專(zhuān)利名稱：通過(guò)pH值反饋控制補(bǔ)碳培養(yǎng)微藻的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微藻的培養(yǎng)領(lǐng)域，特別是涉及通過(guò)pH反饋控制補(bǔ)加二氧化碳培養(yǎng)微藻的方法。
背景技術(shù)：
微藻富含蛋白質(zhì)、多糖、不飽和脂肪酸等營(yíng)養(yǎng)成分(如螺旋藻)，可用于食品、醫(yī)藥方面；含有多種色素(如紫球藻)，可用于化裝品、生物工程和醫(yī)學(xué)診斷；可以大量積累碳?xì)浠衔铮細(xì)浠衔锖靠烧几芍氐?0％以上(如葡萄藻)，直接用于發(fā)電；某些微藻可以固氮，可用作天然肥料(如魚(yú)腥藻)，通過(guò)營(yíng)養(yǎng)控制可以作為優(yōu)質(zhì)餌料；某些微藻還含有抗生素及毒素，極具藥用價(jià)值。微藻已成為食品、保健品、醫(yī)藥和精細(xì)化工的原料，顯示出巨大的市場(chǎng)潛力。
微藻的培養(yǎng)方式可分為密閉式和開(kāi)放式。開(kāi)放式是指采用開(kāi)放池培養(yǎng)裝置，如跑道池、圓形淺池，它具有技術(shù)簡(jiǎn)單、投資低廉等特點(diǎn)，在螺旋藻、小球藻和鹽藻的工業(yè)化生產(chǎn)中獲得了應(yīng)用(Chaumont D.，J.Appl.Phycol.，1993，5593-604；Bonnin G.，Spirulina Production Engineering Handbook，BECCMA ed.，Nantes，F(xiàn)rance，1992，140-159；Richmond A.，Progress inPhysiological Research，Vol.7，Biopress，Bristol.，1990，269-330；Borowitzka L.T.，Bioresource Technology，1991，38251-252)。密閉式是指采用不同結(jié)構(gòu)的密閉式的光生物反應(yīng)器，如氣升式、攪拌式、管式等，可用于生產(chǎn)高價(jià)值產(chǎn)物(如藥物或保健品)或作為開(kāi)放池培養(yǎng)的種子罐(Hu Q.，J.Appl.Phycol.，1994，6391-396；Carlozzi P.，Appl.Microbiol.Biotecnol.，1996，4518-23；Lee Y.K.，J.Appl.Phycol.，1995，7(1)45-52；Hu Q.，Biotech.Bioeng.，1996，51(1)51-60；WohlgeschaffenG.D.，J.Appl.Phycol.，1992，425-29)。
微藻的生產(chǎn)要消耗CO2，向培養(yǎng)液中添加適量的碳源是提高培養(yǎng)密度的有效手段。可以采用添加NaHCO3、通過(guò)NaHCO3的解離提供CO2，也可以直接向培養(yǎng)體系加入CO2。對(duì)微藻而言，用NaHCO3的補(bǔ)碳效果不如CO2，原因在于隨著CO2的消耗和NaHCO3的解離，會(huì)使培養(yǎng)體系的pH升高，而為了調(diào)節(jié)pH值又需加入鹽酸等，不僅增加了成本，而且使得培養(yǎng)體系的鹽度升高，不利于藻細(xì)胞的生長(zhǎng)。但是到目前為止，CO2的用量靠人工經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)，難以控制到正好滿足藻細(xì)胞的需求，原因在于培養(yǎng)過(guò)程是時(shí)變過(guò)程，體系對(duì)CO2的利用率、實(shí)際吸收速率都隨時(shí)間而變化。
另一方面，在微藻培養(yǎng)中維持一定的pH值有利于微藻的正常生長(zhǎng)和代謝。調(diào)節(jié)pH一般采用加酸或加堿。最簡(jiǎn)單的自動(dòng)控制方式是開(kāi)關(guān)控制，其工作過(guò)程是，當(dāng)pH超出設(shè)定值時(shí)裝置自動(dòng)向體系中加酸，當(dāng)pH低于設(shè)定值時(shí)，裝置自動(dòng)向體系中加堿，從而維持一定的pH值。此外，還可以采用PID控制等控制方式，以獲得更高的控制精度。但是，不論采用何種控制方式，其原理都是用酸堿調(diào)節(jié)pH。對(duì)微藻培養(yǎng)而言，這樣的裝置運(yùn)行時(shí)不穩(wěn)定，原因在于CO2的輸入量靠人工經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)。如果加入速率超過(guò)藻細(xì)胞的消耗速率，則體系的pH下降，使得pH控制裝置自動(dòng)加堿；如果加入速率低于藻細(xì)胞的消耗速率，隨著CO2的消耗和HCO3-的解離，體系的pH會(huì)升高，使得pH控制裝置自動(dòng)加酸，結(jié)果是裝置中產(chǎn)生了無(wú)用的鹽，又浪費(fèi)了資源。
