[发明专利]螺旋藻培养中碳源和pH值的调控方法

说明书

本发明属于螺旋藻培养的方法，更具体涉及一种螺旋藻培养中利用碳源和PH值的调控方法。

目前，国内外用于螺旋藻培养的光生物反应器有封闭型和开放型两种。封闭型的主要有水平管道式、垂直管道式、袋式、塔式光生物反应器。开放型的主要是循环跑道式培养池。封闭型的培养方法多用于实验室和小型的室外培养实验，所有的螺旋藻工厂均利用循环跑道式培养池养殖螺旋藻。无论是封闭型的培养，还是开放型的培养，欲达到长期连续培养的目的，都面临着一个共同的同题，那就是碳源和PH值的调控同题。在螺旋藻培养过程中，培养液PH值不断升高。主要是因为螺旋藻进行光合作用时从培养液中吸收利用碳源。螺旋藻是一种耐碱性的生物，适宜的碱性对其生长繁殖有利，但PH值太高又会对生长繁殖产生不利影响，甚至导致培养的失败。控制培养液的PH值，是连续培养螺旋藻的一个关键。

培养螺旋藻普遍使用的碳源是NaHCO₃，培养螺旋藻，NaHCO₃的消耗是原材料成本的主要部分，Zarrouk培养基中，NaHCO₃的费用占全部药品费用的60％以上。科学合理地进行碳源调控，对于降低原材料成本有举足轻重的作用。用CO₂做碳源与NaHCO₃相比，不仅可以有效地补给碳源，而且可以大幅度地降低碳源成本。因此，尽管技术上比较复杂，但国内外也有一些生产厂家大量使用CO₂。七、八十年代，螺旋藻产业在国外蓬勃发展的时候，如何向培液中添加CO₂曾被当作一个工程技术问题来进行研究，当时研究的重点在于如何提高CO₂的添加效率，而不是从碳源代谢的角度来研究在培养过程中如何进行碳源的调控。九十年代以来，国内的螺旋藻产业迅速发展，生产规模已居国际前列。同时，不少关于螺旋藻培养技术的研究论文被报道，有的研究结果申请了专利，在专利申请中涉及到了CO₂为碳源，但没有涉及以碳源代谢为基础的碳源和PH值调控方法。经检索中国专利，专利申请号为9311924.3,CN1098246A，发明名称为“螺旋藻生产的新方法及其装置”，该发明首先在接种配料池内配好培养液并接上藻种，打开阀门管道上的阀门，将带藻种的培养液输入主培养池中的培养沟内；待培养液中的藻体密度达到0.05-0.2克/升干藻体时，便可进行采收；采收时，在斜向隔壁缺口处，装上50-300目的过滤网，在斜窄沟内横向装上除渣网，在斜窄沟末端装上50-300目的末端过滤网，末端过滤网与培养沟顺流方向底面成30-60度的夹角。这时，培养液流动受阻，液面自然上升，未成熟的幼藻体仍可经斜向隔壁缺口上的过滤网孔，流回培养沟内。而成熟体大的藻体则被网阻拦，打开排放口上的排放闸，成熟的大藻体通过除渣网除渣后，流出排放口，经过水槽流入清洗槽内，立即打开自来水管，用喷雾状的水滴清洗藻体；将洗净的藻体流入离心机中除去部份水份，再通过压力喷雾干燥机干燥，获得干藻粉；连续采收四天后，经接种配料池，分别按比例剂量将各种营养物质流加入培养池中，用以保证培养液中的藻体能得到充足的养料；当螺旋藻培养液PH值升到11时，需通过二氧化碳通气主管道和倒丁型支管，向培养液中补加二氧化碳，使培养液的PH值保持在9-11的范围，除用二氧化碳代替大部分碳酸盐外，还可用氨态氮代替硝铵态氮。中国专利申请号为93117345.0,CZ1089991A，发明名称为“螺旋藻的封闭式培养方法及装置”发明的主要内容是将藻种培养液置入封闭循环式立式管道培养槽内，鼓风机通过供气管道和培养槽底部的散气再向槽内通入CO₂的混合空气，气养原理促使藻液搅动和循环流动；运用测试和控制装置完成培养液供应、二氧化碳气体的混合比、光照和温度调节；然后，通过藻液采收和培养液回收分离采收藻泥和回收培养液；藻泥经清洗及干燥后形成藻粉或被提炼成各种成品，形成一个连续培养，连续采收的工厂化大量生产过程。上述几种专利申请，没有涉及以碳源代谢为基础的碳源和PH值调控方法，没有对使用CO₂为碳源的关键技术参数进行描述。例如碳源利用率是多少？也没有对向培养液中补充CO₂装置的关键部件进行定量的描述，再如，CO₂气体是通过多大孔径的出口通入培养液中？更没有实际使用CO₂所达到的效果的定量描述，例如，所提供的CO₂有多少被螺旋藻吸收利用？上述专利申请中涉及到向培养液中补充CO₂使培养液的PH值保持在9.0-11.0范围的内容，其目的主要是为了调节培养液PH值，没有明确指出补加CO₂保持培养PH值与碳源控制的关系，更没有描述PH值调控与碳源调控数量上的对应关系。并且，提供的9.0-11.0的PH值调控范围，仅是螺旋藻可以生长的范围，超出了螺旋藻繁殖的最适PH值范围。在实际使用过程中会出现PH值低时碳源浪费，PH值高时沉淀增多的问题。到目前为止螺旋藻培养中碳源和PH值精确调控的问题一直没有得到圆满的解决，国内螺旋藻厂家生产过程中的碳源和PH值调控基本停留在经验型的管理水平上。