一种从螺旋藻属生产干燥的藻类生物量的方法

摘要

本发明涉及从螺旋藻属生产干燥的藻类生物量，特征在于分开的培养步骤。在含有营养培养基和接收1500—2000勒范围内的光子的反应器中进行第一步。一旦达到所需的光密度，用天然方法和在营养物中使培养物进行第二步的培养生长。初始光密度是0.1—0.5。一旦达到令人满意的光密度，收获培养物、过滤、洗涤和干燥培养物。

说明书

本发明涉及一种从螺旋藻属生产干燥的藻类生物量的方法。

一般地知道螺旋藻属是一种含有有价值的营养物和富含蛋白质的微藻类。而且，螺旋藻属含有极好的包括β-胡萝卜素（维生素A元）维生素B₁、B₂、B₆、B₁₂、C、E和H（生物素）。螺旋藻属还显示出具有γ-亚麻酸和α-亚麻酸，它俩是在抗疾病中非常主要的物质。

已知螺旋藻属具有各种菌株例如Spirulina maxima、Spirulina platensis、盐泽螺旋藻、纺锤螺旋藻。奇怪地，迄今进行的和在文献中报道的大部分研究是关于maxima和platensis菌株，对纺锤螺旋藻进行了或在文献中报道了非常有限的研究。关于spirulina maxima的研究在Appl.Microbiol Biotechnol（24，1，47-50）1986 Coden.已有报道。该研究涉及在海水中大量培养Spirulina maxima，特别提及氮源对生物量产率的影响。根据该报道，使用每个具有3米²受照射表面的6个PVC池从1984年9月至1985年8月室外培养Spirulina>2的3个水泥池。海水补充以含有NaHCO₃、KNO₃或尿素、K₂HOP₄或H₃PO₄和Fe>2/天。日本专利no.61031095公开了一种从盐泽螺旋藻制备粘稠多糖的方法。这样的方法在于把盐泽螺旋藻接种到含有NaHCO₃、MgSO₄、A₅溶液、K₂HOP₄、CaCl₂、NaNO₃、FeSO₄、NaCl、EDTA的营养培养基上，其中A₅溶液由H₃BO₃、MnCl₂、ZnSO₄·7H₂O和H₂SO₄组成。在4000勒的荧光灯下进行培养。收集藻类并在含有NaCl和Na₂CO₃的水溶液中于90℃加热。

已知使用含有硝酸盐和磷酸盐的碱性营养培养基在琼脂斜面上生长保存菌，将培养时间30-40天。将这样的培养物移至玻璃坛中使用相同的培养基进一步培养，次培养时间30-40天。通过分别灭菌培养基成分制备液体保存菌并保持30-40天。将这样的液体保存菌用于具有相同培养基的接种物发育，并在8000-10000勒阴暗条件下保存。用于室外池之前，每天摇动这些坛子多次。在该方法中使用的总时间大约90天。仅能以间歇式方式利用这样的方法，经过相当长的时间之后生产出最终产品，即大约90天。

本发明的目的是提供一种避免已知方法缺点的从螺旋藻属生产干燥的藻类生物量的改进的方法。

本发明的另一个目的是提供一种生产具有所需质量、产率大约85%的干燥的藻类生物量的方法，且生产时间被大量地减少至例如40天。

根据本发明，提供了一种从螺旋藻属生产干燥的藻类生物量的方法，该方法包括：在第一步中，在含有营养物的第一反应器中培养螺旋藻属，该营养物含有在水介质中的碳酸氢钠，硝酸钠，磷酸氢二钾（dipotassium  phosphate）、微量元素例如锌和钒，并接收1500-2000勒范围内的光子，来生产在420纳米（namometers）测量的光密度在0.8-1.2范围内的接种物，通过将接种物引进第二反应器使接种物经受第二步培养，该反应器比第一反应器大并暴露在阳光中接收4000-6000勒范围内的光子，所说的第二反应器含有营养物和天然水，培养物的初始光密度在420纳米测量是在0.1-0.8范围内，光密度1-1.2时收获培养物，过滤、洗涤和干燥培养物得到所需的藻类生物量。

奇怪地，现已发现当在两个分开的反应器中培养螺旋藻菌株时，得到了提高的收率和较短的生产周期，其中，第一反应器接收1500-2000勒范围内的光子来生产在420纳米测量的光密度在0.3-1.2范围内的培养物。在第二反应器中，培养物的初始光密度是在0.1-0.5范围内。在光密度1-1.2时收获培养物。过滤培养物，滤液和洗涤水回流至第二反应器。

