物体。通常，接种物生长起始于填充有高度为至少约50cm(在半球中心测量的)的原始海水的100升的小型罐。非常重要的是用于开始接种的藻类也需要是清洁的(不含任何其它生物体)。因此，大型藻类通常用水洗涤和/或轻轻刷洗。然后将清洁的藻类放入罐内，并且在前三天将水流调节至10-35升/小时。之后，根据藻类生长速度和水的pH调整水流量。典型地，将水流量升高到100升/小时。但是，应该明确的是，生长时间和水流量取决于所生长的藻类种类和环境条件，特别是水和周围空气的温度以及阳光的持续时间和强度。
还非常重要的是在接种物中保持大型藻类的幼小叶状体。这是通过手动破碎已生长的藻类块实现的。
任选地，当接种罐内的藻类达到至少0.6Kg，通常在0.6Kg和1.0Kg之间的质量时，将藻类块转移到200升的较大接种罐中，该接种罐含有高度至少约30cm(在半球中心测量的)的原始海水。在藻类生长的前3天将200升接种罐中的水流量调节为70-110升/小时，之后根据观察到的藻类生长速率和水的pH进行调整。继续生长直到藻类达到足以接种5-10m3培养池的质量。通常，当藻类达到至少2Kg的总质量，通常在3Kg至6kg之间时，收获藻类，将其作为5-10m3培养池的接种物。
有时，接种物生长需要添加氮和磷。以每天每平方米2g氮和每天每平方米0.6g磷的量添加到接种罐中。使用滴液系统，以硫酸铵(NH4)2SO4(21％N)添加氮和以磷酸一铵(NH4H2PO4)添加磷。
5-10m3培养池
在整个生长过程中应该保持培养池和藻类的清洁要求，即需要将池和藻类清洁为不含任何有机残留物和/或不期望的生物体。
将体积为5-10m3，通常体积为6m3的培养池填充有来自水库的原始海水，使得水的高度不超过100cm，通常高度为约85cm。加入至少3Kg的藻类接种物。5-10m3的培养池可以接收3-10Kg的接种物，同时保持良好的生长速度且获得高质量的藻类。最佳的接种物质量通常在4-5Kg之间。
藻类循环、悬浮和均匀分布是通过气体分配系统的操作(通常以2.5-3.0m3/m2的供气速率)和/或通过喷射水管的操作(通常以1-3m3/h的喷射水流量)实现的。当需要时，如上述接种罐所述的那样添加氮和磷。大型藻类在5-10m3的培养池中生长，以达到10-60Kg的鲜重。将支持最佳生长的水流量设定为1m3/h。达到所需藻类质量所需要的持续时间取决于环境条件，特别是日间长度。通常，在以色列的夏季在生长约7天内达到该藻类质量，以及在以色列的冬季在生长约14天内达到该藻类质量。通常，从5-10m3的培养池收获鲜重为10-50Kg的藻类块。
20-30m3的培养池
将体积为20-30m3，通常体积为18m3的培养池填充有来自水库的原始海水。对于5-10m3的培养池，海水高度保持在高达至100cm，通常高度为约85cm，并且将水流量设定为2m3/h。在20-30m3的培养池中生长的大型藻类可以形成用于更大培养池(40-70m3和/或200-500m3)的起始物质，或者可以收获以用于大型藻类产物的进一步加工。还可以进行部分收获，使得20-30m3培养池中的剩余物质形成用于从同一培养池中进行第二次收获的起始物质。可以在20-30m3的培养池中进行多次收获；收获的次数取决于藻类的生长速度和所生产的大型藻类的质量。通常，在7天(以色列夏季)或14-21天(以色列冬季)内生产约100-200Kg鲜重的藻类块。
如上所述进行藻类循环、悬浮和均匀分布以及营养添加。
40-70m3的培养池
可选地，体积为40-70m3的培养池也构成本发明的系统和方法的一部分。将体积通常为54m3的培养池填充有来自水库的原始海水。对于以前的培养池，海水高度保持在高达至100cm，通常在约85cm。将水流量设定为0.8m3/h(以色列冬季)或2m3/h(以色列夏季)。从40-70m3培养池中收获的藻类块可以作为其它池(一个或多个)的起始物质或可以将其收获。通常，在40-70m3培养池中生长的大型藻类形成用于最大为200-500m3的培养池的起始物质，或者可以收获用于大型藻类产物的进一步加工。还可以进行部分收获，使得40-70m3培养池中的剩余物质形成用于从同一培养池中进行第二次收获的起始物质。可以在40-70m3的培养池中进行多次收获；收获的次数取决于藻类的生长速度和所生产的大型藻类的质量。通常，每年从这种培养池中获得的藻类块的平均鲜重为约300-400Kg。
