两种生物反应器高密度培养小球藻研究.pdf
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两种生物反应器高密度培养小球藻研究邢翔,张小葵,杜宗军,赵丽华山东大学威海分校海洋学院山东威海264209擅耍小球藻在水产、环保、医疗和重要生命活性物质生产等众多领域的研究与应用得到不断深入。
如何高效培养出高密度小球藻以满足各个应用领域的需要是亟待解决的难题。
试验探索了利用生物反应器高密度异养培养小球藻的方法。
利用气升式、机械搅拌式两种生物反应器对小球藻进行培养。
初步比较了流加培养方式应用在两种生物反应器的效果。
通过流加高浓度培养基得到细胞总数1988107mL,最大细胞干重29944叽。
结果表明,在机械搅拌式生物反应器中流加培养基能够获得最大生长量。
关调小球藻;自养;异养;生物反应器中圈分类号Q93_335文t标识码A文章号100lo一7857(2008)23005603NovelCultivationMethodforChlorellaXINGXiang,ZHANGXiaokui,DUZongjun,ZHA0LihuaMarneColIe寥,ShandongUniversitymWeihai,Weihai264209,ShandongProvince,ChinaAb出嘲弛eresearchandapplicationofChlorellaspinmanyfieldssuch鹊aquieuhure,environmentalprotection,medicaltreatmentandtheproductionofbiologicalactivesubstanceshavebeenincreasedrapidly,howeverhowtocultureChlorellaspefficientlywithveryhi曲celldensitytomeettheneedofeveryapplicationfieldisaurgentproblemTheexperimentexploredthehigh-densityheterotrophiccultivationofChlorellawithbioreactorsChlorellaspwascultivatedintheair-liftbioreactorandthemechanicalstirringbioreactorAsthefirst。
theresultsoffedbatchculturemethodinthesetwobioreactorswascompared,experimenterobtainedthetotalnuroberofcells1988xlOYmLandthemaximumbiomass29944sLinhishconcentrationmediawithfedbatchmethed岣科wO哺chlorella;autotropica;heterotrophic;bioreactor0引言小球藻(Chlorellasp)是一类普生性单细胞绿藻,属于绿藻门(Chlorophyt口),绿藻纲(Chlorophyceae),绿藻目(Chlorococcf以es),卵囊藻科(Ocystaceae),小球藻属(Chlorella)。
小球藻作为一种重要的微藻资源,具有极其丰富的营养成分和优良的医疗保健作用。
其蛋白质含量5067,其中含有人体所必须的20种氨基酸、多种维生素和微量元素,以及亚麻酸、亚油酸、胡萝卜素等成分。
小球藻含有的二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA),医学临床已经证明这两种成分具有多种霞要的生理功能I”。
其次小球藻中含有的多糖和蛋白具有显著的抑瘤抗癌、增强免疫及抗病毒感染的活性21。
在水产养殖上,单细胞的小球藻可直接作为草食性鱼类和鱼苗的饵料,或者作为肉食性鱼类仔鱼开El期食用的丰年虫等动物的饵料。
此外小球藻在其生长时能消耗掉污水水体中的部分氮、磷,从而达到改善水质的目的,具有很高的经济价值I划。
异养条件下,小球藻细胞内油脂含量可达60以上是一种新型油脂资源1351。
