一种微藻培养方法技术

本发明专利技术属于微藻培养领域，涉及一种微藻例如栅藻的异养培养方法，所述方法的特征在于在异养基础培养基中使用铵盐作为基础氮源，以氨水作为pH调节剂和/或补充氮源。通过本发明专利技术的方法，可以有效地提高微藻例如栅藻的生物量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物工程
，涉及一种微藻异养培养方法，其中通过以铵盐作为基础氮源，以氨水作为pH调节剂和/或补充氮源而有效提高微藻生物量。
技术介绍
微藻因其富含蛋白质、脂类、多糖、维生素、抗氧化剂和其它功能性营养成分，在医药原料、保健食品及生物能源领域具有广泛的应用。目前，微藻培养技术多集中于光自养体系，该培养体系存在生产效率低、占地面积大、收获成本高等不足，严重制约了微藻产业的发展。通过人工大规模培养技术提高微藻生物量是微藻资源开发利用的关键。近年来，逐渐兴起了微藻异养高细胞密度培养技术，该技术可以克服光培养体系对光的依赖，具有生长速度更快、能实现纯种培养、细胞产率高、可大大降低下游后处理成本，更便于自动化控制等优势，已成为近年来微藻培养研究的热点。本领域需要一种高效的微藻异养高密度培养方法。
技术实现思路
本专利技术提供了一种微藻例如栅藻的异养培养方法，所述方法特征在于使用铵盐作为基础氮源，以氨水作为pH调节剂和/或补充氮源。通过本专利技术的方法，可以有效地提高微藻例如栅藻的生物量。附图说明图1示出了六种不同实验条件下栅藻细胞生物量浓度随时间的变化情况。专利技术详述在微藻异养培养过程中，维持pH恒定对微藻的快速生长至关重要。尿素、硝态氮(如硝酸钠或硝酸钾)[5]和铵态氮(氯化铵或硫酸铵)[6-7]是微藻培养过程中最常用的几类氮源。微藻在利用铵态氮过程中随着氮被消耗而pH会下降，现有培养模式下常用氢氧化钠或氢氧化钾[8]来维持pH恒定。但是，这些碱在实现调控pH调节的同时会伴随盐的生成，因此，发酵过程中随着碱的添加，盐浓度也就不断增加，细胞生长将会受到抑制(高盐浓度具有细胞渗透性使生物细胞脱水凋亡)。另外，微藻在利用尿素或硝态氮过程中会造成培养体系pH过高，于是现有培养模式常采用稀盐酸[8]或硫酸[9]来调控pH。然而，酸的使用会严重腐蚀不锈钢罐体及管道，进而影响设备的使用寿命。现有微藻异养培养模式均存在一定缺陷，包括细胞的增殖速度低和对设备的腐蚀问题，因而本领域仍然需要一种更实用、更高效的微藻异养高密度培养方法。本专利技术人在研究中令人惊奇地发现，在微藻异养培养中，通过使用以铵盐作为氮源的基础培养基，在培养过程中使用氨水调节下降的pH值使之达到理想范围，可以避免不利于微藻生长的盐的生成，同时还能够避免用尿素或硝态氮作为氮源时酸性pH调节剂对培养设备的腐蚀。因此，在第一方面，本专利技术提供一种微藻异养培养方法，所述方法包括在初始培养中使用以铵盐作为氮源的基础培养基，且在培养过程中采用氨水调节pH值。在一些实施方案中，其中培养过程中使用以铵盐为氮源或不含氮源的补料培养基进行补料。如本专利技术所用，“氨水”是指氨气的水溶液，由于氨气在水中的溶解度在不同温度下存在一定差别，因此氨水一般是指含氨10％-35％的水溶液。“基础培养基”指的是用于接种微藻并起始培养的培养基。在使用基础培养基进行初始培养一段时间后，通常需要加入补料培养基补偿消耗掉的培养基成分。补料培养基通常是基础培养基的浓缩物，不过各成分的比例可以变化。适合微藻生长的pH值可以由本领域技术人员常规确定，这通常取决于所要培养的微藻物种。例如，对于栅藻如尖状栅藻，培养过程中将pH控制在大约6.0±0.2。此外，氨水本身也作为一种氮源，其在调控pH的同时可以向异养培养体系中补充适当的氮，从而可降低补料培养基中铵盐的比例(即提高补料培养基中的碳氮比)。本专利技术令人惊奇地发现，在本专利技术的方法中，使补料培养基中的碳氮比高于基础培养基中的碳氮比，可以获得明显更优的细胞生长指数。不受任何理论限制，降低补料培养基中的铵盐比例(提高碳氮比)可以避免氨水在调控pH的同时使异养培养体系中的氮过剩，从而将整个培养过程中碳氮比维持在合适的范围内。如本专利技术所用，“碳氮比”是指培养基中碳的总含量与氮的总含量的质量比。在一些实施方案中，其中所述以铵盐为氮源的补料培养基的碳氮比大于所述基础培养基的碳氮比。在本专利技术的方法的一些实施方案中，其中所述基础培养基的碳氮比为10:1至30:1。在本专利技术的方法的一些实施方案中，其中所述以铵盐为氮源的补料培养基的碳氮比是所述基础培养基的碳氮比的5-40倍。在一些实施方案中，补料培养基中不含氮源。在本专利技术的方法的一些实施方案中，其中所述铵盐选自氯化铵和硫酸铵。在本专利技术的方法的一些实施方案中，其中所述基础培养基中的碳源浓度为大约5-40g/L，例如大约5g/L、大约10g/L、大约15g/L、大约20g/L、大约25g/L、大约30g/L、大约35g/L或大约40g/L。此外，本专利技术人还令人惊奇地发现，与碳源浓度变化剧烈的脉冲式补料方式相比，在本专利技术的方法中，通过适时检测培养体系的碳源浓度并结合调节流加速度大小，将培养过程中培养体系的碳源浓度的变化幅度控制在较小的范围，可以避免脉冲式补料方式下碳源浓度短时间大幅波动对细胞生长的抑制作用，获得更理想的平均生物质生产率。因此在本专利技术的方法的一些实施方案中，包括在培养过程中使培养体系中碳源浓度的变化幅度小于或等于大约5g/L。在本专利技术中“碳源浓度的变化幅度小于或等于大约5g/L”指的是任意两次测量所得的碳源浓度之间的差值小于或等于大约5g/L。在本专利技术的方法的一些实施方案中，所述培养过程的碳源浓度被控制在以下范围：大约0-5g/L、大约5-10g/L、大约10-15g/L、大约15-20g/L、大约20-25g/L、大约25-30g/L或大约35-40g/L。在一些具体实施方案中，所述培养过程的碳源浓度被控制在大约2-5g/L。在本专利技术的方法的一些实施方案中，其中在培养过程中通过阶段式恒速流加方式向所述培养体系添加所述补料培养基。在一些实施方案中，其中在培养过程中大约每0.5-3小时测量培养体系中的碳源浓度，并根据测得的碳源浓度调整补料速度，从而使培养体系碳源浓度的变化幅度小于或等于大约5g/L。在一些实施方案中，所述补料速度为大约5g/小时-大约1000g/小时。本领域技术人员可以根据测得的碳源浓度以及培养体系的体积调节所述补料速度。例如，与培养体积相关的所述补料速度可选自大约0.5g/L/h-大约25g/L/h的范围。在一些实施方案中，其中所述基础培养基和补料培养基中的碳源是葡萄糖。在一些实施方案中，所述微藻选自小球藻(Chlorella)、眼虫藻(Euglenagracilis)、栅藻(Scenedesmus)、扁藻(Tetraselmisgracilis)、菱形藻(Nitzschia)、富油新绿藻(Neochlorisoleoabundans)、微拟球藻(Nannochloropsis)、杜氏藻(Dunaliella)。在一些实施方案中，所述微藻是尖状栅藻(Scenedesmusacuminatus)。在一些实施方案中，所述微藻的初始接种量为大约5-20％(v/v)，例如大约5％(v/v)、大约10％(v/v)、大约15％(v/v)或大约20％(v/v)。在一些实施方案中，所述微藻接种后的初始细胞干重为大约0.5g/L-大约5g/L。在一些实施方案中，所述培养在大约25-40℃下进行。对于栅藻，例如尖状栅藻，优选所述培养在30℃±2℃下进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微藻异养培养方法，所述方法包括在初始培养中使用以铵盐作为氮源的基础培养基，且在培养过程中采用氨水调节pH值。

