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CN102604836B - 防治雨生红球藻中壶菌污染的生产方法及装置 - Google Patents

防治雨生红球藻中壶菌污染的生产方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及雨生红球藻的规模化培养中污染防控方法及装置，其方法主要包括①、将雨生红球藻置于一级光生物反应器中培养出的雨生红球藻游动细胞；②、将雨生红球藻游动细胞转入二级光生物反应器，加入胁迫培养基；③、二级光生物反应器中10％以上的雨生红球藻游动细胞转化为不动细胞后，将进入虾青素积累阶段的雨生红球藻孢子细胞藻液的温度控制在10～22℃培养；④、培养7～12天后，收获的雨生红球藻孢子壶菌感染率在1％以下。其装置主要是利用工厂烟气的余热提供能量，为雨生红球藻藻液温度降低的温控装置，不仅节省了燃料费用，提高了经济效益，增强了企业竞争力，而且大大减少了废气、有害气体的排放，保护环境。

Description

防治雨生红球藻中壶菌污染的生产方法及装置
技术领域
本发明涉及雨生红球藻的规模化培养中污染防控方法及装置，特别是涉及有效利用了现代工业所产生的余热，防治雨生红球藻中壶菌污染的生产方法与装置。
背景技术
天然虾青素具有强大的清除氧自由基的作用，抗氧化活性是类胡萝卜素的10倍，维生素E的550倍，被誉为超级抗氧化剂。雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)在特定条件下可积累干物质的1-3％，誉为天然虾青素的浓缩品与最佳生物来源。而雨生红球藻培养时存在特异性壶菌污染，特别是规模化培养中，严重影响产品产量与品质，制约其应用规模。雨生红球藻具有特殊的生物学性质，其生活周期分为快速生长繁殖的游动细胞阶段和虾青素积累的不动细胞(孢子)阶段，这两个阶段所需的适宜培养条件相差较大。雨生红球藻游动细胞受盐胁迫后变为不动细胞，开始大量积累虾青素。收获后的雨生红球藻细胞中有30％的藻细胞被壶菌污染情况下，收获后3个月内天然虾青素含量(以干重计)可从3％降低到0.5％以下。采用密闭光生物反应器规模化生产时，一旦暴发流行时甚至造成雨生红球藻绝收。
侵染雨生红球藻的壶菌(Paraphysoderma sedebokerensis)，是高等植物病原菌Blastoclaidomycota科Physoderma属的近缘种，通过水体传播。JeniaGutmana(2009)等证明该壶菌专一性寄生雨生红球藻，而不侵染绿藻纲的其它种类。侵染初期，无固定形态的壶菌侵染体附着在雨生红球藻不动孢子的表面，菌丝穿透细胞壁，吸取红球藻细胞质。壶菌菌丝体在雨生红球藻孢子内逐渐蔓延，并在雨生红球藻细胞外形成壶菌侵染体囊，并逐渐变大。侵染后期，雨生红球藻孢子颜色由红色逐渐变成黄色，最终降解为一团透明松散的细胞残体。壶菌的侵染体囊离开寄主，释放出更多的壶菌侵染体。在不利环境下，壶菌侵染体侵染后期会形成厚壁不动孢子囊，通过空气、土壤与水体传播，遇合适条件重新萌发并开始侵染。
此外，节能与环保是当代全球关注的重要课题，我国是最大的发展中国家，按人口平均计算也是能源最匮乏的国家，我国装备工业较落后，能源利用率还较低，如化工、石油、建材、轻纺、冶金、动力、食品、造纸、电子电器等行业生产中大量的可利用热能直接排空，排放出二氧化碳以及各种有害气体，既浪费能源又污染环境。
发明内容
本发明的第一目的在于解决上述存在的问题，而提供一种能够有效降低雨生红球藻中壶菌的感染率，并在规模化培养中，提高产品产量与品质的雨生红球藻生产方法。
本发明的第二目的在于，提供一种节约能源、保护能源资源、保护环境，并能够规模化培养的防治雨生红球藻中壶菌污染的生产装置。
为了实现上述的第一目的，本发明提供的防治雨生红球藻中壶菌污染的生产方法，包括以下步骤：
①、将雨生红球藻置于一级光生物反应器中培养出的雨生红球藻游动细胞；
②、将雨生红球藻游动细胞转入二级光生物反应器，加入胁迫培养基；
③、二级光生物反应器中10％以上的雨生红球藻游动细胞转化为不动细胞后，将进入虾青素积累阶段的雨生红球藻孢子细胞藻液的温度控制在10～22℃培养；
④、培养7～12天后，收获雨生红球藻孢子。
较佳地，在步骤①中，所述雨生红球藻游动细胞比例为80～100％。
