Способ культивирования одноклеточной зеленой микроводоросли dunaliella salina для получения биомассы

Авторы патента:


Способ культивирования одноклеточной зеленой микроводоросли dunaliella salina для получения биомассы
Способ культивирования одноклеточной зеленой микроводоросли dunaliella salina для получения биомассы
Способ культивирования одноклеточной зеленой микроводоросли dunaliella salina для получения биомассы
Способ культивирования одноклеточной зеленой микроводоросли dunaliella salina для получения биомассы
Способ культивирования одноклеточной зеленой микроводоросли dunaliella salina для получения биомассы
Способ культивирования одноклеточной зеленой микроводоросли dunaliella salina для получения биомассы
Способ культивирования одноклеточной зеленой микроводоросли dunaliella salina для получения биомассы

 


Владельцы патента RU 2541446:

Институт биологии южных морей им. А.О. Ковалевского (RU)

Способ культивирования одноклеточной зеленой микроводоросли Dunaliella salina для получения биомассы с использованием квазинепрерывного режима культивирования. Культуру, выращенную на модифицированной питательной среде Тренкеншу методом накопительных культур до плотности 1,5-3 г ОР·л-1 переводят в квазинепрерывный режим культивирования. Дальнейшее выращивание осуществляют при удельной скорости протока среды около 0,3 сут-1, при круглосуточном освещении с поверхностной освещенностью 80 Вт·м-2, непрерывной продувке газовоздушной смесью со скоростью 1 л смеси·мин-1·л-1 культуры, которая содержит 3 % СО2, и температуре 26-28°С, на модифицированной питательной среде Тренкеншу. Полученная биомасса составляла около 0,5 г ОВ с 1 л культуры в сутки при относительном содержании каротиноидов в биомассе не менее 0,9 % ОВ, хлорофилла а - 2,8% ОВ и белка - 55% ОВ.

 

Изобретение относится к биотехнологии микроводорослей и может быть использовано при промышленном получении биомассы микроводоросли Dunaliella salina.

Зеленая одноклеточная водоросль Dunaliella salina - объект массового промышленного культивирования для получения витаминов, липидов, спиртов (в частности, этанола) и антибиотиков. Биомасса активно растущей микроводоросли D. salina, по данным многих авторов, имеет сбалансированный биохимический состав (содержание белка до 60%, углеводов - 8,40 - 12,70%, липидов - 7,70 -10,80%). Содержание ценного пигмента хлорофилла а может достигать свыше 5% на абсолютно сухую массу. Кроме того, биомасса зеленой микроводоросли D. salina является источником биоактивных веществ, обладающих антиоксидантными свойствами, таких как липиды (полиненасыщенные жирные кислоты), каротиноиды (β-каротин, лютеин, зеаксантин и др.), витамины (токоферол) и др. В отличие от других водорослей, клетки D. salina лишены целлюлозной или пектиновой оболочки и окружены лишь тонкой эластичной протоплазматической мембраной (плазмалеммой), что существенно облегчает усвоение биомассы водоросли. Благодаря этим ценным качествам биомасса D. salina широко применяется в мировой практике в качестве кормовой добавки.

Промышленные технологии, использующиеся в настоящее время, ориентированы на получение биомассы D. salina, обогащённой β-каротином путем использования обеднённых сред, так как именно в таких условиях происходит накопление вторичных каротиноидов. Состав среды Тренкеншу позволяет получать плотную культуру дуналиеллы, характеризующуюся высокими продукционными характеристиками.

На практике применяются следующие методы культивирования D. salina: накопительный, непрерывный, непропорционально-проточный, квазинепрерывный. Однако чаще всего для выращивания D. salina используют накопительный режим культивирования, который является наиболее разработанным и изученным. Возможности квазинепрерывной культуры (особенно плотной) реализованы слабо.

