本發(fā)明涉及小球藻的培養(yǎng)技術(shù)，具體涉及一種利用秸稈半纖維素培養(yǎng)小球藻的方法。
背景技術(shù)：
生物柴油是一種綠色可再生的能源，近十幾年來(lái)受到世界各國(guó)的普遍關(guān)注。目前，生物柴油主要來(lái)源于植物和動(dòng)物油脂，世界各國(guó)根據(jù)自身國(guó)情選擇合適的原料，歐盟各國(guó)以菜籽油為原料，美國(guó)、南美洲的巴西 (世界第三大生物柴油產(chǎn)地，2011年250萬(wàn)噸) 和阿根廷 (世界第四大生物柴油產(chǎn)地，2011年230萬(wàn)噸) 主要以大豆油為原料，東南亞國(guó)家主要利用棕櫚油生產(chǎn)生物柴油，日本則以餐廚廢油為主要原料。穩(wěn)定的油脂原料供應(yīng)是當(dāng)前國(guó)外生物柴油產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的關(guān)鍵之一，但現(xiàn)有的產(chǎn)量在第一大產(chǎn)區(qū)歐盟也僅有5%的市場(chǎng)份額，生物柴油的進(jìn)一步發(fā)展將消耗大量的油脂原料，這對(duì)農(nóng)業(yè)和林業(yè)的健康發(fā)展將造成巨大的壓力；特別在人口眾多、人均耕地面積稀少的中國(guó)，大豆和糧油主要依靠進(jìn)口，生物柴油的發(fā)展需在“不與民爭(zhēng)糧油、不與糧油爭(zhēng)地”的原則下積極開(kāi)發(fā)非糧油原料來(lái)源。面對(duì)植物原料生產(chǎn)生物柴油的諸多問(wèn)題，微藻生物柴油越來(lái)越受到各國(guó)的重視。
小球藻是一類(lèi)單細(xì)胞藻類(lèi)，屬于綠藻門(mén)，種類(lèi)繁多，在淡水河海水中均有廣泛分布，在人工培養(yǎng)條件下也能良好生長(zhǎng)，是第一種人工培養(yǎng)的微藻。由于小球藻分布廣、生長(zhǎng)快，易培養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)，成為生產(chǎn)生物柴油的重要原料來(lái)源。小球藻通過(guò)光合作用固定CO2為細(xì)胞生長(zhǎng)和油脂合成提供碳源，固定CO2的速率決定了細(xì)胞生長(zhǎng)和油脂合成的速率。為了提高藻細(xì)胞的生長(zhǎng)速率和合成油脂的速率，很多研究通過(guò)改變微藻培養(yǎng)方式來(lái)達(dá)到這一目的，如利用小球藻兼性化能異養(yǎng)的生長(zhǎng)特性，通過(guò)添加葡萄糖、木薯淀粉水解液、玉米粉水解液、甘油等有機(jī)物為碳源，促進(jìn)小球藻生長(zhǎng)和油脂積累。不論是異養(yǎng)培養(yǎng)，還是混合營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)，都可以減少對(duì)光的依賴(lài)，并顯著提高微藻生產(chǎn)油脂的效率，但是，以葡萄糖、甘油等有機(jī)物作為碳源也導(dǎo)致了生產(chǎn)成本的增加，因此，很多科研團(tuán)隊(duì)探索利用其它廉價(jià)碳源來(lái)降低生產(chǎn)成本，如谷氨酸生產(chǎn)廢水、干酪乳清滲透液、生物柴油工業(yè)廢甘油、市政廢水等。
木質(zhì)纖維素是自然界中儲(chǔ)量最多的可再生資源，占自然界生物量 (100~500億噸) 的50%；農(nóng)業(yè)廢棄物 (麥稈、稻稈、玉米稈、甘蔗渣等) 中纖維素含量30~48%，半纖維素含量20~38%，是當(dāng)前發(fā)展纖維素乙醇的重要原料。研究利用農(nóng)業(yè)廢棄物中半纖維素促進(jìn)小球藻生長(zhǎng)的方法對(duì)節(jié)約微藻生產(chǎn)成本，發(fā)展生物柴油工業(yè)有重要意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)小球藻光合自養(yǎng)生長(zhǎng)慢和生產(chǎn)成本高的特點(diǎn)，利用小球藻兼性化能異養(yǎng)的生長(zhǎng)特性，本發(fā)明提供了一種利用秸稈半纖維素培養(yǎng)小球藻的方法，以纖維弧菌和小球藻構(gòu)建了一種菌藻共培養(yǎng)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，纖維弧菌以秸稈半纖維素為碳源進(jìn)行生長(zhǎng)代謝，其代謝產(chǎn)物為小球藻的混合營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)提供有機(jī)碳源。本方法大大促進(jìn)了小球藻的生長(zhǎng)，縮短了光照培養(yǎng)的時(shí)間，降低了生產(chǎn)成本，可為微藻生物柴油的工業(yè)化生產(chǎn)提供大量低成本原料。
本發(fā)明提供了一種利用秸稈半纖維素培養(yǎng)小球藻的方法，該方法如下：
1）利用堿法處理秸稈提取半纖維素；
2）以纖維弧菌和小球藻構(gòu)建一種菌藻共培養(yǎng)系統(tǒng)；
3）纖維弧菌以秸稈半纖維素為碳源進(jìn)行生長(zhǎng)代謝，代謝產(chǎn)物為小球藻的混合營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)提供有機(jī)碳源。
進(jìn)一步地，所構(gòu)建的共培養(yǎng)系統(tǒng)是將纖維弧菌和小球藻同時(shí)接種到培養(yǎng)基中。
