[发明专利]一种敞开式快速培养微藻的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物技术领域，涉及一种敞开式培养微藻的方法，具体涉及一种敞开式半混合培养自养产油微藻和兼性厌氧细菌来获取高微藻细胞收获量，同时提高微藻细胞油脂含量的方法。

背景技术

当前，石油资源的日益匮乏、油品供需矛盾的越发突出，相应炼油工业所造成的环境污染问题也更加突出，开发清洁低碳的可替代资源成为必然。以微生物油脂等可再生资源为来源的柴油具有能量密度高、含硫量低、燃烧充分、润滑性好等性能，还具有可再生、环境友好、易生物降解、储运安全、抗爆性能好等特点，可作为石化能源的替代品。

微藻作为可再生资源，其生物质富含不饱和脂肪酸、淀粉和蛋白质等营养成分（如螺旋藻等），可用作能源、医药和食品等领域原料；通过条件调控，微藻细胞可以大量积累脂肪酸，有些微藻如小球藻，其体内脂肪酸含量可占细胞干重的30%～60%，是第三代生物柴油技术最具前景的油料来源。与传统生物燃料相比，藻类有含油量高、生长快、环境适应性强、占用耕地少、产品附加值高等优势。同时，藻类占海洋生物资源50%，因而开发时可利用海洋资源，节省陆地资源。利用培养微藻来积累油脂资源，已经成为目前利用太阳能和固定二氧化碳开发可再生资源最热门的研究领域。不仅具有巨大的市场潜力，而且具有突出的社会价值。

微藻细胞生长方式一般分为光自养和异养两种，光自养是利用CO₂进行光合作用获得微藻生物量累积，因而CO₂的有效利用吸收，是实现理想培养效果的关键，同时存在补充CO₂与光合作用产生O₂的解吸、排出的问题。CN200410020978.0及CN03128138.9均采用在光生物反应器系统中加入一种装置方法，来实现CO₂的补给，同时也能实现一定的氧解析效果。异养即微藻细胞利用有机碳源作为营养源，在微藻细胞内有机碳源替代自养过程中的CO₂来实现微藻生物量的积累，该种培养方式虽然可以实现细胞较快生长，但细胞内油脂积累水平较低。

利用其它非藻类微生物与微藻进行混合培养的研究也比较多， CN200910038908.0公开了一种芽孢杆菌调控浮游微藻混合培养的方法，该方法在混合培养体系中使用芽孢杆菌对各微藻进行混合培养时发现，各微藻生长均衡，稳定性好，可避免混合培养体系中藻相的生物多样性单一，避免某种微藻的数量出现极端优势或劣势，因此该方法主要用于控制某种微藻在水体中的泛滥。CN200910038910.8公开了一种乳酸杆菌调控微藻混合培养及协同净化养殖排放水的方法，该方法通过乳酸杆菌的直接或间接作用，调控各种微藻的数量比例，使各藻生长均衡，稳定性好，通过菌、藻间的协同作用达到对养殖排放废水的去氮除磷的目的。上述现有技术是通过菌体来控制水体中藻的生长均衡，并不是促进藻的生长和微藻细胞中的油脂积累。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种敞开式快速培养微藻的方法。该法利用膜分离装置将自养产油微藻与兼性厌氧细菌在敞开式光生物反应器中进行半混合培养。本发明方法具有提高自养微藻收获量，提高无机碳源（CO₂）的利用率，提高微生物油脂含量，简化培养装置，提高自养微藻规模化培养效率等优点；同时不影响兼性厌氧细菌的发酵过程，在收获含油微藻细胞的同时还可通过分离培养液中的厌氧发酵产品，实现细菌厌氧发酵生产化学品，是一种油脂与生物化学品同时生产的高效培养方法。

本发明敞开式快速培养微藻的方法，包括如下内容：

（1）培养兼性厌氧细菌种子液；

（2）培养自养微藻种子液；

（3）将兼性厌氧细菌种子液和自养微藻种子液接入内部铺设膜分离装置的敞开式光生物反应器内进行半混合培养，膜分离装置将光生物反应器分成上下两个区域，兼性厌氧细菌在膜分离装置下部区域进行培养发酵，微藻细胞在膜分离装置上部区域进行光合作用生长，两个区域内培养基组成和培养条件一致，培养过程中，补充兼性厌氧细菌生长代谢所需的有机碳源；所述光生物反应器上部区域的内壁和膜分离装置的上端布设有反光膜。

本发明方法中，膜分离装置优选采用陶瓷膜分离装置，膜孔直径为0.05～0.5μm。

本发明方法中，膜分离装置将光生物反应器分成上下两个区域的体积比为1:1~5:1。

本发明方法中，所述的敞开式光生物反应器还包括布气装置，铺设在反应器下部区域的底部，分布的气体可以经过膜分离装置进入整个光生物反应器中。