[发明专利]通过使细胞增殖与海藻产品生产分离来最优化海藻产品的生产

说明书

相关申请的引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2008年12月19日提交的第61/201,635号美国临时专利申请的优先权，该申请的全部内容以引用的形式并入本文中。

发明背景

海藻是最多产和分布最广的地球生物体群之一。目前已知有超过150,000种海藻，并且可能更多的海藻仍有待发现。虽然可能对于在总的生命分类学中如何区别所有不同的海藻种还存在某些未知的事项，但是对于大多数海藻种类，其基本的识别特征和特点是已知的。

海藻(包括许多具有不同大小和颜色的植物样形式，硅藻以及蓝细菌)组成了地球上生物的最重要的种类之一，其是形成我们的大部分环境的原因以及形成许多其他生命形式的食物链的基础。完整的生态体系根据海藻进化或与海藻共生，并且海藻环境包括食物源、食肉动物、病毒和许多其他通常与高等生命形式有关的环境元素。

尽管已知海藻的范围和重要性，但直接的人类使用是有限的。海藻经生长或收获，作为食物，尤其在亚洲通常以“海草”的形式。它们也广泛用于生产多种配料，例如着色剂和食品添加剂。也已经将海藻用于工业生产以浓缩并除去重金属元素污染，称为硅藻土的硅藻残留物用作过滤培养基和用于其他应用。

海藻也产生油、淀粉和气体，其能被用于生产柴油、醇(例如乙醇)以及氢气或甲烷气体。

尽管其他生物材料也能够产生这些燃料，但海藻的区别是它们的高产率和低理论成本。海藻能够比其他植物形式生长快10至100倍。在海藻产生期望的油或淀粉时，其也能够非常多产，在某些情况下在这些形式中其产生它们自身重量的约60％。除了高产率的优势，将海藻用于生物产品也不与农业竞争耕地，其既不需要农田也不需要新鲜的水。此外，海藻以最基本的输入达到了所有这些，在大多数情况下当海藻是光合自养生物时，其仅需要阳光、水、空气、二氧化碳和简单的营养物质。

尽管海藻有作为燃料源的清晰潜在优势，但因为许多原因，在过去，实际上实现这种潜力被证明是沮丧的和困难的。例如，最优化的海藻细胞增殖的条件与最优化的油/脂质产生的那些条件不同。常规方法需要两个步骤同时被最优化，这对于每一步骤的子优化是必须的。

发明概述

本发明提供了用于分别地和独立地最优化生物产品(例如油)的各类基于海藻的生产的体系和方法，由此改善油、脂质和其他有用产品的总产量。这种方法是有利的，因为它允许在从生物量到油的生产中最优化单个步骤和生长期。这也允许使用用于不同工序步骤的不同给料和生长条件。

因此，本发明的第一方面提供了生长用于生产海藻产品的海藻的方法，其包括：(1)在第一异养或光能异养生长条件下生长海藻以增加海藻细胞分裂的速率和海藻细胞数量；(2)在第二生长条件下生长海藻以生产海藻产品；其中在所述第二生长条件下海藻细胞数量没有显著增加。

在某些实施方案中，第一生长条件包括具有最佳的细胞数量增长所需的非限制水平的营养物质和痕量元素的培养基。所述营养物质可以包括一种或多种C、N、P、S和/或O源。

在某些实施方案下，所述培养基可以包含需要时任选用另外的营养物质补充的厌氧生物消化物的液体分离。所述厌氧生物消化物可以产生于动物内脏、牲畜粪便、食物加工废料、城市废水、酒糟水(thin stillage)、酒糟(distiller’s grain)或其他有机材料的厌氧消化。

在某些实施方案中，所述营养物质的浓度对细胞分裂和/或生长是无毒的。

在某些实施方案中，所述第一生长条件包括用于细胞分裂的最佳温度，非嗜热海藻的最佳温度范围为约0℃-40℃，或者嗜热海藻的最佳温度范围为约40℃-95℃或60℃-80℃。

在某些实施方案中，所述第一生长条件包括一种或多种生长激素或其模拟物。所述生长激素可以包括选自生长素、细胞分裂素、赤霉素和/或其混合物的至少一种、两种、三种、四种、五种或多种生长激素。优选地，生长激素包括来自选自生长素、细胞分裂素或赤霉素的每一种类/类别的激素的至少一种或两种。

例如，所述生长素可以包括吲哚乙酸(IAA)和/或1-萘乙酸(NAA)。其他生长素模拟物可以为2，4-D；2，4，5-T；吲哚-3-丁酸(IBA)；2-甲基-4-氯苯氧基乙酸(MCPA)；2-(2-甲基-4-氯苯氧基)丙酸(甲氯丙酸，MCPP)；2-(2，4-二氯苯氧基)丙酸(2，4-滴丙酸，2，4-DP)；或(2，4-二氯苯氧基)丁酸(2，4-DB)。

在某些实施方案中，所述赤霉素包括GA3。