Спосіб культивування мікроводорості dunaliella salina teod та установка для його здійснення

1. Спосіб культивування мікроводорості Dunaliella Salina Teod, який передбачає вирощу C2 2 (11) 1 3 котоннажним виробництвом, наприклад в республіці Китай. Зазвичай при культивуванні водорості D. salina використовують синтетичні мінеральні середовища. Але при використанні таких середовищ вартість отриманої біомаси мікроводорості дуже висока (Горбунова С.Ю., Лелеков А.С., Боровков А.Б. Динамика азота в среде при интенсивном культивировании микроводоросли Dunaliella Salina. Экология моря. Вып. 74. 2007). Однак також відомий спосіб культивування D. salina на природній ропі у відкритих басейнах на території Сакського озера (Масюк Н.П. та Абдула Є.Г. Перший досвід вирощування каротиноносних водоростей в напівпромислових умовах. Український ботанічний журнал, Т. XXVI, № 3, 1969, С. 2127). Вирощування водоростей проводилось на природній хлор-магнієвій ропі з питомою вагою 1,26-1,30. Якщо в літні місяці при інтенсивному випаровуванні і нестачі прісної води питома вага ропи в промислових басейнах піднімалась вище заданого рівня, це призводило до пригнічення і в окремих випадках до загибелі культури, тому її розводили водопровідною водою. Під час осінніх дощів спостерігалось протилежне явище - падіння питомої ваги ропи, що супроводжувалось загибеллю культури в результаті масового розвитку ракоподібних. Тому під час падіння питомої ваги ропи до неї додавали NaCl. Культивування мікроводорості D. salina здійснювалось у відкритому басейні при природному сонячному освітленні без штучного перемішування ропи з водоростями. Висока концентрація солей в поживному розчині та яскраве освітлення є основними факторами, що сприяють нагромадженню каротину в клітинах. Для інтенсифікації вирощування біомаси водорості ропа збагачувалась біогенними елементами KNO3, K2HPO4, NаНСО3. Але під час вирощування культури D. salina спостерігалося значне зараження її іншими видами водоростей та тваринними організмами. Серед них найбільшої шкоди завдає рачок Anemia salina та представники Protozoa, які живляться клітинами водоростей і протягом короткого часу можуть призвести до повної загибелі культури. Серед водоростей особливо небезпечними є найближчі родичі D. salinaполібрефаридові, які є постійними її супутниками. Для того, щоб в ропі у великій кількості не розводилися рачки та ракоподібні водорості для стерилізації ропи використовували її хлорування з наступним вивітрюванням активного хлору, для чого на дні басейну розміщували хлорне вапно. Недоліком вищезазначеного способу культивування мікроводорості D. salina є невелика його продуктивність. Це обумовлено тим, що процес вирощування біомаси мікроводорості здійснювався тільки при природному освітленні, що скорочувало час нарощування біомаси водорості кожної доби. Для культивування водорості потрібна відповідна температура, тому культивувалась мікроводорость сезонно - з квітня до жовтня. Крім того, знезараження шкідливих організмів у ропі здійснювалось шляхом розміщення на дні басейну хлорного вапна, що збільшувало мінералізацію води. Вапно, осідаючи на дно, "цементує" бентосну плів 97024 4 ку (організми, що вегетують у природних шарах), що пригнічує масовий розвиток культури D. salina. У природних умовах температурний режим не регулюється, а коли немає вітру, вода з водоростями не перемішується. Ці обставини також гальмують масовий розвиток біомаси D. salina. Вищеописаний спосіб може бути вибраний за прототип для винаходу, що заявляється, оскільки має загальні з ним суттєві ознаки, а саме: вирощування водоростей на природній ропі при освітленні, яку знезаражують хлором і збагачують біогенними елементами KNO3, K2HPO4, NaHCO3. В основу винаходу, що заявляється, поставлена задача вдосконалення способу культивування мікроводорості D. salina шляхом підвищення часу освітлення ропи з водоростями, видозміни операції хлорування ропи та регулювання температурного режиму та питомої ваги суспензії в процесі культивації, а також створення установки для здійснення способу, що забезпечить значне підвищення швидкості нарощування біомаси D. salina та накопичення в ній -каротину. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що в способі культивування мікроводорості D. salina, який передбачає вирощування водоростей на природній ропі при освітленні, яку знезаражують активним хлором і збагачують біогенними елементами, згідно винаходу, що заявляється, водорості вирощують при цілодобовому освітленні, а активний хлор для знезараження отримують в результаті електролізу ропи, після чого його видаляють до питомої ваги ропи 1,10-1,14, яку підтримують після внесенняв ропу штаму водорості D. salina при перемішуванні та температурі 27-32 °C до отримання суспензії з біомасою водорості до 15-20 млн. клітин/мл, після чого питому вагу шляхом введення в суспензію хлористого натру піднімають до 1,20-1,30 і витримують останню при температурі 20-22 °C протягом 48-72 годин. Для здійснення цього способу пропонується установка, яка включає культиватор водорості D. salina, який обладнаний кришкою, лампами, що імітують сонячне освітлення, мотором-редуктором з мішалками-очищувачами, калорифером, датчиком температури, датчиком управління концентрацією