如上所述进行藻类循环、悬浮和均匀分布以及营养添加。
200-500m3的培养池
200-500m3的培养池构成本发明系统中的最大生长体积。这种培养池的体积通常为约200m3，但也可以使用500m3和多达1000m3的较大池。通常将水流量设定为1.4m3/h。将从20-30m3和/或从40-70m3培养池收获的藻类块作为起始物质。大型藻类以约1.5-2Kg/m2的藻类密度在200-500m3的培养池中生长，其可提供多次收获。通常，在体积为200m3的培养中，在约6周(夏季)或12周(冬季)内产生约500-600Kg鲜重的藻类块。
实施例
实施例1：生产第GH 6/7批石莼
生长起始于0.5m3的小型接种罐。将平均尺寸为2-15cm2的150g藻类接种在该小型罐中并使其生长13天。根据需要将生长中的藻类手工破碎，以保持2-15cm2的尺寸，通常每天一次。平均生长速率为510g/m2/天。藻类重量达到2.15Kg。将700g的这种物质转移到较大的接种罐(1.5-2m3)中，并继续生长另外的10天。测得的生长速率为440g/m2/天，且产生的藻类总重量为4.24Kg。在第11天，将全部藻类块转移到6m2的第一培养池中。藻类在该培养池中以200g/m2/天的平均生长速度生长13天。在总共生长36天之后，将全部的藻类块(20Kg)转移到18cm2的第二培养池中。在以120g/m2/天的平均生长速率生长另外的18天后，收获藻类。在54天的总生长期(从第一次接种)后，获得了70Kg的总产量。
实施例2：生产第GH 3/4批石莼
生长起始于0.5m3的小型接种罐。将平均尺寸为2-15cm2的150g石莼(第GH 3/4批)接种在该小型罐中并使其生长15天。根据需要将生长中的藻类手工破碎，以保持2-15cm2的尺寸，通常每天一次。平均生长速率为180g/m2/天。在第16天，藻类重量达到950g。将150g的这种物质转移到较大的接种罐中，并继续生长另外的20天。测得的生长速率为180g/m2/天，且产生的藻类总重量为4.63Kg。在第21天，将所有的藻类块转移到6m2的第一培养池中。藻类在该第一培养池中以110g/m2/天的平均生长速度生长18天。将获得的全部藻类块(17Kg)转移到18m2的第二培养池中。在以80g/m2/天的平均生长速率继续生长另外的21天后，收获藻类。在74天的总生长期(从第一次接种)后，获得了56.4Kg的总产量。
具体实施方式的上述描述将如此充分地揭示本发明的通常性质，使得其他人可以通过应用当前知识，容易地修改和/或改编这些具体实施方式的各种应用而不需要进行过度实验且不偏离常规概念，并且因此，这样的改编和修改应该并旨在被理解为在所公开的实施方式的等同物的含义和范围内。应该理解，这里使用的措辞或术语是为了描述而不是限制的目的。在不偏离本发明下，用于实施各种所公开的功能的手段、材料和步骤可以采取多种替代形式。

Claims (47)

1.一种用于生产大型藻类的基于陆地的系统，所述系统包括：
a.含有原始海水的水库；
b.包含气体分配系统、喷射水系统或其组合中的至少一种的至少一个接种罐，所述至少一个接种罐含有培养基和大型藻类的幼小叶状体的碎块，其中所述培养基包含来自所述水库的原始海水；和
c.包含气体分配系统、喷射水系统或其组合中的至少一种的至少一个培养池，所述至少一个培养池含有培养基和大型藻类，其中所述培养基包含来自所述水库的原始海水。
2.根据权利要求1所述的基于陆地的系统，其中所述系统还包括覆盖所述至少一个接种罐和/或所述至少一个培养池的网。
3.根据权利要求1所述的基于陆地的系统，其中所述原始海水的温度为约2℃至约30℃。
4.根据权利要求3所述的基于陆地的系统，其中所述原始海水的所述温度为约20℃至约25℃的恒定温度。
