本发明专利技术公开了一种利用无机氮源的微藻光合兼养高密度发酵培养方法及应用。本发明专利技术涉及一种利用无机氮源的微藻高密度发酵培养方法，以无机氮盐为无机氮源、葡萄糖为有机碳源的培养基，进行光合兼养培养，根据培养基氮源和碳源消耗及生物量增长情况，分段补加葡萄糖、无机氮盐和其它营养盐，合理调控营养盐浓度、pH值、通气量、光强和藻液搅动速度，使微藻短期内快速增值，缩短培养时间，保证微藻的高密度生长，实现微藻细胞生物量快速增长的同时对无机氮的高效吸收同化。本发明专利技术适用于以无机氮盐为氮源的微藻高密度光合兼养发酵生产，为微藻在环境生态应用和生物能源生产的经济可行性研究奠定了基础。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种利用无机氮源的微藻光合兼养高密度发酵培养方法及应用。本专利技术涉及一种利用无机氮源的微藻高密度发酵培养方法，以无机氮盐为无机氮源、葡萄糖为有机碳源的培养基，进行光合兼养培养，根据培养基氮源和碳源消耗及生物量增长情况，分段补加葡萄糖、无机氮盐和其它营养盐，合理调控营养盐浓度、pH值、通气量、光强和藻液搅动速度，使微藻短期内快速增值，缩短培养时间，保证微藻的高密度生长，实现微藻细胞生物量快速增长的同时对无机氮的高效吸收同化。本专利技术适用于以无机氮盐为氮源的微藻高密度光合兼养发酵生产，为微藻在环境生态应用和生物能源生产的经济可行性研究奠定了基础。【专利说明】一种利用无机氮源的微藻光合兼养高密度发酵培养方法及应用
本专利技术属于微藻生物技术、环境生态技术和生物能源领域，涉及一种利用无机氮源的微藻光合兼养高密度发酵培养方法及应用，可用于利用无机氮源的微藻高密度发酵培养、微藻对工业烟气NOx的减排和微藻生物能源原料协同生产等方面。
技术介绍
微藻是原核的或者真核的单细胞光合微生物，是非常高效的太阳能转换器，分布于淡水或者咸水中，通过吸收水环境传递的光能，水和CO2积累生物量，可以将光能转化为化学能，以油脂或淀粉的等有机物的形式储存在细胞内。作为最古老的低等光合生物，某些微藻可直接利用太阳光、CO2及N、P等简单营养物质快速生长并在胞内合成大量油脂(主要是甘油三酯)，从而可以为生物柴油生产提供新的油脂资源，而目前制约微藻生物能源广泛应用的主要原因在于其培养成本。大量的水资源，无机营养物(主要是氮和磷)和CO2对于微藻培养是昂贵的，是制约微藻大规模培养的重大问题。一个可能克服微藻培养高成本的方法是利用烟道气作为碳源和氮源。燃烧化石燃料所产生的“co2温室效应”问题以及加工化石燃料所产生的废气(主要为氮氧化物(NOx)和少量硫氧化物(SOx))问题对气候和人类的生存环境已造成严重的影响。NOx是诱导雾霾的主要气态污染物，主要来源于工业烟气排放。微藻生物量中C元素近占干重的50%，N元素含量也高达7-12%。因此，微藻的规模化培养需要大量的CO2和N03_作为碳源和氮源，据计算，每生成Ig的微藻生物量，需要1.83g的CO2和0.45g的N03_。而工业烟道气中含有高浓度的CO2和NOx，因此利用工业烟道气进行能源微藻培养，不仅可以大量固定烟道气CO2和NOx，减少温室气体排放，降低环境污染，而且可以解决微藻培养所需的碳源和氮源供应问题，在生成生物量——微藻生物能源和其他高价值附加物的同时，达到CO2和NOx生物转化的目的。从而在获得显著环境效益的同时，大幅度降低了微藻生物能源的生产成本。微藻对无机氮吸收和同化过程中，N03_先被还原为N02_，由硝酸盐还原酶催化，在细胞质中进行；N02_再被还原为NH3,由亚硝酸盐还原酶催化，在叶绿体中进行；最后NH3被谷氨酰胺合成酶和谷氨酸盐合成酶同化形成有机氮。在这一过程中，硝酸还原酶和亚硝酸还原酶是两种关键酶。其中亚硝酸还原酶的合成及活力依赖于N02_的供应，照光的叶绿体产生的还原铁氧还蛋白(Fd)是N02_还原的电子供体，因此微藻无机氮的同化过程需要光能的供给。由于光照自 养培养中光透射度减弱的问题，当藻细胞密度增加到一定数量后，必然阻挡光线进入培养物内，使培养出的细胞密度通常很低。目前，自养培养条件下还没有高效增加细胞密度的方法。微藻自养培养模式下过低的生物量和较慢的细胞生长速度成为限制微藻在烟道气减排和生物能源生产应用中的“瓶颈”。而常规的无光照条件下利用有机碳源的微藻异养培养模式又显著影响微藻无机氮的同化过程，影响对工业烟道气特别是NOx的减排效果。为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种利用无机氮源的微藻光合兼养高密度发酵培养方法及应用，以无机氮盐为无机氮源、葡萄糖为有机碳源进行微藻的光合兼氧的高密度发酵培养，同时在微藻培养过程中，根据培养基氮源和碳源消耗及生物量增长情况，分段补加葡萄糖、硝酸盐和其它营养盐，合理调控C/N比例、营养盐浓度、pH值、通气量、光强和藻液搅动速度，使微藻短期内快速增值，缩短培养时间，保证微藻的高密度生长，实现微藻细胞生物量快速增长的同时对无机氮的高效吸收同化，进行微藻在工业烟气NOx生物脱硝和生物能源原料制备的联合生产应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用无机氮源的微藻光合兼养高密度发酵培养方法，方法简单，易行。