Спосіб культивування синьозеленої водорості spirulina platensis (nordst) geitl

Способ культивирования синезеленой водоросли Spirulina platensis (Nordst) Geitl, предусматривающий барботирование суспензии водорослей в водной питательной среде, содержащей гидрокарбонат натрия и микроэлементы, при периодических отборе биомассы и подпитке питательной средой, отличающийся тем, что барботирование осуществляют смесью воздуха и диоксида углерода, при этом используют питательную среду, приготовленную на родниковой воде и содержащую 8 - 16,8 г/л гидрокарбоната натрия и до 50 мас.% культуральной жидкости, полученной после отбора биомассы. Зоя (13) 10253 (11) UA нии установок открытого типа сбор урожая производится, как правило, механически путем изъятия поверхностного слоя суспензии [5]. Известен способ культивирования Spirulina platensis с использованием морской воды как компонента питательной среды [10]. Было предложено также выращивание Spirulina platensis на среде, включающей 30% морской воды, бикарбонат натрия, диаммоний фосфат и селитру [11]. Недостатком способа является тот факт, что он может быть рационально применен лишь в прибрежной морской зоне. Описан способ оптимизации питательной среды для культивирования Spirulina platensis, основанный на использовании минеральных удобрений. Однако предлагаемый вариант не привел к повышению продуктивности водорослей из-за несбалансированности компонентов среды [12]. В то же время система выращивания Spirulina platensis в шта те Флорида (США) с использованием питательных веществ из сточных вод, а также навоза, разведенного в воде, дала хорошие результаты [13]. Однако такой способ, исхо дя из состава предлагаемых компонентов среды, может иметь только локальное применение. Известен способ использования стерильного фильтрата культуральной жидкости Spirulina platensis, полученного через мембранные фильтры, для повторного культивирования водорослей. Однако существенным недостатком данного способа является применение трудоемких приемов (19) Изобретение относится к прикладной альгологии и может быть использовано при культивировании синезеленой микроводоросли Spirulina platensis (Nordst.) Geitl., являющейся перспективным объектом биотехнологии как богатый источник белка, ряда важнейших физиологически активных веществ и использующейся в качестве пищевой и кормовой добавки, а также для получения высокоэффективных фармацевтических препаратов и др. Спирулина накапливает 45–60% белка, который содержит все незаменимые аминокислоты. Она синтезирует 10–20% углеводов, до 10% липидов, ненасыщенные жирные кислоты, широкий спектр витаминов, в том числе никоти новую кислоту, тиамин, пиридоксин, биотин, рибофлавин, b каротин и др. Биомасса спирулины содержит такие высокоценные уникальные соединения как фи коцианин, гликозиды ксантофиллов, g-линоленовую кислоту. Spirulina platensis является термофильной водорослью, распространенной и культивируе мой в тропических регионах Африки и Мексики и адаптирована к интенсивной солнечной радиации и высокой температуре (30–35оС) [1–3]. Известны способы выращи вания Spirulina platensis в открытых бассейнах [4, 5] и в установках закрытого типа [5–9]. Технология получения биомассы Spirulina platensis предусматривает барботацию суспензии водорослей, изъятие биомассы, ее сгуще ние и высушивание. При использова C2 _______________________ 10253 получения фильтрата, удо рожающи х технологию получения биомассы [14]. Запатентован способ получения биомассы спирулины с повышенным содержанием фтора, которая может быть использована как сырье для фармацевтических средств, обо гащенных фтором. Способ предусматривает культивирование водорослей на среде, содержащей фтористые соединения. Биомасса может быть использована в узком диапазоне – для профилакти ки кариеса зубов лиц, проживающи х в ра йонах, где употребляется питьевая вода с содержанием фтора менее 1 мг/л [15]. Наиболее близким, прототипом предлагаемому нами способу культиви рования является описанный в литературе способ [16] выращи вания спирулины на минеральной среде, приго товленной на дистиллированной воде с высокой концентрацией бикарбоната натрия – 16,8 г/л, с использованием большого набора дорогостоящих и малодоступ ных микроэлементов сле дующего соста ва: Среда Заррука, г/л: NaHCO3 16,8 K2HPO4 0,5 NaNO3 2,5 K2SO4 1,0 NaCl 1,0 MgSO4 x7H2 O 0,2 CaCl2 0,04 FeSO4 x 