一种可调控纯裸藻生物质成分的生产方法及系统与流程

本发明涉及一种在各种条件下以高生产率生产裸藻生物质组合物的培养裸藻的方法及系统。

背景技术：

1、水生单细胞植物微生物，称为微藻，单独或成群地生活在淡水或盐水中。它们的生长速度比陆地植物快得多，尤其是在提供足够的养分、光照和二氧化碳的情况下。因此，微藻非常适合吸收大气中的二氧化碳、生产生物燃料、净化废物以及生成于各种目的的生物分子。

2、目前工业培养的各种微藻用于生产食品补充剂、色素、饲料、ω-3脂肪酸、水产养殖用生物质和废水处理。培养过程，根据物种和预期的应用，采用不同的技术和体积在盆、罐、光生物反应器和发酵罐中进行。虽然用于工业目的的微藻培养具有一些可观的前景，但尽管进行了大量的研究和开发工作，某些关键因素仍然阻碍其充分的利用。

3、常见的微藻的一个例子是细小裸藻(e.gracilis)，为属于裸藻属的单细胞淡水微藻。它是一种多功能的生物体，以易于生长，并以其生产各种化合物，如裸藻淀粉、脂质和蛋白质的能力而闻名。裸藻淀粉是在细小裸藻中发现的一种独特的碳水化合物，具有储存化合物的作用。它是一种高度支化的β-1,3-葡聚糖，占藻类干重的70％。裸藻淀粉具有复杂的结构并已知具有多种生物活性，例如抗氧化、免疫刺激和抗肿瘤作用。细小裸藻还以尤其是在应激条件下，积累脂质的能力而闻名。脂质含量可占藻类干重的30％。脂质的脂肪酸组成根据生长条件而变化，但通常富含二十碳五烯酸(epa)和二十二碳六烯酸(dha)等多不饱和脂肪酸(pufas)。这些多不饱和脂肪酸具有多种健康益处，用于生产营养保健品、功能性食品和药品。

4、除了裸藻淀粉和脂质之外，细小裸藻也是丰富的蛋白质来源。细小裸藻的蛋白质含量可为藻类干重的40％至70％，具体取决于生长条件。其蛋白质的品质优良，氨基酸组成均衡，消化率高。细小裸藻蛋白在食品、饲料和生物科技等各个领域的应用具有潜力。

5、细小裸藻据报告已在不同的营养模式下培养，包括光照下的光合自养(pt)、黑暗环境下的异养(ht)和具体称为光合异养培养的兼养模式(mt)。在这些报告中，生物质生产率的范围从自养模式下的<每升1克，到蛋白质含量低(16％干基)的兼养-异养模式下的～每升86克。另一项研究表明，通过调节固定相培养物的ph值，蛋白质含量占干生物质(dbm)的45％，但生产率仍然相对较低(每升8克)。这些不同的研究独立地表明了，生物质中的蛋白质、裸藻淀粉和脂质随着培养技术的不同而具有很大的变化，这表明细小裸藻的营养成分组成具有很高的可塑性。

6、美国专利号20200231923a1公开了一种用于微藻的同时异养和兼养的方法、用于微藻的同时异养和兼养的系统以及所述方法和/或系统用于培养微藻的使用。值得注意的是，上述系统允许在异养和兼养条件下培养微藻。虽然其导致高生物质密度和高时间产出量，但是所述方法和系统可能无法在较短的培养周期下以高生产率生产裸藻生物质。该系统可能无法通过受控的生物质成分，例如裸藻淀粉、蛋白质和脂质，有效地监测、保留和确保生物质的高生产率。

7、日本专利申请号6113819a公开了一种培养裸藻的方法，更具体地，其公开了一种培养具有高蛋白质含量的裸藻的方法。据该方法称，裸藻淀粉在对数生长后期或固定相在裸藻细胞的细胞内积累，并进一步转化为蛋白质，其中转化效率取决于特定的培养基ph。通过保持培养基中的氮源使其在对数生长后期至固定相不被耗尽，可以有效地进行裸藻淀粉向蛋白质的转化。此外，裸藻细胞可以在光照射或黑暗下培养以获得高蛋白质含量。虽然上述方法能够获得高蛋白质含量，但所述方法无法预测蛋白质、裸藻淀粉和脂质的含量。同时，该方法可能无法有效地监测、保留和确保生物质的高生产率。

8、美国专利号9758756b2公开了一种在光养、兼养及异养培养条件的组合下培养微生物的方法。微生物的培养物可以在培养物的生命周期中以各种组合在培养条件之间转换，以连续的方式利用各种条件来优化培养物的生长或产物积累。该专利中使用的技术将无法预测生物质成分，例如碳水化合物、脂质和蛋白质含量。