在本发明的方法中有用的螺旋藻菌种是Spirulina  maxima、Spirulina  platensis和纺锤螺旋藻。在池中制备培养物、收获培养物、从生长培养基分离和洗涤生物量、干燥或使生物量经受脱水是在现有技术中一般公知的步骤。然而，在两个分开的步骤中制备培养物的步骤、参数和完成每步的方法在现有技术中不是公知的。

培养物生长的第一步在于把螺旋藻属的接种物引入含有营养培养基的第一反应器中。优选地，营养培养基和接种物的比是3∶1至4∶1。在培养物生长的第一步中采用的营养培养基包括在含水介质中，如蒸馏水中的碳酸氢钠、硝酸钠、磷酸氢二钾和微量元素例如锌和钒。而且，在25-35℃的温度，培养物接收1500-2000勒范围内的光子。继续这样的处理直至接种物的光密度在420纳米测量为0.8-1.2。然而，第一反应器中的光吸收则选择在波长450-870纳米。正常地，在15-20天的时间内达到这样的光密度。

培养物生长的第二步在于将第一步的接种物注入生产池中或注入除含天然水，例如海水之外的类似于第一反应器的含营养培养基的第二反应器。这样设计反应器或池以便帮助培养物在浅的同心通道中流动。20-30厘米的培养物深度有利于持续生产。较大的深度没有显著的帮助，因为在培养物中的光渗透受到限制。根据测量的光密度的大小，例如通过分光光度汁监控螺旋藻属的生长。

第二反应器中的培养物接受4000-6000勒范围内的光子的处理。平整地面后可放置第二反应器，第二反应器可长60米、宽15米、深30厘米，并把它仔细地调整坡度以便保证平稳的流动。大量培养步骤需要每天监测在培养物中N.P.O的量和光密度的大小使能够正确控制用以使培养物生长的营养物。例如以每天为基准，40毫克/升至500毫克/升的硝酸盐氮波动对好的生长是不利的，然而，40-80毫克/升的波动则不会有此不利。类似地，通过重新溶解到培养物中和重新吸收进培养物中可减少硝酸盐氮的量，可通过搅拌接种物达到该量。从包含在营养培养基中的硝酸钠释放的氮的浓度40毫克/升至500毫克/升用于第二反应器中。通过程序化方法的营养物的一次量送料或通过正弦曲线送料等等把营养物送入反应器中也保证了所需的条件。在第二反应器中的培养步骤的培养基可含有500-3000毫克/升的藻类生物量。

营养培养基中的碳酸氢钠的量通过实施例大约是10克/升。

光合作用时间内搅拌培养物帮助促进生物量生长。用在池中达到的流速表示搅拌的程度。一般地，为此目的，认为20-40厘米/秒的流速是适宜的。优选地，以5-25厘米/秒的速度未完成第二反应器中的搅拌。恒定的搅拌减少氧气过饱和的程度和细胞周围的营养梯度。当光渗透受限制时，由搅拌形成的涡流造成在稠密的培养物中对细胞生长有利的辐射分布。螺旋藻属需要用以合成碳水化合物的碳，主要以碳酸氢钠的方式提供碳，螺旋藻属使生长培养基变为碱性，由此排除了在培养基中其他形式的微生物的生长。正常地在池中，总碱度保持在8-10克/升之间。

通过任何适合的手段过滤藻类培养物，含有营养物的滤液循环进入第二反应器或池中。通过实施例，通过一系列筛目大小范围从50-400目的洗涤过滤器完成洗涤。通过水喷雾洗涤滤饼，由此，降低藻类的PH至接近中性并浓缩浆状物以进行随后的干燥步骤。在110-210℃的温度可通过喷雾干燥完成干燥。

通过本发明方法制备的用于人类消费的干燥的生物量具有下列特征：

蛋白质（凯氏定氮数6.25）60-70%

C-藻青素8.5-11%

碳水化合物14-16%

亚麻酸3.9和28%类脂

类脂6-7%，维生素B20-60微克

水分6-8%，维生素E，7-8国际单位

总类胡萝卜素200-250毫克/100克

钙600毫克/100克

维生素B₂毫克/100克

Phosphrocus00毫克/100克

维生素B₆1-2毫克/100克

锌5-7毫克/100克

铁40毫克/100克

本发明允许使用天然水在自然光下室外培养藻类。与使用更多步骤的现有技术相比，反应器系列为两步，由此可进行经济的操作。

通过实施例以及不包含对其的任何限制，在第二反应器或池中保持的营养物的浓度如下：

氮：400-425毫克/升

钾：660-680毫克/升

磷（Phosphours）：80-100毫克/升

钙和镁：以碳酸钙计70-90毫克/升

硫：160-190毫克/升

氯化物：550-650毫克/升

钠：5000-6500毫克/升