【摘 要】
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纤细裸藻(Euglena gracilis)是一种兼养型(异养、自养)微藻,具有繁殖能力强、营养全面、富含活性物质(副淀粉Paramylon、维生素E)等特点,在食品添加剂、药物、保健品等领域有广泛的应用潜力,从而越来越受到许多学者的关注。然而目前推动裸藻产业化培养仍然存在许多问题,如生物量低、收获成本高、耗水量高等。为了推进裸藻产业化培养,本论文试图从裸藻的培养、收获方式、培养基再利用等三方面的
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纤细裸藻(Euglena gracilis)是一种兼养型(异养、自养)微藻,具有繁殖能力强、营养全面、富含活性物质(副淀粉Paramylon、维生素E)等特点,在食品添加剂、药物、保健品等领域有广泛的应用潜力,从而越来越受到许多学者的关注。然而目前推动裸藻产业化培养仍然存在许多问题,如生物量低、收获成本高、耗水量高等。为了推进裸藻产业化培养,本论文试图从裸藻的培养、收获方式、培养基再利用等三方面的关键工艺环节进行优化,获得一条成本较低、效率较高的裸藻产业化培养的工艺流程。本文的主要内容及结果归纳如下:(1)建立裸藻高密度异养发酵与自养复绿耦合的培养工艺。此工艺的培养状况数据与裸藻自养进行对比,裸藻在发酵罐异养培养的最大生物量为21.5g/L,是自养最高生物量的10.75倍;同时异养裸藻的副淀粉含量最高可达13.7g/L,远高于自养的最高值0.7g/L;异养裸藻转接到自养培养进行复绿72小时后,细胞内叶绿素含量达到33ug/ml,恢复到纯自养培养下叶绿素含量的90%以上,同时生物量比纯自养培养下提高了50%。异养和自养的耦合培养模式兼顾了较高的生物量和活性物质,同时一定程度上降低了制种成本,在产业化培养过程中有较大经济优势。(2)基于调控培养基pH值的方法收获裸藻。采用Na OH和HCl溶液对不同浓度的裸藻细胞和培养基的pH值进行调节,当pH为大于10.0时,细胞完全破裂,细胞内包裹体悬浮在液体中,而pH值为8.5时,藻细胞絮凝效率达到90%以上。因此确定弱碱pH为8.5时对藻细胞收获效率最高。进一步研究其机理发现培养基中含有大量PO43-、Mg2+和少量Ca2+离子,其中起到关键絮凝的作用因子为Ca2+,当pH为8.5的弱碱条件下时会形成带有正电的磷酸钙沉淀,进而和带有负电的藻细胞中和导致絮凝沉淀。在中试培养下的藻细胞絮凝效率达到82.4%,是对照组的2.5倍(32.9%);另外,裸藻副淀粉的产量显著高于对照组,其产量最高可达到0.6g/L,是对照组的2.4倍;同时基本保持了叶绿素含量。相对于传统的收获方法,该方法具有易于操作、成本低等特点。(3)经过活性炭处理的回收裸藻培养液再培养的评估。结果发现回收的培养基最多循环培养2次,且对裸藻各项生长指标(干重、叶绿素等)均有不利影响。而经过活性炭吸附处理后的培养废液,能够显著降低裸藻生长的抑制,使裸藻在处理后的培养基生长情况可以达到新鲜培养基培养水平。通过三维荧光激发-发射矩阵光谱分析(FEEM)的分析发现,这些回收的培养基存在许多类似腐殖酸物质,这些物质可能是导致回收的培养基不能多次循环使用的主要原因。通过活性炭处理的培养液,可明显地减低这些抑制因子的浓度,提高循环培养次数,降低了尾水排放量。通过异养-自养耦合稀释复绿-调控pH絮凝收获藻细胞-活性炭处理回收培养液培养裸藻的循环培养工艺的优化,极大降低了培养成本。这些研究发现为裸藻工业化培养打下良好的基础。
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