CN117925412A - 利用离子液体提高雨生红球藻生物量积累的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
利用离子液体提高雨生红球藻生物量积累的方法及系统。本发明属于生物工程技术领域,公开了一种利用四乙基铵精氨酸离子液体促进雨生红球藻在绿藻阶段生物量积累方法及系统,首先进行了雨生红球藻种子液的培养。然后在柱式光生物反应器中,添加四乙基铵精氨酸离子液体培养雨生红球藻。最后收集培养液中的藻细胞并检测雨生红球藻的生物量。本发明的雨生红球藻培养模式简单有效,当四乙基铵精氨酸离子液体浓度为12.5mg/L时,雨生红球藻生物量比单独BG‑11组提高了29.85%;通过本发明的培养方法,可显著提高雨生红球藻在绿藻阶段的生物量。
Description
技术领域
本发明属于生物工程技术领域,尤其涉及一种利用离子液体提高雨生红球藻生物量积累的方法。
背景技术
虾青素因具有超强的抗氧化能力,在医疗、食品、化妆品和水产养殖等行业被广泛应用,而雨生红球藻作为天然虾青素的最佳来源也备受人们关注。雨生红球藻是一种淡水单细胞绿藻,其生长过程经历了两个阶段,即绿色阶段和红色阶段。绿色阶段细胞的活性高、分裂速率高,在该阶段可以较快的积累生物量;红色阶段细胞活性低,分裂速率低,并且红色阶段的虾青素开始大量积累。
在全球范围看,雨生红球藻是能进行大规模产业化养殖的几个藻种之一,但如今雨生红球藻产业面临着生物量积累量低以及虾青素产率低的问题,制约了雨生红球藻产业的发展。为了解决上述问题,雨生红球藻产业常采用两步培养模式,既第一步在绿色阶段积累生物量,在该阶段雨生红球藻细胞活性高,在适宜条件下可以获得较高的营养生长速率和生物量。第二步在红色阶段促进合成虾青素,在该阶段利用特定条件促进藻细胞合成和积累虾青素。这样可以有效缓解雨生红球藻生长与虾青素合成之间难以共存的矛盾。但现有的雨生红球藻绿藻培养策略无法满足生产所需生物量要求。因此,促进雨生红球藻绿藻阶段的生物量积累,对雨生红球藻产业发展具有促进作用。
现有技术中雨生红球藻培养过程中存在的主要技术问题可以总结如下:
1)生物量积累量低:
在绿色阶段,虽然雨生红球藻细胞的活性高且分裂速率快,但在现有的培养策略下,仍然难以积累足够的生物量,这在大规模生产中尤为关键。不足的生物量意味着虾青素的总产量受限。
2)虾青素产率低:
在红色阶段,虽然虾青素开始大量积累,但由于雨生红球藻细胞的活性低,分裂速率慢,导致整体虾青素产率不高。这一问题在商业化生产中尤其突出,影响了虾青素的总产量和成本效益。
3)两阶段培养模式的矛盾:
雨生红球藻的两步培养模式在理论上可以解决生物量和虾青素产量的问题,但在实际操作中,调整两个阶段的平衡并不容易。特别是在从绿色阶段过渡到红色阶段时,会影响到藻类的整体健康和生长。
4)培养条件的优化:
现有的培养条件没有完全优化,以支持最大化的生物量和虾青素产率。这包括光照、温度、营养供应、气体交换等多个方面。
5)规模化生产的挑战:
现有技术在规模化生产方面存在挑战,特别是在保持藻类生长的均匀性和稳定性方面。这会影响到整体产量和产品质量。
6)成本效益问题:
由于生物量和虾青素产率低,生产成本相对较高,这限制了雨生红球藻的商业化潜力和市场竞争力。
解决这些问题的关键在于开发出新的培养策略和优化现有技术,以实现更高效的生物量积累和虾青素生产,同时保持成本效益。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提供了一种利用离子液体提高雨生红球藻生物量积累的方法。
本发明是这样实现的,一种用于促进雨生红球藻(Haematococcuspluvialis)生长和虾青素产量的培养方法,包括以下步骤:
(a)在雨生红球藻的培养基中加入四乙基铵基离子液体,其中所述的一种或多种四乙基铵基离子液体的总浓度介于0mg/L至25mg/L之间;
(b)对雨生红球藻培养基中的温度、光照强度和pH值进行精确控制,其中所述温度控制在20℃至30℃,光照强度控制在50至300μmol photons/m2/s,pH值控制在6.5至7.5;
(c)通过调整所述的四乙基铵基离子液体的浓度和培养条件,缩短雨生红球藻的生长周期并提高生物量积累速率;
(d)进行实验验证,比较使用本发明方法与未使用四乙基铵离子液体的传统培养方法下雨生红球藻的生长效果和虾青素产量,以证明本发明方法的优越性;