使用CO2電極直接控制CO2的濃度，即采用CO2電極測(cè)定CO2的濃度，將測(cè)定信號(hào)反饋給儀表，然后由儀表控制CO2的添加，可使得CO2的濃度處于一定的范圍。但是，這樣的控制方式也面臨著問(wèn)題。一是CO2電極昂貴；二是CO2電極響應(yīng)滯后，CO2濃度控制精度不高；三是仍不能避免由CO2電極控制的CO2的添加引起pH變化從而導(dǎo)致pH控制裝置啟動(dòng)加酸或加堿。就是說(shuō)，pH控制和CO2濃度的控制相互干擾，導(dǎo)致裝置誤加料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的在于克服采用NaHCO3補(bǔ)碳效果不佳，且會(huì)使培養(yǎng)體系的pH升高，增加成本；而直接通入CO2補(bǔ)碳時(shí)難以控制CO2的加入量正好滿足藻細(xì)胞的消耗，同時(shí)也干擾pH本身的控制問(wèn)題等，提供一種通過(guò)pH反饋控制補(bǔ)加二氧化碳培養(yǎng)微藻的方法。
本發(fā)明的再一目的是提供一種用于通過(guò)pH反饋控制補(bǔ)加二氧化碳培養(yǎng)微藻方法的設(shè)備。
本發(fā)明提供的通過(guò)pH反饋控制補(bǔ)加二氧化碳培養(yǎng)微藻的方法，是基于這樣的構(gòu)思由于微藻生長(zhǎng)需要消耗無(wú)機(jī)碳源。pH值與CO2的濃度相關(guān)聯(lián)。隨著游離CO2的消耗，pH值升高，而如果向溶液中補(bǔ)充CO2，pH則下降。將pH設(shè)定在一定范圍內(nèi)或一定值，當(dāng)pH超過(guò)設(shè)定值時(shí)，及時(shí)供給CO2，使pH值回落到正常范圍，則此時(shí)加入的CO2就補(bǔ)充了在此之前消耗的CO2，因而就可以實(shí)現(xiàn)將pH控制在一定范圍內(nèi)并同時(shí)補(bǔ)充CO2的效果。
本發(fā)明的通過(guò)pH值反饋控制補(bǔ)碳培養(yǎng)微藻的方法包括以下步驟(1).將培養(yǎng)基加入到培養(yǎng)裝置內(nèi)，根據(jù)藻的特點(diǎn)、培養(yǎng)基的特點(diǎn)或培養(yǎng)目的選用滅/除菌方法并實(shí)施滅/除菌；(2).將微藻種液接入步驟(1)滅/除菌后的培養(yǎng)基中，接種密度為常規(guī)(接種量一般是微藻種液占培養(yǎng)基總量的1～10％)，控制適宜的溫度、光照，培養(yǎng)溫度為(10～40℃)、光強(qiáng)為(30～300μmol photon·m-2·s-1)，適度機(jī)械攪拌或用空氣攪拌；(3).根據(jù)藻的需要和采用的控制方式，預(yù)設(shè)培養(yǎng)液的pH值為5～13之間和其它控制參數(shù)(依采用的控制方式而異。如果用開(kāi)關(guān)控制，需要設(shè)定開(kāi)位的流量、擬控制的波動(dòng)幅度、延遲時(shí)間等；如果用PID控制，需要設(shè)定比例、積分、微分常數(shù)等；以及設(shè)定數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理、報(bào)警等所需的參數(shù))；(4).培養(yǎng)過(guò)程中，根據(jù)培養(yǎng)液pH的實(shí)際測(cè)定值與預(yù)設(shè)培養(yǎng)液的pH值的差別，補(bǔ)充CO2，使培養(yǎng)體系的pH值保持在預(yù)設(shè)點(diǎn)附近的一定范圍內(nèi)(該范圍可大可小，取決于培養(yǎng)對(duì)象、培養(yǎng)工藝的要求和控制儀表及傳感器的測(cè)量精度和響應(yīng)時(shí)間，±0.1至±1.0的范圍都可以)。培養(yǎng)至藻細(xì)胞密度或者濃度達(dá)到預(yù)定值或者一定的時(shí)間或者其它可以終止培養(yǎng)的條件出現(xiàn)。這樣，既維持了pH，又不使體系過(guò)多積累CO2，同時(shí)補(bǔ)充了碳源，改善了藻細(xì)胞的培養(yǎng)，還提高了CO2的利用率。