5.根据权利要求4所述的基于陆地的系统，其中所述原始海水的所述温度为约22℃。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的基于陆地的系统，其中所述原始海水基本上不含污染物和病原体。
7.根据权利要求6所述的基于陆地的系统，其中所述原始海水富含选自由钙、镁、碳酸盐和其任意组合所组成的组的必需矿物质。
8.根据权利要求3-7中任一项所述的基于陆地的系统，其中所述原始海水是从沿海深井获得的。
9.根据权利要求3-7中任一项所述的基于陆地的系统，其中所述原始海水是从水处理系统获得的净化海水。
10.根据权利要求9所述的基于陆地的系统，其中所述海水处理系统包括砂滤器、臭氧化罐和活性炭过滤器。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的基于陆地的系统，其中所述培养基由所述原始海水组成。
12.根据权利要求1-10中任一项所述的基于陆地的系统，其中所述培养基还包含选自由氮、磷酸盐和其组合所组成的组的至少一种另外的营养素。
13.根据权利要求1所述的基于陆地的系统，其中所述接种罐为半球形。
14.根据权利要求13所述的基于陆地的系统，其中所述接种罐的体积为0.5至3立方米(m3)。
15.根据权利要求1所述的基于陆地的系统，其中所述培养池的开口为四边形构造。
16.根据权利要求15所述的基于陆地的系统，其中所述培养池的形状选自由U形和立方体组成的组。
17.根据权利要求15-16中任一项所述的基于陆地的系统，其中所述培养基占所述培养池体积的约80％至约90％。
18.根据权利要求1所述的基于陆地的系统，其中所述气体分配系统包括气体源装置和包括至少一个气体入口和多个气体出口的多个气体管，其中所述多个气体管沿着所述培养池的底部定位。
19.根据权利要求18所述的基于陆地的系统，其中所述气体是空气。
20.根据权利要求1所述的基于陆地的系统，其中所述喷射水系统包括由至少一个水管道连接并且沿着所述培养池壁定位的喷射水管阵列。
21.根据权利要求1所述的基于陆地的系统，其中所述培养池包括充当用于液体进入和离开所述培养池的入口和/或出口的一个或多个液体端口。
22.根据权利要求1-21中任一项所述的基于陆地的系统，其中所述系统包括多个接种罐。
23.根据权利要求1-22中任一项所述的基于陆地的系统，其中所述系统包括多个培养池。
24.根据权利要求23所述的基于陆地的系统，其中所述系统包括至少一个体积为5-10立方米的培养池；至少一个体积为20-30立方米的培养池；和至少一个体积为200-500立方米的培养池。
25.根据权利要求23所述的基于陆地的系统，其中所述系统包括至少一个体积为5-10立方米的培养池；至少一个体积为20-30立方米的培养池；至少一个体积为40-70立方米的培养池；和至少一个体积为200-500立方米的培养池。
26.根据权利要求1-25中任一项所述的基于陆地的系统，其中所述培养基的pH保持在9.5以下。
27.根据权利要求1-26中任一项所述的基于陆地的系统，其中所述大型藻类是选自由石莼属(Ulva)、紫菜属(Porphyra)、海带属(Laminaria)、裙带属(Undaria)、麒麟菜属(Eucheuma)、江蓠属(Gracilaria)、马尾藻属(Sargassum)、松藻属(Codium)、帚叉藻属(Furcellaria)、刚毛藻属(Cladophora)、泡叶藻属(Ascophyllum)和掌形藻(Palmaria)所组成的组的属。
28.一种用于培养大型藻类的方法，所述方法包括：
a.提供体积为0.5-3.0立方米(m3)、含有包含原始海水的培养基的至少一个接种罐；
b.用约100-200g碎块状大型藻类的幼小叶状体接种所述接种罐；
c.使所述大型藻类在所述接种罐内生长，以得到总鲜重为约2-15kg的大型藻类接种物块；
d.将所述大型藻类接种物块或其一部分转移至体积为5-10m3、包括操作气体分配系统和/或喷射水管的操作阵列、包含含有原始海水的培养基的培养池中；