其中,所述的四乙基铵离子液体被选定具有优异的生物相容性和低毒性,以确保不对雨生红球藻造成负面影响。
本发明还提供了一种用于提高雨生红球藻生物量的系统,包括:
培养单元,配置有3L锥形瓶,用于在控制的环境条件下培养雨生红球藻种子液至对数生长期,其中环境条件包括维持25±1℃的温度和30μmol m-2s-1的光照强度;
光生物反应器,具有1L的容量,用于接收培养至对数生长期的雨生红球藻种子液,并添加离子液体进行进一步培养;
离子液体储存与分配装置,直接与光生物反应器相连,负责向光生物反应器中准确添加预定浓度的离子液体以促进雨生红球藻生长;
控制单元,与培养单元和光生物反应器相连,用于调节和监控培养过程中的温度、光照强度和通气量,确保培养过程中的最佳条件;
生物量测定单元,包括干重法测量装置,与光生物反应器相连,用于测定培养后雨生红球藻的生物量;
数据处理与分析单元,与生物量测定单元和控制单元相连,用于接收生物量数据并分析离子液体对雨生红球藻生长的影响,并根据分析结果向控制单元反馈信息以优化培养条件。
进一步,种子液培养单元包括:
3L锥形瓶:用于培养雨生红球藻种子液;
环境控制装置:用于维持25±1℃的温度和30μmol m-2s-1的光照强度。
进一步,离子液体添加与培养单元包括:
离子液体储存与分配装置:用于储存和按需向光生物反应器中添加不同浓度的离子液体;
环境控制装置:用于控制光生物反应器中的温度、光照强度和通气量。
进一步,生物量测定单元包括:
干重法测量装置:用于测定培养后雨生红球藻的生物量;
数据处理与分析单元:用于分析培养结果,确定离子液体对生物量增长的影响。
本发明提供了一种利用离子液体提高雨生红球藻生物量积累的方法,所述方法包括:
首先进行雨生红球藻种子液的培养,使雨生红球藻细胞在适宜条件下生长,收集藻细胞待用。然后在1L的光生物反应器中,添加离子液体培养雨生红球藻。
进一步,所述利用离子液体提高雨生红球藻生物量积累的方法还包括:
种子液在含有2.5L培养基的3L锥形瓶中培养,使藻细胞生长至对数期待用;将种子液重悬到柱式光生物反应器中,确保初始接种量为3×105cells/mL;添加不同浓度的离子液体培养雨生红球藻,连续通入无菌空气,并置于一定的温度和光照强度的环境下培养,检测、分析雨生红球藻的生物量。
进一步,所述利用离子液体提高雨生红球藻生物量积累的方法包括以下步骤:
步骤一,进行种子液的培养;
步骤二,使用不同浓度的离子液体培养雨生红球藻;
步骤三,利用干重法测定步骤二得到的培养液中雨生红球藻的生物量。
进一步,所述步骤一中的种子液的培养包括:
使用BG-11培养基在3L的锥形瓶中培养雨生红球藻,待雨生红球藻生长至对数生长期待用。
进一步,所述种子液培养体积为2.5L。
进一步,所述种子培养的环境温度为25±1℃,光照强度为30μmol m-2s-1。
进一步,所述种子液培养阶段无菌空气的通气量为1vvm。
进一步,所述雨生红球藻为雨生红球藻Haematococcuspluvialis LUGU。
进一步,所述步骤二中的使用不同浓度的离子液体培养雨生红球藻包括:
以BG-11培养基为基础培养基,添加不同浓度的离子液体培养种子液至1L的柱式光生物反应器中,确保雨生红球藻接种量为3×105cells/mL;连续通入无菌空气,并置于一定温度和光照强度的环境下培养,得到最终的培养液。
进一步,所述离子液体的种类为四乙基铵精氨酸。
进一步,所述离子液体的浓度为0、3.125、6.25、12.5、25mg/L。
进一步,所述温度为25±1℃,光照强度为30μmol m-2s-1,无菌空气通气量为1vvm。
进一步,利用干重法测定步骤二得到的培养液中雨生红球藻细胞的生物量包括:
将由步骤二得到的培养液在无菌超净台中取10mL转入离心管中,利用离心机经3500r/min离心3分钟后弃上清,收集藻细胞,置于-80℃冰箱中冷冻过夜,利用冻干机冻干24h后称重,最终测得雨生红球藻的生物量干重。
结合上述的技术方案和解决的技术问题,本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为:
第一、本发明结果表明添加四乙基铵精氨酸离子液体可显著提高雨生红球藻的生物量,通过此培养方法,显著促进了雨生红球藻的生长,提高了雨生红球藻的生物量积累。当四乙基铵精氨酸离子液体浓度为12.5mg/L时,雨生红球藻第七天的生物量达到了0.98g/L,比对照组提高了29.85%。本发明工序简单、易操作、高效,可显著提高雨生红球藻绿藻阶段的生物量。
本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为:提高了雨生红球藻绿藻阶段的生物量积累,为雨生红球藻的大规模生产提供高效的绿藻生物量积累策略。
第二,利用离子液体提高雨生红球藻生物量的方法带来的显著技术进步包括:
1)提高生物量产量:通过使用离子液体,能显著提高雨生红球藻的生物量,这对于藻类生物制品的生产非常重要,尤其是在生物燃料、营养补充品和生物活性物质的生产中。
2)优化培养条件:系统能够精确控制培养环境(如温度、光照强度和通气量),这有助于创造最佳的藻类生长环境,提高培养效率和质量。
3)增强藻类健康和活性:离子液体的使用可以促进雨生红球藻更健康、更活跃的生长,这进一步增强其生物活性物质的含量。
4)提高生产可持续性:通过提高单位体积的生物量产出,该方法有助于提高藻类生产的可持续性,降低对资源的需求。
5)减少生产成本:由于提高了生物量的产出,可以在相同的培养规模下获得更多的产品,从而降低了单位产品的生产成本。
6)简化生产工艺:该方法通过整合关键培养步骤和优化工艺流程,简化了藻类生产的整体工艺,使其更易于控制和规模化。
7)环境友好:使用离子液体作为生物增长促进剂比传统化学物质更环保,有利于减少生产过程中的环境影响。
本发明提供的利用离子液体提高雨生红球藻生物量的方法在提高生物量产出、优化培养条件、增强藻类健康和活性以及提高生产效率和环境可持续性方面都取得了显著的技术进步。
第三,本发明中使用的参数和技术方法带来了以下技术进步和技术效果:
1)精确的种子液培养条件:
使用BG-11培养基在3L锥形瓶中培养雨生红球藻,提供了一个营养充足且适合藻类生长的环境。
种子液培养体积为2.5L,这是一个适中的体积,足以支持藻类的初期生长,同时保证足够的营养供应。
2)优化的培养环境条件:
环境温度维持在25±1℃和光照强度为30μmol m-2s-1,这些条件是雨生红球藻生长的理想环境,有助于促进其快速进入对数生长期,从而增加生物量的产出。
3)无菌空气的通气量控制:
1vvm的通气量保证了培养过程中氧气充足且稳定,同时帮助排除代谢产生的气体,如二氧化碳,从而维持培养液中适宜的气体平衡。
4)精确的接种量:
接种量为3×105cells/mL,这个量保证了雨生红球藻在培养液中有足够的空间进行生长,不会因为过度拥挤导致生长受限。
5)离子液体的使用:
四乙基铵精氨酸作为离子液体,其不同浓度的添加(0、3.125、6.25、12.5、25mg/L)提供了一系列条件以研究离子液体对雨生红球藻生长的影响。
本发明提供的离子液体作用于藻类的代谢过程,促进生长,从而增加生物量。
6)生物量的准确测量:
干重法的使用为测定雨生红球藻生物量提供了一种简单而准确的方法。通过冻干处理,可以有效去除水分,从而精确测量藻细胞的真实干重。
本发明提供的精确控制的参数和技术方法共同作用于雨生红球藻的培养过程,从而有效提高了雨生红球藻的生物量,这对于生物燃料、食品添加剂等领域的应用非常重要。通过优化培养条件和离子液体的使用,本发明提高了培养效率和生物量产出,具有显著的技术进步和实用价值。
第四,本发明提供的参数不被视为显而易见的技术特征。
1)特定参数的优化:
尽管使用BG-11培养基、控制温度和光照强度在藻类培养中是常规做法,但这些特定的参数设置(如25±1℃的温度、30μmol m-2s-1的光照强度)是通过实验和研究确定的,以达到最佳的培养效果。这些参数的确切值并不直观且需要通过精细的实验设计来确定。
2)离子液体的创新应用:
使用四乙基铵精氨酸离子液体作为生长刺激剂是一种创新的应用。在藻类培养中选择适当类型和浓度的离子液体并非直接显而易见,它需要通过实验探索和验证其对藻类生长的具体影响。
3)精确的接种量控制:
确定3×105cells/mL的接种量是基于对生长动力学的理解和优化,这个接种量需要平衡充足的生长空间和营养供应,以及避免过度拥挤导致的生长受限。这种精确控制并非自明,而是基于藻类生物学和培养技术的深入了解。
4)综合效果的非显而易见性:
以上参数的组合及其对雨生红球藻生长的综合影响并不是直接显而易见的。这些参数是通过综合考虑藻类的生理特性和生长需求精心设计的,以达到提高生物量的目的。
因此,这些参数的设置体现了特定的技术选择和优化,不是直接从现有技术或常规实践中可以直接推断出来的,而是基于专门的知识和实验研究得出的。
第五,离子液体的选择,该方法采用特定种类的离子液体,四乙基铵基离子液体,具有优异的生物相容性和低毒性,能够有效促进藻类生长。
离子液体浓度的优化,详细规定了离子液体在培养基中的最佳浓度范围,如0mg/L到25mg/L,以实现最佳生长效果和虾青素产量。
培养条件的精确控制,提出了精确控制温度、光照、pH值等培养条件的方法,以优化雨生红球藻的生长环境。
生长周期的调节,描述了离子液体对雨生红球藻生长周期的影响,如缩短培养周期、提高生物量积累速率。
实验验证,包含了使用离子液体与传统方法进行对比的实验数据,以证明本发明方法的优越性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍,显而易见地,下面所描述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是本发明实施例提供的利用离子液体提高雨生红球藻生物量积累的方法流程图;
图2是本发明实施例提供的不同浓度四乙基铵精氨酸离子液体对雨生红球藻生物量的影响图;
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题,本发明提供了一种利用离子液体提高雨生红球藻生物量积累的方法,下面结合附图对本发明作详细的描述。
本发明实施例提供的利用离子液体提高雨生红球藻生物量积累的方法的详细工作原理如下:
步骤S101:培养种子液
1)使用BG-11培养基:BG-11培养基是一种常用的营养培养基,特别适合于藻类的生长,因为它含有藻类生长所需的所有主要营养元素。
2)环境条件控制:在3L三角瓶中培养雨生红球藻,维持25±1℃的温度和30μmolm-2s-1的光照强度。这些条件是雨生红球藻生长的理想环境,有助于其快速进入对数生长期。
3)通气量维持:通过无菌空气的连续通入,确保藻类培养体系中氧气充足,同时有助于排出代谢产生的气体,如二氧化碳。
步骤S102:离子液体培养雨生红球藻
1)离子液体的添加:在柱式光生物反应器中,添加12.5mg/L的四乙基铵精氨酸离子液体至培养基中。这种离子液体作为生长刺激剂,促进雨生红球藻的生物量增加。
2)控制培养条件:在25±1℃的温度和30μmol m-2s-1的光照强度下培养,这些条件有助于最大化离子液体的效果。
3)维持适宜的接种量:确保雨生红球藻的初始接种量为3×105cells/mL,这是一个适宜的浓度,可以保证足够的生长空间和营养供应。
步骤S103:测定生物量
1)收集与冷冻藻细胞:通过离心去除培养液中的上清,收集沉淀的藻细胞,并进行冷冻处理,为干燥过程做准备。
2)冻干与称重:利用冻干机处理藻细胞,去除水分。冻干后的藻细胞称重,可以准确测定其干重,从而得知生物量。
通过以上步骤,离子液体被认为能改变藻类生长环境,通过影响细胞代谢或营养吸收来刺激雨生红球藻的生长。特定的培养条件和离子液体的添加共同作用于藻类,以提高其生物量产量。干重法的使用为准确测量生物量提供了一种简单有效的方法。整个过程中,环境条件的精确控制对于实现最佳的生长效果至关重要。
以下是利用离子液体提高雨生红球藻生物量积累方法的两个具体实施例及其实现方案:
实施例1:生物燃料生产中的应用
1)培养准备:
在BG-11培养基中于3L锥形瓶中培养雨生红球藻种子液至对数生长期。
2)离子液体添加与培养:
在1L柱式光生物反应器中添加不同浓度的离子液体至雨生红球藻种子液中,确保初始接种量为3×105cells/mL。
在25±1℃温度和30μmol m-2s-1光照强度下连续培养,通入无菌空气。
3)生物量测定与分析:
使用干重法测定藻细胞生物量,分析不同浓度离子液体对生物量的影响。
根据生物量结果调整离子液体的使用,以优化生物燃料的生产效率。
实施例2:食品添加剂生产中的应用
1)培养准备:
在BG-11培养基中在2.5L体积的锥形瓶中培养雨生红球藻Haematococcuspluvialis LUGU至对数生长期。
2)离子液体添加与培养:
将种子液转移到1L柱式光生物反应器中,添加预定浓度的离子液体,维持适宜的温度和光照条件。