所述補(bǔ)充的CO2可以是除塵煙道氣、工業(yè)CO2氣體、混合有CO2的空氣或其它氣體、液態(tài)CO2，或者溶解有CO2的水溶液。這些用來(lái)提供CO2的混合物(特指煙道氣)也可包含氮氧化物、硫氧化物等成分，在為微藻提供碳源的同時(shí)提供氮源和硫源(氮源和硫源也可以水溶液的形式另外提供)。
所述的微藻包括雨生紅球藻、鹽藻、螺旋藻、小球藻、紫球藻、魚(yú)腥藻或聚球藻等。
所述的培養(yǎng)基可以是本領(lǐng)域熟知的任意適合微藻生長(zhǎng)的培養(yǎng)基，如SM培養(yǎng)基、ASP2培養(yǎng)基、Zarrouk培養(yǎng)基、BG-11培養(yǎng)基、Medium A培養(yǎng)基等。
可利用如下設(shè)備實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的通過(guò)pH反饋控制補(bǔ)加二氧化碳進(jìn)行微藻培養(yǎng)的方法，設(shè)備示意圖如圖1所示(圖1中省略了流量計(jì)、其它閥門(mén)、過(guò)濾器及其它輔助裝置)。其包括pH傳感器(電極)1、接收pH信號(hào)并發(fā)出控制指令(開(kāi)關(guān)信號(hào)、模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào))的控制裝置2(能接收pH傳感器發(fā)送的模擬或數(shù)字信號(hào)，并給執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出模擬或數(shù)字指令的儀表或計(jì)算機(jī)，如帶開(kāi)關(guān)控制的pH計(jì))、提供CO2來(lái)源的裝置3、執(zhí)行機(jī)構(gòu)4(可以執(zhí)行控制裝置2的指令以調(diào)節(jié)二氧化碳的流量，如電磁閥、氣動(dòng)閥、液動(dòng)閥或其它，可以是兩位、多位或連續(xù)調(diào)節(jié)開(kāi)度)、微藻培養(yǎng)裝置5和其它氣(如空氣)源提供裝置6。pH傳感器1與控制裝置2之間通過(guò)電纜連接或者無(wú)線連接，將pH傳感器1獲得的pH測(cè)定值傳送給控制裝置2，控制裝置2的信號(hào)輸出口與執(zhí)行機(jī)構(gòu)4的信號(hào)輸入口通過(guò)電纜連接或者無(wú)線連接以傳遞執(zhí)行指令，CO2來(lái)源裝置3的輸出口通過(guò)管道與執(zhí)行機(jī)構(gòu)4的輸入口連通，執(zhí)行機(jī)構(gòu)4的輸出口通過(guò)管道與微藻培養(yǎng)裝置5的輸入口連通，其它氣源提供裝置6的輸出口通過(guò)管道與微藻培養(yǎng)裝置5的輸入口連通。
培養(yǎng)裝置5另外還有用于混合培養(yǎng)液的攪拌或通氣裝置、有光照裝置用于提供光源，光源可以是人工光源或自然光。培養(yǎng)裝置5可以是密閉式的反應(yīng)器(容器)或敞開(kāi)式的培養(yǎng)池。氣源提供裝置6通常提供的是空氣，用以進(jìn)行氣體攪拌，當(dāng)不需要?dú)怏w攪拌時(shí)，氣源提供裝置6為非必需。
所述的CO2來(lái)源裝置3與執(zhí)行機(jī)構(gòu)4、執(zhí)行機(jī)構(gòu)4與微藻培養(yǎng)裝置5，以及氣源提供裝置6與微藻培養(yǎng)裝置5連結(jié)的管道上進(jìn)一步安裝有流量計(jì)、閥門(mén)和/或過(guò)濾器。(注過(guò)濾器取決于氣源是否潔凈和培養(yǎng)工藝是否要求除菌)本發(fā)明的方法利用了pH檢測(cè)和控制技術(shù)，在培養(yǎng)裝置內(nèi)培養(yǎng)微藻細(xì)胞，維持了體系的pH值的同時(shí)又將二氧化碳補(bǔ)充給藻液，實(shí)現(xiàn)了微藻培養(yǎng)中自動(dòng)補(bǔ)碳、自動(dòng)控制pH值。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)益之處在于1)取代用NaHCO3為碳源時(shí)，培養(yǎng)過(guò)程的pH升高、不得不加酸來(lái)調(diào)節(jié)pH的技術(shù)路線，還節(jié)約NaHCO3和酸，直接利用CO2；2)使得直接利用CO2為碳源，同時(shí)又維持了pH值。消除了CO2對(duì)常規(guī)pH控制的干擾而引起的常規(guī)pH控制裝置超量加酸加堿。