本专利技术以无机氮盐为氮源、葡萄糖为有机碳源进行微藻的光合兼氧的高密度发酵培养，同时在微藻培养过程中，根据培养基氮源和碳源消耗及生物量增长情况，分段补加葡萄糖、硝酸盐和其它营养盐，合理调控C/N比例、营养盐浓度、pH值、通气量、光强和藻液搅动速度，使微藻短期内快速增值，缩短培养时间，保证微藻的高密度生长本专利技术还有一个目的在于提供了一种利用无机氮源的微藻光合兼养高密度发酵培养方法的应用，本专利技术提供的方法可应用于利用无机氮源的微藻高密度发酵培养、微藻对工业烟道气特别是NOx的高效减排和经济可行的微藻生物能源原料协同生产等方面。为了达到上述目的，本专利技术采用了以下技术步骤:一种利用无机氮源的微藻光合兼养高密度发酵培养方法，其步骤如下1.配制微藻培养基，包括基础培养基和补料液两部分:基础培养基为IL BGll培养基中添加10_60g葡萄糖，无机氮盐终浓度为1.5-9.0g/L ；补料液I为IL去离子水中含葡萄糖600_800g ；补料液2为IL去离子水中含无机氮盐50_150g ；补料液3为IL去离子水中含K2HPO4.3H2040g,柠檬酸铁铵6g，Na2C0320g ；补料液4 为 IL 去离子水中含 MgSO4.7H2075g, CaCl2.2H2036g,柠檬酸 6g，EDTA.2Nalg ；补料液5为A5溶液。所述的无机氮盐优选NaNO3或NaNO2,或其混合物。2.光照生物反应器中添加基础培养基，培养体积为反应器体积的50%_80%，将微藻细胞接种于光照生物反应器中，接种密度为1.0X 107-2.0X 107cells/mL，加入0.1%-0.5% (v/v)有机硅消泡剂和0.01-0.05g/L氯霉素阻止泡沫产生和杂菌污染，平均光强为200-400 μ molnTY1，培养温度为20-30 °C, ρΗ6.0-8.5，通入气体为压缩空气(0.08MPa)，每L培养基通气量为0.5-2.0L/min，初始转速200rpm，当培养规模≤ 10L，微藻生物量≥15.0X107cells/mL或培养规模> 10L，微藻生物量≥20.0X 107cells/mL时，生物量每增长I倍搅拌速度提高50-100rpm，最高维持在400_500rpm。3.在微藻光合兼养高密度发酵培养过程中，每24小时根据葡萄糖与无机氮盐消耗情况进行补料液I和补料液2的补料，使培养液中葡萄糖浓度为10-30g/L，C/N维持在5-10 ;每24小时根据微藻生物量增长情况进行营养盐补料，生物量的增长量为3.0X 107-4.5X 107cells/mL时，补充补料液33mL/L，补料液44mL/L，补料液51mL/L各一次，每24小时只补料一次，生物量增长进入稳定期后停止发酵，收集藻液，提取藻油。所述的营养盐补料为本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用无机氮源的微藻光合兼养高密度发酵培养方法，其步骤如下：1）.?配制微藻培养基，包括基础培养基和补料液两部分：基础培养基为1?L?BG11培养基中添加10?60?g葡萄糖，无机氮盐终浓度为1.5?9.0?g/L；补料液1为1?L去离子水中含葡萄糖600?800?g；补料液2为1?L去离子水中含无机氮盐?50?150?g；补料液3为1?L去离子水中含K2HPO4?3H2O?40?g，柠檬酸铁铵6?g，Na2CO3?20?g；补料液4为1?L去离子水中含MgSO4?7H2O?75?g，CaCl2?2H2O?36?g，柠檬酸?6?g，EDTA?2Na?1?g；补料液5为A5溶液；2）.光照生物反应器中添加基础培养基，培养体积为反应器体积的50%?80%，将微藻细胞接种于光照生物反应器中，接种密度为1.0?×?107?2.0?×?107?cells/mL，加入0.1%?0.5%v/v有机硅消泡剂和0.01?0.05?g/L氯霉素阻止泡沫产生和杂菌污染，平均光强为200?400?μmol?m?2?s?1，培养温度为20?30?°C，pH?6.0?8.5，通入气体为压缩空气，每L培养基通气量为0.5?2.0?L/min，初始转速200?rpm，当培养规模?≤10?L，微藻生物量≥15.0?×?107?cells/mL或培养规模?＞?10?L，微藻生物量≥20.0?×?107?cells/mL时，生物量每增长1倍搅拌速度提高50?100?rpm，最高维持在400?500?rpm；3）.?在微藻光合兼养高密度发酵培养过程中，每24小时根据葡萄糖与无机氮盐消耗情况进行补料液1和补料液2的补料，使培养液中葡萄糖浓度为10?30?g/L，C/N维持在5?10；每24小时根据微藻生物量增长情况进行营养盐补料，生物量的增长量为3.0?×?107?4.5?×?107?cells/mL时，补充补料液3?3?mL/L，补料液4?4?mL/L，补料液5?1?mL/L各一次，每24小时只补料一次，生物量增长进入稳定期后停止发酵，收集藻液，提取藻油。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王强，陈辉，何晨柳，
申请(专利权)人：中国科学院水生生物研究所，
类型：发明
国别省市：
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