小球藻立体管道光生物反应器的发酵方法及其制得的小球藻的使用方法
【专利摘要】本发明涉及生物工程技术领域，公开了一种小球藻立体管道光生物反应器的发酵方法及其制得的小球藻的使用方法。本发明包括以下步骤：(1)将沼液或营养液放入立体管道光生物反应器中，接入小球藻种，加入氨基乙酰丙酸或其盐酸盐，充分混合；(2)通入高纯CO2气体，通气量为1.0?2.5vvm，通过自动化系统控制湍流参数，湍流度为1?5％，控制溶氧量不低于16％，连续发酵；(3)发酵次日起，每日加入氨基乙酰丙酸或其盐酸盐，充分混合；(4)连续发酵3?4d后，发酵液由无色变为深绿色，即为成熟小球藻液。本发明发酵周期短，CO2转化率高，避免了环境条件的影响，有效隔绝了杂菌感染的危害，可连续发酵。
【专利说明】
小球藻立体管道光生物反应器的发酵方法及其制得的小球藻 的使用方法
技术领域
[0001] 本发明设及生物工程技术领域，特别是设及一种用于的小球藻立体管道光生物反 应器的发酵方法及其制得的小球藻的使用方法。
【背景技术】
[0002] 小球藻含有丰富的蛋白质、氨基酸、色素和多不饱和脂肪酸等，营养全面，具有极 其丰富的营养成分和优良的医疗保健作用。小球藻蛋白质含量高达50%-67%，其中含有人 体所必须的20种氨基酸、多种维生素和微量元素，W及亚麻酸、亚油酸、类胡萝h素等成分。 小球藻中富含小球藻生长因子(CGF )，能迅速恢复养殖动物机体造成的损伤。小球藻中含有 的生物活性物质糖蛋白、多糖体W及高达13%的核酸等物质，具有显著的抑瘤抗癌、增强免 疫及抗病毒感染的活性。
[0003] 早在20世纪40年代，世界上已经有许多科学研究机构和畜牧养殖场将小球藻应用 于人的保健品，W及家禽、牲畜、伴侣动物、鱼邮养殖、蜜蜂和桑蚕养殖业。大量实验证明，小 球藻对人体健康，W及幼畜的存活率、生产性能和产品质量的提高都有明显的效果。
[0004] 目前，欧美发达国家对小球藻在保健品和生物饲料上的开发利用十分普遍。国际 市场年消费小球藻产品干物质约1万吨，仅日本年消费小球藻产品干物质达10亿美元W上。 目前采用的生产方式大多为跑道式养殖池或袋式光合培养，运种培养方式受气候条件(溫 度、光照等）的影响比较大，而且易受敌害(轮虫、纤毛虫等）的侵袭，占地和耗水量大，产品 生产成本较高，养殖产量低且难W稳定。
[0005] 中国专利CN103060199B"异养小球藻的半连续发酵方法"中公开了一种向培养基 接种异养小球藻，采用扩培法发酵的半连续发酵方法，满足了比较大的培养基/种子比例要 求，减少了细胞生长的不适应性，使细胞生长更快，减少了停滞期，发酵周期在l〇-15d左右， 发酵周期较长，发酵过程半连续，操作不便，且仍存在杂菌感染的威胁。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种发酵周期短，0)2转化率高，避免了环境条件 的影响，有效隔绝了杂菌感染的危害，可连续发酵的小球藻立体管道光生物反应器的发酵 方法。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
[000引本发明小球藻立体管道光生物反应器的发酵方法，包括W下步骤：
[0009] (1)将沼液或营养液放入立体管道光生物反应器中，接入小球藻种，加入氨基乙酷 丙酸或其盐酸盐，充分混合；
[0010] (2)通入高纯C〇2气体，通气量为1.0-2.5vvm，通过自动化系统控制端流参数，端流 度为1-5%，控制溶氧量不低于16%，连续发酵；
[0011] (3)发酵次日起，每日加入氨基乙酷丙酸或其盐酸盐，充分混合；
[0012] (4)连续发酵3-4d后，发酵液由无色变为深绿色，即为成熟小球藻液。
[0013] 本发明小球藻立体管道光生物反应器的发酵方法，进一步的，还包括步骤(5)，将 步骤(4)得到的成熟小球藻液离屯、浓缩，得到小球藻浓缩液，冷却后包装、储存。
[0014] 本发明小球藻立体管道光生物反应器的发酵方法，进一步的，步骤(1)中立体管道 光生物反应器选用含稀±的高转光材料制造而成的立体管道光生物反应器。
[0015] 本发明小球藻立体管道光生物反应器的发酵方法，进一步的，步骤(1)中接入的小 球藻种的浓度为沼液或营养液的5-10% (体积比），加入的氨基乙酷丙酸或其盐酸盐的量为 0.1-2.0卵6(体积比）。
[0016] 本发明小球藻立体管道光生物反应器的发酵方法，进一步的，步骤(2)中C〇2气体 的纯度不低于99.9%。