【技术特征摘要】
1.一种微藻异养培养方法，所述方法包括在初始培养中使用以铵盐作为氮源的基础培养基，且在培养过程中采用氨水调节pH值。2.权利要求1的方法，其中培养过程中使用以铵盐为氮源或不含氮源的补料培养基进行补料。3.权利要求2的方法，其中所述以铵盐为氮源的补料培养基的碳氮比大于所述基础培养基的碳氮比。4.权利要求3的方法，其中所述基础培养基的碳氮比为10:1至30:1。5.权利要求3的方法，其中所述以铵盐为氮源的补料培养基的碳氮比是所述基础培养基的碳氮比的5-40倍。6.权利要求1-5中任一项的方法，其中所述铵盐选自氯化铵和硫酸铵。7.权利要求1-6中任一项的方法，其中所述基础培养基中的碳源浓度为大约5-40g/L，例如大约5g/L、大约10g/L、大约15g/L、大约20g/L、大约25g/L、大约30g/L、大约35g/L或大约40g/L。8.权利要求1-7中任一项的方法，其中在培养过程中使培养体系中碳源浓度的变化幅度小于或等于大约5g/L。9.权利要求8的方法，在所述培养过程中培养体系中碳源浓度被控制在以下范围：大约0-5g/L、大约5-10g/L、大约10-15g/L、大约15-20g/L、大约20-25g/L、大约25-30g/L或大约35-40g/L。10.权利要求8-9中任一项的方法，其中在培养过程中通过阶段式恒速流加方式向培养体系中添加所述补料培养基。11.权利要求10的方法，其中在培养过程中大约每0.5-3小时测量培养体系中的碳源浓度，并根据测得的碳源浓度调整补料速度，从而使碳源浓度的变化幅度小于或等于大约5g/L。12.权利要求11的方法，所述补料速度为大约0.5g/L/h-大约25g/L/h。13.权利要求1-12中任一项的方法，其中所述基础培养基和补料培养基中的碳源是葡萄糖。14.权利要求1-13中任一项的方法，所述微藻选自小球藻(Chlorella)、眼虫藻(Euglenagracilis)、栅藻(Scenedesmus)、扁藻(Tetraselmisgracilis)、菱形藻(Nitzschia)、富油新绿藻(Neochlorisoleoabundans)、微拟球藻(Nannochloropsis)、杜氏藻(Dunaliella)。15.权利要求1-14中任一项的方法，所述微藻是尖状栅藻(Scenedesmu...

【专利技术属性】
技术研发人员：金虎，韩丹翔，李坤朋，侯国立，徐全，陈剑平，胡强，
申请(专利权)人：国家开发投资公司，中国科学院水生生物研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11