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微藻培养的新型轻型银行反应器助剂

M.R. Kitto博士 Suresh Babu C. Menon Chenthil Kumar.

沙特阿拉伯研究表演 Chaetoceros. 在干旱地区的文化可能

淹没灯允许更有效地利用微藻钙的室内培养中的光线,如Chaetoceros Calcatrans。照片由M.R. Kitto博士。
埋灯允许更有效地利用微藻室内培养的光线 Chaetoceros. Calcitrans.。照片由M.R. Kitto博士。

 

硅藻 Chaetoceros. SPP。 (大约400种,可能是海洋浮游硅藻的最大属性)属于课程 Bacillariophyceee. 并且其特征在于生物抛光的矩形端部,多孔和硬细胞壁主要由二氧化硅制成的砂岩(刷毛或毛发状结构)。它通常在批量培养中使用各种容器,从砧座到塑料袋到长混凝土罐。

传统的大型表面积,混凝土或塑料,户外微藻罐反应堆相对便宜,建造和操作,但在收获时仅具有约300,000个细胞/ ml的有限的生产能力。此外,在许多领域(包括干旱的)这些室外坦克受沙尘暴和Eolian尘埃辐射的影响(可从1到10吨/公里范围内 2 /月)和诸如跳蚤和飞蛾这样的各种动物的潜在存在可以危及系统的生物安全性,增强疾病威胁。

在沙漠地区的干旱户外条件下,高事件光通量(˃100,000勒克斯)可以导致热休克,细胞漂白,增长率差,产生差,导致人口崩溃和重质碳水化合物释放。相比之下,室内微藻生产可以更有效,具有控制,清洁剂,垂直管状培养系统,但这些更昂贵,因为它们需要室内空间,能量,培养媒体灭菌,程序上升和技术人员要求的要求。

商业虾农业从热带和半热带地区扩展到今天的远程沿海沙漠,部分原因是后者的海水,无人居住的沿海条件和模块化生物安全运营的潜力。在竞争性,虾后(PL)的单位成本较低,通过小规模孵化系统减少成本的虾种子生产是有吸引力的。

回到三十年来,藻类产量的成本相当高(约三分之一的虾种子生产成本),当我们对硅藻生理学和峰值细胞密度生长的了解仍处于初期的时期。科学进步已经为今天提供的许多照片生物反应器设计铺平了道路,用于生产硅藻,允许改善细胞生物质生产率,减少物理足迹(例如,生物保护,生物膜,蛇形,短柱,树干,金字塔,圆顶,带袋子,层状悬挂包等)。但室内文化系统的资本成本更高,是技术的商业化努力的压迫挑战。

提高照明和生产效率

在室外微藻培养中,所有入射光能量都迅速吸收在持有悬浮细胞的水体的上部光区域中。那么重要的挑战是如何以经济效益的方式和占地面积减少的大型水量向大型水量增加更多的光线。我们的设计改变了传统的30吨室内混凝土罐中简单的一个,以通过增加每微藻电池可用的光能来优化光曝光的效率。

这种概念预付款涉及使用24垂直放置,浸没式,荧光40瓦灯管,固定 原位 92%的透明丙烯酸缸内 Chaetoceros. 文化,以确保在培养水中的光合作用辐射为300至500勒克斯。添加盐度降低到25个PPT下加入饮用水。我们运行中使用的水温保持在一致的23C - 促进更高细胞脂质含量和延长的对数相 - 使用迷你冷却器。曝气由底部,32毫米管道网络提供。

将二氧化碳以0.2%(v / v)注射为每种细胞的较高的干蛋白质含量,直径为8mm的气泡,以确保整个空气电池的垂直上升以破坏表面。泪滴表面撇渣聚集细胞外代谢物颗粒。由于硅藻土释放具有氮气限制的细胞外多糖,每隔一天进行营养素给药,实际剂量以50%的培养体积计算,以检查和控制细胞间粘附和聚集。

典型的阴影室外坦克反应堆泛圈,始终容易受到丰阳的灰尘。照片由M.R. Kitto博士。
典型的阴影室外坦克反应堆泛圈,始终容易受到丰阳的灰尘。照片由M.R. Kitto博士。

 

当它们达到3.0×10的细胞密度时,每72小时收获微藻培养物6 通过除去约67%的总培养体积并立即用相等体积的巴氏体积的巴氏体积加入具有足够的营养素(F / 2)来加入细胞/ mL。该过程继续在同一罐中运行42天。 42天后,罐必须完全清空,用2-ppm的EDTA溶液清洗,然后用制备的高盐水盐水清洗墙壁,然后用淡水冲洗。然后将培养箱用海水重新填充23日C,并用剩余部分收获生物量重新进入110万个细胞密度的起始细胞密度。严格操纵该初始细胞计数代表了管理培养的硅藻的光量的最佳方法。早期日期内的低密度操作到中日志相培养操作通常在生长时稳定 Chaetoceros..

透视

根据博士(夫人)A.P.Carvalho(UniversidadeCatólicaPortuguesa),一位着名的微藻生物反应器专家,“没有最好的反应堆系统”和“最合适的系统是情况依赖的。”我们的开放式室内坦克设计与浸没式光合荧光灯,低细胞密度运行代表了一种新的半连续系统,用于硅藻培养 C. Calcitrans.,并且适用于沿海沙漠地区的虾孵化场。通过调节新鲜培养基的调节加入硅藻培养物在其对数群体生长曲线上的选定点保持。

我们在没有其他物种的任何竞争中进行了连续生产,包括污垢,并且产生比其他批量培养物更均匀的细胞。 C. Calcitrans. 这种连续作物培养系统中的培养物储存硫胺素,α-生育酚,酶抑制剂,化合物细菌,药理学活性化合物,如β-1,3-葡聚糖,以及光保护拟标颜料。