біогенних елементів в культиваторі і з'єднаний з джерелом ропної води за допомогою трубопроводу, який обладнаний електролізером, дехлоратором, дозаторами подачі в культиватор біогенних елементів KNO3, K2HPO4, NаНСО3, а також дозатором NaCl та лабораторним культиватором штаму водорості, при цьому культиватор та дозатори обладнані електричними засувками, а дехлоратор ротором з мішалкою. Згідно з винаходом, що заявляється, для попередження вегетації дикоростучих водоростей та безхребетних стерилізацію ропи проводять за допомогою активного хлору, який одержують в результаті електролізу ропної води і після видалення якого зменшується питома вага ропи до 1,10-1,14. Завдяки тому, що нарощування культури мікроводорості D. salina здійснюється при цілодобовому освітленні, питомій вазі 1,10-1,14 та постійному перемішуванні середовища при температурі 2732 °C, прискорюється накопичення водоростей в 3 5 97024 4 рази у порівнянні із нарощуванням водоростей в природних умовах, при яких пік сягає на 13-14 добу. Нарощування культури D. salina проводиться до максимального накопичування її біомаси до 1520 млн. клітин/мл, коли кількість (3-каротину складає 0,5-0,7 % від сухої ваги водоростей. На 2-3 день в культиватор додається хлористий натрій до питомої ваги 1,20-1,30, а температуру культивування знижують до 20-22 °C. В цих умовах процес ділення клітин повністю припиняється, що призводить до переключення метаболічної активності клітин переважно в сторону синтезу -каротину. Через 48-72 години каратиногенез досягає свого максимуму 6,3-6,8 % -каротину від сухої біомаси водоростей. На кресленні зображена установка для культивування D. salina. Установка включає культиватор 1 у вигляді круглого або іншої форми басейну з кришкою 2, який з'єднаний з ропним озером 3 за допомогою трубопроводу 4, який обладнаний розміщеним у озері насосом 5. Культиватор 1 обладнаний випускним трубопроводом 6 з електричною засувкою 7, лампами 8, які імітують сонячне світло, очищувачами 9, які обертаються за допомогою редуктора 10. Між озером 3 та культиватором 1 на трубопроводі 4 встановлені електролізер 11, дехлоратор 12, обладнаний мішалкою 13 з редуктором 14, дозатор 15 подачі в культиватор KNO3, дозатор 16 подачі K2HPO4, дозатор 17 подачі NаНСО3, дозатор 18 подачі NaCl, лабораторний культиватор 19 штаму D. salina, які обладнані електричними засувками 20. Між насосом 5 і електролізером 11 встановлена електрична засувка 21, між електролізером 11 і дехлоратором 12 - засувка 22, між дехлоратором 12 і дозатороми 15, 16, 17, 18 і культиватором штаму водорості 19 - засувка 23, а між дозаторами 15-18 і культиватором 1 на трубопроводі 4 встановлена електрична засувка 24. Культиватор 1 обладнаний також датчикомконцетратоміром 25, калорифером 26 та температурним датчиком 27. Установка працює наступним чином. 6 Із солоного озера 3 насосом 5 по трубопроводу 4 ропна вода надходить в електролізер 11, де утворюється активний хлор, за допомогою якого у ропі гинуть дикоростучі водорості та безхребетні організми. Знезаражена вода через вентиль електричної засувки 22 надходить в дехлоратор 12, в якому за допомогою швидкого обертання мішалки 13, що працює через редуктор 14, протікає видувка активного хлору, в результаті чого питома вага ропи знижується до 1,10-1,14. Через вентилі електричних засувок 23 та 24 ропа надходить в культиватор 1. За допомогою датчика-концетратоміра 21 із дозаторів 15, 16, 17 в необхідній кількості подаються в культиватор 1 біогенні добавки: калій азотнокислий, фосфати, вуглець. Із культиватора 19 в культиватор 1 подається штам мікроводорості D. salina. Після цього включаються освітлювальні лампи 8, що імітують природне сонячне світло, які цілодобово освітлюють водойму з водоростями, калорифер 26, який підігріває суспензію у культиваторі до 27-32 °C (температура визначається за допомогою температурного датчика 27). Перемішувачі 9, які обертаються на валу за допомогою редуктора 10, постійно перемішують водорості з ропою у культиваторі 1. При цьому вони очищують як поверхні скла освітлювачів 8, так і дно водойми від осідаючих водоростей. Таким чином, завдяки цілодобовому освітленню, підтриманню температури 27-32 °C, перемішуванню суспензії при питомій вазі суспензії 1,10-1,14 біомаса мікроводорості D. salina починає швидко зростати. Після накопичення біомаси водорості до 15-20 млн. клітин/мл із вмістом -каротину 0,5-0,7 % від сухої ваги водоростей в культиватор 1 за допомогою дозатора 18 додається хлористий натрій в кількості, щоб питома вага становила 1,20-1,30, а температуру суспензії в культиваторі знижують до 20-22 °C. В цих умовах процес ділення клітин в водоростях повністю припиняється, метаболічна активність клітин переключається на синтез -каротину. Через 48-72 години кількість -каротину досягає свого максимуму 6,3-6,8 % від сухої біомаси водоростей. Установка виключається, біомаса водорості забирається із культиватора. Таблиця Залежні накопичення -каротину в клітинах D. salina від температури та часу культивування Час, год. 0 12 24 48 72 Кількість -каротину, % від сухої ваги при температурі, °C 20-22 27-32 0,08 0,10 0,20 0,15 0,50 0,20 1,12 0,25 6,8 0,30 7 Комп’ютерна верстка М. Ломалова 97024 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601