專利名稱：防治雨生紅球藻中壺菌污染的生產(chǎn)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雨生紅球藻的規(guī)模化培養(yǎng)中污染防控方法及裝置，特別是涉及有效利用了現(xiàn)代工業(yè)所產(chǎn)生的余熱，防治雨生紅球藻中壺菌污染的生產(chǎn)方法與裝置。
背景技術(shù)：
天然蝦青素具有強大的清除氧自由基的作用，抗氧化活性是類胡蘿卜素的10倍， 維生素E的550倍,被譽為超級抗氧化劑。雨生紅球藻(Haematococcus pluvialis)在特定條件下可積累干物質(zhì)的1_3%，譽為天然蝦青素的濃縮品與最佳生物來源。而雨生紅球藻培養(yǎng)時存在特異性壺菌污染，特別是規(guī)?；囵B(yǎng)中，嚴重影響產(chǎn)品產(chǎn)量與品質(zhì)，制約其應(yīng)用規(guī)模。雨生紅球藻具有特殊的生物學性質(zhì)，其生活周期分為快速生長繁殖的游動細胞階段和蝦青素積累的不動細胞(孢子)階段，這兩個階段所需的適宜培養(yǎng)條件相差較大。雨生紅球藻游動細胞受鹽脅迫后變?yōu)椴粍蛹毎?，開始大量積累蝦青素。收獲后的雨生紅球藻細胞中有30%的藻細胞被壺菌污染情況下，收獲后3個月內(nèi)天然蝦青素含量(以干重計)可從3%降低到O. 5%以下。采用密閉光生物反應(yīng)器規(guī)?；a(chǎn)時，一旦暴發(fā)流行時甚至造成雨生紅球藻絕收。侵染雨生紅球藻的壺菌(Paraphysoderma sedebokerensis),是高等植物病原菌 Blastoclaidomycota 科 Physoderma 屬的近緣種,通過水體傳播。Jenia Gutmana(2009)等證明該壺菌專一性寄生雨生紅球藻，而不侵染綠藻綱的其它種類。侵染初期，無固定形態(tài)的壺菌侵染體附著在雨生紅球藻不動孢子的表面，菌絲穿透細胞壁，吸取紅球藻細胞質(zhì)。壺菌菌絲體在雨生紅球藻孢子內(nèi)逐漸蔓延，并在雨生紅球藻細胞外形成壺菌侵染體囊，并逐漸變大。侵染后期，雨生紅球藻孢子顏色由紅色逐漸變成黃色，最終降解為一團透明松散的細胞殘體。壺菌的侵染體囊離開寄主，釋放出更多的壺菌侵染體。在不利環(huán)境下，壺菌侵染體侵染后期會形成厚壁不動孢子囊，通過空氣、土壤與水體傳播，遇合適條件重新萌發(fā)并開始侵染。此外，節(jié)能與環(huán)保是當代全球關(guān)注的重要課題，我國是最大的發(fā)展中國家，按人口平均計算也是能源最匱乏的國家，我國裝備工業(yè)較落后，能源利用率還較低，如化工、石油、 建材、輕紡、冶金、動力、食品、造紙、電子電器等行業(yè)生產(chǎn)中大量的可利用熱能直接排空，排放出二氧化碳以及各種有害氣體，既浪費能源又污染環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的在于解決上述存在的問題，而提供一種能夠有效降低雨生紅球藻中壺菌的感染率，并在規(guī)?；囵B(yǎng)中，提高產(chǎn)品產(chǎn)量與品質(zhì)的雨生紅球藻生產(chǎn)方法。本發(fā)明的第二目的在于，提供一種節(jié)約能源、保護能源資源、保護環(huán)境，并能夠規(guī)模化培養(yǎng)的防治雨生紅球藻中壺菌污染的生產(chǎn)裝置。為了實現(xiàn)上述的第一目的，本發(fā)明提供的防治雨生紅球藻中壺菌污染的生產(chǎn)方法，包括以下步驟