Известен способ квазинепрерывного культивирования D. salina, при котором выращивание микроводоросли происходит в открытых резервуарах [см. Garcia-Gonzalez M., Moreno J., Canavate J.P., Anguis V., Prieto Α., Manzano С, Florencio F.G., Guerrero M.G. Conditions for open-air outdoor culture of Dunaliella salina in southern Spain // J Appl. Phycol. - 2003. - 15. - P. 177-184]. Культивирование осуществляют при естественной освещённости и температуре. В способе водоросль выращивают методом квазинепрерывной культуры на питательной среде с содержанием 5 мМ NaNO3 и 2 M NaCl при естественном освещении, добавление свежей среды проводят каждые 2 суток до первоначальной плотности культуры 0,7 - 0,9·106кл·мл-1. Водоросли выращивают в овальных пластиковых бассейнах с площадью поверхности 3 м2 и глубиной 0,3 м при естественном уровне освещённости и температуре. При таком режиме культивирования средняя продуктивность составляет 1,65 г сухого вещества (СВ), а β-каротина - 0,1 г с 1 м2 в сутки.

Указанная работа имеет принципиальное значение, так как подтверждает возможность получения биомассы D. salina при выращивании в квазинепрерывном режиме. Однако предложенный режим культивирования имеет некоторые ограничения для использования в промышленных масштабах. Наиболее важными из них являются:

а) сложность в регулировке степени разбавления до первоначальной плотности культуры;

б) более низкая продуктивность с единицы объёма по сравнению с предлагаемым способом;

В основу изобретения Способ культивирования одноклеточной зеленой микроводоросли Dunaliella salina поставлена задача повышения эффективности способа путем увеличения продуктивности культуры при использовании концентрированной питательной среды и квазинепрерывного режима выращивания.

Способ культивирования одноклеточной зеленой микроводоросли Dunaliella salina для получения биомассы основан на использовании квазинепрерывного режима, а подбор условий культивирования, способствующих накоплению в клетках пигментов и белка, были выполнены авторами в лабораторных экспериментах.

Поставленная задача достигается тем, что культуру, выращенную на модифицированной питательной среде Тренкеншу (Тренкеншу Р.П., Белянин В.Н. Влияние элементов минерального питания на продуктивность водоросли Platymonas viridis Rouch. // Биология моря. - 1979. - № 51. - С. 41 - 46.) методом накопительных культур до плотности 1,5 - 3 г ОВ·л-1 (грамм органического вещества на 1 литр) переводят на квазинепрерывный режим культивирования. Квазинепрерывную культуру получают путем периодической (с интервалом в 24 ч) замены части суспензии микроводоросли равноценным объемом свежеприготовленной среды. Каждые 24 часа из культиваторов отбирают 12, 14, 32 и 42% объема культуры (ω = 0,12-0,42 сут-1) и заменяют его равноценным объемом свежей среды. Выращивание D. salina осуществляют с удельной скоростью протока около 0,1 - 0,4 сут-1, при круглосуточном освещении люминесцентными лампами дневного света, обеспечивающими поверхностную освещённость 80 Вт·м-2, непрерывной продувке газовоздушной смесью: на 1 литр культуры микроводоросли - 1 литр газовоздушной смеси в 1 минуту (1 л·мин-1·л-1 культуры), содержащей 3% СO2 (по объёму) и температуре 26-28°С.

Общим для прототипа и заявляемого способа является применение квазинепрерывного режима культивирования. Основное отличие от прототипа заключается в том, что в заявляемом способе при культивировании используется метод квазинепрерывной культуры со скоростью протока около 0,3 сут-1.

Изобретение поясняется иллюстрациями. Фиг. 1 - Динамика плотности накопительной и квазинепрерывной культуры Dunaliella salina при различной скорости протока среды (пунктирная линия - граница накопительного и квазинепрерывного культивирования). Фиг. 2 - Зависимость относительного содержания пигментов в клетках Dunaliella salina от удельной скорости протока среды в квазинепрерывной культуре. Фиг. 3 - Зависимость относительного содержания белка в клетках Dunaliella salina от удельной скорости протока среды в квазинепрерывной культуре.

Способ культивирования одноклеточной зеленой водоросли Dunaliella salina реализуется следующим образом:

Для культивирования может быть использован любой штамм Dunaliella salina, например IBSS-1, IBSS-2, IBSS-3, их коллекционное хранение осуществляют на питательной среде Ben-Amotz, и температуре 15-18°С с пересевом каждые 1,5-2 месяца.