0,01 ЭДТА (эти лендиаминтетраацетат) 0,08 Раствор микроэлементов I 1 мл Раствор микроэлементов II 1 мл Растворы микроэлементов, г/л: Раствор I: H3BO3 2,86 MnCl2x4H2 O 1,81 ZnSO4 x7H2O 0,22 CuSO4x5H2O 0,08 MoO3 0,015 Раствор II: NH4VO 3 0,023 K2Cr2(SO4) 4 x24H2O 0,096 Ni(SO)4x7H2O 0,048 Na2WO4 x2H2O 0,018 Ti2(SO4) 3 0,040 Co(NO3)2x6H2O 0,044 рН среды 8,5–9,0 Цель нашего изобрете ния – упрощение и уде шевление способа культи вирования синезеленой водоросли Spirulina platensis. Это осуществляется за счет уменьшения концентрации основного компонента питательной среды – бикарбоната натрия при барботировании суспензии воздухом, обогащенным углекислотой, за счет использования при широкомасштабном культивировании родниковой воды, получаемой на месте выращивания водорослей, что позволяет исключить применение растворов дорогостоящи х микроэлементов, повторного использования пита тельной среды после сепарирования водорослей в сочетании со свежеприготовленным питательным раствором. Сущность способа заключается в следующем. Выращи вание спирулины производится на питательной среде с уменьшенным по сравнению с прототипом количеством бикарбоната натрия с 16,8 г/л до 8,0–10,0 г/л, т.е. на – 52,4–40,5% соответственно. Состав ингредиентов предлагаемой среды следующий, г/л: NaHCO3 8,0–10,0 K2HPO4 0,5 NaNO3 2,5 K2SO4 1,0 NaCl 1,0 MgSO4 x7H2 O 0,2 CaCl2 0,04 рН 8,5–9,0 Водоросли выращивают на питательной минеральной среде, приго товленной на родниковой воде, получаемой на месте массового культивирования спирулины. Это позволяет исключить применение дорогостоящих и малодоступных микроэлементов. Соотношение инокулята водорослей к питательной среде при посеве составляет 1:5 или 1:6. Культиви рование в лабораторных условиях осуществляется в конических сосудах, а в производственных условиях (в теплицах) – в плоскостных биореакторах, в которых толщи на слоя суспензии водорослей составляет 25–30 см. Температура культи вирования 20–28оС, освещенность при лабораторном культивировании искусственная люминесцентными лампами дневного све та – 3–5 клк, при производственном – в летний период естественная, в зимний – при освещенности люминесцентными лампами 3–5 клк. Процесс культивирования производится при аэрации суспензии водорослей воздухом, обогащенным углекислотой до 2–3%. Это обеспечивает перемешивание и равномерное освещение всех клеток трихо мов, способствующее повыше нию интенсивности процесса фотосинтеза и продуктивности Spirulina platensis. Сбор водорослей производится при достижении стационарной фазы развития, контролируемой путем фото метрического уче та плотности суспензии (ежедневно, начиная с 14–18 дней после посева). Биомасса сгущается путем сепарирования, тща тельно промывается водой для удаления остатков солей и неприкрепленных микроорганизмов. Минеральная питательная среда после отделения водорослей может быть повторно использована для культивирования водорослей с добавлением свежеприготовленного питательного раствора в соотношении 1:1. Рекомендуемое соотношение свежеприготовленного питательного раствора и оставшегося после сепарирования водорослей (1:1) является оптимальным в течение трех месяцев культивирования спирулины. Так, опыты показали, что при таком соотношении (1:1) на 16–18 день после посева водорослей, т.е. на период начала регулярного отбора биомассы, плотность суспензии составляла 1,23 г сухой массы в литре. Использование вдвое большего количества отсепарированной питательной среды по отношению к вновь приготовленному раствору (2:1) приводило к менее интенсивному росту спирулины, которая на аналогичный период накапливала 0,78 г/л. По исте чении трехмесячного периода культивирования среда подлежит полной замене. 2 10253 Сравнение характера роста водорослей, полученных по известному способу (прототип) и по рекомендуе мому, показывает, что при использовании предлагаемого способа прирост биомассы спирулины не ниже, а иногда и выше, чем при культивировании по известному методу. Так, лабораторные опыты по выяснению продуктивности спирулины, выращиваемой на полной питательной среде (прототип-контроль) и с использованием рекомендуе мого способа (опыт) показали, что по темпам накопления биомассы на начальных эта пах культивирования (лаг-фаза) опытные образцы несколько отставали в росте от контроля и составляли 96,2% его биомассы. Начиная с 9дневного возраста культуры (фаза