一株小球藻及其應用的製作方法

2024-04-02 19:06:05

專利名稱：一株小球藻及其應用的製作方法
技術領域：
本發明屬於微藻生物技術領域，具體涉及一株小球藻及其應用。
背景技術：
傳統化石資源的開採和使用促進了經濟社會發展，同時也產生了大量的CO2等溫 室氣體，從而使得全球環境進一步惡化，災難性氣候頻發，嚴重威脅了社會的可持續發展。 據世界銀行統計，在過去的30年當中，因CO2過度排放造成的溫室效益使得地球溫度以每 10年0. 2攝氏度的速度上升，溫室氣體已經變成最主要的氣候改變因素，並對全球生態平 衡構成嚴重威脅。近20年來，一些發達國家採用各種物理、化學和生物方法研究CO2收集、濃縮、以 及固定和轉化。其中，從持續發展的角度來看，生物CO2固定技術，是地球上最主要和最有效 的固碳方式，在碳循環中起決定作用。微藻由於具有光合速率高、繁殖快、環境適應性強、處 理效率高以及易與其它工程技術集成等優點，廣泛應用於廢氣中CO2捕集。微藻固定CO2技 術的另一潛在應用領域是密閉空間，如潛艇和載人太空飛行器中CO2的去除。微藻生物捕集CO2 已成為了溫室氣體的處理的最佳、可持續的方法。而在石化資源的的大量使用，帶來溫室效應、氣候惡化的同時，石化資源的匱乏也 使柴油的大量緊缺。為了應對目前的柴油資源缺乏，生物柴油作為柴油的替代品已經成為 國際上的熱點。我國生物柴油產業日漸興起，而我國生物柴油目前主要還是以大豆和油菜 籽等油料作物、油棕和麻風樹等油料木果實以及動物油脂、廢餐飲油等為原料製備，雖然生 物柴油的原料來源比較多樣，但各種原料是非常有限的，就算把它們加起來也難以滿足人 類對燃油的需求。產油微藻即在一定條件下能將二氧化碳、碳水化合物、碳氫化合物和普通 油脂等碳源轉化為藻體內大量貯存的油脂，且油脂含量超過生物總量20%的微型藻類。微 藻因含油量高、易於培養、單位面積產量大等優點，而被視為新一代的、甚至是唯一能實現 完全替代石化柴油的生物柴油原料。微藻固定CO2技術並同時合理利用其生成的油脂已經成為全球研究和關注的熱 點。2007年10月1日，國際能源公司(International Energy Inc)宣布開發以綠色微藻 為原料生產生物燃料的新技術。21世紀以來，石油價格飛速飆升、對環保的呼聲日益高漲、 新的技術進步，以及美國政府不斷強調可再生清潔燃料等，重新激起了人們開發藻類生物 燃料的熱情。2006年，美國國會原則同意斥資4億美元支持從陽光到燃料的Helios (太陽 神)計劃。太陽神計劃提出的從陽光到燃料的途徑二即為採用光合成法合成微生物燃料， 即利用光合微生物，直接從陽光製取燃料。同年，美國兩家企業建立了可與1040兆瓦電廠 煙道氣相連接的商業化系統，成功利用煙道氣中的CO2進行大規模光合成培養微藻，並將微 藻轉化為生物「原油」。「點燃燃料」公司啟動了「微型曼哈頓計劃」，此項計劃的任務是到 2010年實現藻類產油工業化，以及未來每天生產百萬桶生物原油的目標。2008年，美國國 防部宣布投入2000萬美元基金進行微藻生物柴油研究工作，主要目的在於在2010年前證 實並使基於海藻的生物質燃料能夠實現商業化並成為JP-8噴氣燃料的替代品，該項目由遍布美國的各個機構共同實施。除美國外，澳洲、日本、西歐、印度和南非的政府或企業也投入巨資進行微藻生物柴油的研究。如日本兩家公司聯合開發出了利用微藻將CO2轉換成燃料乙醇的新技術，計 劃在2010年研製出有關設備，並投入工業化生產。英國也於2008年啟動一項藻類生物燃 料公共資助項目，計劃將耗資2600萬英鎊，於2020年前實現利用藻類生產運輸燃料以代替 傳統的化石燃料。此外，以色列一家公司於2007年對外展示了利用海藻吸收CO2，將太陽能 轉化為生物質能的技術，每5千克藻類可生產1升燃料。目前，微藻生物柴油價格較高，相對目前的石化柴油和利用植物油脂生產的生物 柴油根本無法適應目前市場的需求。微藻生物質資源的不足是微藻生物柴油發展的「瓶 頸」，而目前的微藻大規模培養水平尚有限，這使得微藻生物柴油價格居高不下。而通過微 藻生物柴油生產過程與CO2減排的高度耦合是降低微藻生物柴油成本的有效手段。目前， 歐盟的每噸CO2指標售價約為20歐元，我國每減排1噸CO2的指標售價約為100元人民幣。 微藻生物柴油的生產同時實現CO2減排，能有效的降低微藻生物柴油的成本。此外，微藻生 物柴油生產過程中耦合CO2減排有更為深遠的社會意義，能有效的去除溫室氣體，而本發明 的小球藻能夠很好的適合微藻生物柴油的生產和CO2減排的耦合，與其他微藻相比有更好 的CO2吸收率和更好的油脂含量。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種小球藻，該株微藻可用於生產高產量油脂 的同時高效捕集氣體中的CO2,以解決現有微藻油脂生產成本過高的問題。本發明所要解決的另一技術問題是提供上述小球藻的應用。為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案如下一種小球藻LICME001，其分類命名為小球藻(Chlorella vulgaris)。本發明的 小球藻LICME001屬於綠藻門綠球藻目、小球藻科，普生小球藻。目前該菌株保藏於中國典 型培養物保藏中心(簡稱CCTCC)；地址武漢，武漢大學；郵編430072 ；登記入冊的編號 CCTCC NO :M 209256 ；保藏日期2009 年 11 月 5 日。上述小球藻LICME001，是從江蘇省連雲港海域，取海水，用改良的f/2培養基，進 行培養。用顯微鏡觀察發現存在該株小球藻，後用水滴分離法得到。CCTCC NO :M 209256菌株具有下述特徵(1)菌落形態單細胞藻類，常單生，也常有多數細胞聚於一起；細胞多為球形、橢 圓形；每個細胞內有1個周生、杯狀或片狀的葉綠體，具有1個蛋白核或缺如，1個細胞核； 細胞壁通常很薄；每個細胞可以產生2、4、8或16個似親孢子，進行無性繁殖。(2)菌體形態培養液呈均勻分布的綠色或深綠色液體。(3)耐受性該株小球藻具有較強的極端環境耐受性，能耐受pH5 10，21 30°C 和強光照射。上述小球藻在生產微藻油脂中的應用。上述小球藻在固定CO2中的應用。上述小球藻在生產微藻油脂同時固定CO2中的應用。具體的方法是在23 27°C、pH 5 10、通氣量0.1 0.5vvm、其中CO2含量為3 24. 5% (ν/ν)、光照條件下，將CCTCCNO :M 209256在改良的f/2培養基中培養10 20天。優選的方法為在26 27°C、 pH 7 9、通氣量0. 15 0. 3vvm、其中CO2含量為5 12% (v/v)、50001ux光照條件下，將 CCTCC NO =M 209256在改良的f72培養基中培養15 20天。最優選的方法為在27°C、pH 7. 2、通氣量0. 25vvm、其中CO2含量為5 12% (v/v)、50001ux光照條件下，將CCTCC NO M209256在改良的f/2培養基中培養15天。本發明中所提及的改良的f/2培養基包含如下組分對於每IL改良的f/2培養基 包含29. 23g/L氯化鈉，105g/L氯化鉀，11. 09g/L七水硫酸鎂，1. 21g/L Tris鹼，1. 83g/L二 水合氯化鈣，0. 25g/L碳酸氫鈉和3. OmL痕量培養基。其中，對於每IL的痕量培養基包含281. 3mg/L硝酸鈉，21. 2mg/L—水磷酸二氫 鈉，16. 35mg/L Na2-EDTA, 11. 8mg/L 六水合硫酸鐵，675 μ g/L 4 水合氯化錳，37. 5 μ g/L 六 水合氯化鈷，37. 5 μ g/L五水硫酸銅，82. 5 μ g/L七水硫酸鋅，22. 5 μ g/L鉬酸鈉，0. 375mg/L 維生素 BpO. 188 μ g/L 維生素 B12 和 0. 188 μ g/L 生物素。Guillard，R. R. L. 1975. Culture ofphytoplankton for feeding marine invertebrates.pp 26-60. In Smith, W. L. and Chanle, y M. H. (eds. )Culture of Marine Invertebrate Animals. Plenum Press, New York, USA.有益效果本發明提供的小球藻LICME001(Chlorella vulgaris LICME001)能夠 耐受3 24. 5% (v/v)的CO2，而且能達到12 55% CO2除去率。本發明提供的小球藻 LICME001 (Chlorella vulgaris LICME001)還能在高產油脂的基礎上，吸收氣體中的C02。 能夠實現廢氣中CO2的減排。利用該株小球藻在光生物反應中，利用合適的培養方法，能快 速的形成生物量，固定CO2，並積累油脂，油脂含量能達到17 31%。發明的小球藻比普通 海水藻有更高的CO2固定效率，並可通過選擇適當的培養條件，得到高產量的微藻油脂，因 此可大幅度降低微藻培養成本，為微藻油脂製備生物柴油提供了一株更優良生產菌種。


圖1為本發明小球藻的培養裝置及工藝流程示意圖。
具體實施例方式根據下述實施例，可以更好地理解本發明。然而，本領域的技術人員容易理解，實 施例所描述的具體的物料配比、工藝條件及其結果僅用於說明本發明，而不應當也不會限 制權利要求書中所詳細描述的本發明。以下實施例所用的裝置如圖1所示，CO2與空氣分別經氣體流量計控制進入氣體混 合器混合，再經氣體過濾器過濾後進入CO2檢測器在線監測CO2含量，之後由鼓泡氏光生物 反應器玻璃罐體底部的進氣口進入罐體與小球藻接觸反應，未被吸收的CO2和空氣再經頂 部的出氣口排出進入另一 CO2檢測器在線監測CO2含量。整個鼓泡式光生物反應器玻璃罐 體可有加熱棒和通入冷卻水控制溫度，並可接受光照。實施例1 用改良的m培養基5L於自製光生物反應器中，接入細胞密度為5 X IO7個/ml藻液500mL。通入0. 25vvm的空氣，CO2含量為0. 03% (v/v)，培養15天後，生物量達到1. Ig/ L，CO2吸收率6%。培養到15天時油脂含量為21%。
實施例2 用改良的f/2培養基5L於自製光生物反應器中，初始pH7. 2，溫度27°C 士0. 5°C，光強50001UX，通入0. 25vvm空氣與CO2混合氣體，其中CO2含量為5% (ν/ν)，接入細胞密度 約為5 X IO7個/mL藻液500mL。培養15天後，生物量達到2. 23g/L，CO2的吸收率為51 %。 培養到15天時油脂含量為31 %。實施例3 用改良的f/2培養基5L於自製光生物反應器中，初始pH7. 2，溫度27°C 士0. 5°C， 光強50001UX，通入0. 25vvm空氣與CO2混合氣體，其中CO2含量為10% (ν/ν)，接入細胞密 度約為5 X IO7個/mL藻液500mL。培養15天後，生物量達到1. 91g/L，CO2的吸收率為26 %。 培養到15天時油脂含量為22%。實施例4 用改良的f/2培養基5L於自製光生物反應器中，初始pH7. 2，溫度27°C 士0. 5°C， 光強50001UX，通入0. 25vvm空氣CO2混合氣體，CO2含量為15%，接入細胞密度約為5 X IO7 個/ml藻液500ml。培養15天後，生物量達到1. 31g/L，C02的吸收率為22%。培養到15天 時油脂含量為19%。實施例5 用改良的f/2培養基5L於自製光生物反應器中，初始PH7. 2，溫度27°C 士0. 5°C， 光強50001UX，通入0. 25vvm空氣CO2混合氣體，CO2含量為20%，接入細胞密度約為5 X IO7 個/ml藻液500ml。培養15天後，生物量達到1. 12g/L，C02的吸收率為17%。培養到15天 時油脂含量為18. 1%。實施例6 用改良的f/2培養基5L於自製光生物反應器中，初始PH7. 2，溫度27°C 士0. 5°C， 光強50001UX，通入0. 25vvm空氣CO2混合氣體，CO2含量為24. 5 %，接入細胞密度約為 5X IO7個/ml藻液500ml。培養15天後，生物量達到1. 12g/L，CO2的吸收率為13%。培養 到15天時油脂含量為16.8%。實施例7 本株小球藻CCTCC NO =M 209256和本實驗室保藏的普通小球藻LICME002以及市 場上購買的小球藻(購於南京夫子廟花鳥市場)的性質比對實驗。用改良的f/2培養基 5L於自製光生物反應器中，初始pH7. 2，溫度27°C 士0. 5°C，光強50001ux，通入0. 25vvm與 空氣CO2混合氣體，其中CO2含量為5% (ν/ν)，分別接入細胞密度約為5 X IO7個/ml藻液 500mL的CCTCC NO =M 209256和小球藻LICME002以及市場上購買的小球藻。CCTCC NO =M 209256培養15天後生物量達到2. 23g/L，CO2的吸收率為51%。培 養到15天時油脂含量為31%。小球藻LICME002培養15天後生物量達到1. 22g/L，C02的吸收率為15%。培養到 15天時油脂含量為18. 1%。市場上購買的小球藻培養15天後生物量達到0. 63g/L，CO2的吸收率為7. 6%。培 養到15天時油脂含量為10. 1%。
權利要求
一株小球藻，其分類命名為小球藻Chlorella vulgaris，已保藏於中國典型培養物保藏中心，其保藏編號是CCTCC NOM 209256。
2.權利要求1所述的小球藻在生產微藻油脂中的應用。
3.權利要求1所述的小球藻在固定CO2中的應用。
4.權利要求1所述的小球藻在生產微藻油脂同時固定CO2中的應用。
5.根據權利要求4所述的應用，其特徵在於在23 27°C、pH5 10、通氣量0.1 0. 5vvm、其中CO2含量為3 24. 5% (ν/ν)、光照條件下，將CCTCC NO =M 209256在改良的 f/2培養基中培養10 20天。
6.根據權利要求5所述的應用，其特徵在於在26 27°C、pH7 9、通氣量0.15 0. 3vvm、其中 CO2 含量為 5 12% (v/v)、50001ux 光照條件下，將 CCTCC NO :M209256 在改 良的f/2培養基中培養15 20天。
全文摘要
本發明公開了一株小球藻，其分類命名為小球藻Chlorella vulgaris，已保藏於中國典型培養物保藏中心，其保藏編號是CCTCC NOM 209256。本發明還公開了上述小球藻在生產微藻油脂和固定CO2中的應用。本發明的小球藻能夠耐受高達24.5％的CO2濃度，油脂含量能達到17～31％，其比普通海水藻有更高的CO2固定效率，並可通過選擇適當的培養條件，得到高產量的微藻油脂，因此可大幅度降低微藻培養成本，為微藻油脂製備生物柴油提供了一株優良的生產菌種。
文檔編號C12R1/89GK101824386SQ20101902602
公開日2010年9月8日 申請日期2010年2月4日 優先權日2010年2月4日
發明者唐小紅, 尹繼龍, 張齊, 紀曉俊, 鄭洪立, 高振, 黃和 申請人:南京工業大學