[0017] 本发明小球藻立体管道光生物反应器的发酵方法，进一步的，步骤(2)中控制发酵 溫度为l〇-35°C，光照度为600-2500LUX，抑为3.0-8.0。
[0018] 本发明小球藻立体管道光生物反应器的发酵方法，进一步的，步骤(3)中每日加入 的氨基乙酷丙酸或其盐酸盐的量为0.1-2.化pb(体积比）。
[0019] 本发明小球藻立体管道光生物反应器的发酵方法，进一步的，步骤（1)和步骤(3) 中均在避光条件下加入氨基乙酷丙酸或其盐酸盐。
[0020] 本发明小球藻立体管道光生物反应器的发酵方法，进一步的，步骤(4)中每毫升成 熟小球藻液中干物质含量为1.5-2.5g。
[0021] 本发明小球藻立体管道光生物反应器的发酵方法制备得到的成熟小球藻液的使 用方法，成熟小球藻液可渗入饲料或水源中给禽畜使用，也可干燥成粉加入保健品或食品 中食用。
[0022] 本发明小球藻立体管道光生物反应器的发酵方法与现有技术相比，具有如下有益 效果：
[0023] 本发明小球藻立体管道光生物反应器的发酵方法利用光生物反应器营造封闭、稳 定的环境，通过自动化系统控制发酵最佳端流参数，实现小球藻的连续发酵，大大提高了光 合作用的效率;本发明方法制得的成熟小球藻液中，干物质量为1.5-2.5g/mL，远高于现有 发酵方法制得的小球藻原液，且光生物反应器内剪切力小，利于小球藻的生长，结构合理， 操作方便，具有优良的藻细胞生长环境，动力消耗小，反应器占用空间小，设备成本低。
[0024] 传统开放式发酵方法和现有的利用光生物反应器的发酵方法中均是采用纯度为 0-50 %的C〇2气体为小球藻光合作用的碳源，都存在C〇2纯度或浓度过高无法完全转化的问 题，而本发明在光生物反应器中添加了微量的氨基乙酷丙酸或其盐酸盐，添加量为0.1- 2.Oppb,虽然添加量少，但是与连续稳定的端流反应条件相配合，可W大大提高C〇2的转化 率，本发明使用纯度不低于99.9 %的高纯C〇2，W通气量1.0-2.5vvm通入光生物反应器，传 送动能消耗小，节能环保，降低生产运行成本，0)2利用率高达99% W上，解决了现有的方法 中均存在的C〇2转化率低的问题。
[0025] 本发明每日添加微量的氨基乙酷丙酸或其盐酸盐，避免了一瞬氨基乙酷丙酸或其 盐酸盐浓度过高引起的分解和利用率低下的问题，并W相对稳定的含量保持了小球藻旺盛 的新陈代谢能力，提高了小球藻光合作用的效率。
[0026] 本发明选在无日光照射或关闭Lm)灯的避光条件下，加入氨基乙酷丙酸或其盐酸 盐，因其均为光敏感物质，在光照条件下极易分解而失去生理活性，故在避光条件下加入， 可使小球藻快速吸收氨基乙酷丙酸或其盐酸盐而不被光照分解消耗，提高了氨基乙酷丙酸 或其盐酸盐的利用率，为高效转化高纯度高浓度的C〇2奠定了基础。
[0027] 传统开放式发酵方法的发酵周期一般为10-20d，新兴的一般现有的利用光生物反 应器的发酵方法的发酵周期一般为7-lOd，而本发明由于提高了 C〇2转化率，大大缩短了发 酵所需时间，本发明方法发酵周期为3-4d，大大提高了生产效率，发酵过程连续，易操作，同 时适用于实验室生产和中、大型产量的生产。
[0028] 本发明可W选用发酵残留的沼液为小球藻发酵的培养基，完成了生物废液的利 用，降低了废液的处理成本，减轻了环境负担，降低了生产成本。本发明中的立体管道光生 物反应器选用含稀±的高转光材料制造的立体管道光生物反应器，透光率得到了提高，进 而提高了光合作用的效率，采用1-5%的端流度，使小球藻处于最佳悬浮状态，可充分与C〇2 接触，完成吸收和转化。
[0029] 本发明选用立体管道光生物反应器，大大节约了设备占地空间和水的用量，提高 了发酵总产量，用水量是传统跑道池的生产工艺的30%左右，占地空间是传统跑道池的 40% W下。而且是封闭循环的结构，避免的染菌问题，可W节约60% W上的生产成本。
【具体实施方式】
[0030] 制备实施例
[0031] 本发明小球藻立体管道光生物反应器的发酵方法包括W下步骤：
[0032] (1)将沼液或营养液放入立体管道光生物反应器中，接入小球藻种，接种浓度如表 1所示，然后在避光条件下加入氨基乙酷丙酸或其盐酸盐，加入量如表1所示，充分混合 SOmin；
[0033] (2)通入纯度不低于99.9%的高纯C〇2气体，通过自动化系统控制端流参数，使得 发酵液中溶氧量不低于16%，具体参数如表2所示，连续发酵；
[0034] (3)发酵次日起，每日在避光条件下加入0.1-2.化Pb(体积比）的氨基乙酷丙酸或 其盐酸盐，充分混合30min;