①、將雨生紅球藻置于一級光生物反應(yīng)器中培養(yǎng)出的雨生紅球藻游動細胞；②、將雨生紅球藻游動細胞轉(zhuǎn)入二級光生物反應(yīng)器，加入脅迫培養(yǎng)基；③、二級光生物反應(yīng)器中10%以上的雨生紅球藻游動細胞轉(zhuǎn)化為不動細胞后，將進入蝦青素積累階段的雨生紅球藻孢子細胞藻液的溫度控制在10 22°C培養(yǎng)；④、培養(yǎng)7 12天后，收獲雨生紅球藻孢子。較佳地，在步驟①中，所述雨生紅球藻游動細胞比例為80 100%。較佳地，在步驟①中，所述雨生紅球藻游動細胞比例為96%。在上述技術(shù)方案中，在步驟②中，所述脅迫培養(yǎng)基成分為氯化鈉，所述濃度為 O. I lg/Lo較佳地，在步驟③中，所述二級光生物反應(yīng)器中雨生紅球藻游動細胞轉(zhuǎn)化為不動細胞的比例為60 90%。較佳地，在步驟③中，所述將進入蝦青素積累階段的雨生紅球藻孢子細胞藻液的溫度控制在16°C培養(yǎng)。本發(fā)明的生產(chǎn)方法，控制雨生紅球藻的生產(chǎn)過程中的各項參數(shù)和生產(chǎn)條件，試驗證明在雨生紅球藻培養(yǎng)到第11天的壺菌感染率最高值為O. 5%，大大降低了壺菌感染率， 為規(guī)?；a(chǎn)雨生紅球藻提開辟了可行的道路。并在實驗室內(nèi)，控制培養(yǎng)溫度條件，測量溫度對壺菌侵染的影響，測量結(jié)果參閱圖I所示，其培養(yǎng)的具體條件是，雨生紅球藻孢子細胞密度為15X104個/ml，接種50ml用CGM培養(yǎng)基的壺菌培養(yǎng)液。分別在16°C，20°C，25°C， 32°C下培養(yǎng)，每天監(jiān)測培養(yǎng)狀況，記錄壺菌的侵染率(雨生紅球藻的感染率)，結(jié)果詳見下圖。接種較高濃度的壺菌侵染體，32°C下第5天侵染率已近90%，25°C下第8天的侵染率達到90%以上，均認為絕收；16°C下雨生紅球藻的感染率培養(yǎng)到第11天最高僅為到O. 5%。為了實現(xiàn)本發(fā)明的第二目的，本發(fā)明提供的防治雨生紅球藻中壺菌污染的生產(chǎn)裝置，包括一級光生物反應(yīng)器和二級光生物反應(yīng)器，所述二級光生物反應(yīng)器通過管道連接有熱交換器，所述熱交換器的輸入端通過管道連接有冷凝器，輸出端通過管道連接有吸收器， 所述吸收器的輸入端通過管道和溶液泵與發(fā)生器連接，輸出端通過管道和節(jié)流閥與發(fā)生器連接，所述發(fā)生器的輸出端通過管道與所述冷凝器連接，所述發(fā)生器輸入端通過管道與水箱連接，所述水箱通過余熱回收器連接帶有廢熱的煙氣。進一步地，所述帶有廢熱的煙氣為電廠帶廢熱的煙氣或石化燃料電廠帶廢熱的煙氣或生物質(zhì)電廠帶廢熱的煙氣。進一步地，所述發(fā)生器和吸收器中的介質(zhì)為具有在低壓下吸收水蒸氣，并在高壓下產(chǎn)生水蒸氣的鹽類溶液，如溴化鋰溶液。本發(fā)明的生產(chǎn)裝置利用工廠煙氣余熱提供的能量控制雨生紅球藻生產(chǎn)當中存在的壺菌污染，余熱是尚能利用而未被利用的熱能，不僅節(jié)省了燃料費用，提高了經(jīng)濟效益， 增強了企業(yè)競爭力，而且大大減少了廢氣、有害氣體的排放，保護環(huán)境。


圖I為本發(fā)明分別在16°C，20°C，25°C，32°C下培養(yǎng)雨生紅球藻，壺菌污染試驗對比圖；圖I中，一表示16°C溫度下培養(yǎng)雨生紅球藻，壺菌浸染率；_ ·-表示20°C溫度下培養(yǎng)雨生紅球藻，壺菌浸染率；.......表示25°C溫度下培養(yǎng)雨生紅球藻，壺菌浸染率；------表示32°C溫度下培養(yǎng)雨生紅球藻，壺菌浸染率；橫坐標為培養(yǎng)的天數(shù)，縱坐標為