3)比直接利用CO2電極控制CO2的添加從而控制CO2濃度的控制方式，既節(jié)約成本，又消除了CO2控制與pH控制的相互干擾；4)方便實(shí)施，操作簡(jiǎn)單，并可以縮短生產(chǎn)周期，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1.應(yīng)用于本發(fā)明的方法的設(shè)備示意圖。
附圖標(biāo)記1.pH傳感器(電極) 2.控制裝置 3.CO2來(lái)源裝置4.執(zhí)行機(jī)構(gòu) 5.微藻培養(yǎng)裝置 6.氣源提供裝置具體實(shí)施方式
實(shí)施例1.
請(qǐng)參見(jiàn)圖1，其中，pH傳感器1為市售可蒸汽消毒的pH電極，控制裝置2為帶開(kāi)關(guān)控制的pH計(jì)，CO2氣源裝置3由鋼瓶提供，執(zhí)行機(jī)構(gòu)4是兩位常閉電磁閥(通徑8毫米)，微藻培養(yǎng)裝置5是20升氣升式光生物反應(yīng)器(中國(guó)專(zhuān)利ZL99213569.9)，氣源提供裝置6是空氣壓縮機(jī)(提供空氣)。管路中還安裝有必要的流量計(jì)、過(guò)濾器和閥門(mén)等。在該20升氣升式光生物反應(yīng)器中培養(yǎng)雨生紅球藻(Haematococcus pluvialis-F712，中國(guó)科學(xué)院典型培養(yǎng)物保藏委員會(huì)淡水藻種庫(kù))。
培養(yǎng)基是用普通自來(lái)水配制的SM培養(yǎng)基。
通入熱蒸汽使氣升式光生物反應(yīng)器中的培養(yǎng)基沸騰20分鐘滅菌，冷卻后通過(guò)反應(yīng)器的接種口接入種液，反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)基體積16升。初始藻細(xì)胞密度為1.0×105cells/mL。反應(yīng)器內(nèi)的溫度控制在25±0.5℃，光照強(qiáng)度為3400Lux(或64μmol photon m-2s-1)。在控制裝置2的儀表上將培養(yǎng)液的pH值設(shè)定在7.0，通入的空氣流量為0.6L/分鐘，二氧化碳的流量為80mL/分鐘(電磁閥開(kāi))或0(電磁閥閉)。培養(yǎng)過(guò)程中，控制裝置的儀表根據(jù)測(cè)定的培養(yǎng)液的pH和設(shè)定的培養(yǎng)液的pH的差別，自動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電磁閥4以調(diào)節(jié)培養(yǎng)液的pH。培養(yǎng)過(guò)程中培養(yǎng)液的pH值保持在7.0±0.15范圍內(nèi)。培養(yǎng)3天時(shí)，藻細(xì)胞密度達(dá)到7.23×106cells/mL，3天的平均生長(zhǎng)速率為0.85d-1，獲得的雨生紅球藻粉的常規(guī)成分、氨基酸、脂肪酸以及類(lèi)胡蘿卜素的組成及含量與文獻(xiàn)報(bào)道以及Aquasearch公司的產(chǎn)品NutraxanTM基本相似，總蝦青素的含量為2.24％。
對(duì)比不控制培養(yǎng)液的pH的情況通入空氣量為0.6L/分鐘，二氧化碳流量為20mL/分鐘，4天的平均生長(zhǎng)速率為0.71d-1，培養(yǎng)4d時(shí)藻細(xì)胞密度為6.57×106cells/mL，而培養(yǎng)液的pH值從6.9上升到10.5；通入空氣量為0.6L/分鐘，二氧化碳流量為40mL/分鐘，4天的平均生長(zhǎng)速率為0.74d-1，培養(yǎng)4d時(shí)藻細(xì)胞密度為6.76×106cells/mL，而培養(yǎng)液的pH值從6.9下降到6.4；而在一定的二氧化碳流量下，采用加鹽酸和加NaOH來(lái)控制培養(yǎng)液的pH的培養(yǎng)不成功。
實(shí)施例2.
