循環培養光合作用微藻的方法
2023-05-18 22:21:21 2
專利名稱：循環培養光合作用微藻的方法
循環培養光合作用微藻的方法
背景技術：
1.發明領域以下說明書涉及循環培養光合作用微藻的方法。2.相關領域的描述目前，世界範圍內種植的作物被用作人類的主要食物來源。但是，每英畝產量不太高，太陽能的能量效率極低。相反，在水中能夠利用太陽能、二氧化碳和少量無機鹽生長的光合作用微藻是有利的，因為它們能在作物不能生長的地方進行培養，每英畝的蛋白質出產量比常規作物高至少20倍，且能提供在微生物、動物和植物中不能產生的各種有用物質和稀有天然物質。具體地講，由於藻類細胞尺寸較大，能很好地沉澱，因此分離它們並從中提取一些物質是容易的。另外，它們用太陽能作為主要能源，因此可能有效率地利用太陽能。此外，由於它們用二氧化碳作為碳源，具有產生氧氣作為副產物的光合作用系統，因此它們能減輕空氣汙染。因此，包括小球藻屬(Chlorella)、杜氏藻屬(Dunaliella)和螺旋藻屬 (Spirulina)在內的光合作用微藻特別是螺旋藻屬的微藻(下文稱為「螺旋藻」)已成為研究熱門，因為它們比其他的光合作用微藻個頭大，容易在鹼性汙染環境中生長，可應用於食品、藥品和其他行業。同時，具有諸如四季分明、季節間氣溫和日照變化大的氣候特徵的溫帶地區(如韓國)，正在發展室內培養技術而不是室外培養技術。例如，韓國專利公報第2004-0073693號公開了培養螺旋藻的方法，該法包括用木炭控制PH並用該木炭作為碳源；韓國專利公報第2006-0017033號公開了培養基組成，對其氮和碳濃度加以調整以使螺旋藻的生長和產量最大化。另外，韓國專利公報第 2002-0083558號公開了高密度培養裝置，該裝置包括在其頂部上具有蓋子的培養容器、在該培養容器中的PH傳感器和分配器、該培養容器的帶螢光燈的架子、pH控制器、空氣泵及 CO2培養罐；韓國專利公報第2004-0019298號公開了用於培養微藻的裝置，該裝置包括被製成雙圓柱型的培養容器，其由內圓柱(水平放置)和外圓柱組成，其中至少外圓柱包括能透射光線的透明材料，氣體進口開口於培養容器的底部。但是，如果使用木炭的話，螺旋藻會被吸收到木炭中，生產率因此下降。如果使用新的培養基組成，新培養基的價格提升率高於生產率的提升率，因此新培養基無法商業化。還有，由於螺旋藻屬於光合作用細菌，需要用足量的光線對其照射。但是存在一些問題，由於微藻貼附於培養容器的內表面，照射光合作用微藻的光線因此減少，隨著時間的推移光合作用效率下降。發明概述儘管，應用現有方法可能防止各種微生物的汙染，不過光合作用微藻過度貼附於培養容器內表面造成培養效率下降的問題至今尚未得到解決。如果問題得到解決，可能明顯提高光合作用微藻的培養效率。但是，沒有教導這種解決方案的報導。因此，本發明的目的是提供能夠防止光合作用微藻貼附於培養容器內表面從而提高培養效率的新型微藻培養方法。本發明人試圖解決上述問題並完成本發明，且通過確認培養溶液暴露於光線的面積得到最大化和生長的光合作用微藻不會貼附於培養容器內表面而確認了所完成的本發明，此時所述生長的光合作用微藻是用管式光生物反應器培養，該管式光生物反應器還裝配有通向常規的圓柱形光生物反應器的培養管和泵。在一個方面，本發明提供循環培養光合作用微藻的方法，所述方法包括以下步驟a)將其中接種有光合作用微藻的培養基注入光生物反應器的第一培養部分，通過照射第一培養部分進行初級培養；b)將初級培養結束後的培養溶液與加到該培養部分的新鮮培養基混合，然後將混合的培養溶液轉移到與第一培養部分連接的第二培養部分；c)通過照射第二培養部分進行進一步培養；d)將進一步培養的培養溶液從第二培養部分循環到第一培養部分；和e)在培養結束後，回收培養溶液，然後過濾並收穫光合作用微藻藻體。在該方法中，光合作用微藻優選為小球藻屬、杜氏藻屬或螺旋藻屬，更優選螺旋藻屬，但不限於這些藻類。光合作用微藻通過第一培養部分裝配有的接種進口或新鮮培養基進口注入，但不限於這樣注入。