定期检测藻细胞生长情况,优化培养条件以提高生物量。
3)生物量提取与应用:
收集培养后的雨生红球藻,提取生物量。
将提取的藻细胞生物量应用于食品添加剂的生产,特别关注其营养价值和生物活性物质含量。
这两个实施例展示了如何在不同应用背景下利用离子液体提高雨生红球藻的生物量,从而提高生物燃料和食品添加剂的生产效率和质量。通过精确控制培养条件和离子液体的使用,这种方法有助于提升雨生红球藻作为可再生资源的商业价值。
如图1所示,本发明实施例提供的利用离子液体提高雨生红球藻生物量积累的方法包括以下步骤:
S101,利用BG-11培养基培养种子液;
S102,利用不同浓度的四乙基铵精氨酸离子液体培养雨生红球藻;
S103,利用干重法测定S102得到的培养液中雨生红球藻的生物量。
作为优选实施例,本发明实施例提供的利用离子液体提高雨生红球藻生物量积累的方法,具体包括以下步骤:
(1)利用BG-11培养基培养种子液:使用BG-11培养基在3L三角瓶中培养雨生红球藻,待雨生红球藻生长至对数生长期后待用;其中,培养的环境温度为25±1℃,光照强度为30μmol m-2s-1,无菌空气的通气量为1vvm,并且所用雨生红球藻为雨生红球藻Haematococcuspluvialis LUGU。
(2)利用12.5mg/L的四乙基铵精氨酸离子液体培养雨生红球藻:以BG-11培养基为基础培养基,添加12.5mg/L的四乙基铵精氨酸培养第一阶段的种子液至1L的柱式光生物反应器中,确保雨生红球藻接种量为3×105cells/mL;连续通入无菌空气,并置于一定温度和光照强度的环境下培养,得到最终的培养液。其中,培养的环境温度为25±1℃,光照强度为30μmol m-2s-1,无菌空气通气量为1vvm。
(3)利用干重法测定步骤(2)得到的培养液中雨生红球藻的生物量:将由步骤(2)得到的培养液在无菌超净台中取10mL转入离心管中,利用离心机经3500r/min离心3分钟后弃上清,收集藻细胞,置于-80℃冰箱中冷冻过夜,利用冻干机冻干24h后称重,最终测得雨生红球藻的生物量干重。
实施例1:
本发明实施例提供的四乙基铵精氨酸浓度为3.125mg/L的情况下,检测、分析雨生红球藻的生物量,具体步骤如下:
(1)利用BG-11培养基培养种子液:使用BG-11培养基在3L三角瓶中培养雨生红球藻,待雨生红球藻生长至对数生长期后待用;其中,培养的环境温度为25±1℃,光照强度为30μmol m-2s-1,无菌空气的通气量为1vvm,并且所用雨生红球藻为雨生红球藻Haematococcuspluvialis LUGU。
(2)利用3.125mg/L的四乙基铵精氨酸离子液体培养雨生红球藻:以BG-11培养基为基础培养基,添加3.125mg/L的四乙基铵精氨酸培养第一阶段的种子液至1L的柱式光生物反应器中,确保雨生红球藻接种量为3×105cells/mL;连续通入无菌空气,并置于一定温度和光照强度的环境下培养,得到最终的培养液。其中,培养的环境温度为25±1℃,光照强度为30μmol m-2s-1,无菌空气通气量为1vvm。
(3)利用干重法测定步骤(2)得到的培养液中雨生红球藻的生物量:将由步骤(2)得到的培养液在无菌超净台中取10mL转入离心管中,利用离心机经3500r/min离心3分钟后弃上清,收集藻细胞,置于-80℃冰箱中冷冻过夜,利用冻干机冻干24h后称重,最终测得雨生红球藻的生物量干重。在第七天,其生物量为0.79g/L,较对照组没有显著性变化(见图2)。
实施例2:
本发明实施例提供的四乙基铵精氨酸浓度为6.25mg/L的情况下,检测、分析雨生红球藻的生物量,具体步骤如下:
(1)利用BG-11培养基培养种子液:使用BG-11培养基在3L三角瓶中培养雨生红球藻,待雨生红球藻生长至对数生长期后待用;其中,培养的环境温度为25±1℃,光照强度为30μmol m-2s-1,无菌空气的通气量为1vvm,并且所用雨生红球藻为雨生红球藻Haematococcuspluvialis LUGU。
(2)利用6.25mg/L的四乙基铵精氨酸离子液体培养雨生红球藻:以BG-11培养基为基础培养基,添加6.25mg/L的四乙基铵精氨酸培养第一阶段的种子液至1L的柱式光生物反应器中,确保雨生红球藻接种量为3×105cells/mL;连续通入无菌空气,并置于一定温度和光照强度的环境下培养,得到最终的培养液。其中,培养的环境温度为25±1℃,光照强度为30μmol m-2s-1,无菌空气通气量为1vvm。
