0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Какой cdtn для хлореллы

Влияние фотометрических характеристик источника излучения на эффективность выращивания микроводоросли Chlorella

ВЛИЯНИЕ ФОТОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ИСТОЧНИКА ИЗЛУЧЕНИЯ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВЫРАЩИВАНИЯ МИКРОВОДОРОСЛИ CHLORELLA.

Томский политехнический университет, 634050, Россия, г. Томск, пр. Ленина, 30

Зеленые микроводоросли рода Chlorella недавно привлекли внимание мирового научного сообщества как многообещающие организмы.

Очень распространенной из хлорелл является Chlorella vulgaris. Она постоянно встречается массами в воде и в грязи луж, канав и прудов.

Огромный исследовательский интерес ученых всего мира к этой водоросли определяется, прежде всего, богатейшим составом всего спектра биологически активных веществ, высокой их концентрацией и сравнительно простой технологией получения больших количеств ее биомассы.

По своей питательности водоросль не уступает мясу и значительно превосходит пшеницу. Если в пшенице содержится 12 % белка, то в хлорелле его более 50 %. При аминокислотном анализе клеточного содержимого обнаружено 40 аминокислот, в том числе все незаменимые. В макро — и микроэлементный состав суспензии хлореллы входят кальций, фосфор, магний, калий, медь, железо, сера, цинк, кобальт, марганец, цирконий, рубидий, йод и др. микроэлементы [1].

Применение хлореллы в различных областях деятельности человека очень широкое:

— в сельском хозяйстве для подкормки растений, птиц и животных, в пчеловодстве и рыбном хозяйстве;

— в медицине, косметологии и парфюмерии;

— для производства кислорода;

— для производства биотоплива.

Клетки делятся каждые двенадцать часов. Это и позволяет собирать фантастические урожаи. За год с каждого гектара водной поверхности бассейнов можно снять до 600 центнеров сухой биомассы [2].

Для производства биомассы хлореллы требуется соблюдать несколько условий. Это в первую очередь определенная питательная среда, наличие углекислого газа, температура и свет.

Питательная среда представляет собой смесь минералов и органики, насыщенную углекислым газом. Рост биомассы микроводоросли происходит только при определенной температуре, а именно 30-36°С.

Световое воздействие заключается в облучении либо солнечным светом, либо искусственными источниками света в зависимости от климата.

Выращивают микроводоросли Chlorella в открытых (бассейнах) и в закрытых культиваторах.

Технология бассейнового производства не требует высоких капиталовложений и адаптирована к расширению производственных мощностей. В оптимальных случаях может давать довольно большие выходы биомассы [3].

Закрытые фотореакторы — это системы прозрачных емкостей (труб, аквариумов), внутри которых циркулирует питательная среда с микроводорослями.

В качестве облучателя в закрытых фотореакторах используются в основном лампы накаливания, в том числе кварцевые галогенные с отражателями, зеркальные лампы, и люминесцентные лампы. Используют также дуговые ртутные люминесцентные, ксеноновые, натриевые лампы. По сравнению с естественными источниками света искусственные источники могут создавать большую облученность, нежели солнечный свет [4].

Культивирование микроорганизмов в закрытых биореакторах связано с большими энергетическими затратами на освещение.

Одним из возможных решений снижения затрат на электроэнергию и получения спектра излучения с необходимыми характеристиками для культуры является применение светодиодной облучательной установки.

Выбрав наиболее оптимальные параметры для роста и развития микроводорослей, можно создать благоприятные условия для быстрого их роста и снизить время, затрачиваемое на их выращивание.

Цель экспериментальных исследований – выявить влияние фотометрических характеристик источника излучения на эффективность выращивания.

Облучение производилось разными типами источников света: лампой накаливания (ЛН), светодиодной (СД) и люминесцентной (КЛЛ) лампами.

В ходе проведения исследований были получены данные увеличения оптической плотности D суспензии хлореллы.

В первом случае использовались лампы одинаковой цветовой температуры 4200 К. Результаты прироста получились практически идентичными. Таким образом, было установлено, что при данной цветовой температуре степень влияния характера спектра излучения источника света на рост культуры незначительна.

Таблица 1. Результаты измерений при облучении разными лампами.