另外，第一培養部分裝配有用於照射第一培養部分的第一光源。該光源可偶聯到第一培養部分的內部，或者偶聯到第一培養部分的外部。在後一情況中，第一培養部分的壁優選由透明材料構成或者裝配有光線可透過的透明窗口，但不限於這樣設置。初級培養的照射強度優選為約4，000至8，000勒克斯，但不限於這個範圍。初級培養的培養溫度優選為約32至38°C，但不限於這個範圍。第二培養部分的末端與泵部分連接，該泵部分與第一培養部分的第一培養基出口連接，第二培養部分優選變形為Z字形的彎曲管，以使第二培養部分的表面積最大化，但不限於這樣設置。進一步培養的照射強度優選為約4，000至8，000勒克斯，但不限於這個範圍，進一步培養的培養溫度優選為約32 至38°C，但不限於這個範圍。在一個優選的實施方案中，通過流速控制器控制第二培養部分的培養管中的循環培養溶液的流速。流速控制器優選電偶聯到泵部分，或者內置於泵部分。 在一個優選的實施方案中，流速控制在5至50cm/s之間。在一個更優選的實施方案中，流速為10至40cm/s。在最優選的實施方案中，流速為20至30cm/s。同時，初級培養和進一步培養的pH優選為約8. 5至10，但不限於這個範圍。在本發明的一個實施方案中，第一培養部分包括培養罐，第一培養部分和第二培養部分之間的轉移和循環是通過泵部分的泵進行，但不限於這樣設置。在這個情況中，優選的是，通過第一培養部分注入二氧化碳和氮氣的混合氣體來進行光合作用微藻的光合作用，並在第一培養部分內維持正壓來防止各種微生物的汙染。正壓為用於光合作用微藻的常規培養的約0. 1至1. 0kg/cm2f，但不限於這個範圍。在另一個方面，本發明提供使用光生物反應器循環培養光合作用微藻的方法，該光生物反應器包括含培養罐的第一培養部分、形狀為管式結構的第二培養部分、連接在第一培養部分和第二培養部分之間的泵部分，所述方法包括以下步驟a)通過將包含光合作用微藻接種物的培養基注入第一培養部分並照射第一培養部分，進行初級培養；b)將初級培養結束後的培養溶液與加到該培養部分的新鮮培養基混合，將混合的培養溶液循環到第二培養部分和到第一培養部分，並通過照射第二培養部分進行進一步培養；和c)在進一步培養後通過回收和過濾培養溶液來收穫光合作用微藻。在該方法中，光合作用微藻優選為小球藻屬、杜氏藻屬或螺旋藻屬，更優選螺旋藻屬，但不限於這些藻類。光合作用微藻通過第一培養部分裝配有的接種進口或新鮮培養基進口注入，但不限於這樣注入。另外，第一培養部分裝配有用於照射第一培養部分的第一光源。該光源可偶聯到第一培養部分的內部，或者偶聯到第一培養部分的外部。在後一情況中，第一培養部分的壁優選由透明材料構成或者裝配有光線可透過的透明窗口，但不限於這樣設置。初級培養的照射強度優選為約4，000至8，000勒克斯，但不限於這個範圍。初級培養的培養溫度優選為約32至38°C，但不限於這個範圍。第二培養部分的末端與泵部分連接，該泵部分與第一培養部分的第一培養基出口連接，第二培養部分優選變形為Z字形的彎曲管，以使第二培養部分的表面積最大化，但不限於這樣設置。進一步培養的照射強度優選為約4，000至8，000勒克斯，但不限於這個範圍，進一步培養的培養溫度優選為約32 至38°C，但不限於這個範圍。在一個優選的實施方案中，通過流速控制器控制第二培養部分的培養管中的循環培養溶液的流速。流速控制器優選電偶聯到泵部分，或者內置於泵部分。 在一個優選的實施方案中，流速控制在5至50cm/s之間。在一個更優選的實施方案中，流速控制為10至40cm/s。在最優選的實施方案中，流速為20至30cm/s。同時，初級培養和進一步培養的PH優選為約8. 5至10，但不限於這個範圍。在本發明的一個實施方案中，第一培養部分包括培養罐，第一培養部分和第二培養部分之間的轉移和循環是通過泵進行，但不限於這樣設置。在這個情況中，優選的是，通過第一培養部分注入二氧化碳和氮氣的混合氣體來進行光合作用微藻的光合作用，並在第一培養部分內維持正壓來防止各種微生物的汙染。正壓為用於光合作用微藻的常規培養的約0. 1至1. 0kg/cm2f，但不限於這個範圍。本發明的循環培養光合作用微藻的方法能防止光合作用微藻貼附於培養容器的內表面，從而能提高光合作用微藻的培養效率。因此，可以經濟地培養光合作用微藻。附圖簡述附圖與本說明書相結合說明本發明的示例性實施方案，並與「發明詳述」相結合用以闡述本發明的原理。
