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

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

目前世界上已知的小球藻約 10 種，加上其變種可達數(shù)百種之多。小球藻因分布廣泛、易于培養(yǎng)，生長繁殖速度快等優(yōu)點其應用價值很高。我國常見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含量高，營養(yǎng)價值最高。小球藻主要作為單細胞蛋白資源而加以開發(fā)利用，又在此基礎上轉向開發(fā)生產(chǎn)價值更高的保健品、美容食品和食品添加劑。我國臺灣地區(qū)和日本成功地建立了小球藻產(chǎn)業(yè)，被聯(lián)合國糧食及農業(yè)組織列為21世紀人類的綠色營養(yǎng)源健康食品。

目前， 我國微藻餌料培養(yǎng)基本上是采用人工室內水泥池培養(yǎng)， 培養(yǎng)后藻細胞濃度僅能達到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、操作技術等因素的影響， 常常出現(xiàn)餌料老化、污染、藻細胞濃度過低等現(xiàn)象。光生物反應器具有較高的光能利用率， 能實現(xiàn)微藻的高藻細胞濃度培養(yǎng)， 全封閉不易污染等 ，使其在微藻的高藻細胞濃度大規(guī)模培養(yǎng)方面具有很強的應用發(fā)展前景。

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

實驗材料與方法

實驗材料。蛋白核小球藻：來自水生所；BG11培養(yǎng)基，所有組分均為分析純。

實驗設備。紫外分光光度計UV-1100——上海美普達儀器有限公司； LRH-150生化培養(yǎng)箱——上海一恒科技有限公司；電熱恒溫鼓風干燥箱 DHG-9030A——上海齊欣科學儀器有限公司；電子天平JY10002 ——上海舜宇恒平科學儀器有限公司；旋轉蒸發(fā)儀RE-52AA——上海亞榮旋轉蒸發(fā)儀

實驗方法。 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，觀察其對小球藻生長量的影響。培養(yǎng)時，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)，光照強度6000lx，光照時間12/12h，每日補水至初始體積。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OD值（波長為680nm），培養(yǎng)結束后測量干重。分別設置3個平行實驗。

結果與討論

不同培養(yǎng)方式對小球藻OD680結果。每天分別測定間隙充氣培養(yǎng)與連續(xù)充氣培養(yǎng)的小球藻的密度值，實驗結果如表1所示。

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

不同充氣方式培養(yǎng)小球藻的干重測定結果。將培養(yǎng)結束后的小球藻取樣50ml，抽濾后測定干重值。實驗結果如表2所示。

培養(yǎng)結束后，測得的連續(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%。

結論

研究比較了間隙充氣培養(yǎng)與連續(xù)充氣培養(yǎng)對小球藻生長量的影響。結果表明：間隙充氣培養(yǎng)（每1h充氣0.5h）的小球藻的細胞干重為0.402g/L，而連續(xù)充氣培養(yǎng)細胞干重僅為0.313g/L，其產(chǎn)量提升高達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)過程中充氣時間減半，則能耗相應降低一半，對于能耗成本高昂的氣升式光生物反應器而言，可有效降低生產(chǎn)成本。因此，論文研究結果可為建立節(jié)能環(huán)保的微藻培養(yǎng)方式提供參考。