光生物反应器连续培养盐藻的研究

姜建国,朱跃辉,黄洋

(华南理工大学食品与生物工程学院,广东广州　510640)

摘　要:　10L容积的光生物反应器外观设计为三层框架式结构,螺旋管光照单元为16个。利用此反应器对盐藻进行了连续培养试验。通过逐渐增大稀释率的方法,测定培养过程中生物量和β-胡萝卜素产量的变化情况,最终确定此光生物反应器连续培养过程中的最适宜采收量为1.5L/d左右。

关键词:　光生物反应器;连续培养;盐藻;β-胡萝卜素

收稿日期:2004-05-21

作者简介:姜建国,男,副教授,研究方向为海洋天然产物。

基金项目:广东省科技攻关项目(99M01410G)

培养密度和培养基老化会对盐藻的生长和β-胡萝卜素累积造成影响[1],而连续培养能有效地解决这一问题。连续培养是指以一定的流速向反应器内添加新鲜培养液,同时以相同的速度流出培养液,从而使反应器内的液量维持恒定,使培养物在近似恒定的状态下生长的培养方法。恒定状态可以有效地延长批次培养中的对数期。在恒定状态下,微生物所处的环境条件,如营养物浓度、产物浓度、pH值、微生物细胞浓度、生长速率等保持恒定,甚至根据需要调节生长速度。因此连续培养的特点是细胞的生长速度、代谢活性处于恒定状态,这就可达到稳定高速培养微生物或产生大量代谢产物的目的。

1　材料和方法

1.1　藻种及其培养

盐藻(Dunaliella salina)为本实验室保藏种类,基本培养方法参见文献[2,3]。

1.2　生物量和细胞数测定

生物量测定:根据测定的OD值与干藻体生物量(细胞干重g/L)的关系式:生物量(干重)=0.75 OD630+0.0146,只需测OD630值便可计算藻体生物量。细胞数测定:根据测定的OD值与细胞数(×104);细胞数=899.08 OD630-12.544,只需测OD630值便可计算样品的细胞数。

1.3　β-胡萝卜素含量测定

将纯品β-胡萝卜素用纯丙酮配成不同浓度的标准溶液,453nm测定OD453,以β-胡萝卜素浓度C(mg/L)为横坐标,OD453为纵坐标,绘制出β-胡萝卜素标准曲线,相关分析关系式为:OD453= -0.0037C2+0.1082C,R2=0.9901

1.4　连续培养方案

由于连续培养中反应体积处于恒定状态,所以连续培养的藻液采收量和新鲜培养基的添加量是相等的,试验采取从小流量逐渐增大的方法来确定采收和添加的适合流量。试验共进行24d,新鲜培养液的添加量1d～8d为0.8L/d,即33mL/h,稀释率为0.08d,由于刚接种时藻液的生物量较低,采收的藻液经离心去除老化培养液后加入新鲜培养液回流,直至生物量进入平衡状态。第9d～16d采收量上升到1.5L/d,即63mL/h,稀释率为0.15/d,相当于藻细胞的生长达到稳定状态后的比生长速率为0.15/d。第17d～24d为2L,即83mL/h,稀释率为0.2/d,相当于藻细胞生长达到稳定状态后的比生长速率为0.2/d。

3　结果和讨论

3.1　盐藻光反应器的连续培养

连续培养实验结果如图1、图2、图3。结果表明,在0.8L/d的新鲜培养液添加量下,藻细胞的生长经过6d左右达到稳定状态,其生物量为0.58g/L,β-胡萝卜素产量为17mg/L;增大采收量到1.5L/d,发现藻细胞的生物量逐渐增大,到第14d左右达到稳定状态,其生物量为1g/L,β-胡萝卜素产量则一直上升,到第16d达到30mg/L;当采收量上升到2L/d,生物量和β-胡萝卜素产量都出现逐渐下降的趋势,到达稳定状态时的生物量浓度仅为0.3g/L,β-胡萝卜素产量为16mg/L。连续培养的前5d对采收的藻细胞进行了回流,从第6d起培养液生物量趋于平衡,第9d开始提高采收量,发现生物量和β-胡萝卜素产量继续增加,可见,0.8L/d的采收量偏小,在更高的采收量下,连续培养能够在更高的生物量和β-胡萝卜素产量下达到新的平衡,培养至14d时,生物量稳定在约1g/L细胞干重,β-胡萝卜素产量到第16d稳定到约30mg/L,然而当采收量提高到2L/d时,生物量和β-胡萝卜素产量则迅速下降,说明2L/d及其以上的采收量对于此反应器是不适合的,添加的新鲜培养液已经超过了临界稀释率,藻细胞未能充分生长便被冲走了。