前言

小球藻（Chlorella pyrenoidosa）為綠藻門小球藻屬普生性單細(xì)胞綠藻（圖1），是一種球形單細(xì)胞淡水藻類的高效光合植物，以光合自養(yǎng)生長繁殖，廣泛分布在淡水水域，適應(yīng)能力極強(qiáng)，擁有較好的生存能力， 繁殖快速。小球藻中的蛋白核小球藻含有豐富的蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)、食物纖維、核酸及葉綠素等，具有降脂、降壓、降血糖、預(yù)防和改善動(dòng)脈粥狀硬化等功能，有很高的營養(yǎng)價(jià)值與醫(yī)用價(jià)值。

圖1 蛋白核小球藻

開放式和封閉式培養(yǎng)模式是目前用于微藻培養(yǎng)的主要培養(yǎng)模式。開放式培養(yǎng)模式結(jié)構(gòu)簡單、操作成本低，但是操作條件不易控制，溫度和光照強(qiáng)度隨地域環(huán)境和季節(jié)更替變化較大，且易受雜菌污染。封閉式反應(yīng)器操作條件便于控制，如培養(yǎng)液酸堿度、營養(yǎng)鹽濃度、 光照條件、溫度等，且不易染菌，產(chǎn)量較高，可用于菌株的擴(kuò)大培養(yǎng)。一般封閉式光生物反應(yīng)器有：管道式、平板式、柱狀氣升式、攪拌式、浮式薄膜袋等。

本文提出了一種內(nèi)置光源攪拌式生物反應(yīng)器在小球藻上的應(yīng)用培養(yǎng)，選用迪必爾生物工程（上海）有限公司自研的T&J-Lux A 5L攪拌式光照生物反應(yīng)器（圖2），為具有光照需求的菌株便捷式高密度培養(yǎng)提供了有效的解決方案。

圖2 T&J-Lux A 5L 光照生物反應(yīng)器

方法與結(jié)果
 

實(shí)驗(yàn)菌株

小球藻（FACHB-5）：購自中國科學(xué)院水生生物研究所

實(shí)驗(yàn)設(shè)備

T&J-Lux A 5L ：迪必爾生物工程（上海）有限公司

工藝參數(shù)條件

見表1

表1 工藝參數(shù)設(shè)置

結(jié)果分析

本次實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)周期為13d，其中在第7d、9d、11d分別一次性補(bǔ)加BG11三倍濃縮液50ml,培養(yǎng)到第12d得到了最優(yōu)的結(jié)果，結(jié)果數(shù)據(jù)見生長趨勢曲線圖（圖3），其中OD₆₇₀值為1.676，藻密度為64.5×10⁶個(gè)/ml,細(xì)胞干重為2.4g/L。本次實(shí)驗(yàn)比同期搖瓶的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)量OD₆₇₀值提高了67.6%（搖瓶OD₆₇₀值0.946），藻密度值提高了168%（搖瓶藻密度值為24×10⁶個(gè)/ml），細(xì)胞干重提高了152%（搖瓶細(xì)胞干重為0.95 g/L）。

圖3 蛋白核小球藻培養(yǎng)各指標(biāo)生長趨勢曲線

結(jié)論

迪必爾生物工程（上海）有限公司自研的產(chǎn)品T&J-Lux A攪拌式光照生物反應(yīng)器產(chǎn)品摒棄了傳統(tǒng)的外置光源具有的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、光強(qiáng)利用率低等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺點(diǎn)，而是采用內(nèi)置光源模式，光源為內(nèi)插式LED燈帶結(jié)構(gòu)（圖4），設(shè)備結(jié)構(gòu)更加緊湊、光強(qiáng)利用率更高。

圖4 內(nèi)置光源結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

T&J-Lux A硬件系統(tǒng)光源選用RGB三色可調(diào)光源（圖5），每種光源的亮度分為256個(gè)等級（0-255），可根據(jù)不同的菌株培養(yǎng)需求自動(dòng)調(diào)整設(shè)計(jì)光照強(qiáng)度（平均最大光強(qiáng)可以達(dá)到50000Lux 以上），因此可以滿足不同項(xiàng)目菌株對不同光照強(qiáng)度需求的培養(yǎng)。

圖5 RGB三色可調(diào)光源

T&J-Lux A軟件系統(tǒng)整合了光亮等級分步設(shè)計(jì)，可進(jìn)行光亮參數(shù)梯度調(diào)節(jié)，同時(shí)可進(jìn)行光暗比的循環(huán)控制（圖6)，滿足不同項(xiàng)目菌株的工藝生長需求。

圖6 光照梯度及循環(huán)控制調(diào)節(jié)