第十二章 微藻培养技术.ppt

第12章微藻培育技术，课教师：王梓，一，微藻的定义和分类，微藻：指能用显微镜分辨形状的微藻。 微藻广泛分布于陆地、海洋，是营养丰富、光合作用度高的自营养植物，是细胞代谢产生的多糖类、蛋白质、色素等，在食品、医药、基因工程、液体燃料等领域有很好的开发前景。 分类：水生微藻、气生微藻、陆生微藻水生分为淡水生和海水生，浮游和底生原核微藻、真核微藻、微藻的种类很多，微藻细胞中有蛋白质、脂质、藻多糖类、胡萝卜素、多种无机元素(如Cu、Fe、Se、Mn、Zn等)等高价值的荣微藻的蛋白质含量很高，是单细胞蛋白质(SCP )的重要来源。 微藻类中含有的维生素a、维生素e、硫胺素、核黄素、吡唑、维生素B12、维生素c、生物素、肌醇、叶酸、泛酸钙、烟酸等增加作为SCP的价值。 藻类胡萝卜素含量高，有着色和营养作用，可用于癌症预防、辐射预防、延迟衰老、增强生物免疫力等生理作用。 藻粉中胡萝卜素的含量高达14%。 藻细胞中甘油含量高，是优质的化妆品原料，也是化学工业、轻工业和医药工业中用途非常广泛的有机中间体。 藻多糖复合物作为免疫佐剂增强抗原性和机体免疫功能，明显抑制实体肿瘤s80发挥抗肿瘤作用。 二、微藻的综合应用和前景，医药工业天然胡萝卜素具有抑制肿瘤、抗辐射和白血球上升等作用，尤其对萎缩性胃炎、口腔溃疡、皮肤病和化疗患者有明显的辅助治疗效果。 开发的产品有天然胡萝卜素口服液、冲剂、含口片、水分散型干粉等产品。 近年来，不饱和脂肪酸(DHA、RHA )在婴儿食品和健康食品中的使用越来越受欢迎。 微藻胶体(ECP )的强抗肿瘤活性引起国内外专家的关注。 食品工业藻类粗蛋白含量超过60%，生物学产量高于任何作物。 藻类蛋白质的生产发展很快，小球藻、新月藻、螺旋藻被用作蛋白质源，小球藻、螺旋藻、杜氏盐藻以粉剂、丸剂、提取物等形式投入健康食品市场，用作食品添加剂。 动物饲料中的微藻蛋白质含量高，所含的核酸超过常规饲料和食品，作为浮游动物的饵料人工培养，成功饲养了鱼类和动物性浮游生物(如红虫、牡蛎等)。 环境检测的微藻生长状况直接反映水质情况，判断空气中的毒性气体，打破常规气体样品的分析和检测，Naessens.M等人将小球藻固定在疏水膜上连接在膜电极上制成生物反应器，反映空气甲醇蒸汽和四氯乙烯含量。 PodolaB等人用荧光仪检测了线藻气体中的甲醇、甲醛。 环境净化作用ChungP .废水处理与单细胞蛋白(SCP )生产相结合，处理甲烷发酵的猪粪废水，螺旋藻产量为5g/m2/d。 微藻的生长脱氮除磷，不易分解有机物、重金属离子。 微藻也能吸收一定浓度，挪威，日本已经开始培育微藻来保护环境的研究。 生物技术开发微藻生长周期短，新的微藻生物反应器，利用藻类蛋白质生产口服疫苗等，用活性物质制作干粉给药。 可再生能源的制造富含藻类的酯类和甘油是制造液体燃料的好原料微藻热分解制造的生物量燃料热值高，是木材和农作物秸秆的1.42倍。 将微生物和微藻混合培养，生产高纯度的乙醇、甲醇、丁烷等能源化合物，是理想的可再生能源。培养微藻的意义在于，我国人口多、增长速度快、耕地面积以每年1.6%的比例减少、光和效率比普通作物高、微藻生产成本低、营养物质丰富、经济效益高、用途广泛等特点，使藻类在各领域的研究蓬勃发展，特别是医药业根据微藻大规模培养过程的特点，微藻培养用反应器应提供以下条件：充分光照。 适当的温度。 适当的无机碳源(及其他无机营养物质)。 适当的pH。 充分混合。 避免污染。 氧的析出或供给。 三、微藻大规模培养反应器、微藻大规模培养反应器有两种。 一种是开放型培养反应器，另一种是封闭型光生物反应器，1、开放型培养反应器，现在世界上商业化的大规模培养微藻在一般开放水平的浅滩上进行，或者利用天然湖、环湖礁等。 池塘深度一般为1030cm，通常用聚乙烯或水泥衬里，面积达数千平方米。 池内通常用桨、螺旋桨和空气喷射器等搅拌，将池分隔成跑道(raceway )，用泵使藻液循环，增强液体的流动。 