高密度高品质蛋白核小球藻制备工艺的优化及初步放大

论文摘要

小球藻在食品、能源、医药及饲料等领域具有广泛的应用价值。笔者所在实验室建立的异养-稀释-光诱导串联培养技术可实现小球藻的高密度高品质培养,但该技术亟需进行工艺优化及放大以推进其产业化进程。本文首先在500L发酵罐中对蛋白核小球藻的半连续异养培养工艺进行了中试放大；然后对其光诱导培养系统及培养工艺进行了优化,确定了可放大的光诱导小试培养系统及工艺,在此基础上建立了光诱导培养的中试系统；对藻粉的喷雾干燥条件进行了优化并对藻粉的组成进行了系统的检测。此外,本文还首次建立了普通小球藻的半连续异养培养小试工艺。（1）在500 L发酵罐中基本实现了蛋白核小球藻半连续异养培养工艺的中试放大,进行了2次带放,每个带放周期内藻细胞平均生长速率可达2.5g/（L·h）,平均葡萄糖得率可达0.48g/g,比生长速率可维持在0.025-0.03 h-1之间。藻细胞平均生长速率、比生长速率和葡萄糖得率与实验室培养水平相当,表明此工艺的放大是可行的。（2）考察了不同光诱导系统、异养培养时间、光暗周期、初始细胞密度及通气量对蛋白核小球藻光诱导过程的影响,确定了可放大的蛋白核小球藻光诱导小试培养系统及培养工艺。据此,设计并建立了与3吨罐相匹配的新型跑道池,并利用该系统进行了蛋白核小球藻光诱导的初步培养。（3）对光诱导培养获得的藻细胞进行喷雾干燥,利用响应面分析方法优化了影响藻粉得率的喷雾干燥条件,确定了藻粉的最佳喷雾干燥条件：进风温度200℃、进料浓度77.8 g/L、进料速度100 mL/h。对喷雾干燥得到的蛋白核小球藻藻粉的质量进行了系统的检测,其品质基本符合德国BluBio Tech公司的各项质量指标。（4）在50L发酵罐中对普通小球藻的异养培养工艺进行了优化,首次建立了半连续异养培养工艺,每个带放周期的藻细胞平均生长速率达0.6 g/（L·h）,平均葡萄糖得率达0.45g/g,比生长速率可维持在0.02-0.03 h-1之间。另外,对此工艺中试放大的主要影响因素进行了分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 小球藻生物学特性及其应用
• 1.1.1 小球藻生物学特性
• 1.1.2 小球藻的应用
• 1.1.3 小球藻的市场前景
• 1.2 小球藻传统制备工艺概况
• 1.2.1 小球藻光自养培养
• 1.2.2 小球藻异养培养
• 1.2.3 藻粉的干燥
• 1.3 小球藻高密度高品质培养工艺研究概况及存在问题分析
• 1.3.1 异养-稀释-光诱导串联培养技术
• 1.3.2 存在问题分析
• 1.4 本论文研究的目的及主要内容
• 第二章 蛋白核小球藻半连续异养培养工艺的初步放大
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 材料
• 2.2.2 实验方法
• 2.2.3 分析方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 50L种子罐中培养蛋白核小球藻
• 2.3.2 500L发酵罐中蛋白核小球藻半连续异养培养工艺的初步研究
• 2.3.3 500L发酵罐与实验室50L发酵罐中的培养结果比较
• 2.3.4 蛋白核小球藻半连续异养培养中试放大工艺的确定
• 2.4 本章小结
• 第三章 蛋白核小球藻高品质光诱导培养系统与工艺优化及初步放大
• 3.1 引言
• 3.2 材料和方法
• 3.2.1 材料
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.3 分析方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 蛋白核小球藻光诱导小试培养系统的确定
• 3.3.2 蛋白核小球藻光诱导小试培养工艺的建立
• 3.3.3 小球藻光诱导培养系统与工艺的初步放大
• 3.4 本章小结
• 第四章 蛋白核小球藻藻粉的喷雾干燥工艺优化
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 材料
• 4.2.2 实验方法
• 4.2.3 分析方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 单因素实验
• 4.3.2 响应面分析
• 4.3.3 验证实验
• 4.3.4 优化的喷雾干燥工艺得到的藻粉质量检测
• 4.3.5 藻粉喷雾干燥工艺初步放大研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 普通小球藻半连续异养培养工艺的建立
• 5.1 引言
• 5.2 材料与方法
• 5.2.1 材料
• 5.2.2 实验方法
• 5.2.3 分析方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 50L发酵罐中普通小球藻半连续异养培养工艺的建立
• 5.3.2 普通小球藻半连续异养培养工艺中试放大影响因素分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