紫球藻高密度半连续培养联产多糖的方法和装置与流程

1.本发明属于海洋微生物技术领域，具体涉及紫球藻高密度半连续培养联产多糖的方法和装置。


背景技术：

2.紫球藻(porphyridium purpureum)属于红藻门单细胞海洋微藻，具有极强的环境适应性和快速繁殖能力，能够天然高效积累藻红蛋白、硫酸酯多糖和多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids,pufas)等多种生物活性成分，天然含有丰富的ω
–
6系列(如亚油酸la和花生四烯酸ara)和ω
–
3系列(如亚麻酸ala和epa)多不饱和脂肪酸。正常生长情况下，紫球藻胞内油脂含量约为15％
–
20％，总蛋白含量约40％左右，多糖含量约为25％。微藻多糖已有大量文献报道在抗肿瘤、抗衰老、提高免疫力、天然荧光标记等方面具有重要的应用价值，在医药、化妆品、精细化工、食品和保健品等领域市场空间大。
3.现有技术中，有报道利用紫球藻积累或生产多糖、花生四烯酸或藻红蛋白的方法，除利用不同类型的光反应器实现高密度培养外，还有利用环境因子或改变培养条件来调节紫球藻积累胞内物质，但是大部分技术主要集中在利用新型培养装置、耦合半连续等培养方法、额外添加激素等培养基成分、以及改变温度和光强外界因素等方面。微藻培养大多也是采用分批量培养体系，事实上连续或半连续培养体系中微藻生物量或多糖产量通常要高得多。由于半连续培养操作简单，一般主要从更新速率和营养浓度等参数来控制产量和生化组成，而更新速率、养分浓度等培养参数的变化对紫球藻的生化变异有一定影响，但是现有的通过改变更新速率或养分浓度等培养参数控制产量和生化组成的方法过于单一，无法确定其生化变异情况，缺乏一种高效的紫球藻高密度半连续培养生产多糖的方法。