所用設(shè)備同實(shí)施例1。在反應(yīng)器中培養(yǎng)杜氏鹽藻(Dunaliella salina1009，天津塘沽輕工部制鹽研究所)。
培養(yǎng)基是用蒸餾水配制的ASP2培養(yǎng)基(去掉其中的維生素溶液和緩沖液)。配制培養(yǎng)基時(shí)為避免產(chǎn)生沉淀，將ASP2培養(yǎng)基中的MgSO4和CaCl2先分別溶解，在其它成分溶解并用足夠量蒸餾水稀釋后再加入這兩種成分。再加入終濃度為12％的NaCl。
培養(yǎng)基不經(jīng)過(guò)滅菌，直接通過(guò)反應(yīng)器的接種口接入種液，反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)基體積16升。初始藻細(xì)胞密度為8×104cells/ml。反應(yīng)器內(nèi)的溫度控制在30±0.5℃。光照由反應(yīng)器外圍的15根36W日光燈和內(nèi)光源的一根日光燈提供，平均每升藻液所得光能2W/L。在控制儀表2上將培養(yǎng)液的pH值設(shè)定在8.0，通入的空氣流量為0.16L/分鐘，二氧化碳的流量為30mL/分鐘(電磁閥開(kāi))或0(電磁閥閉)。培養(yǎng)過(guò)程中，儀表根據(jù)測(cè)定的培養(yǎng)液的pH和設(shè)定的培養(yǎng)液的pH的差別，自動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉電磁閥4以調(diào)節(jié)培養(yǎng)液的pH。培養(yǎng)過(guò)程中培養(yǎng)液的pH值保持在8.0±0.15范圍內(nèi)，培養(yǎng)2d時(shí)藻細(xì)胞密度為1.5×105cells/mL，培養(yǎng)4d時(shí)藻細(xì)胞密度為1.92×106cells/mL，培養(yǎng)6d時(shí)藻細(xì)胞密度為2.23×106cells/mL。
對(duì)比不控制培養(yǎng)液的pH的情況通入空氣量為0.16L/分鐘，二氧化碳流量為10mL/分鐘。培養(yǎng)2d時(shí)藻細(xì)胞密度為1.0×105cells/mL，而培養(yǎng)液的pH值從8.0下降到7.2；培養(yǎng)4d時(shí)藻細(xì)胞密度為1.42×106cells/mL，而培養(yǎng)液的pH值上升到10.2；培養(yǎng)7d時(shí)藻細(xì)胞密度為1.63×106cells/mL，而培養(yǎng)液的pH值下降到9.5。通入空氣量為0.16L/分鐘、二氧化碳流量為20mL/分鐘，培養(yǎng)2d時(shí)藻細(xì)胞密度為0.87×105cells/mL，而培養(yǎng)液的pH值從8.0下降到6.5；培養(yǎng)4d時(shí)藻細(xì)胞密度為1.14×106cells/mL，而培養(yǎng)液的pH值上升到8.5；培養(yǎng)7d時(shí)藻細(xì)胞密度為1.73×106cells/mL，而培養(yǎng)液的pH值上升到9.2。而在一定的二氧化碳流量下，采用加鹽酸和加NaOH來(lái)控制培養(yǎng)液的pH的培養(yǎng)不成功。
實(shí)施例3.