Получение инокулята. Для получения инокулята культуру водоросли из музея 5-7 дней выращивают методом накопительной культуры на модифицированной среде Тренкеншу разбавленной водой 1:1 при освещении 6 кЛк. Затем культуру переносят в неразбавленную модифицированную среду Тренкеншу и продолжают культивировать при искусственном освещении люминесцентными лампами дневного света 80 Вт·м-2 в накопительном режиме при непрерывном барботаже газовоздушной смесью (1 л·мин-1·л-1 культуры), содержащей 3% СO2 (по объёму). Для засева культиваторов используют активно делящуюся культуру, взятую на линейной стадии роста, когда её продуктивность максимальна. Суспензию клеток вносят в культиваторы из такого расчета, чтобы начальная плотность культур составляла не менее 0,1-0,2 г·л-1 сухого вещества. Процесс культивирования. Питательной средой для предлагаемого способа культивирования служит модифицированная среда Тренкеншу. Модификация заключается в увеличении солености среды за счет добавления хлорида натрия или морской соли до концентрации 120 г/л. Выращивание водоросли осуществляют при поверхностной освещенности культиваторов около 80 Вт·м-2, скорости продувки газовоздушной смесью 1 л·мин-1·л-1 культуры, содержащей 3% СO2 и температуре питательной среды 26-28°С. Первоначально D. salina культивируют в накопительном режиме на модифицированной среде Тренкеншу до плотности культуры 1,5 - 3 г ОВ·л-1. Далее культуру переводят на квазинепрерывный режим, т.е. с интервалом в 24 часа из культиваторов отбирают 10-40% объема культуры, заменяя его равноценным объемом свежей среды.

Для установления условий культивирования, способствующих накоплению в клетках пигментов и белка, культивирование D. salina проводили в четырёх вариантах квазинепрерывного режима в 6-литровых культиваторах на модифицированной питательной среде Тренкеншу при круглосуточной поверхностной освещенности 80 Вт·м2, со скоростью продувки газовоздушной смесью 1 л смеси·мин-1·л-1 культуры, содержащей 3% СO2 и температуре 26-28°С. Объем культуры в культиваторах составлял 5л, начальная плотность культуры -0,12 г ОВ·л-1. Каждые 24 часа из культиваторов отбирали 12, 14, 32 и 42% объема культуры (ω=0,12-0,42 сут-1) и заменяли его равноценным объемом свежей среды.

При квазинепрерывном режиме происходит систематическое внесение биогенов в культуру, и с увеличением удельной скорости протока количество азота и фосфора, вносимого в культуру, пропорционально увеличивается. При этом плотность культуры изменяется и достигает стационарного динамического равновесия (фиг. 1, табл. 2).

Кроме того, наблюдается изменение и стабилизация относительного содержания фотосинтетических пигментов и белка в связи с изменившимися условиями по минеральному обеспечению и освещённости (на фоне изменения плотности культуры) (фиг. 2, фиг. 3, табл. 2).

Общий выход биомассы D. salina при квазинепрерывном культивировании складывается из ежедневных 10-40% отборов биомассы и биомассы, собираемой из культиваторов по окончании технологического цикла. Данные, характеризующие продуктивность культуры D. salina по биомассе, пигментам и белку при квазинепрерывном режиме культивирования представлены в табл. 3.

Ежедневное внесение нитратов и фосфатов обеспечивает поддержание клеток в культуре в вегетативном состоянии. В предлагаемом способе культивирования величина скорости протока находится в диапазоне 0,1-0,4 сут-1, но по результатам проведённых экспериментов наибольшая продуктивность по пигментам и белку зарегистрирована при удельной скорости протока среды около 0,3 сут -1 (ежедневный 30% обмен среды). В этом случае продуктивность культуры D. salina по биомассе составляет 0,45 г ОВ·л-1, по хлорофиллу а - 12, каротиноидам - 4, белку - 250 мг·л -1 сут -1.

Пример.

Для культивирования использовали штамм IBSS-2, который характеризуется более высоким содержанием каротиноидов, по сравнению со штаммами IBSS-1 и IBSS-3.