[0035] (4)连续发酵3-4d后，当发酵液由无色变为深绿色，即为成熟小球藻液，每毫升成 熟小球藻液中干物质含量为1.5-2.5g;
[0036] (5)将步骤(4)得到的成熟小球藻液离屯、浓缩，得到小球藻浓缩液，浓缩后小球藻 浓缩液的含水量不高于60%，冷却后包装、储存。
[0037] 表1各制备实施例中发酵原料组分及配比
[00；3 引
[0044] 如表3所示，本发明方法制得的成熟小球藻液中，干物质量为1.5-2.5g/mL，远高于 现有方法的制备水平，粗蛋白质量百分比高达55-63%之间，EPA和DHA的质量百分比高达6- 9%之间，维生素4当量在3200-3600111/4旨之间，维生素6含量在580-610111旨/1^之间，叶绿素 含量在13000-13500mg/kg之间，各营养成分含量远高于现有发酵方法制得的小球藻原液。
[0045] 应用实施例
[0046] 本发明小球藻立体管道光生物反应器的发酵方法制得的成熟小球藻液可直接作 为饮水水源给禽畜饮用。
[0047] 本发明小球藻立体管道光生物反应器的发酵方法制得的成熟小球藻液，可W质量 比10-20 %渗入禽畜饲料中给禽畜食用。
[004引本发明小球藻立体管道光生物反应器的发酵方法制得的成熟小球藻液，可W体积 比5-10 %融入自来水中给禽畜食用。
[0049]本发明小球藻立体管道光生物反应器的发酵方法制得的成熟小球藻液，可进一步 冻干成粉，W-定比例加入速溶豆粉、蛋白粉、米粉等保健品或食品中。
[0050] W上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范 围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方 案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
【主权项】
1. 小球藻立体管道光生物反应器的发酵方法，其特征在于:包括以下步骤： (1) 将沼液或营养液放入立体管道光生物反应器中，接入小球藻种，加入氨基乙酰丙酸 或其盐酸盐，充分混合； (2) 通入高纯CO2气体，通气量为1.0-2.5vvm，通过自动化系统控制湍流参数，湍流度为 1-5%，控制溶氧量不低于16%，连续发酵； (3) 发酵次日起，每日加入氨基乙酰丙酸或其盐酸盐，充分混合； (4) 连续发酵3-4d后，发酵液由无色变为深绿色，即为成熟小球藻液。2. 根据权利要求1所述的小球藻立体管道光生物反应器的发酵方法，其特征在于:还包 括步骤(5)，将步骤(4)得到的成熟小球藻液离心浓缩，得到小球藻浓缩液，冷却后包装、储 存。3. 根据权利要求1所述的小球藻立体管道光生物反应器的发酵方法，其特征在于:步骤 (1)中立体管道光生物反应器选用含稀土的高转光材料制造而成的立体管道光生物反应 器。4. 根据权利要求1所述的小球藻立体管道光生物反应器的发酵方法，其特征在于:步骤 (1) 中接入的小球藻种的浓度为沼液或营养液的5-10 % (体积比），加入的氨基乙酰丙酸或 其盐酸盐的量为0.1-2.0ppb(体积比）。5. 根据权利要求1所述的小球藻立体管道光生物反应器的发酵方法，其特征在于:步骤 (2) 中CO2气体的纯度不低于99.9%。6. 根据权利要求1所述的小球藻立体管道光生物反应器的发酵方法，其特征在于:步骤 (2) 中控制发酵温度为10-35°C，光照度为600-2500Lux，pH为3.0-8.0。7. 根据权利要求1所述的小球藻立体管道光生物反应器的发酵方法，其特征在于:步骤 (3) 中每日加入的氨基乙酰丙酸或其盐酸盐的量为0.1-2.0ppb(体积比）。8. 根据权利要求1所述的小球藻立体管道光生物反应器的发酵方法，其特征在于:步骤 (1)和步骤(3)中均在避光条件下加入氨基乙酰丙酸或其盐酸盐。9. 根据权利要求1所述的小球藻立体管道光生物反应器的发酵方法，其特征在于:步骤 (4) 中每毫升成熟小球藻液中干物质含量为1.5-2.5g。10. 权利要求1所述的小球藻立体管道光生物反应器的发酵方法制备的小球藻的使用 方法，其特征在于:成熟小球藻液可掺入饲料或水源中给禽畜使用，也可干燥成粉加入保健 品或食品中食用。
【文档编号】C12M1/36GK105925486SQ201610325818
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】罗发洪, 李琴
【申请人】北京华清科创科技开发有限公司