(3)利用干重法测定步骤(2)得到的培养液中雨生红球藻的生物量:将由步骤(2)得到的培养液在无菌超净台中取10mL转入离心管中,利用离心机经3500r/min离心3分钟后弃上清,收集藻细胞,置于-80℃冰箱中冷冻过夜,利用冻干机冻干24h后称重,最终测得雨生红球藻的生物量干重。在第七天,其生物量为0.81g/L,较对照组没有显著性变化(见图2)。
实施例3:
本发明实施例提供的四乙基铵精氨酸浓度为12.5mg/L的情况下,检测、分析雨生红球藻的生物量,具体步骤如下:
(1)利用BG-11培养基培养种子液:使用BG-11培养基在3L三角瓶中培养雨生红球藻,待雨生红球藻生长至对数生长期后待用;其中,培养的环境温度为25±1℃,光照强度为30μmol m-2s-1,无菌空气的通气量为1vvm,并且所用雨生红球藻为雨生红球藻Haematococcuspluvialis LUGU。
(2)利用12.5mg/L的四乙基铵精氨酸离子液体培养雨生红球藻:以BG-11培养基为基础培养基,添加12.5mg/L的四乙基铵精氨酸培养第一阶段的种子液至1L的柱式光生物反应器中,确保雨生红球藻接种量为3×105cells/mL;连续通入无菌空气,并置于一定温度和光照强度的环境下培养,得到最终的培养液。其中,培养的环境温度为25±1℃,光照强度为30μmol m-2s-1,无菌空气通气量为1vvm。
(3)利用干重法测定步骤(2)得到的培养液中雨生红球藻的生物量:将由步骤(2)得到的培养液在无菌超净台中取10mL转入离心管中,利用离心机经3500r/min离心3分钟后弃上清,收集藻细胞,置于-80℃冰箱中冷冻过夜,利用冻干机冻干24h后称重,最终测得雨生红球藻的生物量干重。在第七天,其生物量为0.98g/L,较对照组有显著性提高,较对照组提高了29.85%(见图2)。
实施例4:
本发明实施例提供的四乙基铵精氨酸浓度为25mg/L的情况下,检测、分析雨生红球藻的生物量,具体步骤如下:
(1)利用BG-11培养基培养种子液:使用BG-11培养基在3L三角瓶中培养雨生红球藻,待雨生红球藻生长至对数生长期后待用;其中,培养的环境温度为25±1℃,光照强度为30μmol m-2s-1,无菌空气的通气量为1vvm,并且所用雨生红球藻为雨生红球藻Haematococcuspluvialis LUGU。
(2)利用25mg/L的四乙基铵精氨酸离子液体培养雨生红球藻:以BG-11培养基为基础培养基,添加25mg/L的四乙基铵精氨酸培养第一阶段的种子液至1L的柱式光生物反应器中,确保雨生红球藻接种量为3×105cells/mL;连续通入无菌空气,并置于一定温度和光照强度的环境下培养,得到最终的培养液。其中,培养的环境温度为25±1℃,光照强度为30μmol m-2s-1,无菌空气通气量为1vvm。
(3)利用干重法测定步骤(2)得到的培养液中雨生红球藻的生物量:将由步骤(2)得到的培养液在无菌超净台中取10mL转入离心管中,利用离心机经3500r/min离心3分钟后弃上清,收集藻细胞,置于-80℃冰箱中冷冻过夜,利用冻干机冻干24h后称重,最终测得雨生红球藻的生物量干重。在第七天,其生物量为0.75g/L,较对照组没有显著性变化(见图2)。
对比例:
本发明对比例提供的在新鲜BG-11培养基培养下,检测、分析雨生红球藻生物量,具体步骤如下:
(1)利用BG-11培养基培养种子液:使用BG-11培养基在3L三角瓶中培养雨生红球藻,待雨生红球藻生长至对数生长期后待用;其中,培养的环境温度为25±1℃,光照强度为30μmol m-2s-1,无菌空气的通气量为1vvm,并且所用雨生红球藻为雨生红球藻Haematococcuspluvialis LUGU。
(2)利用BG-1培养基培养雨生红球藻:以BG-11培养基为基础培养基,培养第一阶段的种子液至1L的柱式光生物反应器中,确保雨生红球藻接种量为3×105cells/mL;连续通入无菌空气,并置于一定温度和光照强度的环境下培养,得到最终的培养液。其中,培养的环境温度为25±1℃,光照强度为30μmol m-2s-1,无菌空气通气量为1vvm。