所用設(shè)備同實(shí)施例1。在反應(yīng)器中培養(yǎng)鈍頂螺旋藻(SpirulinaPlatensis，439，中國(guó)科學(xué)院典型培養(yǎng)物保藏委員會(huì)淡水藻種庫(kù))。
培養(yǎng)基是用去離子水配制的Zarrouk培養(yǎng)基。
通入熱蒸汽使培養(yǎng)基沸騰20分鐘滅菌，冷卻后通過(guò)反應(yīng)器的接種口接入種液，反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)基體積16升。初始藻細(xì)胞濃度為0.02g/L。反應(yīng)器內(nèi)的溫度控制在30±1℃。光照強(qiáng)度為127μmol photon m-2s-1。在控制儀表2上將培養(yǎng)液的pH值設(shè)定在9.4，通入的空氣流量為5.0L/分鐘，二氧化碳的流量為70mL/分鐘(電磁閥開(kāi))或0(電磁閥閉)。培養(yǎng)過(guò)程中，儀表根據(jù)測(cè)定的培養(yǎng)液的pH和設(shè)定的培養(yǎng)液的pH的差別，自動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉電磁閥4以調(diào)節(jié)培養(yǎng)液的pH。培養(yǎng)過(guò)程中培養(yǎng)液的pH值保持在9.4±0.15范圍內(nèi)。培養(yǎng)11天時(shí)，藻細(xì)胞濃度達(dá)到4.8g/L。
對(duì)比不控制pH的情況通入空氣量為5.0L/分鐘，二氧化碳流量為60mL/分鐘，培養(yǎng)13d時(shí)藻細(xì)胞濃度為4.1g/L，而培養(yǎng)液的pH值從9.4下降到8.8；二氧化碳流量為40mL/分鐘，培養(yǎng)13d時(shí)藻細(xì)胞濃度為2.36g/L，而培養(yǎng)液的pH值從9.4上升到10.5；而在一定的二氧化碳流量下，采用加鹽酸和加NaOH來(lái)控制培養(yǎng)液的pH的培養(yǎng)不成功。
實(shí)施例4.
所用設(shè)備同實(shí)施例1。在反應(yīng)器中培養(yǎng)鈍頂螺旋藻(SpirulinaPlatensis，439，中國(guó)科學(xué)院典型培養(yǎng)物保藏委員會(huì)淡水藻種庫(kù))。
培養(yǎng)基是用去離子水配制的Zarrouk培養(yǎng)基(去掉其中的NaHCO3)。
通入熱蒸汽使培養(yǎng)基沸騰20分鐘滅菌，冷卻后通過(guò)反應(yīng)器的接種口接入種液，反應(yīng)器內(nèi)培養(yǎng)基體積16升。初始藻細(xì)胞濃度為0.02g/L。反應(yīng)器內(nèi)的溫度控制在30±1℃。光照強(qiáng)度為127μmol photon m-2s-1。在控制儀表2上將培養(yǎng)液的pH值設(shè)定在8.0，通入的空氣流量為5.0L/分鐘，二氧化碳的流量為70mL/分鐘(電磁閥開(kāi))或0(電磁閥閉)。培養(yǎng)過(guò)程中，儀表根據(jù)測(cè)定的培養(yǎng)液的pH和設(shè)定的培養(yǎng)液的pH的差別，自動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉電磁閥4以調(diào)節(jié)培養(yǎng)液的pH。培養(yǎng)過(guò)程中培養(yǎng)液的pH值保持在8.0±0.15范圍內(nèi)，培養(yǎng)13天時(shí)，藻細(xì)胞濃度達(dá)到3.1g/L。
對(duì)比不控制pH的情況通入空氣量為5.0L/分鐘，二氧化碳流量為60mL/分鐘，培養(yǎng)13d時(shí)藻細(xì)胞濃度為2.45g/L，而培養(yǎng)液的pH值從8.0下降到7.4；二氧化碳流量為50mL/分鐘，培養(yǎng)13d時(shí)藻細(xì)胞濃度為2.33g/L，而培養(yǎng)液的pH值從8.0上升到8.5；而在一定的二氧化碳流量下，采用加鹽酸和加NaOH來(lái)控制培養(yǎng)液的pH的培養(yǎng)不成功。
實(shí)施例5.