линейного роста) и до наступ ления стационарной фазы при использовании рекомендуемого способа накопление биомассы было более интенсивное, чем в контроле, принятом за 100%, и составляло по отношению к нему 107–118%. Продуктивность спирулины, выращи ваемой предлагаемым способом в фо тоблоках тепличных комплексов в течение года, составляет 7–15 г сухой массы с м 2 за сутки, что находится на уровне аналогичных показателей мировых центров массового культивирования Spirulina, а именно 4,1– 15,2 г/м 2 за сутки [17]. Следовательно, интенсивность разви тия водорослей по предложенному способу не ниже, а даже более высокая, чем на стандартной минеральной среде Заррука. При цене бикарбоната натрия в 150 тыс.крб. за кг предлагаемый способ культивирования спирулины позволяет сэкономить только на уменьшении его дозы с 16,8 до 8,0–10,0 г/л при приготовлении десяти тонн питательной среды 10,20–13,20 млн крб. соответственно. Дополнительная экономия за счет исключения из состава среды микроэлементов не может быть определена из-за отсутствия в системе реализации большинства из них и цен на них. Таким образом, изобретение позволяет сократить расхо ды компонентов на получение биомассы водорослей, удеше вить питательную среду при сохранении высокой производительности спирулины, являющейся ценным пищевым, кормовым и фармацевтическим сырьем. Литература: 1. Wagener Kians, Luca Roberto Angela de. The mass cultivation of Spirulina platensis in Brazil // Hydrobiologia. – 1987. – 151–152. – P. 69–70. 2. Sironval C. La spiruline, une arme contre la malmutrition, histoire at perspectives // Bull. Inst. oceanogr., Monaco. – 1993. – N Num.spec 12. – p. 203–210. 3. Henrickson R. Earth Food Spirulina. How this remarkable blue-green algae can transform your health and our planet. – Laguna Beach.;:1Renore Enterprises. – 1989. – 180 p. 4. Richmond A. Mass production of microalgae: open vs. closed systems // Sorui–Jap. J. Phycol. – 1993. – 41, n 4. – P. 390–391. 5. Spirulina ETTA National Symposium MCRC. – Madras, India. – 1992. – 130 p. 6. Raymond Lawrence P. Mass algal culture system. Battelle Memorial Institute. Пат. 4320594, США. Заявл. 02.09.80. № 183590, опубл. 23.03.82. МКИ A 01 G 7/00, НКИ 47/1.4; 47/59. 7. Аманов Ч.Ф., Байрамов Р.Б., Карпов А.М., Анисимов О.Л., Курбанниязов Ч., Складнев А.А. Установка для выращи вания микроводорослей. НПО Солнце ТССР. Всес. н.-и. биотехн. ин-т. А.с. 959697, СССР. Заявл. 25.06.81. № 3311725/30–15, опубл. в Б.И., 1982, № 35. МКИ A 01 G 31/02. 8. Мир заев В.М., Тихо нов Ю.П., С ултанов А.Я., Джалалов З. Установка для производства микроводорослей. Ташк. с.-х. ин-т. А.с. 1053791А, СССР. Заявл. 04.06.81, № 3296440/30–15, опубл. в Б.И., 1983, № 42. 9. Tredici M.R., Chini Zittelli G., Biagiolini S., Materassi R. Novel photobioreactors for the mass cultivation of Spirulina sppp.//Bull. Inst. oceanogr., Monaco. – 1993. – N Num.spec 12. – p. 89–96. 10. Que faire pour les enfants du Monde ? – Association Pour Combattre la Malnutrition Par Algoculture Simplifiee, Le Senat, 22 Mai, 1995, 4 p. 11. Valderrama G., Cardenas A., Mar ko vits A. On the ekonomics of Spirulina production in Chile with detaits on dragboard mixing in shalfow ponds// Hydrobiologia. – 1987. – 151–152. – P. 71–74. 12. Densilov L.A., Rudic V.F. Optimizarea mediului nitritiv pentru cultura spirulinei//An. Sti. Univ. lasi. Biol. – 1991. – 37. – P. 91–94. 13. Lincoln Edward P., Crawford James J.W., Wilkie Ann C. Spirulina in animal agriculture// Bull. Inst. oceanogr., Monaco. – 1993. – N Num. spec 12. – p. 109–115. 14. Fatma Tasneem. Effect of culture filtrate on growth of Spirulina platensis //Curr. Sci. (India). 1990. – 59, N 6. – P. 797–798. 15. Рудик В.Ф., Гуля А.П., Кокунов Ю.В. Способ получения биомассы спирулины. Ин-т микробиол. АН Молд.ССР. А.с. 1620477 А1, СССР. Заявл. 12.05.88., № 4426871/30–13, опубл. в Б.И., 1991, № 2. 16. Zarrouk C. Contribution al l'etude cyanophycee influence de divers facteues physiques et chimiques sur la croissance et la photosynthese de Spirulina maxima (Setch. et Gardner) Geitler // Thesis presentees a la faculte des sciences de l'universite de Paris. – 1966. – 85 p. 17. Seshadri C.V. Large scale production systems// Spirulina ETTA National Symposium MCRC, Madras, India, 1992, p. 22–26. Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 – 72 – 89 (03122) 2 – 57 – 03 3 10253 4