CN1982433A - 功能转光膜在微藻培养中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微藻培养领域，尤其是将针对性地选择转光剂制备出的功能转光膜在大规模微藻培养中的应用。将具有不同光质转换功能的转光剂吹制成的功能转光膜，覆盖于光生物反应器外壁、开放式培养池的上方或直接用功能转光农膜作为光生物反应器的外壁材质，用于微藻大规模培养。在正常日光灯或自然光照射下培养微藻，与传统的单一使用反应器或者开放池培养藻类相比，转光膜的使用使微藻生物量及光利用率均有明显提高。平均微藻产率可提高10～20％。

Description

功能转光膜在微藻培养中的应用
技术领域
本发明属于微藻培养领域，尤其是将针对性地选择转光剂制备出的功能转光膜在大规模培养微藻中的应用。
背景技术
微藻培养采用的主要方式是开放式大池培养以及密闭光生物反应器培养。目前，只有螺旋藻、小球藻和杜氏盐藻等少数几种微藻能在开放式大池中培养。
开放式大池是最早、最简单的微藻培养系统，其突出的优点是构建简单、成本低廉、操作简便、可以利用不适合农作物的旱地和盐地，也可与废水处理或水产养殖业相结合。但微藻培养受环境条件限制效应明显，尤其是日光和温度，光照强度低时，生长速度缓慢；而光照强度过高或紫外线辐射会使细胞“漂白”致死，同时开放大池培养细胞密度较低。
新型光生物反应器的研制与开发弥补了开放式大池培养系统的不足，使一些生长速度相对较慢，最适生长温度较低，对光照的要求较高，易受外界环境中细菌、真菌、原生动物污染的微藻得到很好的生长环境。但由于反应器造价高，使得微藻培养成本相应上升。
中国ZL94114161.6号，ZL01106863.9号专利等报道，功能转光剂可以将紫外光转成红光，用此转光剂吹制的转光膜可以提高植物光合作用，提高光照强度，降低紫外光对植物造成的危害。大量的农田试验也表明农用转光膜具有增温增产效应，使农作物生长周期缩短，产量提高。目前只局限于农作物栽培，且使用中没有选择性。
发明内容
本发明的目的在于改变微藻培养条件，将功能性转光膜引入微藻培养，提供适合微藻生长的光质，同时降低紫外线及高光强对藻类造成的伤害，以达到高密度培养微藻的目的，提高微藻培养收率。
本发明的功能转光膜在微藻培养中的应用是将具有不同光质转换功能的转光剂吹制成的功能转光膜用于微藻大规模培养。
将具有不同光质转换功能的转光剂吹制成的功能转光膜，覆盖于光生物反应器外壁、开放式培养池的上方或直接用功能转光膜作为光生物反应器的外壁材质，用于微藻大规模培养。在日光灯照射下培养微藻，可以将灯光中不适合藻类生长的光质转换为适合藻类生长的光质，同时提高光照强度。在自然光(室外阳光)的照射下，效果更为明显。当光照过强时，可以起到降低光照强度，减低紫外线辐射的效果，而当光照不能达到藻的最适生长光强时，由于可以提供最适光质，也可以弥补低光强引起的光照缺陷。与传统不使用转光膜培养相比，转光膜的使用使微藻生物量及光利用率均有明显提高。与现有反应器培养或开放池培养相比，微藻平均产率可提高10～20％，单一批次培养，螺旋藻生物量干重可由原来1.8g/L提高到2.2g/L。
由于不同种类微藻所含光合色素不同，最适生长光质要求也不同。针对不同微藻的光合作用曲线，选择不同的转光剂或转光母粒吹制转光膜。本发明采用的转光剂为紫外光转换为红光的稀土无机化合物(代号：UVTRI-MS)，由湖南师范大学提供含此种转光剂的转光母粒，基料为低密度聚乙烯LDPE1F7B型，用普通的吹塑机吹制，采用传统工艺，单螺杆挤出吹膜，厚度0.02～0.1mm，转光剂含量0.5～5‰(占基料质量比)。此转光剂可将日光中的紫外光转化为红光，具有增强红光照射强度的功能。激发光谱峰值为300，350nm，发射光谱峰值为650nm。其发射峰值与绿藻或蓝藻光合作用最适波长相吻合。
如图1、2、3所示。
此波长适合蓝藻及绿藻等生长。比较蓝、绿藻活体细胞吸收光谱及色素提取液吸收光谱(图1、2)与转光膜光谱(图3)，显示活体细胞的吸收光谱在650nm左右吸收峰最高，而这种转光膜可以提供这部分波长的光质，同时增强了这种光质的强度。由于该转光剂吹制成的功能转光膜在红色光范围内光强有明显增加，将此种转光膜用于蓝藻及绿藻培养上可以提高微藻的生长速率3％以上。
本发明在微藻传统养殖方法的基础上做出了改进，转光膜有效提高了微藻对光的利用率，减轻了紫外光对微藻的伤害，使用方便，效果良好。
附图说明
图1.红球藻活体细胞及DMSO处理液吸收光谱。
图2.螺旋藻活体细胞吸收光谱。
图3.转光膜光谱。
附图标记
L活体细胞吸收光谱   R.DMSO处理液吸收光谱
a.转光膜            b.PE膜
具体实施方式
实施例1.