圖1是顯示根據本發明一個實施方案的光生物反應器的示意圖。圖2是本發明光生物反應器中包括的第一培養部分的剖視圖。圖3是說明管式光生物反應器中包括的第二培養部分的一個實施方案的平面圖。發明詳述本發明人進行了各種實驗，以研究培養的光合作用微藻貼附於培養容器內表面上的原因。結果確認了兩個原因。第一個原因認為是依照施加周期性光條件和暗條件的微藻增殖及其生長。另一個原因認為是光合作用微藻會貼附於流動速度慢的部位，因為培養溶液的流動局部受限，於是貼附部位擴大。為此，本發明人試圖設計通過只施加光條件而能夠降低光合作用微藻的增殖速度和保證培養溶液的適當流動的培養容器。但是，本發明人證實，對於具有攪拌器的常規圓柱形光生物反應器，即使提高攪拌速度也不可能獲得培養溶液的適當流動。因此，本發明人試圖用其他方法而不是僅用攪拌器來使含有光合作用微藻的培養溶液流動，證實將培養溶液從培養罐循環到其兩端都偶聯到培養罐的管子，與僅使用攪拌器的方法相比能使培養溶液流動良好。因此，本發明人發明出基於用裝配有帶光源和泵的培養管的管式光生物反應器使培養溶液進行外部循環的光合作用微藻培養方法。根據本發明的使用循環式光生物反應器的方法——該光生物反應器包括具有第二光源的培養管和連接培養管與該光生物反應器主體的泵，該泵使得可以使培養溶液在培養管和光生物反應器主體之間循環——人們可以通過使培養溶液在培養管和光生物反應器主體之間以恆定速度循環、使培養管被照射的面積最大化和使培養溶液充分流動的方式使用循環式光生物反應器，來培養光合作用微藻而又不讓光合作用微藻貼附於培養容器的內表面。以下詳細描述根據本發明的實施方案的方法。在本發明的一個實施方案中，循環培養光合作用微藻的方法包括以下步驟a)將其中接種有光合作用微藻的培養基注入光生物反應器的第一培養部分，通過照射第一培養部分進行初級培養；b)將初級培養結束後的培養溶液與加到該培養部分的新鮮培養基混合，然後將混合的培養溶液轉移到與第一培養部分連接的第二培養部分；c)通過照射第二培養部分進行進一步培養；f)將進一步培養的培養溶液從第二培養部分循環到第一培養部分；和g)在培養結束後，回收培養溶液，然後過濾並收穫光合作用微藻藻體。在該方法中，光合作用微藻優選為小球藻屬、杜氏藻屬或螺旋藻屬，更優選螺旋藻屬，但不限於這些藻類。光合作用微藻通過第一培養部分裝配有的接種進口或新鮮培養基進口注入，但不限於這樣注入。另外，第一培養部分裝配有用於照射第一培養部分的第一光源。該光源可偶聯到第一培養部分的內部，或者偶聯到第一培養部分的外部。在後一情況中，第一培養部分的壁優選由透明材料構成或者裝配有光線可透過的透明窗口，但不限於這樣設置。初級培養的照射強度優選為約4，000至8，000勒克斯，但不限於這個範圍。初級培養的培養溫度優選為約32至38°C，但不限於這個範圍。第二培養部分的末端與泵部分連接，該泵部分與第一培養部分的第一培養基出口連接，第二培養部分優選變形為Z字形的彎曲管，以使第二培養部分的表面積最大化，但不限於這樣設置。進一步培養的照射強度優選為約4，000至8，000勒克斯，但不限於這個範圍，進一步培養的培養溫度優選為約32 至38°C，但不限於這個範圍。在一個優選的實施方案中，通過流速控制器控制第二培養部分的培養管中的循環培養溶液的流速。流速控制器優選電偶聯到泵部分，或者內置於泵部分。在一個優選的實施方案中，流速控制在5至50cm/s之間。在一個更優選的實施方案中，流速為10至40cm/ s。在最優選的實施方案中，流速為20至30cm/s。