Для получения инокулята штамм в течение 7 суток выращивали методом накопительной культуры в культиваторах плоскопараллельного типа объёмом 6 л с рабочей толщиной слоя 5 см при поверхностном освещении 80 Вт·м-2 на модифицированной питательной среде Тренкеншу. Полученную культуру использовали в качестве инокулята. Культуру переносили в аналогичные культиваторы, содержащие свежую модифицированную питательную среду Тренкеншу и продолжали выращивать в течение 10 суток при тех же условиях, при непрерывном барботаже газовоздушной смесью со скоростью 1 л мин -1·л -1 культуры, содержащей 3% СO2 и температуре 26-28°С до плотности культуры 1,5-3 г ОВ·л-1.

Далее культивирование D. salina проводили в квазинепрерывном режиме в 6-литровых культиваторах на модифицированной питательной среде Тренкеншу при круглосуточной поверхностной освещенности 80 Вт·м-2, скорости продувки газовоздушной смесью 1 л·мин -1·л -1 культуры, содержащей 3% СO2 и температуре 26-28°С. Объем культуры в культиваторах составлял 5 л, начальная плотность культуры - около 0,12 г ОВ·л-1. Каждые 24 часа из культиваторов отбирали около 30% объема культуры (ω = 0,30 сут-1) и заменяли его равноценным объемом свежей среды. Полученная биомасса составляла около 0,5 г ОВ с 1 л культуры в сутки при относительном содержании каротиноидов в биомассе не менее 0,9 % ОВ, хлорофилла a - 2,8% ОВ и белка - 55 % ОВ.

В предлагаемом способе продуктивность по биомассе в 25 раз выше, чем в известном. Способ эффективный и может быть положен в основу промышленного культивирования одноклеточной зеленой водоросли Dunaliella salina и получения сырья для производства БАД с повышенной биодоступностью каротиноидов и хлорофиллов как биологически активных соединений.

Способ культивирования одноклеточной зеленой микроводоросли Dunaliella salina для получения биомассы, в котором используют квазинепрерывный режим культивирования, отличающийся тем, что культуру, выращенную на модифицированной питательной среде Тренкеншу методом накопительных культур до плотности 1,5-3 г ОВ·л-1, переводят в квазинепрерывный режим культивирования и осуществляют дальнейшее выращивание при удельной скорости протока среды около 0,3 сут-1 при круглосуточном освещении с поверхностной освещённостью 80 Вт·м-2, непрерывной продувке газовоздушной смесью со скоростью 1 л смеси·мин-1·л-1 культуры, содержащей 3% СО2 и температуре 26-28°С, на модифицированной питательной среде Тренкеншу, имеющей состав, г·л-1:

Морская соль 120
NaNO3 2,139
NaH2PO4 × 2H2O 0,30
Na2EDTA 0,037
FeC6H5O7 × 7H2O 0,042
MnCl2 × 4H2O 0,0040
СоСl2 × 6Н2О 0,0031
(NH4)6Mo7О24 × 4H2O 0,0009
K2Cr2(SO4)4 × 24H2O 0,0017



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к биотехнологии. Штамм Arthrospira platensis (Nordst.) Geitl.

Изобретение относится к технологии получения биосилифицированных наноматериалов. Предложен способ получения биосилифицированных нанотрубок.

Группа изобретений, включающая штамм одноклеточных зеленых водорослей Parachlorella nurekis и его применение для уничтожения цианобактерий, относится к биотехнологии. Штамм Parachlorella nurekis 1904 KIEG депонирован в Коллекции Культур Водорослей и Протозоа (Culture Collection of Algae and Protozoa, CCAP), Морской институт Шотландии, Данбег, ОБАН, Аргайл, РАЗУ 1QA, Шотландия, Соединенное Королевство (Scottish Marine Institute, Dunbeg, OBAN, Argyll, PA37 1QA, Scotland, UK) под регистрационным номером CCAP №259/1 и может быть применен для уничтожения цианобактерий.

Изобретение относится к области биохимии. Предложен штамм микроводоросли Chlorella vulgaris IPPAS C-616 для получения липидов в качестве сырья для производства моторного топлива.

Изобретение относится к области биотехнологии, фармацевтической промышленности, в частности к оборудованию для культивиротвания фотосинтезирующих микроорганизмов, преимущественно микроводорослей.