转光膜在绿藻养殖上的应用，以雨生红球藻为培养对象。
处于营养状态的绿色游动细胞，其活体细胞光吸收曲线及二甲基亚砜(DMSO)处理液的吸收曲线在650nm左右均有吸收峰，如图1、3所示，因此选用含UVTRI-MS型转光剂的转光母粒吹制转光膜。
以湖南师范大学提供的含UVTRI-MS型转光剂的转光母粒，基料为低密度聚乙烯LDPE 1F7B型，用普通的吹塑机吹制，采用传统工艺，单螺杆挤出吹膜，厚度0.05mm，转光剂含量2.5‰(占基料质量比)。
将转光膜覆盖于2.5L气升式光照反应器外壁(专利号01142298.X)，同时以无转光膜的同样的气升式光照反应器培养作对照。采用SM培养基(Sager和Granick)，接种对数期(转培后3-5d)藻种，细胞密度4×105cell/mL左右，OD674 0.085。在正常日光灯照射下培养雨生红球藻，日光灯提供侧光源连续照明，光照强度40-50μmol/m2/s。水浴循环温度控制23±0.5℃，通入空气搅拌，通气量0.4L/min，培养周期9天。结果显示雨生红球藻生物量、色素、光合活性等几项指标在转光膜条件下均高于对照条件下。转光膜条件下细胞密度比对照提高8.8％。叶绿素和虾青素含量分别比对照提高15.5％和15.1％。
实施例2.
转光剂含量0.5‰，其它同实施例1。转光膜条件下细胞密度比对照提高1.9％。叶绿素和虾青素含量分别比对照条件下高出2.5％和2％。
实施例3.
转光剂含量1‰，其它同实施例1。转光膜条件下细胞密度比对照提高2.8％。叶绿素和虾青素含量分别比对照条件下高出3％和2.9％。
实施例4.
转光剂含量5‰，其它同实施例1。转光膜条件下细胞密度比对照提高8.2％。叶绿素和虾青素含量分别比对照条件下高出13％和12.5％。
实施例5.
转光膜在蓝藻养殖上的应用，以螺旋藻为培养对象。
螺旋藻活体细胞吸收光谱如图2所示。选用与实施例1相同的转光膜，覆盖在三角瓶外壁，以无转光膜的相同的三角瓶培养作对照，采用Zarrouk培养基(简称Z氏培养基)，接种对数期(转培后4～5d)钝顶螺旋藻，接种密度OD560 0.02。正常日光灯连续照射，置于摇床上培养，光照强度40～50μmol/m2/s，转速90r/min，温度控制在30±1℃，培养周期9天。螺旋藻生物量比无转光膜对照提高8.5％，叶绿素含量提高12％。
实施例6.