较佳地，在步骤①中，所述雨生红球藻游动细胞比例为96％。
在上述技术方案中，在步骤②中，所述胁迫培养基成分为氯化钠，所述浓度为0.1～1g/L。
较佳地，在步骤③中，所述二级光生物反应器中雨生红球藻游动细胞转化为不动细胞的比例为60～90％。
较佳地，在步骤③中，所述将进入虾青素积累阶段的雨生红球藻孢子细胞藻液的温度控制在16℃培养。
本发明的生产方法，控制雨生红球藻的生产过程中的各项参数和生产条件，试验证明在雨生红球藻培养到第11天的壶菌感染率最高值为0.5％，大大降低了壶菌感染率，为规模化生产雨生红球藻提开辟了可行的道路。并在实验室内，控制培养温度条件，测量温度对壶菌侵染的影响，测量结果参阅图1所示，其培养的具体条件是，雨生红球藻孢子细胞密度为15×104个/ml，接种50ml用CGM培养基的壶菌培养液。分别在16℃，20℃，25℃，32℃下培养，每天监测培养状况，记录壶菌的侵染率(雨生红球藻的感染率)，结果详见下图。接种较高浓度的壶菌侵染体，32℃下第5天侵染率已近90％，25℃下第8天的侵染率达到90％以上，均认为绝收；16℃下雨生红球藻的感染率培养到第11天最高仅为到0.5％。
为了实现本发明的第二目的，本发明提供的防治雨生红球藻中壶菌污染的生产装置，包括一级光生物反应器和二级光生物反应器，所述二级光生物反应器通过管道连接有热交换器，所述热交换器的输入端通过管道连接有冷凝器，输出端通过管道连接有吸收器，所述吸收器的输入端通过管道和溶液泵与发生器连接，输出端通过管道和节流阀与发生器连接，所述发生器的输出端通过管道与所述冷凝器连接，所述发生器输入端通过管道与水箱连接，所述水箱通过余热回收器连接带有废热的烟气。
进一步地，所述带有废热的烟气为电厂带废热的烟气或石化燃料电厂带废热的烟气或生物质电厂带废热的烟气。
进一步地，所述发生器和吸收器中的介质为具有在低压下吸收水蒸气，并在高压下产生水蒸气的盐类溶液，如溴化锂溶液。
本发明的生产装置利用工厂烟气余热提供的能量控制雨生红球藻生产当中存在的壶菌污染，余热是尚能利用而未被利用的热能，不仅节省了燃料费用，提高了经济效益，增强了企业竞争力，而且大大减少了废气、有害气体的排放，保护环境。
附图说明
图1为本发明分别在16℃，20℃，25℃，32℃下培养雨生红球藻，壶菌污染试验对比图；图1中，——表示16℃温度下培养雨生红球藻，壶菌浸染率；-·-表示20℃温度下培养雨生红球藻，壶菌浸染率；·······表示25℃温度下培养雨生红球藻，壶菌浸染率；------表示32℃温度下培养雨生红球藻，壶菌浸染率；横坐标为培养的天数，纵坐标为浸染率。
图2为本发明装置的结构示意图；
图中：1、二级光生物反应器；2、热交换器；3、冷凝器；4、吸收器；5、溶液泵；6、发生器；7、节流阀；8、一级光生物反应器；9、水箱；10、余热回收器。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的详细说明。
实施例一：
防治雨生红球藻中壶菌污染的生产方法，其步骤为：①、将雨生红球藻置于一级光生物反应器中培养出的雨生红球藻游动细胞；雨生红球藻游动细胞比例为96％；②、将雨生红球藻游动细胞转入二级光生物反应器，加入胁迫培养基，胁迫培养基主要成分为浓度为0.5g/L③、二级光生物反应器中60％的雨生红球藻游动细胞转化为不动细胞后，将进入虾青素积累阶段的雨生红球藻孢子细胞藻液的温度控制在16℃培养；④、培养11天后，收获雨生红球藻孢子，镜检雨生红球藻的壶菌感染率为0.4％，天然虾青素含量为4.8％(以干重计)。
实施例二：
防治雨生红球藻中壶菌污染的生产方法，其步骤为：①、将雨生红球藻置于一级光生物反应器中培养出的雨生红球藻游动细胞；雨生红球藻游动细胞比例为80％；②、将雨生红球藻游动细胞转入二级光生物反应器，加入胁迫培养基，胁迫培养基主要成分为浓度为0.1g/L③、二级光生物反应器中90％的雨生红球藻游动细胞转化为不动细胞后，将进入虾青素积累阶段的雨生红球藻孢子细胞藻液的温度控制在10℃培养；④、培养9天后，收获雨生红球藻孢子。镜检雨生红球藻的壶菌感染率为0.2％，天然虾青素含量为3.8％(以干重计)。
实施例三：