技术实现要素：

4.为克服现有技术的上述不足，本发明的主要目的在于提供紫球藻高密度半连续培养联产多糖的方法，通过优化控制半连续培养过程中培养基的补料条件、更新率和更新周期等参数联产紫球藻多糖，相比于分批量培养产量高，适于大规模化生产。
5.本发明的另一目的在于提供紫球藻高密度半连续培养联产多糖的装置，自主设计且结构设计简单，用于紫球藻高密度半连续培养联产多糖灵活可控。
6.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.本发明提供的紫球藻高密度半连续培养联产多糖的装置，包括生物反应器，其为上端开口、下端封闭的圆柱状结构，上端设有二氧化碳进口和空气进口，通过三通管分别与外接的二氧化碳气体压缩机和空气罐连通，所述三通管的主管道通入所述生物反应器底部，和二氧化碳进气支管上均设有气体流量控制器和阀门，所述生物反应器上端还设有进水口，底侧壁上设有出液口，还包括伸入所述生物反应器内的led照明装置，其由透明玻璃罩和至少一块led灯板组成。
8.优选地，所述生物反应器的长径比为1.7
–
3。
9.优选地，所述透明玻璃罩为上端开口、下端封闭的圆柱状结构，其内设有三块led灯板呈三角排列于所述透明玻璃罩内。
10.优选地，所述led灯板的光源为led冷白灯。
11.优选地，还包括位于所述生物反应器上方的温度计和ph计。
12.本发明提供的紫球藻高密度半连续培养联产多糖的方法，通过上述紫球藻高密度半连续培养联产多糖的装置大规模半连续培养紫球藻，同时控制半连续培养过程中培养基的补料条件、更新率和更新周期联产紫球藻多糖，包括以下步骤：
13.(1)向所述生物反应器内加入omⅱ培养基，所述led照明装置浸入该omⅱ培养基中，调节培养温度为25℃和光照强度为80μe.m-2
.s-1
，同时通过所述气体流量控制器调节空气与二氧化碳进气比为9-99：1，通气量为10l/min；
14.(2)将正常培养至生长对数期末期的紫球藻种子液接种到步骤(1)中所述omⅱ培养基内扩大培养，控制初始紫球藻细胞接种量为6
×
105个/l，在步骤(1)所述培养条件下培养7天后，待紫球藻进入对数期开始进行半连续培养，所述omⅱ培养基中nano3按照每次补料浓度为0.5g/l进行补料，更新率为5％，更新周期为7天；
15.(3)半连续培养21天后，回收步骤(2)中所述omⅱ培养基内紫球藻多糖。
16.优选地，所述紫球藻为紫球藻p.c-03(porphyridium purpureum p.c-03)。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过自主设计的装置进行紫球藻高密度半连续培养联产多糖，同时优化控制生物反应器中培养基补料条件、更新率和更新周期等培养参数调控紫球藻多糖产量，紫球藻多糖的产量为64.45
–
79.77mg/l/d，相比于分批量培养得到很大提高，适于大规模化生产。
附图说明
18.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更显著：
19.图1为本发明中紫球藻高密度半连续培养联产多糖的装置结构示意图；
20.图2为图1中led照明装置的俯视图；
21.图3为图1中led照明装置的主视图；
22.附图标记如下：1
–
空气进口、2
–
二氧化碳进口、3
–
气体流量控制器、4
–
阀门、5
–
进水口、6
–
led照明装置、7
–
生物反应器、8
–
出液口、9
–
透明玻璃罩、10
–
led灯板。
具体实施方式
23.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
24.如图1至3示例性地描述了一种紫球藻高密度半连续培养联产多糖的装置，包括生物反应器7，其为上端开口、下端封闭的圆柱状结构，上端设有二氧化碳进口2和空气进口1，通过三通管分别与外接的二氧化碳气体压缩机和空气罐连通，三通管的主管道通入生物反应器7的底部，和二氧化碳进气支管上均设有气体流量控制器3和阀门4；生物反应器7上端
还设有进水口5、底侧壁上设有出液口8，还包括伸入生物反应器7内的led照明装置6，由透明玻璃罩9和至少一块led灯板10组成。
25.一些实施例中，生物反应器7的长径比为1.7
–
3。
26.一些实施例中，led照明装置6的透明玻璃罩9为上端开口、下端封闭的圆柱状结构，其内设有三块led灯板10呈三角排列于透明玻璃罩9内。
27.一些实施例中，led照明装置6中led灯板10的光源为led冷白灯光源。
28.以下实施例中紫球藻高密度半连续培养联产多糖采用的紫球藻为紫球藻p.c-03(porphyridium purpureum p.c-03)，由中国科学院海洋研究所提供。其通过上述紫球藻高密度半连续培养联产多糖的装置实现，控制半连续培养过程中培养基的补料条件、更新率和更新周期联产紫球藻多糖，步骤如下：
29.(1)向生物反应器内加入omⅱ培养基，led照明装置浸入该omⅱ培养基中，调节培养温度为25℃和光照强度为80μe.m-2
.s-1
，同时通过气体流量控制器调节空气与二氧化碳进气比为99：1，通气量为10l/min；
30.(2)将正常培养至生长对数期末期的紫球藻种子液接种到步骤(1)中omⅱ培养基内，控制初始紫球藻细胞接种量为6
×
105个/l，在步骤(1)培养条件下培养7天后，待紫球藻进入对数期开始进行半连续培养，omⅱ培养基中nano3按照每次补料浓度为0.5g/l进行补料，更新率为5％，更新周期为7天，直至半连续培养21天；
31.(3)回收步骤(1)中omⅱ培养基内紫球藻多糖。
32.实施例1
33.先在omii培养基中预培养紫球藻种子液，将正常培养至生长对数期末期的紫球藻种子液接种到生物反应器内omⅱ培养基中扩大培养，控制初始紫球藻细胞接种量为6
×
105个/l。培养条件：培养温度为25℃和ph 6.5通过安装在生物反应器顶部的温度计和ph计进行监测并及时调节，光源采用led冷白灯进行光照，调节光照强度为80μe.m-2
.s-1
，通过伸至生物反应器底部的通气管通入1％二氧化碳，通气量为10l/min，在上述培养条件下培养7天后，待紫球藻进入对数期开始进行半连续培养，按照omⅱ培养基中nano3的每次补料浓度为0.5g/l进行补料，更新率为5％，更新周期为7天，以此半连续培养21天后回收紫球藻多糖。
34.经测试，紫球藻多糖的产量达到68.64mg/l/d，是分批量培养的1.57倍。