用2.5L气升式光生物反应器(同实施例1)培养螺旋藻。藻种、温度、培养基、转光膜同实施例5。将转光膜覆盖于气升式光照反应器外壁，同时以无转光膜的同样的气升式光照反应器培养作对照。接种对数期藻种OD5600.12，连续侧光源照明，光照强度40～50μmol/m2/s，水浴循环温度控制30±0.5℃，通气量0.4L/min，培养周期9天，覆盖转光膜的反应器的生物量比无转光膜对照提高20.7％，叶绿素含量提高11.5％，蛋白质含量提高6.2％。
实施例7.
转光剂含量0.5‰，其它同实施例6。覆盖转光膜的反应器的生物量比无转光膜对照提高3％，叶绿素含量提高4.2％。
实施例8.
转光剂含量1‰，其它同实施例6。覆盖转光膜的反应器的生物量比无转光膜对照提高3.5％，叶绿素含量提高5％。
实施例9.
转光剂含量5‰，其它同实施例6。覆盖转光膜的反应器的生物量比无转光膜对照提高17.4％，叶绿素含量提高9.2％。
实施例10.
用20L气升式光生物反应器(专利200420009076.2)培养螺旋藻。藻种、温度、培养基、转光膜同实施例6。将转光膜覆盖于气升式光照反应器外壁，同时以无转光膜的同样的气升式光照反应器培养作对照，通气量3L/min。接种量均为OD560 0.2，光照强度60μmol/m2/s，培养周期15天。覆盖转光膜的反应器的生物量比无转光膜对照提高20.4％，叶绿素含量提高12.7％，蛋白质含量提高5％。
实施例11.
直接用转光膜(同实施例1)制作封闭式光反应器(称为吊袋)，吊袋不装液时大小为10厘米×60厘米。吊袋装液1升，从扎口处插入通气管至吊袋底部，通空气量0.1L/min，扎口处还插有排气管。以不含转光剂的低密度聚乙烯LDPE 1F7B型薄膜(厚度同转光膜)制作同样大小和结构的吊袋为对照。将这两种吊袋反应器悬挂于光照培养箱内培养螺旋藻。藻种、温度、培养基同实施例6。接种量均为OD560 0.04，光照强度60μmol/m2/s，培养周期9天。用转光膜制作的吊袋反应器的生物量比无转光膜对照提高10.5％，叶绿素含量提高10.9％，蛋白质含量提高4.7％。
实施例12.
在开放池(跑道池)内培养螺旋藻，以转光膜强化光能利用，提高产量。培养装置为10m2，深15cm的跑道式培养池，池内流道宽1米，流道总长约10米(周长)。藻种、培养基、转光膜同实施例5，温度控制在28±1℃。将转光膜覆盖在培养池上方，水面与膜之间留有一定的空间方便设置搅拌器和人员操作。室外自然光照培养，光强约2.5万勒克斯。有转光膜时螺旋藻日收率可达到10g/m2，比无转光膜对照提高9％，叶绿素含量提高14％。

Claims (10)

1.一种功能转光膜在微藻培养中的应用，其特征是：将具有不同光质转换功能的转光剂吹制成的功能转光膜用于微藻大规模培养。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征是：所述的功能转光膜是覆盖于光生物反应器外壁、开放式培养池的上方或直接用功能转光膜作为光生物反应器的外壁材质，用于微藻大规模培养。
3.根据权利要求1或2所述的应用，其特征是：所述的转光膜的厚度为0.02～0.1mm。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征是：所述的转光剂用量为占基料质量比为0.5‰～5‰。
5.根据权利要求1或4所述的应用，其特征是：所述的转光剂的激发光谱峰值为300，350nm，发射光谱峰值为650nm。
6.根据权利要求3所述的应用，其特征是：所述的转光剂的激发光谱峰值为300，350nm，发射光谱峰值为650nm。
7.根据权利要求1、4或6所述的应用，其特征是：所述的转光剂为紫外光转换为红光的稀土无机化合物。
8.根据权利要求3所述的应用，其特征是：所述的转光剂为紫外光转换为红光的稀土无机化合物。
9.根据权利要求5所述的应用，其特征是：所述的转光剂为紫外光转换为红光的稀土无机化合物。
10.根据权利要求1或2所述的应用，其特征是：所述的微藻是绿藻或蓝藻。
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