所用設(shè)備同實(shí)施例1。其中培養(yǎng)裝置5為2.5L氣升式光生物反應(yīng)器(ZL01142298.X公開(kāi))。在反應(yīng)器中培養(yǎng)魚(yú)腥藻7120(Anabaena sp.PCC7120，法國(guó)巴斯德研究所)。
培養(yǎng)基是用去離子水配制的BG-11培養(yǎng)基。
將裝有2L培養(yǎng)液的反應(yīng)器在高壓蒸汽滅菌鍋中高溫滅菌，冷卻至室溫，在超凈臺(tái)內(nèi)將150mL種液接入。初始藻細(xì)胞密度為0.04克/升。反應(yīng)器內(nèi)的溫度控制在29±1℃，光強(qiáng)為100μmol.m-2.s-1。在控制儀表2上將培養(yǎng)液的pH值設(shè)定在7.5，通入的空氣流量為0.4L/分鐘，二氧化碳的流量為20mL/分鐘(電磁閥開(kāi))或0(電磁閥閉)。培養(yǎng)過(guò)程中，儀表根據(jù)測(cè)定的培養(yǎng)液的pH和設(shè)定的培養(yǎng)液的pH的差別，自動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉電磁閥4以調(diào)節(jié)培養(yǎng)液的pH。培養(yǎng)過(guò)程中培養(yǎng)液的pH值保持在7.5±0.1范圍內(nèi)，培養(yǎng)8d時(shí)藻細(xì)胞濃度為4.1g/L。
對(duì)比不控制pH的情況通入空氣量為0.4L/分鐘，二氧化碳流量為6mL/分鐘，培養(yǎng)8d時(shí)藻細(xì)胞濃度為2.86g/L，而培養(yǎng)液的pH值從7.5上升到8.8；二氧化碳流量為12mL/分鐘，培養(yǎng)8d時(shí)藻細(xì)胞濃度為3.36g/L，而培養(yǎng)液的pH值從7.5下降到6.9；二氧化碳流量為20mL/分鐘，培養(yǎng)8d時(shí)藻細(xì)胞濃度為2.55g/L，而培養(yǎng)液的pH值從7.5下降到6.2；而在一定的二氧化碳流量下，采用加鹽酸和加NaOH來(lái)控制培養(yǎng)液的pH的培養(yǎng)不成功。
實(shí)施例6.
所用設(shè)備同實(shí)施例1。在反應(yīng)器中培養(yǎng)轉(zhuǎn)hTNF-α基因聚球藻7002(trans-hTNF-αSynechococcus sp.PCC7002，中國(guó)科學(xué)院植物研究所；原始藻種PCC7002，法國(guó)巴斯德研究所)培養(yǎng)基是用蒸餾水配制的Medium A培養(yǎng)基(去掉其中的緩沖液；VitaminB12在消毒后再加入到培養(yǎng)基中)。
將裝有2L培養(yǎng)液的反應(yīng)器在高壓蒸汽滅菌鍋中高溫滅菌，冷卻至室溫，在超凈臺(tái)內(nèi)將150mL種液接入，并加入終濃度均為50μg/ml的氨芐青霉素和硫酸鏈霉素。初始藻細(xì)胞密度為0.04克/升。反應(yīng)器內(nèi)的溫度控制在35±0.5℃，光強(qiáng)為100μmol.m-2.s-1。在控制儀表2上將培養(yǎng)液的pH值設(shè)定在8.2，通入的空氣流量為0.2L/分鐘，二氧化碳的流量為10mL/分鐘(電磁閥開(kāi))或0(電磁閥閉)。培養(yǎng)過(guò)程中，儀表根據(jù)測(cè)定的培養(yǎng)液的pH和設(shè)定的培養(yǎng)液的pH的差別，自動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉電磁閥4以調(diào)節(jié)培養(yǎng)液的pH。培養(yǎng)過(guò)程中培養(yǎng)液的pH值保持在8.2±0.15范圍內(nèi)，培養(yǎng)8d時(shí)藻細(xì)胞濃度為3.5g/L。
對(duì)比不控制pH的情況通入空氣量為0.2L/分鐘，二氧化碳流量為2mL/分鐘，培養(yǎng)5d時(shí)藻細(xì)胞濃度為1.7g/L，而培養(yǎng)液的pH值從8.2上升到9.2；二氧化碳流量為6mL/分鐘，培養(yǎng)5d時(shí)藻細(xì)胞濃度為2.8g/L，而培養(yǎng)液的pH值從8.2下降到7.6；二氧化碳流量為10mL/分鐘，培養(yǎng)5d時(shí)藻細(xì)胞濃度為2.2g/L，而培養(yǎng)液的pH值從8.2下降到6.7；而在一定的二氧化碳流量下，采用加鹽酸和加NaOH來(lái)控制培養(yǎng)液的pH的培養(yǎng)不成功。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)pH反饋控制補(bǔ)加二氧化碳進(jìn)行微藻培養(yǎng)的方法，其特征是該方法包括以下步驟(1).將微藻種液接入到培養(yǎng)基中；(2).預(yù)設(shè)培養(yǎng)液的pH值；(3).