9、因此，需要一种能够实现裸藻生物质的高生产率、同时有效地维持碳水化合物、优选为裸藻淀粉、蛋白质和脂质含量的方法及系统。另外，所述方法必须具有灵活性，以便在需要时定制和调整蛋白质、裸藻淀粉及/或脂质的生产，并且所述方法必须具有成本及时间效益。

技术实现思路

1、本发明的目的是在受控环境下以高生产率和效率在短时间内生产可调控纯裸藻生物质。

2、本发明的另一个目的是提供一种具有灵活性和易于修改的方法，以便生产可调控纯裸藻生物质时，同时保持高生产率和效率。

3、因此，这些目标可以通过遵循本发明的教导来实现，本发明涉及一种可调控纯裸藻生物质成分的生产方法，包括下列步骤：改变水性培养基中的成分；在补料分批培养系统中在至少一种培养条件下使用改良的水性培养基培养裸藻；以及在所需的生物质组合物达到理想分量时收获生物质。

4、本发明还涉及了一种可调控纯裸藻生物质成分的生产系统，该系统包括：裸藻在至少一种培养条件下在改良的水性培养基中生长；其中系统处于反馈循环机制；以及在反馈循环机制期间向在改良水性培养基中生长的培养物提供至少一种营养补料策略以收获理想的生物质。

技术特征：

1.一种可调控纯裸藻生物质成分的生产方法，其特征在于，包括下列步骤：

2.根据权利要求1所述的可调控纯裸藻生物质成分的生产方法，其特征在于，其中裸藻属为细小裸藻。

3.根据权利要求1所述的可调控纯裸藻生物质成分的生产方法，其特征在于，其中进一步包括反馈循环机制。

4.根据权利要求3所述的可调控纯裸藻生物质成分的生产方法，其特征在于，其中反馈循环机制包括：

5.根据权利要求1或4所述的可调控纯裸藻生物质成分的生产方法，其特征在于，其中可调控生物质组合物的理想分量为至少每升65克，且细胞密度为至少每毫升4千万个。

6.根据权利要求4所述的可调控纯裸藻生物质成分的生产方法，其特征在于，其中对水性培养基进行重复修改进一步包括：

7.根据权利要求6所述的可调控纯裸藻生物质成分的生产方法，其特征在于，其中营养成分的添加进一步包括但不限于较高的培养基与葡萄糖的比例，其中，所述比例为1x培养基与0.75％-1.5％的葡萄糖。

8.根据权利要求6所述的可调控纯裸藻生物质成分的生产方法，其特征在于，其中营养成分的增强进一步包括但不限于用0.1％硫酸铵将微量元素增加五倍以产生富含蛋白质的生物质。

9.根据权利要求1或4所述的可调控纯裸藻生物质成分的生产方法，其特征在于，其中所述生物质组合物具有脂质成分，及占有至少50％干生物质含量的蛋白质成分；或占有至少60％干生物质含量的裸藻淀粉成分。

10.根据权利要求9所述的可调控纯裸藻生物质成分的生产方法，其特征在于，其中裸藻淀粉组合物为用作预测蛋白质含量的反向指标，并且基于细胞形态或细胞体积预测生物质中的蛋白质和裸藻淀粉的组成。

11.根据权利要求10所述的可调控纯裸藻生物质成分的生产方法，其特征在于，其中基于细胞形态预测蛋白质和裸藻淀粉的组成包括：

12.根据权利要求1所述的可调控纯裸藻生物质成分的生产方法，其特征在于，其中培养条件包括光合自养、异养、兼养或其任意组合。

13.根据权利要求1所述的可调控纯裸藻生物质成分的生产方法，其特征在于，其中裸藻的培养进一步包括：

14.一种可调控纯裸藻生物质成分的生产系统，其特征在于，该系统包括：

15.根据权利要求14所述的可调控纯裸藻生物质成分的生产系统，其特征在于，其中营养补料策略包括添加、减去和增强培养基的营养成分。

16.根据权利要求14所述的可调控纯裸藻生物质成分的生产系统，其特征在于，其中光设置和光谱基于培养条件进行调节，并且培养条件包括光合自养、异养、兼养或其任意组合。

技术总结
本发明公开了一种可调控纯裸藻生物质成分的生产方法及系统，该方法包括以下步骤：改变水性培养基中的成分；在补料分批培养系统中在至少一种培养条件下使用改良的水性培养基培养裸藻；及在所需的生物质组合物达到理想分量时收获生物质。

技术研发人员：颜廷轩,许瑞盈,汪忠晖
受保护的技术使用者：甲茵科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5