螺旋藻浮法培养技术的建立及优化研究

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微藻具有光合效率高、固碳能力强、富含多种营养成分、可在非耕地培养等特点。目前我国微藻的年产量约为一万吨,其中80%以上为螺旋藻,螺旋藻是第一大应用微藻。由于微藻生产的成本较高,且培养过程中微藻受环境影响较大,微藻的规模化生产受到了一定限制。所以,探讨建立低成本的微藻培养技术具有重要的意义。本实验室前期建立了浮法(平面、开放和浅层;Flat,Open and Shallow,FOS)培养体系,并以小球藻为模式进行了中试规模的试验,初步实验结果表明浮法体系投资效率高、水电成本低、操作简单。本研究旨在建立与优化螺旋藻的浮法培养体系,包括合适藻种的筛选,测定评价浮法培养条件下的各项参数,探索培养基成分、液层厚度、培养模式等对螺旋藻生长的影响,开展一定规模的户外试验并进行技术经济核算,与传统方法进行经济成本等核心参数的比较,为扩大螺旋藻培养规模提供技术支撑。以不同来源的螺旋藻(Spirulina)藻种为实验材料,以扎鲁克为基础培养基,在培养室、温室、户外条件下培养,筛选合适的藻种,对代表性藻种进行不同培养基成分,不同液层厚度及不同方式的培养,在不同的时间点取样测定并记录光密度值、pH值等数据,比较生物学产量、生产成本等,开展一定规模的户外中试培养试验。比较了 5个螺旋藻藻种,结果表明FACHB-2608生长速率较快,且表现稳定。比较了不同光照强度下螺旋藻的长势,发现螺旋藻的适宜光强在50-75 mol/m2·s范围,螺旋藻具有光饱和现象。探究了碳酸氢钠含量及通入二氧化碳对螺旋藻的影响,结果表明,培养基中碳酸氢钠浓度在12-16 g/L,有利于螺旋藻的稳定生长,二氧化碳可用作螺旋藻的碳源,且对螺旋藻成本的降低有重要影响。探究了尿素氮源对螺旋藻的影响,结果表明,适量的尿素可用作螺旋藻的氮源。比较了不同液层厚度下螺旋藻培养的各项参数,结果表明,在液层厚度1-5 cm的条件下,液层越浅,螺旋藻生长越快,单位体积产量越高,提示不同液层厚度通过影响透光率对螺旋藻生长产生显著影响。在浮法模式下,单位体积和单位面积的生物量最大值分别为5.36 g/L·d和0.93 mg/m2·d。试验了浮法体系下的半连续培养,历经10次采收,螺旋藻都能够持续稳定生长,表明半连续培养也适合于浮法体系。进行了 3000 L户外螺旋藻中试培养,持续30 d,螺旋藻的单位体积产量为0.16 g/L·d,折合年亩产量为1150 Kg。对户外培养条件下的温度控制进行试验,表明遮阳网、喷水、施用大棚降温剂等均有降温效果,经组合处理可以在盛夏高温季节把温度控制在35℃以下。对浮法培养体系进行了经济核算,与文献报道相比,浮法培养体系搭建方便、成本低,仍有进一步提升优化的潜力。
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