Изобретение относится к фотобиотехнологии и микробиологии. Инокулят миуроводоросли Desmodesmus sp.штамм 2С166Е вносят в минеральную среду BG-11 до конечной концентрации хлорофилла в смеси 4-6 мкг/мл.

Изобретение относится к способу обогащения фотосинтезирующего микроорганизма, выбранного из зеленых водорослей и сине-зеленых водорослей органическим селеном. При этом фотосинтезирующий микроорганизм культивируют в среде, содержащей соединение типа селенсодержащей гидроксикислоты общей формулы (I), солью, сложноэфирным или амидным производным этой кислоты.
Изобретение относится к микробиологии. Способ культивирования микроводорослей биотопливного назначения включает две стадии альголизации.

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к технологии выращивания планктонных водорослей, в частности хлореллы. .

Изобретение относится к культивированию сине-зеленых микроскопических водорослей рода Spirulina с образованием водорослей желто-золотистого цвета с высоким содержанием каротиноидов.

Устройство для культивирования макрофитов с рабочими объемами с соотношением высоты к ширине не менее 1,5, имеющими поперечные профили дна в форме четвертой-шестой части сечения цилиндра, примыкающего к высоким боковым стенкам под прямым углом, и низкие стенки, выполненные из светонепроницаемого материала, оснащенные расположенными в их глубоких частях продольными перфорированными воздуховодами, патрубками для подачи и щелями для слива питательной среды, газообменниками, блоком регулирования рН с датчиками рН и набором сигнальных электродов, коммутатором, исполнительным механизмом для подачи в газообменники углекислого газа, светильниками с вертикальным набором люминесцентных ламп, вокруг которых попарно группируются рабочие объемы, которые дополнительно оснащены роторами, вращающимися на осях, закрепленных на торцевых стенках, с шестью подпружиненными, наполняемыми воздухом поворотными лопастями, выполненными из светопроницаемого материала, и вспомогательными перфорированными воздуховодами с независимым регулированием подачи воздуха. Устройство при значительном сокращении расходов углекислого газа и сжатого воздуха позволяет эффективно использовать световую энергию и, сохраняя высокую удельную производительность продукции, снизить её себестоимость. .

Группа изобретений относится к области выращивания микроводорослей. Предложена установка для выращивания хлореллы и светильник для установки.

Плавучий биореактор включает по меньшей мере один установленный на поверхности водоема герметичный контейнер из мягкого светопроницаемого полимерного материала с трубопроводами с запорной арматурой для загрузки исходных сырьевых компонентов, разгрузки микроводорослей и подачи и отбора газов из контейнера.

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к технологии выращивания планктонных водорослей, в частности хлореллы. .

Изобретение относится к носителю для швартовной точки выращивания макроводорослей, как описано во вступительной части п.1 формулы изобретения, и устройству для подвешивания таких носителей.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для культивации хлореллы. .

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для получения как биомассы микроводорослей, так и любых продуктов их жизнедеятельности. .

Изобретение относится к гидротехническим сооружениям при возведении искусственных рифов в морских и пресноводных хозяйствах. .

Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к технологии выращивания хлореллы. .
Изобретение относится к марикультуре, а именно к искусственному восстановлению полей ламинарии в традиционных местах ее произрастания. .

Изобретение относится к способу определения объемов и площадей поверхностей клеток диатомовых водорослей, предусматривающему отбор и фотографирование водорослей, компьютерное построение трехмерных геометрических моделей путем создания каркаса, покрываемого полигональной поверхностью, расчеты объемов и площадей водорослей по полученным моделям. При этом трехмерный каркас модели строят путем объединения трех компьютерных оцифрованных проекций панцирей диатомовых водорослей на створчатую, продольную и поперечную плоскости, причем для построения цифровых проекций применяют кубические кривые Безье, которые используют для обводки контуров клеток диатомовых, причем ключевые вершины кривых Безье размещают в морфологически значимых местах границы контура клетки, которые соответствуют наиболее возможным местам изменения формы границы в процессе развития микроводоросли, а после «обтягивания» каркаса полигональной поверхностью построенную модель соотносят с размерами исследуемого объекта и модифицируют с помощью перемещения ключевых вершин кривых Безье так, чтобы их размеры и пропорции отвечали размерам и пропорциям исследуемых клеток.
Наверх