間隙充氣培養(yǎng)與連續(xù)充氣培養(yǎng)對(duì)小球藻生長(zhǎng)量影響的分析研究

小球藻（Chlorella vulgaris）綠藻綱，小球藻科。單細(xì)胞藻，常單生，也有多細(xì)胞聚集。細(xì)胞形態(tài)為球形或橢圓形，葉綠體緊靠細(xì)胞膜，在大多數(shù)種的細(xì)胞中還有一個(gè)蛋白核。它不能形成合子，而是形成自體孢子進(jìn)行繁殖，每個(gè)母細(xì)胞一次可以分裂為2、4、8或16個(gè)子細(xì)胞。小球藻一般分布在土壤和淡水水域中，有的還以內(nèi)共生體的形式出現(xiàn)在無(wú)脊椎動(dòng)物體內(nèi)。

目前世界上已知的小球藻約 10 種，加上其變種可達(dá)數(shù)百種之多。小球藻因分布廣泛、易于培養(yǎng)，生長(zhǎng)繁殖速度快等優(yōu)點(diǎn)其應(yīng)用價(jià)值很高。我國(guó)常見(jiàn)的種類有蛋白核小球藻、橢圓小球藻、普通小球藻等，其中蛋白核小球藻蛋白質(zhì)含量高，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值最高。小球藻主要作為單細(xì)胞蛋白資源而加以開(kāi)發(fā)利用，又在此基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)向開(kāi)發(fā)生產(chǎn)價(jià)值更高的保健品、美容食品和食品添加劑。我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)和日本成功地建立了小球藻產(chǎn)業(yè)，被聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織列為21世紀(jì)人類的綠色營(yíng)養(yǎng)源健康食品。

目前， 我國(guó)微藻餌料培養(yǎng)基本上是采用人工室內(nèi)水泥池培養(yǎng)， 培養(yǎng)后藻細(xì)胞濃度僅能達(dá)到6 *105-3 * 107cell/mL， 餌料培養(yǎng)水體配備為育苗水體的30% ～ 60%。此外， 由于天氣、操作技術(shù)等因素的影響， 常常出現(xiàn)餌料老化、污染、藻細(xì)胞濃度過(guò)低等現(xiàn)象。光生物反應(yīng)器具有較高的光能利用率， 能實(shí)現(xiàn)微藻的高藻細(xì)胞濃度培養(yǎng)， 全封閉不易污染等 ，使其在微藻的高藻細(xì)胞濃度大規(guī)模培養(yǎng)方面具有很強(qiáng)的應(yīng)用發(fā)展前景。

目前氣升式光生物反應(yīng)器主要采用持續(xù)充氣的方式來(lái)為微藻提供二氧化碳、氧氣及維持懸浮狀態(tài)，因此由充氣帶來(lái)的能耗相當(dāng)高昂，同時(shí)由于氧氣是微藻光合作用產(chǎn)物，當(dāng)培養(yǎng)液中溶氧較高時(shí)可能由于底物抑制而對(duì)微藻的生長(zhǎng)帶來(lái)負(fù)面影響。本文以小球藻為例，通過(guò)比較持續(xù)充氣培養(yǎng)與間隙充氣培養(yǎng)對(duì)微藻生長(zhǎng)的影響，可為建立節(jié)能環(huán)保的微藻培養(yǎng)方式提供參考。

實(shí)驗(yàn)材料與方法

實(shí)驗(yàn)材料。蛋白核小球藻：來(lái)自水生所；BG11培養(yǎng)基，所有組分均為分析純。

實(shí)驗(yàn)設(shè)備。紫外分光光度計(jì)UV-1100——上海美普達(dá)儀器有限公司； LRH-150生化培養(yǎng)箱——上海一恒科技有限公司；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 DHG-9030A——上海齊欣科學(xué)儀器有限公司；電子天平JY10002 ——上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀RE-52AA——上海亞榮旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀

實(shí)驗(yàn)方法。 分別選擇連續(xù)充氣培養(yǎng)與間隙充氣培養(yǎng)兩種不同的培養(yǎng)方式，觀察其對(duì)小球藻生長(zhǎng)量的影響。培養(yǎng)時(shí)，固定兩組的載液量均為200ml，初始OD值均為0.332，25/15℃變溫培養(yǎng)，光照強(qiáng)度6000lx，光照時(shí)間12/12h，每日補(bǔ)水至初始體積。間隙充氣組每1h充氣0.5h，連續(xù)充氣組為24h充氣。培養(yǎng)8天，期間每日監(jiān)測(cè)OD值（波長(zhǎng)為680nm），培養(yǎng)結(jié)束后測(cè)量干重。分別設(shè)置3個(gè)平行實(shí)驗(yàn)。

結(jié)果與討論

不同培養(yǎng)方式對(duì)小球藻OD680結(jié)果。每天分別測(cè)定間隙充氣培養(yǎng)與連續(xù)充氣培養(yǎng)的小球藻的密度值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

從表1和圖1可以看出，經(jīng)過(guò)1d的停滯期后，間隙充氣培養(yǎng)與連續(xù)充氣培養(yǎng)的小球藻均開(kāi)始進(jìn)入對(duì)數(shù)期，OD值迅速增長(zhǎng)。在一個(gè)培養(yǎng)周期內(nèi)，連續(xù)充氣培養(yǎng)小球藻的OD值從0.332增長(zhǎng)到0.863，而間隙充氣培養(yǎng)其OD680從0.332增長(zhǎng)到1.074，其生長(zhǎng)量比連續(xù)充氣培養(yǎng)組高27.8%，小球藻的生長(zhǎng)狀況明顯優(yōu)于連續(xù)充氣培養(yǎng)。

不同充氣方式培養(yǎng)小球藻的干重測(cè)定結(jié)果。將培養(yǎng)結(jié)束后的小球藻取樣50ml，抽濾后測(cè)定干重值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

培養(yǎng)結(jié)束后，測(cè)得的連續(xù)充氣培養(yǎng)小球藻的干重為0.313g/L，間隙充氣組干重為0.402g/L，間隙充氣組產(chǎn)量較連續(xù)充氣組高28.35%。

結(jié)論

研究比較了間隙充氣培養(yǎng)與連續(xù)充氣培養(yǎng)對(duì)小球藻生長(zhǎng)量的影響。結(jié)果表明：間隙充氣培養(yǎng)（每1h充氣0.5h）的小球藻的細(xì)胞干重為0.402g/L，而連續(xù)充氣培養(yǎng)細(xì)胞干重僅為0.313g/L，其產(chǎn)量提升高達(dá)28.35%。間歇充氣培養(yǎng)小球藻的方式優(yōu)于連續(xù)充氣培養(yǎng)。間隙充氣培養(yǎng)方式可有效提高小球藻的產(chǎn)量，且培養(yǎng)過(guò)程中充氣時(shí)間減半，則能耗相應(yīng)降低一半，對(duì)于能耗成本高昂的氣升式光生物反應(yīng)器而言，可有效降低生產(chǎn)成本。因此，論文研究結(jié)果可為建立節(jié)能環(huán)保的微藻培養(yǎng)方式提供參考。