Во втором случае для облучения биомассы использовались светодиодные лампы с цветовой температурой 4200 и 6500 К. Характер спектров излучения ламп схож и условия, при которых происходило культивирование суспензии хлореллы, идентичны.

Результаты эксперимента значительно отличаются друг от друга, что позволяет предположить, что на процесс роста микроводоросли влияет цвет свечения ламп (см. таб. 1).

Как и все растения, хлорелла поглощает не все длины волн света.

Для получения кривой светопоглощения хлореллы был измерен спектр оптической плотности. Оптическую плотность измеряли в диапазоне длин волн от 300 до 800 нм, при толщине слоя 1 см.

Пользуясь полученными значениями D, рассчитали коэффициенты поглощения хлореллы.

Спектр поглощения имеет непрерывный характер, но обнаруживается два максимума на той длине волны света, где имеется максимальное поглощение квантов света, первый — в красной области (от 660 до 680 нм) и второй максимум расположен в синем спектральном диапазоне от 420 до 450 нм. Таким образом, именно в этих областях эффективность фотосинтеза наибольшая. Значительный провал наблюдается в интервале длин волн от 500 до 580 нм. Таким образом, свет в зеленой области имеет наименьшее поглощение (рис. 1).

Следующие эксперименты были нацелены на выявление конкретных длин волн, при которых будет наблюдаться максимальный прирост биомассы. В ходе проведения эксперимента, культуру облучали светодиодными источниками света с красным (от 620 до 630 нм), синим (от 450 до 465 нм) и зеленым (от 520 до 535 нм) светом.

Результат получили следующий: наибольшее значение D наблюдается под действием облучения суспензии хлореллы красным и синим светом, т. е. при длине волны от 450 до
465 нм и от 620-630 нм. При облучении зеленым светом прироста биомассы не наблюдалось (см. таб. 2).

Рис. 1. Спектр поглощения суспензии хлореллы в диапазоне длин волн от 300 до 800 нм.

На основании полученных результатов был проведен эксперимент, в котором, культуру облучали светом, полученным путем комбинирования красных и синих светодиодов. Диапазон излучения красного светодиодного облучателя от 620 до 630 нм, синего — 450 — 465.

Читать еще:  Голландские семена перца сладкого

Как видно из спектра поглощения хлореллы коэффициент поглощения культуры при этих длинах волн составляет 35 % и 15 % соответственно. Таким образом, было взято отношение энергии по спектру красного и синего света, в пропорции 1:2,3.

Интенсивность фотосинтеза при освещении комбинированным светом КС (красный и синий) оказалась выше интенсивностей фотосинтеза, наблюдаемой при облучении каждой длиной волны в отдельности (см. таб.3).

Таблица 2. Результаты экспериментов по влиянию светодиодных излучателей.

Идеальные условия для выращивания хлореллы

Хлорелла — это вид зеленых водорослей. Это простой одноклеточный организм, содержащий хлорофилл, придающий ему характерный зеленый цвет. Выращивание и развитие хлореллы как культуры популярно в азиатских культурах, где она используется в качестве источника пищи. Хлорелла также является ценным источником питания для других морских и пресноводных существ, таких как рыба и креветки. Как и другим растениям, хлорелле требуется несколько вещей для роста и размножения: солнечный свет, вода, углекислый газ и питательные вещества. Как только эти требования будут выполнены, хлорелла будет использовать процесс фотосинтеза для быстрого размножения.

Солнечный лучик

Для массового производства хлорелла выращивается на улице в искусственных бетонных прудах. В большинстве операций по выращиванию водорослей солнечный свет пробивает только первые несколько дюймов воды. Это связано с ростом и развитием водорослей. По мере того как клетки размножаются, население становится настолько тесным, что солнечные лучи блокируются и не могут проникать в воду. Клетки наверху страдают от передержки, в то время как клетки внизу вообще не получают света. Свет является важным компонентом фотосинтеза, процесса, посредством которого растения превращают солнечный свет в пищу. Чтобы преодолеть эту проблему, фермерские пруды хлореллы включают вращающиеся рычаги. Руки распространяют водоросли, доставляя клетки снизу вверх, обеспечивая равномерное распределение солнечного света.