(3)利用干重法测定步骤(2)得到的培养液中雨生红球藻的生物量:将由步骤(2)得到的培养液在无菌超净台中取10mL转入离心管中,利用离心机经3500r/min离心3分钟后弃上清,收集藻细胞,置于-80℃冰箱中冷冻过夜,利用冻干机冻干24h后称重,最终测得雨生红球藻的生物量干重。在第七天,其生物量为0.71g/L(见图2)。
本发明结果表明添加四乙基铵精氨酸离子液体可显著提高雨生红球藻的生物量,通过此培养方法,实现了雨生红球藻在绿藻阶段的生物量积累。
在提出的用于提高雨生红球藻生物量的系统中,各模块的连接关系如下所述:
1.培养单元与光生物反应器的连接:培养单元负责提供初期培养环境,以促进雨生红球藻种子液的生长至对数生长期。一旦雨生红球藻达到对数生长期,种子液被转移到光生物反应器中进行进一步培养。这种转移确保了雨生红球藻能在最适宜的生长阶段接收离子液体的处理。
2.离子液体添加与培养单元的连接:离子液体储存与分配装置直接与光生物反应器相连。根据培养需求,该装置负责向光生物反应器中准确添加预定浓度的离子液体。
3.控制单元与各培养环境的连接:控制单元是整个系统的核心,它负责监控和调节培养单元和光生物反应器中的环境条件。这包括调节温度、光照强度和通气量,以保持培养过程中的最佳条件。
4.生物量测定单元的连接:生物量测定单元与光生物反应器相连,用于收集培养结束后的雨生红球藻样本。这个单元包括干重法测量装置,用于确定培养后雨生红球藻的生物量。
5.数据处理与分析单元的连接:数据处理与分析单元与生物量测定单元以及控制单元相连。它接收来自生物量测定单元的数据,并对离子液体对雨生红球藻生长的影响进行分析。分析结果可反馈给控制单元,用于进一步优化培养条件。通过这种综合性的模块连接,系统能够在各个阶段高效协调工作,从而有效提高雨生红球藻的生物量,这对于其商业化利用尤为重要。
本发明提出的用于提高雨生红球藻生物量的系统中,不同模块之间的连接关系和信号处理过程可以这样描述:
1)培养单元与光生物反应器:
培养单元负责在初始阶段提供适宜的环境以促进雨生红球藻种子液的生长至对数生长期。种子液随后被转移到光生物反应器中以进行下一阶段的培养。
2)离子液体添加与培养单元:
离子液体储存与分配装置与光生物反应器相连。该装置按需向光生物反应器中添加不同浓度的离子液体,以促进雨生红球藻的生长。
3)控制单元与各培养环境:
控制单元是整个系统的中心,负责调节和监控培养单元和光生物反应器中的环境条件,如温度、光照强度和通气量。
4)生物量测定单元:
生物量测定单元与光生物反应器相连,用于收集培养后的雨生红球藻样本,并进行生物量的测定。
信号处理过程:
1)环境监控:
控制单元接收来自培养单元和光生物反应器的实时环境数据(如温度、光照强度和通气量),并据此调节相应的环境条件。
2)离子液体添加调控:
控制单元根据培养需求向离子液体储存与分配装置发送信号,指示其向光生物反应器中添加特定浓度的离子液体。
3)生物量数据收集与分析:
生物量测定单元收集和分析雨生红球藻的生物量数据,该数据随后被传输至数据处理与分析单元。这里,数据被用于评估离子液体对生物量增长的影响,并指导未来的培养策略调整。
4)反馈循环:
数据处理与分析单元的结果可反馈至控制单元,用以优化培养条件,确保最佳的雨生红球藻生长环境。
本发明提供的系统内部的各个模块通过集成的控制和数据处理单元高效协作,实现了雨生红球藻生物量的有效提升。
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,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于提高雨生红球藻生物量的系统,其特征在于,包括:
培养单元,用于在控制的环境条件下培养雨生红球藻种子液至对数生长期;
光生物反应器,用于接收培养至对数生长期的雨生红球藻种子液,并添加离子液体进行进一步培养;
离子液体储存与分配装置,直接与光生物反应器相连,负责向光生物反应器中准确添加预定浓度的离子液体以促进雨生红球藻生长;
控制单元,与培养单元和光生物反应器相连,用于调节和监控培养过程中的温度、光照强度和通气量,确保培养过程中的最佳条件;
生物量测定单元,包括干重法测量装置,与光生物反应器相连,用于测定培养后雨生红球藻的生物量;
数据处理与分析单元,与生物量测定单元和控制单元相连,用于接收生物量数据并分析离子液体对雨生红球藻生长的影响,并根据分析结果向控制单元反馈信息以优化培养条件。