在高盐条件下培养,小球藻中的脯氨酸含量可达12,可用于工业制取脯氨酸。
小球藻的叶绿素含量约4,是天然叶绿素的理想资源161。
有研究表明,小球藻在只有无机盐、部分维生索以及光合作用的条件下就能正常生长,且光合效率高但是无机营养盐培育的小球藻,由于营养盐迅速消耗以及各种影响因素的干扰,在生产中极不稳定研。
近年来对小球藻异养的研究越来越受到关注,当在培养液或培养基中含有葡萄糖等有机碳源时,小球藻的营养方式可以由自养转变为异养。
这种高密度培养方式可以使小球藻的生长速度大为加快,细胞密度大幅度提高不受光限制。
目前小球藻的培养方式包括密闭无菌培养法、开放半无菌培养法、开放藻菌混养法等171。
本文探索一种利用大容量生物反应器高密度培养小球藻的方法。
据相关研究小球藻通过光合作用积累lmg干物质需要ltoolC02(18mg)E目,而水收稿日期12008-09-03作者简介:
邢翔山东省威海市文化西路180号山东大学威海分校海洋学院助理实验师,E-mail:
xingxiangsdueducn;张小葵(通信作者)。
山东省成海市文化西路180号山rl-,大学威海分校海洋学院,副教授,E-mail:
zhangxksdueducn56科技导报2008。
26(23)万方数据中溶解的可利用的CO:
(004moJL)远不能满足小球藻生长的需要。
因此大规模培养中营养盐的流加是提高产量的有效途径。
1材料和设备11材料小球藻(Chlorellasp):
取自山东大学威海分校微生物综合实验室菌种库。
12培养基小球藻培养基用舵改良培养基191,葡萄糖(10rL)作为小球藻异养碳源。
13仪器设备7L气升式发酵罐(上海保兴生物设备T程公司,7QS),7L机械搅拌式发酵罐(镇江东方生物丁程设备技术公司。
GBJL一7C),分析天平(德国塞多利斯公司,ALCll04),pH电极(瑞士Hamilton公司)。
2试验方法21纯化与培养将冷藏的藻种接种至新鲜液体培养基,控制温度25扰光照3500lx湿度852,每日摇瓶3次。
固体平板纯化琼脂量7gL,将纯化并扩培的液体藻液分别上罐至气升式发酵罐、机械搅拌式发酵罐中进行批量培养。
分别调整充气量为80l_h、转速为100rmin控制温度30。
高浓度培养基流加培养配制5倍于正常浓度的浓缩培养基1L,在培养至72h时流加,每6h流加250mL,流量为833mLrain。
22取样与测定每日取样34次,即时测定数目和称重。
细胞数目的测定:
血球计数板计数,每实验组计数3次,取其平均值。
细胞干重的测定:
取5mL培养液离心沉淀(4000rmin,30min),800C烘干至恒重。
分析天平称重。
pH值:
机载pH电极,计算机自动记录。
3结果与分析31生长量变化在黑暗条件下机械搅拌式培养生长速率明显高于气升式培养,细胞总数及干重的积累也略高于气升式培养(图1)。
小球藻经过约16h的适应调整后,迅速进入对数生长期。
整个生长过程生物量变化明显,最大细胞总数达到627x107mL,细胞干重23647g,L。
约45h进入衰亡期。
气升式培养进入稳定期时藻液颜色呈碧绿色所得小球藻生长曲线的S形不明显延迟期长,约40h后进入对数生长期,最大细胞总数53107mL,细胞干重1234gL。
82h后进入稳定期。
进入稳定期时藻液颜色呈黄绿色。
一g童杂:
蹲銎囊。
一知¥蚓牛銎舞O1623404752647076828894培养时间,1101623404752647076828894培养时间,Il图1不同培养方式下的小球藻生长曲线Fig1GrowthcurvesofChlorellaspwithdifferentmethods细胞总数与细胞干重的生长曲线基本趋势一致。
但是细胞总数的增长同干重的增长不是同步进行的。
其原因是,细胞在分裂前期吸收大量的有机营养物质复制DNA及合成蛋白质,这个时期细胞的重量会有大幅度地增加而细胞数量却没有什么变化。
最后细胞进行分裂增殖,细胞数量成倍增长,而细胞的总重量增加很少。
32DH值变化在以上两种培养方式下,pH都有变碱性的趋势,如图2所示。
在培养达76h时又逐步下降气升式培养方式下变化趋势较为明显。
造成pH值变化的原因是,气升式培养通气量远远大于机械搅拌式,所以溶于水的CO:
量较高。
其融于水离解成HCO,使培养基的pH值变化,高于初始值。
另外,NaNO,作为培养基氮源,在其被利用时,NO,被水解,同样会导致pH值升高。
33流加培养分别对气升式培养方式及机械搅拌式培养进行培养基的流加,比较细胞数量及干重发现小球藻在机械搅拌式发酵罐中的生长数日最大可达1988x107mL较批量培养有极大提高,pH值一直保持80(表1)。
培养基碳源、氮源等基本耗尽后小球藻生长停滞。
细胞开始自溶,藻群数量及细胞干重都会呈现下降趋势。
此时流加培养基,会使藻继续分裂增殖。
培养结束时,藻液呈浓绿色,粘稠状,细胞干重达29944gL。
科技导报2008。
26(23)577654320万方数据培养时间h图2不同培养方式下的小球藻pH值变化Fig2CurveofpHofChlorellaspwithdifferentmethods表1不同培养方式小球藻的生长特性Table1ComparisonofgrowthcharacteristicsofChlorellaspwithdifferentmethods4讨论与结论微藻是具有蘑要经济价值的生物资源。
自1953年Lewin等110l首先发现了某些种类能利用有机物作为唯一碳源和能源进行异养生长以来,受到科学界广泛重视。
而生物反应器高密度培养是近年的研究热点。
探索利用发酵工程的方法大规模的生产微藻产品可以为微藻内含物、生长机理的研究提供基础平台。
异养培养小球藻可以克服光自养培养的诸多缺陷。
是提高小球藻产量与产率的有效途径。
本试验探索了气升式、机械搅拌式两种异养培养方式,初探了流加培养在小球藻异养高密度培养上的应用。
结果表明机械搅拌式异养培养小球藻具有较好的培养结果,在葡萄糖浓度与刘世名等I相同研究条件下,可得到627x107mL的细胞数目,藻细胞干重可达23647gL。
小球藻的生长速率与其相近。
由于批量培养中小球藻得到充分的碳、氮源的补料,存在培养初期营养物质浓度高而抑制藻类生长,而培养后期营养物质缺乏限制藻类生长的缺点。
本研究初步探讨了高浓度培养基流加培养方式,在相同流加条件下。
机械搅拌式最大细胞数目达到1988x107mL,最大干重29944geL。
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81-86(责任编辑吴晓丽)欢迎向“学术聚焦”栏目推荐会议文集科技导报“学术聚焦”栏目旨在围绕当前某一与科技相关的热点问题展开讨论客观、简洁、集中地发表原创性科技成果或专家的创新言论。
每期将从科学会议、学术沙龙的众多科研报告中精选lO篇左右,从中提炼成一篇5000字左右的综述性文章以反映研究者的重要研究成果和主要学术观点。
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姆_Id万方数据两种生物反应器高密度培养小球藻研究两种生物反应器高密度培养小球藻研究作者:
邢翔,张小葵,杜宗军,赵丽华,XINGXiang,ZHANGXiaokui,DUZongjun,ZHAOLihua作者单位:
山东大学威海分校海洋学院,山东威海,264209刊名:
科技导报英文刊名:
SCIENCE&TECHNOLOGYREVIEW年,卷(期):
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2.学位论文钱峰慧小球藻的异养-光自养串联培养工艺优化及初步放大研究2007小球藻在食品、饲料、医药等方面具有广泛的应用价值。
高密度高品质培养是目前国内外小球藻培养技术中亟待解决的关键问题。
笔者所在实验室建立的异养-光自养串联培养技术可实现小球藻的高密度高品质培养。
本文首先系统地优化了普通小球藻异养-光自养串联培养工艺,并进行了初步的中试放大,最后将此技术应用于蛋白核小球藻的高密度高品质培养。
以期为小球藻高密度高品质培养技术的产业化奠定基础。
利用HA-SK培养基和50L生物反应器/30L平板式光生物反应器中的异养-光自养串联
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- 生物反应器 高密度 培养 小球藻 研究