浸染率。圖2為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1、二級光生物反應(yīng)器；2、熱交換器；3、冷凝器；4、吸收器；5、溶液泵；6、發(fā)生器；7、節(jié)流閥；8、一級光生物反應(yīng)器；9、水箱；10、余熱回收器。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。實施例一防治雨生紅球藻中壺菌污染的生產(chǎn)方法，其步驟為①、將雨生紅球藻置于一級光生物反應(yīng)器中培養(yǎng)出的雨生紅球藻游動細胞；雨生紅球藻游動細胞比例為96%;②、將雨生紅球藻游動細胞轉(zhuǎn)入二級光生物反應(yīng)器，加入脅迫培養(yǎng)基，脅迫培養(yǎng)基主要成分為濃度為 O. 5g/L③、二級光生物反應(yīng)器中60%的雨生紅球藻游動細胞轉(zhuǎn)化為不動細胞后，將進入蝦青素積累階段的雨生紅球藻孢子細胞藻液的溫度控制在16°C培養(yǎng)、培養(yǎng)11天后，收獲雨生紅球藻孢子，鏡檢雨生紅球藻的壺菌感染率為O. 4%，天然蝦青素含量為4. 8% (以干重計)。實施例二 防治雨生紅球藻中壺菌污染的生產(chǎn)方法，其步驟為①、將雨生紅球藻置于一級光生物反應(yīng)器中培養(yǎng)出的雨生紅球藻游動細胞；雨生紅球藻游動細胞比例為80%;②、將雨生紅球藻游動細胞轉(zhuǎn)入二級光生物反應(yīng)器，加入脅迫培養(yǎng)基，脅迫培養(yǎng)基主要成分為濃度為 O. lg/L③、二級光生物反應(yīng)器中90%的雨生紅球藻游動細胞轉(zhuǎn)化為不動細胞后，將進入蝦青素積累階段的雨生紅球藻孢子細胞藻液的溫度控制在10°c培養(yǎng)、培養(yǎng)9天后，收獲雨生紅球藻孢子。鏡檢雨生紅球藻的壺菌感染率為O. 2%，天然蝦青素含量為3. 8% (以干重計)。實施例三防治雨生紅球藻中壺菌污染的生產(chǎn)方法，其步驟為①、將雨生紅球藻置于一級光生物反應(yīng)器中培養(yǎng)出的雨生紅球藻游動細胞；雨生紅球藻游動細胞比例為100% 、將雨生紅球藻游動細胞轉(zhuǎn)入二級光生物反應(yīng)器，加入脅迫培養(yǎng)基，脅迫培養(yǎng)基主要成分為濃度為lg/L③、二級光生物反應(yīng)器中90%的雨生紅球藻游動細胞轉(zhuǎn)化為不動細胞后，將進入蝦青素積累階段的雨生紅球藻孢子細胞藻液的溫度控制在18°C培養(yǎng)、培養(yǎng)12天后，收獲雨生紅球藻孢子。鏡檢雨生紅球藻的壺菌感染率為O. 5%，天然蝦青素含量為5. 6% (以干重計)。實施例四防治雨生紅球藻中壺菌污染的生產(chǎn)方法，其步驟為①、將雨生紅球藻置于一級光生物反應(yīng)器中培養(yǎng)出的雨生紅球藻游動細胞；雨生紅球藻游動細胞比例為90%;②、將雨生紅球藻游動細胞轉(zhuǎn)入二級光生物反應(yīng)器，加入脅迫培養(yǎng)基，脅迫培養(yǎng)基主要成分為濃度為