控制培養溶液的流速對於成功培養螺旋藻是重要的，因為螺旋藻是多細胞的螺旋狀藻類。如果流速低，由於流體動力學狀況不適當，螺旋藻會發生貼壁，氣體交換和照射情況變差。相反，高流速會導致螺旋藻中有用物質的損失。因此，流速應當加以適當控制。同時，初級培養和進一步培養的pH優選為約8. 5至10，但不限於這個範圍。在本發明的一個實施方案中，第一培養部分包括培養罐，第一培養部分和第二培養部分之間的轉移和循環是通過泵進行，但不限於這樣設置。在這個情況中，優選的是，通過第一培養部分注入二氧化碳和氮氣的混合氣體來進行光合作用微藻的光合作用，並在第一培養部分內維持正壓來防止各種微生物的汙染。正壓為用於光合作用微藻的常規培養的約0. 1至1. 0kg/cm2f，但不限於這個範圍。在本發明的另一個實施方案中，循環培養光合作用微藻的方法包括以下步驟a)通過將包含光合作用微藻接種物的培養基注入第一培養部分並照射第一培養部分，進行初級培養；b)將初級培養結束後的培養溶液與加到該培養部分的新鮮培養基混合，將混合的培養溶液循環到第二培養部分和到第一培養部分，並通過照射第二培養部分進行進一步培養；和c)在進一步培養後通過回收和過濾培養溶液來收穫光合作用微藻。在該方法中，光合作用微藻優選為小球藻屬、杜氏藻屬或螺旋藻屬，更優選螺旋藻屬，但不限於這些藻類。光合作用微藻通過第一培養部分裝配有的接種進口或新鮮培養基進口注入，但不限於這樣注入。另外，第一培養部分裝配有用於照射第一培養部分的第一光源。該光源可偶聯到第一培養部分的內部，或者偶聯到第一培養部分的外部。在後一情況中，第一培養部分的壁優選由透明材料構成或者裝配有光線可透過的透明窗口，但不限於這樣設置。初級培養的照射強度優選為約4，000至8，000勒克斯，但不限於這個範圍。初級培養的培養溫度優選為約32至38°C，但不限於這個範圍。第二培養部分的末端與泵部分連接，該泵部分與第一培養部分的第一培養基出口連接，第二培養部分優選變形為Z字形的彎曲管，以使第二培養部分的表面積最大化，但不限於這樣設置。進一步培養的照射強度優選為約4，000至8，000勒克斯，但不限於這個範圍，進一步培養的培養溫度優選為約32 至38°C，但不限於這個範圍。同時，初級培養和進一步培養的pH優選為約8. 5至10，但不限於這個範圍。在一個優選的實施方案中，通過流速控制器控制第二培養部分的培養管中的循環培養溶液的流速。流速控制器優選電偶聯到泵部分，或者內置於泵部分。在一個優選的實施方案中，流速控制在5至50cm/s之間。在一個更優選的實施方案中，流速為10至40cm/ s。在最優選的實施方案中，流速為20至30cm/s。在本發明的一個實施方案中，第一培養部分包括培養罐，第一培養部分和第二培養部分之間的轉移和循環是通過泵進行，但不限於這樣設置。在這個情況中，優選的是，通過第一培養部分注入二氧化碳和氮氣的混合氣體來進行光合作用微藻的光合作用，並在第一培養部分內維持正壓來防止各種微生物的汙染。正壓為用於光合作用微藻的常規培養的約0. 1至1. 0kg/cm2f，但不限於這個範圍。以下結合附圖詳細描述用於循環培養光合作用微藻的方法的光生物反應器。圖1是顯示根據本發明一個實施方案的光生物反應器的示意圖。如圖1所示，光生物反應器可主要包括第一培養部分100、第二培養部分300和泵部分200，該泵部分與第一培養部分和第二培養部分連接，以使培養溶液在第一培養部分和第二培養部分之間循環。由於第一培養部分100、泵部分200和第二培養部分是互相連接的，它們使得可以通過使培養溶液按以下順序循環來培養光合作用微藻第一培養部分100 —泵部分200 — 第二培養部分300 —第一培養部分100。在一個優選的實施方案中，培養管330的內徑為3至30cm。在一個更優選的實施方案中，內徑為5至20cm。在最優選的實施方案中，內徑為10至15cm。培養管的內徑對於培養螺旋藻是重要的。如果內徑超過30cm，由於照射狀況不適當，生產率變差。相反，如果內徑小於5cm，則難以放大培養體積。第二培養部分300可與第一培養部分100隔開設置。第一培養部分100可如圖1 所示以圓柱型提供，但不限於這種形式。例如，第一培養部分100的形狀可變形為各種形式，如多邊形柱。第二培養部分300可以以管狀形狀提供，可包括以各種形狀製成的管子，寸寸。泵部分200與第一培養部分100和第二培養部分300連接，使得培養溶液可在第一培養部分100和第二培養部分300之間循環。例如，泵部分200可設置在第一培養部分 100和第二培養部分300之間，可裝配有與第一培養部分100的第一培養溶液出口 132連接的第三培養基進口 210，且可裝配有與泵220和第二培養部分300的第二培養溶液進口 310連接的第三培養溶液出口 230。因此，從第一培養部分100流出的培養溶液被轉移到第二培養部分300，且培養溶液按以下順序循環第一培養部分100 —泵部分200 —第二培養部分300 —第一培養部分100。泵部分200可通過與其電偶聯的流速控制器控制循環於第二培養部分300的培養溶液的流速。在一個優選的實施方案中，流速控制器內置於泵部分 200。控制培養溶液的流速對於成功培養螺旋藻是重要的，因為螺旋藻是多細胞的螺旋狀藻類。如果流速低，由於流體動力學狀況不適當，螺旋藻會發生貼壁，氣體交換和照射情況變差。相反，高流速會導致螺旋藻中有用物質的損失。因此，流速應當加以適當控制。優選將流速控制在1至50cm/s之間。更優選地，流速為10至40cm/s。在最優選的實施方案中，流速為20至30cm/s。在一個優選的實施方案中，培養管330的內徑為3至30cm。在一個更優選的實施方案中，內徑為5至20cm。在最優選的實施方案中，內徑為10至15cm。培養管的內徑對於培養螺旋藻是重要的。如果內徑超過30cm，由於照射狀況不適當，生產率變差。相反，如果內徑小於5cm，則難以放大培養體積。圖2是本發明光生物反應器中包括的第一培養部分100的剖視圖。如圖2所示， 第一培養部分100可裝配有圓柱形培養罐101、接種物進口 110、氣體進口 111、傳感器埠 120、第一培養溶液進口 131、第一培養溶液出口 132、最終出口 133、壓力控制閥112、新鮮培養基進口 134、第一光源140、攪拌器150和溫度控制器160。例如，接種物進口 110可偶聯到培養罐101的頂部、氣體進口 111和傳感器埠 120可偶聯到培養罐101的下部。但是，該布置是作為一個實施方案提供的，可根據培養罐 101的形狀的改變而加以變化。對於初級培養，接種物可通過接種物進口 110或新鮮培養基進口 134注入。但是， 優選使用接種物進口 110，以保持無菌環境。同時，可提供氣體進口 111，以將各種氣體如氮氣和二氧化碳混合氣體注入培養罐 101的內部。因此，通過在培養罐101中保持內部正壓，可能在光合作用微藻的培養過程中防止來源於外部環境的各種微生物的汙染。正壓可為用於微藻的常規培養的約0. 1至 1. 0kg/cm2f，但不限於這個範圍。傳感器埠 120可裝配有各種傳感器，如pH傳感器、CO2傳感器、溶氧傳感器和溫度傳感器。
同時，培養溶液通過第一培養溶液進口 131從第二培養部分流入第一培養部分 100，並通過第一培養溶液出口 132流出第一培養部分100到泵部分200。當培養結束時，最終培養溶液通過最終出口 133排放到第一培養部分100的外部。例如，壓力控制閥112為由培養光合作用微藻所產生的氧氣壓力進行門控 (gating)的單向閥，其可被構造成當內部壓力保持為正壓時被門控向外排放氣體，但當內部壓力下降時被關閉以停止排放氣體。新鮮培養基進口 134是棒型管子，其末端為球形，可以以噴霧球的形狀提供，在球形末端的表面上具有許多微小噴嘴。新鮮培養基可通過噴霧球以微噴霧的形式分配到第一培養部分100中，因此新鮮培養基進口 134起到消除第一培養部分100中產生的泡沫的作用。此外，新鮮培養基進口 134可用於供應洗滌劑，以洗滌第一培養部分100、泵部分200和第二培養部分300的內部。第一光源140為用於發出能夠在培養光合作用微藻的過程中進行光合作用的光線的裝置，其能發出三種波長的光線或者五種波長的光線。為此，優選的是照射強度和光-暗周期根據培養條件自動進行控制。例如，第一光源140可設置在培養罐101的內部。 在另一個實施方案中，如果培養罐100包括透明材料或者培養罐100的某些部分裝配有光線可透過的透明窗口，則光源140可設置在培養罐101的外部。攪拌器150可偶聯到罐內下部，作用是混合初級培養中的培養溶液和將第一培養部分100中剩餘的培養物混合物與從第一培養溶液進口 131流入的培養溶液混合。溫度控制器160可連接在第一培養部分100的外部，起到控制溫度的作用。溫度控制器可以是水夾套，其能夠通過使適當溫度的水循環通過夾套而控制培養溫度，但不限於水夾套。此外， 還可另外裝配觀察窗口，以便檢查第一培養部分100的內部。圖3是說明管式光生物反應器中包括的第二培養部分300的一個實施方案的平面圖。如圖3所示，第二培養部分300裝配有與泵部分200的第三培養溶液出口 230連接的第二培養溶液進口 310、培養管330和與第一培養部分100的第一培養溶液進口 131連接的第二培養溶液出口 340。第二光源320可偶聯到第二培養部分300的局部或全部。例如，第二光源320可偶聯到培養管330的外部，沿所述外部縱向延伸。第二培養部分300的培養管330的作用是使包含光合作用微藻的培養溶液循環，並提供循環中的光合作用微藻接收來自第二光源 320的光線進行光合作用的環境。因此，培養管330可由透明材料構成，以傳輸從第二光源 330發出的光線。培養管330的整體可僅由透明材料構成，或者僅僅是光線透過的部分由透明材料構成。或者，第二光源320可放在培養管330的內部。在這個情況中，第二光源310 優選偶聯到內表面且優選是LED (發光二極體)，培養管330可由不透明材料構成。另外，諸如PH傳感器、CO2傳感器、溶氧傳感器、溫度傳感器的傳感器可附在培養管330的一個或多個側面。此外，培養管330優選變形為窄長的管狀形狀，以使暴露於光線的面積最大化。在這個情況中，培養管330優選變形為摺疊結構，第二光源320可在培養管330的摺疊結構之間多次提供。在本發明的一個實施方案中，第二培養部分300的培養管330可構成為平行多次摺疊形式，包括在一個框架上的筆直部分和彎曲部分，或者這種摺疊形式可堆積成多層結構。還有，作為用於固定第二光源320的支架的該框架可另外包括第二光源320的電源。另外，第二光源320的作用是發出光線供光合作用微藻在培養過程中進行光合作用。從第二光源320發出的波長優選是類似於日光的三波長或五波長，但不限於這些波長，且優選的是照射強度和光-暗周期根據培養條件自動進行控制。下文通過以下實施例對本發明作更具體的描述。實施例僅為了闡述本發明，因此本領域普通技術人員會認識到，可不背離本發明的精神和範圍，對具體的實施例作出改變。 因此，本發明的範圍不受限於具體的實施例，而認為所附權利要求書覆蓋任何和所有此類落入本發明範圍內的申請、修改和實施方案。WMmm ι 醒棚·誠·饑辦糊腿本發明人用韓國專利公報第2002-0083558號中公開的微藻高密度培養裝置培養了螺旋藻。具體地講，本發明人用高密度培養裝置在50L接種有螺旋藻(鈍頂螺旋藻 (Spirulina platensis) ATCC 53843)的 SOT 培養基中，在 35 °C、6，000 勒克斯的照射下進行初級培養 3 天，所述培養基為=NaHCO3 16. 8g/L、K2HPO4 0. 5g/L、NaNO3 2. 5g/L、K2SO4 lg/L、NaCl lg/L、MgSO4 · 7H20 0. 2g/L、CaCl2 · 2H20 0. 04g/L、FeSO4 · 7H20 0. 01g/L、EDTA 0. 08g/L、痕量金屬混合物 A5(H3B03 2. 86g/L、MnCl2 · 4H20 1. 81g/L、ZnSO4 · 7H20 0. 222g/ L、Na2MoO4 · 2H20 0. 39g/L、CuSO4 · 5H200. 079g/L、Co (NO3)2 · 6H20 49. 4mg/L) 1. 0ml/L、痕量金屬混合物 B6 改良型(NH4NO3O. 23g/L、K2Cr2 (SO4)4 · 24H20 96mg/L、NiSO4 · 7H20 47. 8mg/L、 Na2WO4 『 2H20 17. 9mg/L、Ti2(S04)340mg/L) 1. Oml/L 和適當量的 NaOH，pH 9.5)。在初級培養結束後，將50L新鮮SOT培養基提供到培養裝置，在與初級培養相同的條件下進行進一步培養20天。當進一步培養結束時，收穫最終培養溶液，過濾分離藻體。乾燥後，測量藻生物量的乾重。另外，測量貼附有藻體的內表面積和該面積與培養裝置總內表面積之比。immm 2 用現,有的微藻塘養裝ι1+吝累旋藻本發明人用韓國專利公報第2004-0019298號中公開的微藻培養裝置培養了螺旋藻。具體地講，本發明人用該培養裝置，將50L接種有螺旋藻(鈍頂螺旋藻ATCC 53843)的SOT培養基通過裝置的一開口部分加到內腔和外腔之間，接著通過該裝置的一開口連續注入1 1 (v/v) CO2/空氣混合氣體並造成螺旋流動，然後在35°C、6，000勒克斯的照射下進行初級培養3天。在初級培養結束後，將50L新鮮SOT培養基提供到培養裝置，在與初級培養相同的條件下進行進一步培養20天。當進一步培養結束時，從所述開口部分收穫最終培養溶液，過濾分離藻體。乾燥後，測量藻生物量的乾重。另外，測量貼附有藻體的外腔內表面積和該面積與外腔總內表面積之比。^MM 1 用管式微藻塘養裝I1培養螺旋藻本發明人用圖1至3中所示的新型微藻培養裝置進行了循環培養。首先，將鈍頂螺旋藻ATCC 53843的液體菌種體以1 10 (ν/ν)比例接種於SOT培養基中。隨後，關閉第一培養溶液進口 131、第一培養溶液出口 132和最終出口 133，將接種有螺旋藻的50L SOT培養基通過接種物進口 110注入培養罐101。然後在如下條件下進行初級培養由溫度控制器160控制在35°C，由第一光源提供6，000勒克斯的照射強度， 連續注入CO2，用攪拌器150以60rpm攪拌。此時，用分光光度計(Ultraspec 3100 Pro, Amersham，美國)於680nm處檢測光密度(0D_)，以測量培養的螺旋藻的生長速度。
在初級培養結束後，將50L新鮮SOT培養基提供到培養罐101，通過第一培養部分的氣體進口 111連續注入二氧化碳和氮氣混合氣體，以提供用於光合作用的二氧化碳並向培養罐101施加約1. 0kg/cm2f的正壓以防止各種微生物的汙染。然後，通過以恆定速度開動攪拌器150使培養溶液與新鮮培養基混合，並打開第一培養溶液進口 131和第一培養溶液出口 132。因此，混合的培養溶液被轉移到泵部分200的第三培養溶液進口 210。當混合的培養溶液被轉移到泵部分200的第三培養溶液進口 210時，泵部分的泵220開動，使得混合的培養溶液可以以Im/秒的速度通過第三培養溶液出口 230轉移到第二培養溶液進口 310。培養管330中的總體流速控制至25cm/秒。已轉移到第二培養溶液進口 310的混合的培養溶液依次被轉移到培養管330、第二培養溶液出口 340和第一培養溶液進口 131。最後，混合的培養溶液通過第一培養溶液進口 131被轉移到培養罐101，從而完成一輪循環。 此時，如下進行進一步培養及光合作用用偶聯到培養管330的第二光源以6，000勒克斯的照射強度進行照射，通過溫度控制器將溫度維持在35 °C，培養20天。進一步培養結束後，從第一培養部分100的最終出口 133收穫最終培養溶液，過濾分離螺旋藻生物量。乾燥生物量後，測量生物量的乾重。另外，測量貼附有藻體的培養管330內表面積和該面積與培養管330總內表面積之比。將生物量的乾重和所述表面積之比與比較實施例 1和2的乾重和表面積之比進行比較(表1)。表1 螺旋藻生物量的乾重和貼附面積與培養容器總內表面積之比
權利要求
1.一種循環培養光合作用微藻的方法，所述方法包括a)將其中接種有光合作用微藻的培養基注入光生物反應器的第一培養部分，通過照射第一培養部分進行初級培養；b)將初級培養結束後的培養溶液與加到該培養部分的新鮮培養基混合，然後將混合的培養溶液轉移到與第一培養部分連接的第二培養部分；c)通過照射第二培養部分進行進一步培養；d)將進一步培養的培養溶液從第二培養部分循環到第一培養部分；和e)在培養結束後，回收培養溶液，然後過濾並收穫光合作用微藻藻體。
2.權利要求1的方法，其中所述光合作用微藻是螺旋藻屬。
3.權利要求1的方法，其中所述第一培養是在4，000至8，000勒克斯的照射下進行。
4.權利要求1的方法，其中所述第一培養是在32至38°C的溫度下進行。
5.權利要求1的方法，其中所述第一培養是在8.5至10的pH下進行。
6.權利要求1的方法，其中所述第一培養部分包括培養罐，所述第一培養部分和第二培養部分之間的轉移和循環通過泵進行。
7.權利要求6的方法，其中通過所述第一培養部分注入二氧化碳和氮氣的混合氣體來進行光合作用微藻的光合作用，且其中在初級培養過程中在所述第一培養部分內維持正壓來防止各種微生物的汙染。
8.權利要求7的方法，其中所述正壓為0.1至1. 0kg/cm2fo
9.權利要求1的方法，其中步驟d的循環是在1至50cm/s的流速下進行。
10.權利要求1的方法，其中所述進一步培養是在4，000至8，000勒克斯的照射下進行。
11.權利要求1的方法，其中所述進一步培養是在32至38°C下進行。
12.—種循環培養光合作用微藻的方法，所述方法包括a)通過將包含光合作用微藻接種物的培養基注入第一培養部分並照射第一培養部分， 進行初級培養；b)將初級培養結束後的培養溶液與加到該培養部分的新鮮培養基混合，將混合的培養溶液循環到第二培養部分和到第一培養部分，並通過照射第二培養部分進行進一步培養； 和c)在進一步培養後通過回收和過濾培養溶液來收穫光合作用微藻。
13.權利要求12的方法，其中所述光合作用微藻是螺旋藻屬。
14.權利要求12的方法，其中所述第一培養是在4，000至8，000勒克斯的照射下進行。
15.權利要求12的方法，其中所述第一培養是在32至38°C的溫度下進行。
16.權利要求12的方法，其中所述第一培養是在8.5至10的pH下進行。
17.權利要求12的方法，其中通過所述第一培養部分注入二氧化碳和氮氣的混合氣體來進行光合作用微藻的光合作用，且其中在初級培養過程中在所述第一培養部分內維持正壓來防止各種微生物的汙染。
18.權利要求17的方法，其中所述正壓為0.1至1. 0kg/cm2fo
19.權利要求12的方法，其中步驟b中的循環是在1至50cm/s的流速下進行。
20.權利要求12的方法，其中步驟b)的進一步培養是在4，000至8，000勒克斯的照射、32至38°C的溫度和8. 5至10的pH的條件下進行。
全文摘要
本發明提供了循環式光生物反應器。所述循環式光生物反應器包括第一培養部分、第二培養部分和連接第一培養部分和第二培養部分的泵部分。第一培養部分包括其中被供應培養基的培養罐和偶聯到該培養罐的第一光源，該光源照射該培養罐的內部。第二培養部分包括設置在該培養罐外部並被供應來自該培養罐的培養物的培養管，和偶聯到該培養管的第二光源，該光源照射該培養管的內部。泵部分連接第一培養部分和第二培養部分兩者，以使培養溶液在它們之間循環。
文檔編號C12R1/89GK102344889SQ20101024867
公開日2012年2月8日 申請日期2010年7月29日 優先權日2010年7月29日
發明者姜憙奎, 權寧一, 林希貞, 金光浩, 金善鍾, 金美廷 申請人:乙支大學產學協力團, 凱洛斯環球有限公司