Питательные вещества

Чтобы гарантировать высокие темпы роста операций с хлореллой, обеспечьте водоросли основными питательными веществами. Водоросли нуждаются в азоте, фосфоре и калии для правильного развития и функционирования клеток. Кроме того, железо и кремнезем могут быть важны, так как их недостаток в водных средах может привести к задержке размножения клеток водорослей.

Поскольку хлорелла живет в воде, необходимо позаботиться о том, чтобы растущая среда оставалась здоровой. Фермеры начинают со свежей, чистой, натуральной воды. Тем не менее, многие пруды хлореллы открыты для элементов. Это оставляет воду, в которой хлорелла пытается расти, подверженной возможному вторжению другими микроорганизмами или бактериальным загрязнением. Хотя эти типы систем дешевле в изготовлении, чем их замкнутые аналоги, управление производством может стать проблемой, так как невозможно регулировать условия роста. Одним из возможных решений этой ситуации было бы окружить пруд прозрачным пластиком. Это не только защитит воду, в которой растет хлорелла, но и позволит фермеру продлить вегетационный период, помогая сохранять воду теплой в течение более длительных периодов времени.

Углекислый газ

Вращающиеся рукава пруда хлореллы также помогают включать углекислый газ в воду. Углекислый газ выбрасывается в атмосферу в качестве отходов жизнедеятельности человека. Когда руки вращаются, они перемещают углекислый газ с поверхности в воду, где он легко растворяется. Как только он распространился через воду, он становится доступным для использования клетками хлореллы. В воде основной реакцией фотосинтеза является вода + солнечный свет + углекислый газ = глюкоза + кислород. Глюкоза используется в качестве топлива, а кислород выбрасывается в атмосферу в качестве отходов.

температура

Выращивание хлореллы является сезонным занятием, поскольку требует жаркой погоды и последующей теплой воды, которую она производит. Чтобы поддержать рост хлореллы, окружающая вода должна быть как можно ближе к 82 градусам по Фаренгейту, так как это идеальная температура для роста. В регионах с умеренным климатом хлорелла не может расти в прохладные зимние месяцы, однако в тропических районах мира она может процветать в течение всего года.

Как вырастить хлореллу в домашних условиях

Привет всем читателям моего блога! Сегодня я расскажу вам как вырастить хлореллу в домашних условиях. Среди различных кормов для дафний моин зеленая водоросль хлорелла (Chlorella Vulgaris) является естественной пищей. Эта зеленая микроскопическая водоросль не только служит пищей всему зоопланктону, но и очень полезна для растений как биостимулятор для всех видов культур и широко используется дачниками и огородниками для полива цветов и рассады.

Аквариумисты которые разводят дафний моин всегда стремятся к наращиванию биомассы рачков и в этих целях экспериментируют с различными кормами. Сегодня я расскажу вам как можно легко вырастить хлореллу в домашних условиях.

Живая хлорелла

Купить натуральную живую водоросль хлореллу можно в цветочном магазине. Вот в такой литровой бутылке (со значком 100% натуральный продукт) изготовитель ООО «БИО-комплекс». При покупке обращайте внимание на срок хранения продукта. Подробную информацию можно получить на сайте производителя: http://bio-kompleks.ru/.

Хлорелла в домашних условиях

Культивировать хлореллу можно в любой емкости. Например, я использую пятилитровую пластиковую бутыль. Воду нужно брать чистую водопроводную и ни в коем случае не из аквариума чтобы не смешать культуру хлореллы с другими видами водорослей. Залью в бутыль воду, но только по плечики для того чтобы площадь поверхности была больше был лучше газообмен и водоросли могли свободно дышать.

Добавлю в бутыль грамм 100 суспензии хлореллы. Сколько добавлять строгой нормы нет и это может быть даже одна капля ведь водоросли всегда начнут размножаться если им будут созданы благоприятные условия.

Чем подкармливать хлореллу?

Все водоросли — это низшие растения и тоже нуждаются в удобрениях. Для подкормки водорослей подойдут любые минеральные удобрения, подходящие для комнатных цветов или рассады за исключением гумусовых, которые окрашивают воду и оставляют осадок. Я буду использовать вот такое удобрение.