進(jìn)一步地，所用的纖維弧菌為Cellvibriopealriver，保藏于中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心，保藏號(hào)為CGMCC 1.14955，保藏日期為2014年12月21日。
進(jìn)一步地，所述的纖維弧菌Cellvibriopealriver產(chǎn)的木聚糖酶包括內(nèi)切β -木聚糖酶、β -木糖苷酶、α -呋喃阿拉伯糖苷酶、乙酰木聚糖酯酶和α -葡萄糖醛酸苷酶，且其木聚糖的降解產(chǎn)物不是木糖、半乳糖、葡萄糖等還原性的糖。
進(jìn)一步地，所用的小球藻為Chlorella vulgaris。
進(jìn)一步地，共培養(yǎng)系統(tǒng)是指Cellvibriopealriver和Chlorella vulgaris同時(shí)接種到培養(yǎng)基中。
進(jìn)一步地，所用培養(yǎng)基為BG11培養(yǎng)基中添加秸稈半纖維素為碳源。
進(jìn)一步地，混合營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)方式指同時(shí)以所述代謝產(chǎn)物（Cellvibriopealriver木糖代謝產(chǎn)物）和CO2為碳源光照培養(yǎng)Chlorella vulgaris。
進(jìn)一步地，堿法處理秸稈提取半纖維素的具體步驟為：把秸稈機(jī)械粉碎后烘干，過(guò)40目篩，堿性過(guò)氧化氫法處理，離心取上清液，調(diào)節(jié)pH 5.0后蒸發(fā)濃縮，加入3倍體積工業(yè)乙醇，離心收集沉淀，干燥得到半纖維素。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)與技術(shù)效果：
1、本發(fā)明利用秸稈半纖維素培養(yǎng)小球藻，生產(chǎn)成本低；
2、本發(fā)明的方法大大促進(jìn)了小球藻的生長(zhǎng)，縮短了光照培養(yǎng)的時(shí)間，可為微藻生物柴油的工業(yè)化生產(chǎn)提供大量低成本原料。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容作進(jìn)一步的說(shuō)明；下述實(shí)施例是說(shuō)明性的，不是限定性的，不能以下述實(shí)施例來(lái)限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例一：
BG11培養(yǎng)基中添加1g/L的秸稈半纖維素為菌藻共培養(yǎng)培養(yǎng)基，按5%（v/v）的接種量分別接種纖維弧菌Cellvibriopealriver和Chlorella vulgaris FACHB-8（購(gòu)買(mǎi)自武漢中國(guó)科學(xué)院野生生物種質(zhì)庫(kù)——淡水藻種庫(kù)）進(jìn)行共培養(yǎng)；對(duì)照組分別以① BG11和② BG11+1g/L秸稈半纖維素培養(yǎng)基培養(yǎng)C. vulgaris FACHB-8。培養(yǎng)過(guò)程中每天觀察藻生長(zhǎng)情況，培養(yǎng)2d后，實(shí)驗(yàn)組比對(duì)照組的培養(yǎng)液更綠，對(duì)照組①中微藻Chl a為0.55mg/L，對(duì)照組②中微藻Chl a為1.01mg/L，共培養(yǎng)中微藻Chl a達(dá)到3.35mg/L，是對(duì)照組①的6倍多；對(duì)比①和②的結(jié)果，秸稈半纖維素促進(jìn)了小球藻的生長(zhǎng)，可能秸稈半纖維素純度較低，一些物質(zhì)有利于藻細(xì)胞的生長(zhǎng)。綜合上述結(jié)果可知，以秸稈半纖維素為碳源，共培養(yǎng)大大促進(jìn)了C. vulgaris FACHB-8的生長(zhǎng)。
實(shí)施例二：
BG11培養(yǎng)基中添加5g/L的秸稈半纖維素為菌藻共培養(yǎng)培養(yǎng)基，按1%（v/v）的接種量分別接種纖維弧菌Cellvibriopealriver和Chlorella vulgaris FACHB-8進(jìn)行共培養(yǎng)；對(duì)照組分別以① BG11和② BG11+5g/L秸稈半纖維素培養(yǎng)基培養(yǎng)C. vulgaris FACHB-8。培養(yǎng)過(guò)程中每天觀察藻生長(zhǎng)情況和測(cè)定藻微藻Chl a含量，培養(yǎng)2d后，共培養(yǎng)中微藻Chl a達(dá)到2.34mg/L，是對(duì)照組①的3倍多；對(duì)比①和②的結(jié)果，秸稈半纖維素促進(jìn)了小球藻的生長(zhǎng)。
實(shí)施例三：
BG11培養(yǎng)基中添加5g/L的秸稈半纖維素為菌藻共培養(yǎng)培養(yǎng)基，按5%（v/v）的接種量分別接種纖維弧菌Cellvibriopealriver和Chlorella vulgaris FACHB-8進(jìn)行共培養(yǎng)；對(duì)照組分別以① BG11和② BG11+5g/L秸稈半纖維素培養(yǎng)基培養(yǎng)C. vulgaris FACHB-8。培養(yǎng)過(guò)程中每天觀察藻生長(zhǎng)情況和測(cè)定藻微藻Chl a含量，培養(yǎng)2d后，共培養(yǎng)中微藻Chl a達(dá)到5.77mg/L，是對(duì)照組①的5倍多；對(duì)比①和②的結(jié)果，秸稈半纖維素促進(jìn)了小球藻的生長(zhǎng)。