经过多年的实用，开放式池塘培养系统已经成为最典型、最常用的开放式培养反应器。 优点和缺点主要有：优点成本低，建设容易，操作简单，生产容易。 缺点主要是(1)培养效率低。 (2)培养条件不能控制，生产期短。 (3)容易被污染。 (4)水分容易蒸发，培养液的盐分过高，微细藻类的生长缓慢。 (5)光能利用率不高，难以进行高密度培养。 2、封闭式光培养反应器可以通过以下方法优化微藻的培养过程，以提高生产效率和降低成本。 高效养殖系统的开发。 根据土地寻找合适的生产方式和营养源。 改变生长条件刺激微藻的生长速度和有效成分含量。 自养与异养相结合。 各种先进的检测和控制系统的应用。 密闭型光培养反应器具有(1)培养效率高的优点。 这种反应器的光合效率最高可达16.6%，微藻细胞浓度可达每升数十克，藻体的采集非常方便。 (2)培养条件容易控制，自然光难以控制，其他条件可以自动控制，对微藻代谢产物的大量积累非常有利。 (3)污染少，容易实现纯粹的培养。 (4)生产周期延长，可全年生产。 (5)适用于所有藻种的培养，尤其适用于藻类代谢物的生产。 其他培养器、配管式光培养反应器：反应器主体为透明的塑料管道，以不同形式设置，以最大限度地利用阳光。 弯曲管子的话，就会弯曲水平地排列在跑道上，或者错开两层排列的管子，或者螺旋状地缠绕成圆筒状，在圆锥形的支撑体上缠绕管子等。 含有藻体的培养液在泵和空气升降机的作用下在配管中循环流动。 二氧化碳通过泵进入培养液后，随之流过配管，与培养液接触时间长，因此二氧化碳的利用率高是该反应器的一大优点。 圆筒形光培养反应器、反应器是用透明材料制成的圆筒。 由带挡板的内筒、外筒、顶板和底板四部分构成，装卸容易。 入液口和出液口设在顶板和底板上。 藻液通过泵在内筒和外筒形成的空间中流动。 培养物的搅拌是通过气举作用实现的。 该反应器的光表面积与体积之比不高，土地利用率不高，培养体积也有限。 扁平箱形光培养反应器外形为扁平的长方体。 顶板上设有空气入口和冷却水出入口，狭窄侧板的上端和下端设有藻液出口和入口。藻液的搅拌通过不断地流动空气来实现。 空气通过设置在箱体底部的带孔管道进入藻液。 可以使用一个反应器进行藻的分批培养，也可以串联几个反应器进行连续培养。 具体的实现方法是用一台泵向第一个反应器中加入新鲜培养液。 用别的泵把培养物从最后的反应器放回第一个反应器，收集藻液的一部分。 藻液其他反应器之间的流动是通过溢出作用实现的。 使用这种多级反应器的连续培养技术具有稀释率相同时，生成物浓度更高的优点。 稳定性好。 对基质浓度有更高的生物量率。 减少或去除了基质和/或生成物的抑制效果。 该反应器的缺点是光的表面积和体积之比不高，静水压大，因此单一反应器的培养体积有限。 四、微藻自我培养的影响因素，(一)光源微藻培养光源主要是太阳光，其次可以利用人工光源。 使用人工光源的话，光的时间和光的强度容易控制，但成本高，一般只在实验室使用。 在生产中，只有在阴天雨导致阳光不足时，才补充人工光源。 常用的人工光源有荧光灯、白炽灯、碘钨丝灯、生物效应灯等。 适当光范围是指微细藻类细胞能正常增殖的光的强度范围。 根据藻类的适当范围，在适当范围内光强度增加，光合成速度变快，光合成或细胞分裂速度达到最大值时的光强度称为最佳光强度或饱和光强度。 达到饱和光强度时，光强度增加，光合成反而变弱受到抑制。 适当光范围的下限是修正光的强度。 这样的光的强度，藻类的呼吸作用消耗的氧和光合成放出的氧正好相等。 此时，细胞只能维持基础代谢，只有在光的强度高于补偿光的强度时，微藻才能生长，光的强度低于补偿光的强度时，不仅不能生长，而且会消耗体内的储藏物质，降低细胞的干燥，(2)适当光范围，(3)其他因素的影响温度影响藻类细胞的新陈代谢速度低温下新陈代谢慢，要求的补偿光强度低，引起有害作用的光强度也低。 营养盐浓度。 低照度下营养盐浓度不影响生长率。 中光下营养盐浓度增加，显示