Читать еще:  Китайская хускварна 5200 инструкция

Сколько нужно вносить смотрите в инструкции, а в моем случае пятилитровая бутыль оказалась не совсем полной и это будет приблизительно четыре грамма. Растворю удобрение в воде в стаканчике и перелью в бутыль.

Свет для хлореллы

Чтобы водоросли хорошо развивались им нужен яркий свет, а значит лучшим местом для них будет подоконник. Если вы живете на солнечной стороне вам нужно следить чтобы вода не перегрелась и водоросли не сварились. Уже на вторые сутки вода в бутыли заметно зеленеет и это говорит о том, что процесс размножения хлореллы идет нормально. Приблизительно через неделю культура водорослей начнет перезревать и может выпадать осадок в этом случае хлореллу нужно обновлять слив часть водорослей из бутыли и добавив свежей воды.

Как кормить дафний хлореллой?

Вносить хлореллу дафниям в культиватор лучше во время подмены воды. Я выливаю хлореллу из бутыли оставив немного водорослей для дальнейшего размножения. Заполняю бутыль водопроводной водой вношу удобрения и ставлю на подоконник. Нужно отметить, что все водоросли дафниями в культиваторе не поедаются и частично продолжают размножаться что хорошо заметно по слегка зеленоватой воде.

Скорее всего это говорить о высокой скорости размножения хлореллы в культиваторе. Хлорелла отличный корм для дафний, но лучший эффект при разведении дафний будет если хлореллу использовать вместе с пекарскими дрожжами так как смешанные корма всегда дают лучший результат.

Корма

Технология культивирования хлореллы

Технология культивирования хлореллы

Хлорелла – одноклеточная водоросль, широко распространенная в природе. Для массового культивирования применяют в основном Clorella vulgaris, Clorella purenoidosa.

Хлорелла относится к числу просто организованных одноклеточных зеленых водорослей.

Клетки мелкие – от 2 до 10 мкм. Размножение бесполое. При благоприятных условиях новые клетки из материнской образуются через 6–8 часов и водоросль может создавать большую биомассу, богатую различными питательными веществами. Хлорелла содержит около 50 % белка, хотя его количество может варьировать в зависимости от условий культивирования и в первую очередь от освещения и состава питательной среды. Жира содержится от 7 до 20 %, углеводов (в основном за счет гемицеллюлозы и крахмала) – до 20 %, золы – до 12 %. В состав клеток входят 23 аминокислоты. Особенно много в клетках хлореллы витаминов группы В, С, РР, Е, Д, а также каротина.

Хлорелла – типичный фотоавтотроф, развивающийся только при естественном или искусственном освещении на жидкой минеральной питательной среде, содержащей азот, фосфор, серу, железо, магний и другие макрои микроэлементы, при постоянной подаче углекислого газа и отводе образующегося кислорода.

Необходимым условием является поддержание температурного режима и величины рН питательной среды. В зависимости от температуры штаммы хлореллы делят на термофильные, мезофильные и криофильные. Для термофильных оптимальная температура выращивания составляет 35–37 оС, для мезофильных – 25–27 оС, для криофильных – 10–15 оС.

Величина рН в процессе культивирования должна поддерживаться в диапазоне 5,5–6,5. Коррекция производится фосфорной и азотной кислотой при повышении рН, раствором гидрата окиси калия при понижении рН.

Так как углекислый газ является основным, а иногда и единственным поставщиком углерода, то интенсивно хлорелла может развиваться только при достаточном для этого процесса количестве углекислого газа, растворенного в питательной среде.

Мелкие промышленные установки и лабораторные культиваторы обычно используют баллонный углекислый газ, который подается в виде смеси с воздухом при содержании 2–5 % углекислоты или в чистом виде. Также одним из важнейших факторов процесса культивирования хлореллы является световой фактор. Только в условиях освещения в хлорелле из неорганических веществ, углекислоты, воды, минеральных компонентов синтезируются белки, жиры, витамины и углеводы.

Для выращивания хлореллы можно использовать прудовую воду, воду ручьев и колодцев. Наиболее пригодной является колодезная вода, так как в ней содержится достаточно растворимых микроэлементов и очень мало микроорганизмов. Водопроводную воду использовать нежелательно, так как в ней много хлора.

