小球藻在食品、饲料、医药等方面具有广泛的应用价值。高密度高品质培养是目前国内外小球藻培养技术中亟待解决的关键问题。笔者所在实验室建立的异养-光自养串联培养技术可实现小球藻的高密度高品质培养。本文首先系统地优化了普通小球藻异养-光自养串联培养工艺,并进行了初步的中试放大,最后将此技术应用于蛋白核小球藻的高密度高品质培养。以期为小球藻高密度高品质培养技术的产业化奠定基础。 利用HA-SK培养基和50L生物反应器/30L平板式光生物反应器中的异养-光自养串联培养工艺,在1500L发酵罐/20M3大池中基本实现了小球藻的异养-光自养串联培养的中试放大。但存在异养藻细胞生长速率下降、光自养蛋白质和叶绿素含量上升速率下降、灰分偏高的问题。 在50L生物反应器和3L平板式光生物反应器中分别对普通小球藻的异养培养补料工艺及光自养培养基进行了优化,培养基成本明显降低,培养液中金属离子含量显著减少,对小球藻灰分的降低有很大作用,光自养培养结束时灰分可控制在6％左右。 在600L发酵罐/70L半透明塑料盆中实现了优化后的普通小球藻异养-光自养串联培养工艺的中试放大。异养培养64.75h细胞密度达43.20g/L,蛋白和叶绿素含量分别为26.93％和10.15mg/gDcw,灰分为3.34％；光自养培养使藻细胞的蛋白和叶绿素含量快速上升,蛋白含量≥50％、叶绿素含量≥30 mg/gDcw、灰分约为6％,达到质量标准要求。 普通小球藻异养培养过程放大的主要限制因素是培养液中溶解氧浓度。在自然光照条件下,藻液深度、细胞密度和混合可明显影响藻细胞蛋白和叶绿素含量上升速率,但通过延长光自养培养时间,藻细胞的蛋白和叶绿素含量均可达到小球藻质量标准的要求。 将异养-光自养串联培养技术应用于蛋白核小球藻的培养,发现高浓度的葡萄糖对该藻种生长抑制不明显,在5L和50L生物反应器中异养培养90h左右,细胞密度分别达132.18g/L和149.43g/L,通过后期光自养培养,蛋白含量大于60％,叶绿素含量大于28mg/gDcw。