雨生红球藻规模化培养工艺的构建及相关生物学特性的研究

IOCAS-IR > 海洋环流与波动重点实验室

	雨生红球藻规模化培养工艺的构建及相关生物学特性的研究
	刘伟
学位类型	博士
	2006-06-15
学位授予单位	中国科学院海洋研究所
学位授予地点	海洋研究所
关键词	雨生红球藻规模化培养光生物反应器光衰减混合营养工艺
摘要	虾青素是一种极具开发潜力的类胡萝卜素，在食品、饲料、化妆品、医药等领域有着广阔的应用前景。利用雨生红球藻在特定条件下大量积累虾青素的能力进行生产是最具发展潜力的虾青素开发途径，受到了国内外学者的广泛关注。随着雨生红球藻实验室研究工作的逐步成熟，人们开始将目光转向该藻的室外规模化培养。受雨生红球藻自身生物学特性和规模培养用光生物反应器设计的限制，在规模化培养过程中存在很多科学和技术问题，集中表现在如防治生物污染困难、培养规模难以扩大等方面。需要构建新型可规模放大的光生物反应器并研究其相关性能，探讨规模化培养过程中出现的某些生物学问题，为雨生红球藻规模化开发进一步提供应用基础。通过多年的工作，首先构建了用于微藻培养的三种新型的光生物反应器（即柱式、管道、生物幕光生物反应器）。其中，上述柱式反应器结构简单、成本低廉，能够有效提高培养液的混合效果；管道反应器理论上可突破管道长度限制，大大超过传统管道反应器的培养体积；生物幕反应器从原理上解决了生物污染的问题，可以使红球藻细胞累积的虾青素含量大大提高。在此基础上，将上述三种光生物反应器有机搭配在一起，组成了从藻种、扩大培养、虾青素积累、到敌害生物防治和藻体收获等一整套工艺流程。该工艺技术能够较好的控制红球藻培养过程中的温度、光线、溶氧和pH等相关指标在适宜的范围内。并成功实现红球藻的规模化生产，藻粉质量优良。本研究进一步分析了光线在雨生红球藻藻液中的光衰减特性。通过分析和拟合，研究了光强、光径、藻密度之间的关系，得出光线通过雨生红球藻藻液时的光衰减方程：I=I0exp[-(0.113+0.94OD750)L]。并利用此方程，结合两种规模化培养光生物反应器（柱式和管道）的构造得出了两种反应器的平均光强方程，分别为Iavg＝I0[2αr0+3exp(-αr0)-(1+αr0)exp(-2αr0)-2]/(α2r02)和Iavg＝2I0[αr0+exp(-αr0)-1]/(α2r02)，其中α= 0.113+0.94OD750，R2=0.9893。利用这两个方程可以在规模化培养红球藻过程中，适时根据太阳光强度的变化调整反应器的入射光强，保证红球藻处于适宜的光照条件下。另外，本研究还探讨了雨生红球藻在不同温度和光照条件下的混合营养生长。结果表明，在较高的温度24℃和较弱的光强24EM-2S-1条件下，红球藻维持较高的生长速率，可获得较高生物量。室外雨生红球藻的规模化混合营养培养实验表明，在较为寒冷的冬季和春季，混合营养培养能够大幅度提高雨生红球藻的生长速率和最终生物量，是一种非常有前途的规模化红球藻培养方式。在上述工作基础上，比较了本技术与传统的开放池技术在不同季节规模化培养雨生红球藻生产虾青素的效果，前者比后者的年培养天数大约提高了3倍，在每个批次培养中细胞生长所需时间缩短了20%，藻生物量提高了至少1.75倍，虾青素累积所需时间缩短了40%，虾青素含量提高了4倍，全年培养红球藻生产虾青素的效率有很大提高（理论上共提高了35倍），较为成功地构建了一套雨生红球藻规模化培养模式。
页数	67
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.qdio.ac.cn/handle/337002/723
专题	海洋环流与波动重点实验室
推荐引用方式 GB/T 7714	刘伟. 雨生红球藻规模化培养工艺的构建及相关生物学特性的研究[D]. 海洋研究所. 中国科学院海洋研究所,2006.

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