e.使所述大型藻类接种物块在5-10m3的培养池内生长，以得到总鲜重为约10-60kg的大型藻类块；
f.将所述大型藻类块或其一部分转移至体积为20-30立方米、包括操作气体分配系统和/或喷射水管的操作阵列、包含含有原始海水的培养基的培养池中；
g.使所述大型藻类在20-30m3培养池内生长，以得到总鲜重为约100-200kg的大型藻类块；
h.收获所述大型藻类块；或可选地
i.将所述20-30m3培养池中的所述大型藻类块的至少一部分转移至体积为200-500m3、包括操作气体分配系统和/或喷射水管的操作阵列、包含含有原始海水的培养基的培养池中；
j.使所述大型藻类在所述200-500m3培养池内生长，以得到总鲜重为至少400-1,000kg的大型藻类块；和
k.收获新鲜的所述大型藻类块。
29.根据权利要求28所述的方法，其中步骤(i)包括
(1)将所述20-30m3培养池中的所述大型藻类块的至少一部分转移至体积为40-70m3、包括操作气体分配系统和/或喷射水管的操作阵列、包含含有原始海水的培养基的培养池中；
(2)使所述大型藻类在所述40-70m3培养池内生长，以得到鲜重为约100-200kg的大型藻类块；
(3)收获所述大型藻类块；或可选地
(4)将所述40-70m3培养池中的所述大型藻类块的至少一部分转移至体积为200-500立方米、包括操作气体分配系统和/或喷射水管的操作阵列、包含含有原始海水的培养基的第三培养池中。
30.根据权利要求28-29中任一项所述的方法，其中在步骤(c)中使所述大型藻类在所述接种罐内生长还包括使已经生长的大型藻类破碎成2-15cm2的碎块。
31.根据权利要求28-30中任一项所述的方法，其中至少85％的收获的大型藻类叶状体是完整的。
32.根据权利要求28-31中任一项所述的方法，其中所述收获的大型藻类中的蛋白质和/或矿物质含量比在野生环境中培养的或从野外收获的相同物种的大型藻类中的蛋白质和/或营养素含量更高。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述收获的大型藻类所包含的蛋白质占所述大型藻类总干重的至少20％。
34.根据权利要求28-33中任一项所述的方法，其中所述大型藻类是江蓠属。
35.根据权利要求28-33中任一项所述的方法，其中所述大型藻类是石莼属。
36.根据权利要求35所述的方法，其中收获的石莼的平均叶状体表面为约20cm2。
37.根据权利要求28-29中任一项所述的方法，其中所述原始海水的温度为20℃至25℃的恒定温度。
38.根据权利要求28-29中任一项所述的方法，其中所述原始海水基本上不含污染物和病原体。
39.根据权利要求37-38中任一项所述的方法，其中所述原始海水是从沿海深井获得的。
40.根据权利要求28-29中任一项所述的方法，其中所述大型藻类在所述接种罐中生长6-30天。
41.根据权利要求28-29中任一项所述的方法，其中所述大型藻类在所述5-10m3培养池中生长6-45天。
42.根据权利要求28-29中任一项所述的方法，其中所述大型藻类在所述20-30m3培养池中生长至少7天。
43.根据权利要求28-29中任一项所述的方法，其中所述大型藻类在所述200-500m3培养池中生长5-25周。
44.根据权利要求29所述的方法，其中所述大型藻类在所述40-70m3培养池中生长至少10天。
45.根据权利要求28-29中任一项所述的方法，其中所述培养基每天补充有每平方米0.5-4.0g的氮以及每天补充有每平方米0.2-1.0g的磷酸盐或其组合的一种。
46.根据权利要求28-29中任一项所述的方法，其中所述气体分配系统以每平方米藻类生长2.5-3.0m3气体的速率提供气体。
47.根据权利要求28-29中任一项所述的方法，其中所述喷射水管提供1-3m3/h的喷射水流量。
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