防治雨生红球藻中壶菌污染的生产方法，其步骤为：①、将雨生红球藻置于一级光生物反应器中培养出的雨生红球藻游动细胞；雨生红球藻游动细胞比例为100％；②、将雨生红球藻游动细胞转入二级光生物反应器，加入胁迫培养基，胁迫培养基主要成分为浓度为1g/L③、二级光生物反应器中90％的雨生红球藻游动细胞转化为不动细胞后，将进入虾青素积累阶段的雨生红球藻孢子细胞藻液的温度控制在18℃培养；④、培养12天后，收获雨生红球藻孢子。镜检雨生红球藻的壶菌感染率为0.5％，天然虾青素含量为5.6％(以干重计)。
实施例四：
防治雨生红球藻中壶菌污染的生产方法，其步骤为：①、将雨生红球藻置于一级光生物反应器中培养出的雨生红球藻游动细胞；雨生红球藻游动细胞比例为90％；②、将雨生红球藻游动细胞转入二级光生物反应器，加入胁迫培养基，胁迫培养基主要成分为浓度为0.6g/L③、二级光生物反应器中60％的雨生红球藻游动细胞转化为不动细胞后，将进入虾青素积累阶段的雨生红球藻孢子细胞藻液的温度控制在16℃培养；④、培养7天后，收获雨生红球藻孢子。镜检雨生红球藻的壶菌感染率为0.6％，天然虾青素含量为5.9％(以干重计)。
通过上述四个实施例看出，采用本发明的方法培养出的雨生红球藻中壶菌污染率降至0.2％-0.6％，如图1所示的雨生红球藻在不同温度条件下培养的壶菌污染率示意图，将进入虾青素积累阶段的雨生红球藻孢子细胞藻液的温度控制在16℃培养，壶菌污染率明显低于在20℃、25℃、32℃的温度条件下培养。
实施例五：
如图2所示，防治雨生红球藻中壶菌污染的生产装置，包括一级光生物反应器8和二级光生物反应器1，二级光生物反应器1通过管道连接有热交换器2，热交换器2的输入端通过管道连接有冷凝器3，输出端通过管道连接有吸收器4，吸收器4的输入端通过管道和溶液泵5与发生器6连接，输出端通过管道和节流阀7与发生器6连接，发生器6的输出端通过管道与冷凝器3连接，发生器6输入端通过管道与水箱9连接，水箱9通过余热回收器10连接带有废热的烟气。
带有废热的烟气为电厂带废热的烟气或石化燃料电厂带废热的烟气或生物质电厂带废热的烟气，给热交换器2提供动力。发生器6中设有溴化锂制冷剂，或其它具有强水蒸气吸收能力的物质。发生器6和吸收器4中的介质为具有在低压下吸收水蒸气，并在高压下产生水蒸气的盐类溶液，如溴化锂溶液。
其工作过程如下：将二级光生物反应器1中的雨生红球藻藻液通过管道通入热交换器2降温，通过热交换器2将藻液培养温度从30℃左右(或30℃以上)降低至16℃，热交换器2的能量来源为电厂烟气废热或其它热能。将电厂烟气经过管道输入到余热回收器10，加热常温热源软水至98℃，通入发生器6放出汽化潜热，发生器6当中的制冷剂溶液水分被热源蒸汽蒸发，制冷剂溶液浓度增大，发生器6中从制冷剂溶液中蒸发出的水蒸气向上经挡板进入冷凝器3，防止液滴随蒸汽进入冷凝器。热源蒸汽压力为0.050～0.500Mpa，优选0.010Mpa。通过制冷剂产生高压冷剂水蒸气，高压冷剂水蒸气通入冷凝器3中变为高压液态冷剂水，通过节流阀7后变为低压冷剂水蒸气，进入热交换器2吸热变为低压冷剂液态水，低压冷剂液态水进入吸收器4释放热量，然后泵回发生器6。热源水凝结后回收至余热回收器10加热提供热源。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (4)

1.一种防治雨生红球藻中壶菌污染的生产方法，其特征在于包括以下步骤：
①、将雨生红球藻置于一级光生物反应器中培养出的雨生红球藻游动细胞，所述雨生红球藻游动细胞数量占全部雨生红球藻细胞的80～100％；
②、将雨生红球藻游动细胞转入二级光生物反应器，加入胁迫培养基；
③、二级光生物反应器中雨生红球藻细胞总数中不动细胞比例大于10％后，将进入虾青素积累阶段的雨生红球藻孢子细胞藻液的温度控制在10℃培养；
④、培养7～12天后，收获雨生红球藻孢子。
2.根据权利要求1所述的防治雨生红球藻中壶菌污染的生产方法，其特征在于：在步骤①中，所述雨生红球藻游动细胞比例占全部雨生红球藻细胞的96％。
3.根据权利要求1所述的防治雨生红球藻中壶菌污染的生产方法，其特征在于：在步骤②中，所述胁迫培养基成分为氯化钠水溶液，所述溶液在培养藻液中的终浓度为0.1～10g/L。
4.根据权利要求1所述的防治雨生红球藻中壶菌污染的生产方法，其特征在于：在步骤③中，所述二级光生物反应器中雨生红球藻不动细胞数量占全部雨生红球藻细胞的60～90％。
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