根據(jù)培養(yǎng)液的pH的實(shí)際測(cè)定值與預(yù)設(shè)培養(yǎng)液的pH值的差別，補(bǔ)充CO2，使培養(yǎng)體系的pH值保持在預(yù)設(shè)點(diǎn)±0.1至±1.0附近，培養(yǎng)至藻細(xì)胞密度或者濃度達(dá)到預(yù)定值，或者所需的時(shí)間，或者可以終止培養(yǎng)的條件出現(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的步驟(1)的接種密度為微藻種液占培養(yǎng)基總量的1～10％，溫度為10～40℃、光強(qiáng)為30～300μmol photon·m-2·s-1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的步驟(2)預(yù)設(shè)培養(yǎng)液的pH值為5～13。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述補(bǔ)充的CO2是除塵煙道氣、工業(yè)CO2氣體、混合有CO2的空氣、液態(tài)CO2或溶解有CO2的水溶液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是所述的微藻包括雨生紅球藻、鹽藻、螺旋藻、小球藻、紫球藻、魚(yú)腥藻或聚球藻。
6.一種用于權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)所述的方法的設(shè)備，該設(shè)備包括pH傳感器(1)、接收pH信號(hào)并發(fā)出控制指令的控制裝置(2)、提供CO2氣源的裝置(3)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)(4)、微藻培養(yǎng)裝置(5)和氣源提供裝置(6)，其特征是pH傳感器(1)與控制裝置(2)之間通過(guò)電纜連接或者無(wú)線連接，將pH傳感器(1)獲得的pH測(cè)定值傳送給控制裝置(2)，控制裝置(2)的信號(hào)輸出口與執(zhí)行機(jī)構(gòu)(4)的信號(hào)輸入口通過(guò)電纜連接或者無(wú)線連接以傳遞執(zhí)行指令，CO2來(lái)源裝置(3)的輸出口通過(guò)管道與執(zhí)行機(jī)構(gòu)(4)的輸入口連通，執(zhí)行機(jī)構(gòu)(4)的輸出口通過(guò)管道與微藻培養(yǎng)裝置(5)的輸入口連通，氣源提供裝置(6)的輸出口通過(guò)管道與微藻培養(yǎng)裝置(5)的輸入口連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征是所述的培養(yǎng)裝置(5)是密閉式的反應(yīng)器或敞開(kāi)式的培養(yǎng)池。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的裝置，其特征是所述的培養(yǎng)裝置(5)里有用于混合培養(yǎng)液的攪拌或通氣裝置以及光照裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征是所述的CO2來(lái)源裝置(3)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)(4)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)(4)與微藻培養(yǎng)裝置(5)，以及氣源提供裝置(6)與微藻培養(yǎng)裝置(5)連結(jié)的管道上進(jìn)一步安裝有流量計(jì)、閥門(mén)和/或過(guò)濾器。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征是所述的控制裝置(2)是能接收pH傳感器發(fā)送的模擬或數(shù)字信號(hào)，并給執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出模擬或數(shù)字指令的儀表或計(jì)算機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明屬于微藻的培養(yǎng)領(lǐng)域，特別是涉及通過(guò)pH反饋控制補(bǔ)加二氧化碳培養(yǎng)微藻的方法。本發(fā)明預(yù)設(shè)培養(yǎng)液的pH值在一定范圍內(nèi)，根據(jù)培養(yǎng)液的pH的實(shí)際測(cè)定值與預(yù)設(shè)值的差別，補(bǔ)充CO
文檔編號(hào)C12M3/00GK1724637SQ200410009360
公開(kāi)日2006年1月25日 申請(qǐng)日期2004年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月21日
發(fā)明者叢威, 康瑞娟, 蔡昭鈴 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所