一種能夠提高葉黃素產量的小球藻培養方法及設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種小球藻培養方法，特別是一種用于生產葉黃素的小球藻培養方法。
【背景技術】
[0002]葉黃素是目前已經發現的六百多種天然類胡蘿卜素中的一種，其本身是一種抗氧化物，還可以吸收藍光等有害光線。小球藻一般是指屬于小球藻屬(Chlorella屬)的藻種，小球藻作為一種真核單細胞淡水微藻，既能夠異養，也能夠通過光合作用進行自養培養并合成葉黃素，在小球藻屬中有多個藻種可以用于生產葉黃素，如原始小球藻(Chlorellaprotothecoides)、普通小球藻(Chlorella vulgaris)等，但是在異養條件下小球藻的葉黃素含量很低，光合自養模式下雖然葉黃素含量較高，但當小球藻生長一段時間后，光線就不容易穿過培養液，光合作用效率降低，生長速率降低，造成小球藻的產量較低，相應的葉黃素的產量也就非常低，因此單純的異養和自養模式都不適合葉黃素工業化大生產，中國專利CN200610025618.9公開了一種異養-稀釋-光誘導串聯培養技術。將異養培養后的藻細胞再進行光照誘導可以提高藻細胞中葉黃素的含量，但我們發現異養培養結束后，此時小球藻細胞已經進入了穩定期，有些細胞已經開始衰亡，甚至自溶。因此再對這樣的細胞進行光合誘導，葉黃素含量的提升幅度以及效率不高。中國專利CN201410632577.4也公開了一種自養與異養混合培養小球藻的方法，同樣也只公開了異養-稀釋-光誘導串聯培養技術，僅對自養過程中的溫度和光照強度等參數進行了調整，并采用補料流加培養的形式，同樣存在著前述異養之后再進行自養，葉黃素生產效率偏低的問題，且采用補料流加培養雖然能提高藻細胞密度，但也會顯著提高培養時間，且培養液稀釋后，會造成整個系統耗，因此提供一種更加優化的小球藻培養方法，進一步提高單位時間內葉黃素的產量，成為現有技術中亟待解決的問題。
【發明內容】
[0003]本發明提供了一種小球藻培養方法，其特征是所述方法包括以下步驟
[0004]I)初異養步驟
[0005]發酵罐中加入pH為6?8的異養培養液，將小球藻接種于發酵罐中，培養溫度27?32°C，控制pH在6?8范圍內，通入空氣，控制DO值(溶氧量)在20%?40%范圍內，培養至藻細胞密度5-50 X 1VmL ；
[0006]2)自養-異養循環階段
[0007]將步驟2)獲得的初異養培養液轉入自養培養，培養溫度27?32°C，二氧化碳通氣量為0.03-0.05VVM，并控制DO值(溶氧量)也在20%?40%范圍。培養至葉黃素含量增加幅度低于1.5-3% /h，轉入發酵罐中繼續進行異養，異養18-36h后，再轉入自養培養階段，如此自養-異養循環，在藻細胞密度達到500-1000 X 1VmL的自養培養階段完成后結束培養。
[0008]優選自養-異養循環次數2 Sn <5。
[0009]優選自養階段的光照的光量子通量密度為36-180 μ mol/ (m2.s)。
[0010]優選所述小球藻為原始小球藻(Chlorella protothecoides)。
[0011]本發明還提供了執行所述小球藻培養方法的設備，所述的設備包括具有攪拌設備的發酵罐、光合反應器，其特征是所述發酵罐底部具有異養出料口，頂部具有循環進料口 ；光合反應器的底部具有循環出料口和進氣口，頂部具有自養進料口和排氣孔，
[0012]所述發酵罐的異養出料口通過管道與異養循環泵入口相連接，所述異養出料泵出口通過管道與光合反應器的自養進料口相連，位于光合反應器底部的循環出料口與自養循環泵入口相連接，所述自養循環泵出口與位于發酵罐頂部的循環進料口通過管道相連接，所述的設備還包括二氧化碳與空氣混合罐，所述二氧化碳與空氣混合罐出口通過管道與位于光合反應器底部的進氣口相連接。
[0013]所述光合反應器具有兩端封閉的圓筒狀容器和圍繞圓筒狀容器布置的光源，所述圓筒狀容器采用透明材料制作，長徑比為3-10。
[0014]本發明提供了一種小球藻培養方法及其設備，通過采用自養-異養循環流程，能夠在小球藻異養培養的藻含量增長期的各個階段分別對其進行光自養培養，其效果相當于同時對小球藻進行異養和自養，既能夠通過異養快速增加小球藻培養液的藻細胞密度，又能通過自養顯著提高小球藻中葉黃素含量，在藻細胞密度達到500-1000 X 1VmL時，葉黃素含量能達到200-300mg/L，與現有的方法比，在總培養時間增加不多的情況下，既能獲得較高的小球藻產量(約30g/L或更高)，還能夠顯著提高小球藻的葉黃素含量，且該方法適用于對各種小球藻進行葉黃素生產方法的改進，能夠顯著提高采用小球藻生產葉黃素的工業化前景。
【附圖說明】
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[0015]圖1為本發明執行本發明【具體實施方式】小球藻培養方法的設備工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0016]本發明提供了執行小球藻培養方法的設備，包括具有攪拌設備10的發酵罐I (5L)、光合反應器2，所述發酵罐底部具有異養出料口 11，頂部具有循環進料口 12，本【具體實施方式】中，并每套設備中具有兩臺發酵罐和一臺光合反應器。
[0017]所述光合反應器2具有兩端封閉的圓筒狀容器和在圓筒狀容器周圍布置的光源25，所述圓筒狀容器的長徑比為5，容積為5L，由透明材料制成，頂部和底部封閉，頂部具有排氣孔和自養進料口 21，底部具有進氣口 22、循環出料口 23和放料口 24，
[0018]所述發酵罐的異養出料口 11通過管道與異養循環泵3入口相連接，所述異養出料泵出口通過管道與光合反應器的自養進料口 21相連，位于光合反應器底部的循環出料口與自養循環泵4入口相連接，所述自養循環泵4出口與位于發酵罐頂部的循環進料口通過管道相連接，所述的設備還包括二氧化碳與空氣混合罐5，所述二氧化碳與空氣混合罐出口通過管道與位于光合反應器底部的進氣口相連接。采用儲存在鋼瓶51內的液體二氧化碳作為二氧化碳源，以空氣壓縮機52產生的壓縮空氣作為空氣源，將液體二氧化碳經過減壓氣化后與壓縮空氣按照比例在二氧化碳與空氣混合罐中混合后從進氣口通入光合反應器中。光合反應器的放料口 24用于在培養結束后將料液放出。
[0019]本發明具體實施例中采用的異養培養液(包括初異養培