Хлореллу можно выращивать как на минеральных средах, так и на средах естественных органических удобрений, можно использовать отходы животноводческих и птицеводческих комплексов, а также бытовые и промышленные сточные воды.

Для культивирования водорослей существует много питательных сред, основными элементами которых являются N, P, S, Mq, Fe. Независимо от применяемой среды особое внимание при выращивании водорослей должно быть обращено на азотное и фосфорное питание.

Питательные среды, предназначенные для автотрофного культивирования микроводорослей, представляют собой комбинации растворов солей и содержат необходимые для нормального развития элементы.

Наряду с неорганическими солями, в качестве источника азота используются мочевина, а также добавки биологически активных веществ.

Оптимальной считают среду, химический состав которой наиболее полно удовлетворяет физиологические потребности культуры. Основное требование, предъявляемое к среде заключается в том, чтобы концентрация питательных элементов в результате не лимитировала скорость биосинтеза клеток.

Различные систематические группы микроводорослей имеют неодинаковый биохимический состав, что отражается и на потребности различных водорослей в макрои микроэлементах. Достаточное обеспечение водорослей биогенами является обязательным условием успешного ведения процесса культивирования. От условий минерального питания зависит как интенсивность роста, так и направленность биосинтеза культуры.

Для обеспечения роста и нормального химического состава микроводорослей требуется наличие в среде в доступной форме 10–20 минеральных элементов (количество необходимых элементов варьирует в зависимости от вида водорослей). Питательные элементы делятся на макро(они используются клеткой прямо или косвенно в качестве основного строительного материала) и микроэлементы (они входят в состав ферментов, пигментов и необходимы для осуществления некоторых процессов в клетке).

Элементы N, P, Mg, K, S, Fe, Cu, Ca, Mn и Mo являются необходимыми для всех водорослей. Для некоторых видов водорослей К и Са могут быть заменены на Na и Mg.

Читать еще:  Как вырастить хурму

Исследование потребности хлореллы в элементах питания на средах, сбалансированных по макрои микроэлементам, показало, что на 1 кг сухой биомассы водорослей приходится 90–100 г N, 8–10 г К, 6– 8 г Р, 4–5 г Мg, 5–6 г S, 300–400 мг Fe, 30–50 мг Мn, 3–5 мг Сu, 15–30 мг Zn, 0,4–0,5 мг Мо. Эти данные можно использовать для расчета потребности хлореллы в элементах питания на сбалансированных питательных средах.

По соотношению катионов и анионов, пропорции элементов и близости к элементарному составу клеток культивируемых микроводорослей различают несбалансированные и сбалансированные среды.

Примером несбалансированной среды служит среда Тамия, в которой в качестве источника азота используется нитрат калия. Поскольку для синтеза своей биомассы микроводорослей требуется азота намного больше, чем других элементов, то от источника азота зависит в большей степени изменение рН питательного раствора. Причина дисбаланса среды Тамия заключается в начальном избытке ионов калия, который усиливается в процессе культивирования. Поскольку нитрат калия – щелочная соль, выращивание микроводорослей на среде Тамия сопровождается повышением рН раствора, накоплением в нем карбонатных и бикарбонатных ионов. Повышение рН приводит к выпадению в осадок Р и Мg, т. е. культивирование на среде Тамия приводит к значительному изменению начального соотношения ионов, дефициту одних элементов и избытку других. По мере снятия части урожая биомассы и добавления в фоновый раствор новых порций среды этот дисбаланс усиливается, что при длительном культивировании приводит к значительному угнетению роста водорослей.

К сбалансированным средам относится сбалансированная среда No 3. Она обеспечивает интенсивный рост хлореллы без существенных изменений рН питательного раствора. Все макроэлементы используются более или менее одновременно.

Самыми распространенными являются следующие среды Кнопа, Пратта, Тамия, Майерса, ЛГУ, Ягужинского, сбалансированная No 3 (табл. 1).

Таблица 1. Рецепты питательных сред для водорослей, гл

Хлореллу можно культивировать как под открытым небом, так и в помещениях. Для массового культивирования хлореллы под открытым небом могут быть использованы установки самой различной формы и размеров. Для их изготовления пригодны различные материалы кирпич, бетон, дерево, органическое стекло и др.