O.6g/L③、二級光生物反應(yīng)器中60%的雨生紅球藻游動細胞轉(zhuǎn)化為不動細胞后，將進入蝦青素積累階段的雨生紅球藻孢子細胞藻液的溫度控制在16°C培養(yǎng)、培養(yǎng)7天后，收獲雨生紅球藻孢子。鏡檢雨生紅球藻的壺菌感染率為O. 6%，天然蝦青素含量為5. 9% (以干重計)。通過上述四個實施例看出，采用本發(fā)明的方法培養(yǎng)出的雨生紅球藻中壺菌污染率降至O. 2% -O. 6%，如圖I所示的雨生紅球藻在不同溫度條件下培養(yǎng)的壺菌污染率示意圖， 將進入蝦青素積累階段的雨生紅球藻孢子細胞藻液的溫度控制在16°C培養(yǎng)，壺菌污染率明顯低于在20°C、25°C、32°C的溫度條件下培養(yǎng)。實施例五如圖2所示，防治雨生紅球藻中壺菌污染的生產(chǎn)裝置，包括一級光生物反應(yīng)器8和二級光生物反應(yīng)器1，二級光生物反應(yīng)器I通過管道連接有熱交換器2，熱交換器2的輸入端通過管道連接有冷凝器3，輸出端通過管道連接有吸收器4，吸收器4的輸入端通過管道和溶液泵5與發(fā)生器6連接，輸出端通過管道和節(jié)流閥7與發(fā)生器6連接，發(fā)生器6的輸出端通過管道與冷凝器3連接，發(fā)生器6輸入端通過管道與水箱9連接，水箱9通過余熱回收器10連接帶有廢熱的煙氣。帶有廢熱的煙氣為電廠帶廢熱的煙氣或石化燃料電廠帶廢熱的煙氣或生物質(zhì)電廠帶廢熱的煙氣，給熱交換器2提供動力。發(fā)生器6中設(shè)有溴化鋰制冷劑，或其它具有強水蒸氣吸收能力的物質(zhì)。發(fā)生器6和吸收器4中的介質(zhì)為具有在低壓下吸收水蒸氣，并在高壓下產(chǎn)生水蒸氣的鹽類溶液，如溴化鋰溶液。其工作過程如下將二級光生物反應(yīng)器I中的雨生紅球藻藻液通過管道通入熱交換器2降溫，通過熱交換器2將藻液培養(yǎng)溫度從30°C左右(或30°C以上)降低至16°C，熱交換器2的能量來源為電廠煙氣廢熱或其它熱能。將電廠煙氣經(jīng)過管道輸入到余熱回收器 10，加熱常溫熱源軟水至98°C，通入發(fā)生器6放出汽化潛熱，發(fā)生器6當中的制冷劑溶液水分被熱源蒸汽蒸發(fā)，制冷劑溶液濃度增大，發(fā)生器6中從制冷劑溶液中蒸發(fā)出的水蒸氣向上經(jīng)擋板進入冷凝器3，防止液滴隨蒸汽進入冷凝器。熱源蒸汽壓力為O. 050 O. 500Mpa, 優(yōu)選O. OlOMpa0通過制冷劑產(chǎn)生高壓冷劑水蒸氣，高壓冷劑水蒸氣通入冷凝器3中變?yōu)楦邏阂簯B(tài)冷劑水，通過節(jié)流閥7后變?yōu)榈蛪豪鋭┧魵猓M入熱交換器2吸熱變?yōu)榈蛪豪鋭┮簯B(tài)水，低壓冷劑液態(tài)水進入吸收器4釋放熱量，然后泵回發(fā)生器6。熱源水凝結(jié)后回收至余熱回收器10加熱提供熱源。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。本說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種防治雨生紅球藻中壺菌污染的生產(chǎn)方法，其特征在于包括以下步驟①、將雨生紅球藻置于一級光生物反應(yīng)器中培養(yǎng)出的雨生紅球藻游動細胞；②、將雨生紅球藻游動細胞轉(zhuǎn)入二級光生物反應(yīng)器，加入脅迫培養(yǎng)基；③、二級光生物反應(yīng)器中雨生紅球藻細胞總數(shù)中不動細胞比例大于10%后，將進入蝦青素積累階段的雨生紅球藻孢子細胞藻液的溫度控制在10 22°C培養(yǎng)；④、培養(yǎng)7 12天后，收獲雨生紅球藻孢子。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的防治雨生紅球藻中壺菌污染的生產(chǎn)方法，其特征在于在步驟①中，所述雨生紅球藻游動細胞數(shù)量占全部雨生紅球藻細胞的80 100%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的防治雨生紅球藻中壺菌污染的生產(chǎn)方法，其特征在于在步驟①中，所述雨生紅球藻游動細胞比例占全部雨生紅球藻細胞的96 %。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的防治雨生紅球藻中壺菌污染的生產(chǎn)方法，其特征在于在步驟②中，所述脅迫培養(yǎng)基成分為氯化鈉水溶液，所述溶液在培養(yǎng)藻液中的終濃度為O. I 10g/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的防治雨生紅球藻中壺菌污染的生產(chǎn)方法，其特征在于在步驟③中，所述二級光生物反應(yīng)器中雨生紅球藻不動細胞數(shù)量占全部雨生紅球藻細胞的 60 90%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的防治雨生紅球藻中壺菌污染的生產(chǎn)方法，其特征在于在步驟③中，所述將進入蝦青素積累階段的雨生紅球藻孢子細胞藻液的溫度控制在16°C培養(yǎng)。
7.一種防治雨生紅球藻中壺菌污染的生產(chǎn)裝置，其特征在于包括一級光生物反應(yīng)器和二級光生物反應(yīng)器，所述二級光生物反應(yīng)器通過管道連接有熱交換器，所述熱交換器的輸入端通過管道連接有冷凝器，輸出端通過管道連接有吸收器，所述吸收器的輸入端通過管道和溶液泵與發(fā)生器連接，輸出端通過管道和節(jié)流閥與發(fā)生器連接，所述發(fā)生器的輸出端通過管道與所述冷凝器連接，所述發(fā)生器輸入端通過管道與水箱連接，所述水箱通過余熱回收器連接帶有廢熱的煙氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的防治雨生紅球藻中壺菌污染的生產(chǎn)裝置，其特征在于所述帶有廢熱的煙氣為電廠帶廢熱的煙氣或石化燃料電廠帶廢熱的煙氣或生物質(zhì)電廠帶廢熱的煙氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的防治雨生紅球藻中壺菌污染的生產(chǎn)裝置，其特征在于所述發(fā)生器和吸收器中的介質(zhì)為具有在低壓下吸收水蒸氣，并在高壓下產(chǎn)生水蒸氣的鹽類溶液。
全文摘要
本發(fā)明涉及雨生紅球藻的規(guī)模化培養(yǎng)中污染防控方法及裝置，其方法主要包括①、將雨生紅球藻置于一級光生物反應(yīng)器中培養(yǎng)出的雨生紅球藻游動細胞；②、將雨生紅球藻游動細胞轉(zhuǎn)入二級光生物反應(yīng)器，加入脅迫培養(yǎng)基；③、二級光生物反應(yīng)器中10％以上的雨生紅球藻游動細胞轉(zhuǎn)化為不動細胞后，將進入蝦青素積累階段的雨生紅球藻孢子細胞藻液的溫度控制在10～22℃培養(yǎng)；④、培養(yǎng)7～12天后，收獲的雨生紅球藻孢子壺菌感染率在1％以下。其裝置主要是利用工廠煙氣的余熱提供能量，為雨生紅球藻藻液溫度降低的溫控裝置，不僅節(jié)省了燃料費用，提高了經(jīng)濟效益，增強了企業(yè)競爭力，而且大大減少了廢氣、有害氣體的排放，保護環(huán)境。
文檔編號C12M1/00GK102604836SQ20121005153
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月1日
發(fā)明者劉振東, 張繼泰, 李江川, 羅志相 申請人:武漢凱迪工程技術(shù)研究總院有限公司