2.如权利要求1所述的系统,其特征在于,种子液培养单元包括:
3L锥形瓶:用于培养雨生红球藻种子液;
环境控制装置:用于维持25±1℃的温度和30μmol m-2s-1的光照强度。
3.如权利要求1所述的系统,其特征在于,离子液体添加与培养单元包括:
离子液体储存与分配装置:用于储存和按需向光生物反应器中添加不同浓度的离子液体;
环境控制装置:用于控制光生物反应器中的温度、光照强度和通气量;
生物量测定单元包括:
干重法测量装置:用于测定培养后雨生红球藻的生物量;
数据处理与分析单元:用于分析培养结果,确定离子液体对生物量增长的影响。
4.一种利用离子液体提高雨生红球藻生物量积累的方法,其特征在于,所述方法包括:
首先进行雨生红球藻种子液的培养,使雨生红球藻细胞在适宜条件下生长,收集藻细胞待用。然后在1L的光生物反应器中,添加离子液体培养雨生红球藻。
5.如权利要求4所述利用离子液体提高雨生红球藻生物量积累的方法,其特征在于,所述利用离子液体提高雨生红球藻生物量积累的方法还包括:
种子液在含有2.5L培养基的3L锥形瓶中培养,使藻细胞生长至对数期待用;将种子液重悬到柱式光生物反应器中,确保初始接种量为3×105cells/mL;添加不同浓度的离子液体培养雨生红球藻,连续通入无菌空气,并置于一定的温度和光照强度的环境下培养,检测、分析雨生红球藻的生物量。
6.如权利要求4所述利用离子液体提高雨生红球藻生物量积累的方法,其特征在于,所述利用离子液体提高雨生红球藻生物量积累的方法还包括以下步骤:
步骤一,进行种子液的培养;
步骤二,使用不同浓度的离子液体培养雨生红球藻;
步骤三,利用干重法测定步骤二得到的培养液中雨生红球藻的生物量。
7.如权利要求6所述利用离子液体提高雨生红球藻生物量积累的方法,其特征在于,所述步骤一中的进行种子液的培养包括:
使用BG-11培养基在3L的锥形瓶中培养雨生红球藻,待雨生红球藻生长至对数生长期待用;所述雨生红球藻为雨生红球藻Haematococcuspluvialis LUGU;种子液培养体积为2.5L;种子培养的环境温度为25±1℃;光照强度为30μmol m-2s-1;无菌空气的通气量为1vvm。
8.如权利要求6所述利用离子液体提高雨生红球藻生物量积累的方法,其特征在于,所述步骤二中的使用不同浓度的离子液体培养雨生红球藻包括:
以BG-11培养基为基础培养基,添加不同浓度的离子液体培养种子液至1L的柱式光生物反应器中,确保雨生红球藻接种量为3×105cells/mL;连续通入无菌空气,并置于一定温度和光照强度的环境下培养,得到最终的培养液;所述培养体系中离子液体种类为四乙基铵精氨酸;四乙基铵精氨酸的浓度为0、3.125、6.25、12.5、25mg/L。
9.如权利要求6所述利用离子液体提高雨生红球藻生物量积累的方法,其特征在于,所述温度为25±1℃,光照强度为30μmolm-2s-1;
所述步骤三中的利用干重法测定步骤二得到的培养液中雨生红球藻的生物量包括:
将由步骤二得到的培养液在无菌超净台中取10mL转入离心管中,利用离心机经3500r/min离心3分钟后弃上清,收集藻细胞,置于-80℃冰箱中冷冻过夜,利用冻干机冻干24h后称重,最终测得雨生红球藻的生物量干重。
10.一种用于促进雨生红球藻(Haematococcuspluvialis)生长和虾青素产量的培养方法,其特征在于,包括以下步骤:
(a)在雨生红球藻的培养基中加入四乙基铵基离子液体,其中所述的一种或多种四乙基铵基离子液体的总浓度介于0mg/L至25mg/L之间;
(b)对雨生红球藻培养基中的温度、光照强度和pH值进行精确控制,其中所述温度控制在20℃至30℃,光照强度控制在50至300μmol photons/m2/s,pH值控制在6.5至7.5;
(c)通过调整所述的四乙基铵基离子液体的浓度和培养条件,缩短雨生红球藻的生长周期并提高生物量积累速率;
(d)进行实验验证,比较使用本发明方法与未使用四乙基铵基离子液体的传统培养方法下雨生红球藻的生长效果和虾青素产量,以证明本发明方法的优越性;
其中,所述的四乙基铵基离子液体被选定具有优异的生物相容性和低毒性,以确保不对雨生红球藻造成负面影响。
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