Таким образом, существуют культиваторы открытого и закрытого типа (рис. 1). Открытые – это установки, в которых суспензия водорослей не изолирована от атмосферы. Они дешевы в изготовлении, просты в конструкции, но при их использовании трудно следить за оптимизацией и стабилизацией факторов роста водорослей, культура легко заряжается, и получается суспензия с низкой плотностью.

Конструкции культиваторов закрытого типа обеспечивают возможность направленного регулирования параметров выращивания, что открывает перспективу резкого повышения урожая с единицы объема при более экономном расходовании химикатов и углекислого газа, увеличения плотности суспензии, улучшения ее качества вне зависимости от внешних условий.

Конструкции культиваторов для микроводорослей разнообразны, но в общей схеме содержат следующие основные функциональные системы и блоки 1) реактор; 2) системы освещения, питания культуры, газообмена, термостабилизации, перемешивания культуры, отбора урожая, контроля и управления;

3) вспомогательное оборудование. Реактор представляет собой резервуар, в котором происходят рост и размножение культуры микроводорослей. Наибольшее распространение на производстве получили реакторы в виде плоскопараллельных кювет, стеклотрубчатых систем, разнообразные горизонтальные бассейны и пр.

Система освещения включает источник света и устройства для его распределения и отражения.

Система питания предназначена для поддержания концентрации растворенных в воде питательных веществ в пределах, не вызывающих лимитирование или ингибирование роста микроводорослей.

Система состоит из емкостей для питательной среды и дозаторов, обеспечивающих добавление в реактор определенного объема питательной среды при одновременном отборе такого же объема культуры.

Рис. 1. Устройства для культивирования микроводорослей а – культиватор ЛГУ 1 – корпус; 2 – неполная срединная перегородка; 3 – насос;

б – культиватор ВНИИПРХ-64 1 – дисковая перегородка; 2 – кольцевая перегородка; 3 – газовый колпак; 4 – насос;

в – культиватор ВНИИбиотехники 1 – корпус; 2 – насос; 3 – нагревательная труба; 4 – теплообменники; 5 – сточный конус; 6 – насадка;

г – японский культиватор 1 – круглый бассейн; 2 – вращающиеся перфорированные трубки; 3 – насос

Система газообмена включает источник углекислого газа (газобаллоны, топливные газы, биологические объекты), компрессор, расходомеры, магистрали движения газовоздушной смеси.

Система термостабилизации предназначена для поддержания температуры суспензии микроводорослей в оптимальных пределах.

Система перемешивания предназначена для улучшения питания и дыхания клеток суспензии микроводорослей, создания более равномерного облучения клеток светом, уменьшения оседания на поверхность реактора.

Производство микроводорослей включает ряд операций 1) подготовка питательной среды; 2) приготовление инокулянта; 3) зарядка и запуск культиватора; 4) культивирование и выдача готовой продукции; 5) регулярная чистка и обеззараживание технологического оборудования.

В настоящее время разработано большое количество культиваторов для интенсивного выращивания микроводорослей. Специалистами ЛГУ предложена недорогая установка для массового культивирования микроводорослей, представляющая собой прямоугольный каркас, выстланный полиэтиленовой пленкой и не полностью перегороженный посредине для создания циркуляции. Перемешиваение суспензии осуществляется насосом, расположенным в одной из половинок культиватора, что обеспечивает непрерывную циркуляцию суспензии. Подача углекислого газа производится из баллона непосредственно под двигатель.

В лабораторных условиях для культивирования микроводорослей применяется и культиватор закрытого типа. Установка состоит из двух плоскопарных кювет объемом 8 л каждая, между ними помещен светильник. Культура постоянно перемешивается воздухом, который подают со скоростью 2,5 лмин на 1 л культуры. Один раз в сутки культуру сливают и доливают свежую питательную среду, а 2–3 раза в сутки в культиватор вносят мочевину из расчета 0,25 гл. Ежесуточная продуктивность культуры при таком режиме составляет 8 г сухой или 24 г сырой биомассы с 1 л среды.

Урожайность водорослей колеблется в широких пределах – от 2 до 20 г сухого вещества на 1 м2 в сутки.

В рыбоводстве на суспензии хлореллы выращивают многих беспозвоночных, которые в дальнейшем используются для кормления рыб.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector