太空農場現在是1頁\一共有68頁\編輯于星期六藻類和植物在密封太空艙內進行長期實驗(NASA)現在是2頁\一共有68頁\編輯于星期六現在是3頁\一共有68頁\編輯于星期六太空農場太空農場（SpaceFarm），學名:受控生態(tài)生保系統（ControlledEcologicalLifeSupportSystem,CELSS）：在太空依靠繁殖綠色植物（蔬菜、藻類等）解決航天員所需的食物、氧氣和水等最基本物資的供應，是實現未來長期載人星際旅行、移民的關鍵技術和難題之一。現在是4頁\一共有68頁\編輯于星期六觀賞鳥類與魚類、水產養(yǎng)殖 食品、保健品、化妝品等雨生紅球藻蝦青素是一種紅色素，可以賦予火烈鳥、三文魚、蝦粉紅顏色現在是5頁\一共有68頁\編輯于星期六現在是6頁\一共有68頁\編輯于星期六3種異構型抗氧化性：左旋＞右旋＞內消旋現在是7頁\一共有68頁\編輯于星期六蝦青素的應用1.化妝品領域應用由于其強大的抗氧化性，全球差不多一線的化妝品品牌均添加了天然蝦青素作為其超強抗氧化劑的成分，包括雅詩蘭黛、歐萊雅的DermaE，尤其是日本的品牌高絲（KOSE）、芳凱（FancL)、DHC以及曼秀雷登等推出了專門的蝦青素系列保濕霜、抗皺眼霜、面膜、口紅等。只要看到那些紅色或橙色的宣稱抗氧化的，且售價數百上千元的化妝品都是加的蝦青素這一類物質。實事求是的說：光靠“彈力蛋白”“膠原蛋白”是彈不走你的魚尾紋的。這些不過是原料而已?，F在是8頁\一共有68頁\編輯于星期六2.保健食品領域的應用全球的保健品企業(yè)也推出了大約200多款蝦青素軟、硬膠囊、口服液的保健食品。尤其是在日本這個壽命最長的國家最為受到歡迎，近3年來蝦青素成為日本最火爆的健康食品。東南亞包括臺灣、新加坡深受其影響。我國也有一些企業(yè)相繼跟進?，F在是9頁\一共有68頁\編輯于星期六赤潮、水華爆發(fā)微藻的危害現在是10頁\一共有68頁\編輯于星期六本節(jié)主要內容1.微藻特點與應用領域2.微藻培養(yǎng)技術3.微藻培養(yǎng)生產代謝產物應用舉例本節(jié)關鍵問題1.微藻培養(yǎng)的光生物反應器特點2.微藻培養(yǎng)生產代謝產物的相關工藝技術現在是11頁\一共有68頁\編輯于星期六一引言（一）定義藻類分為原核藻類和真核藻類，含有葉綠體，可以進行光合作用。微藻（Microalgae）一般是指那些在顯微鏡下才能辨別形態(tài)微小的藻類。迄今已知的藻類約有30,000余種，其中微藻約占70％。微藻細胞微小、形態(tài)多樣、適應強、分布廣泛?，F在是12頁\一共有68頁\編輯于星期六（二）分類微藻有原核微藻和真核微藻兩大類。根據微藻生長環(huán)境可分為水生微藻、陸生微藻和氣生微藻三種生態(tài)類群。水生微藻又有淡水生和海水生之分，根據分布又可分為浮游微藻和底棲微藻。已工業(yè)化生產或有應用價值、能大量培養(yǎng)的種類分別屬于4個門：藍藻門、綠藻門、金藻門和紅藻門?，F在是13頁\一共有68頁\編輯于星期六藍藻門(Cyanophyta)是能進行光合作用的原核生物，一般呈藍色。有1個綱――藍藻綱和3個目。藍藻門在大約35億年前就已在地球上出現。藍藻和細菌在細胞結構與生物化學性質方面很類似，結構簡單，無真正的細胞核和細胞器，主要通過細胞分裂進行增殖，能進行光合作用放出O2?，F在是14頁\一共有68頁\編輯于星期六（三）在生命起源與進化中的作用1.地球什么時候出現的？50億年前2.最早的生命出現在什么時間？40億年前3.細菌、藍細菌出現的時間？35億年前4.細胞核什么時間出現的？15億年前5.有性生殖最早出現的時間？10億年前6.多細胞生物是什么時間出現的？8億年前7.什么時候生物多樣性開始變得非常豐富起來？6億年前8.人類出現時間？化石：６８０萬年到７２０萬年之間。比較人類與黑猩猩的DNA后的最新研究提示約為600萬前XNjk3MTYwMzI=.html現在是15頁\一共有68頁\編輯于星期六50億年前地球出現，火山，溫度非常高40億年前出現最早的生命形式：盧卡（Luca）——微粒：有機物，外膜，吸收能量。因火山噴發(fā)-礦物質，水體有機物，顆粒35億年前細菌、藍藻出現，進行光合作用，放出氧氣。之前，大氣很稀薄，氫、一氧化碳等，各種氣體于空中形成一朵朵的卷云，氧氣很少，因無充足的大氣層掩蔽，整個地球曝露在強烈的紫外線之下。藍藻的作用：產生了氧氣，改變了大氣組成與特點，為生物進化及高等生命誕生起了非常重要的作用。寒武紀生物大爆炸.flv現在是16頁\一共有68頁\編輯于星期六最初的原始生命在無氧條件下，是通過分解氨基酸、糖類及脂肪獲取能量的（即進行無氧呼吸），或者依靠無機氧化物的還原獲取能量。氧氣性大氣的出現，導致了臭氧層的形成和有氧呼吸的產生，這在生物進化史上具有十分重要的意義。臭氧層的形成：臭氧層的出現，阻止了紫外線對地面的直接輻射，保護了地球上的生命。有氧呼吸的產生：在大氣層中有了氧氣以后，一些原始的生物逐步產生了進行有氧呼吸的生物類型。真核生物：真核細胞才出現，之前都是厭氧的原核生物?！昂浼o生命大爆發(fā)

”可能與當時空氣中氧氣含量的增加有關?，F在是17頁\一共有68頁\編輯于星期六（四）微藻生產生物制品的特點利用太陽能和CO2通過光合作用生產有機物，生長速度快、效率高、能耗低?？梢岳秘汃ね恋?、鹽堿地等極端環(huán)境。微藻培養(yǎng)簡單，容易產業(yè)化。微藻提取有效成分不需要復雜的前處理。許多微藻可產生有生理活性的化合物。營養(yǎng)價值高?，F在是18頁\一共有68頁\編輯于星期六（五）微藻應用領域微藻在能源、醫(yī)藥、食品、水產養(yǎng)殖、化工、環(huán)保、農業(yè)及航天等領域有著重要的應用價值。保健品、功能食品：片劑、粉劑、添加劑水產養(yǎng)殖：餌料航天：安保系統轉基因藥物：可以食用能源：生物柴油、氫現在是19頁\一共有68頁\編輯于星期六

（六）三大經濟微藻1.螺旋藻Spirulina現在是20頁\一共有68頁\編輯于星期六現在是21頁\一共有68頁\編輯于星期六存在35億年。數百年前非洲一些部落就將螺旋藻制成藻餅食用。螺旋藻是人類迄今為止所發(fā)現的最優(yōu)秀的純天然蛋白質食品源，被聯合國糧農組織和聯合國世界食品協會推薦為“二十一世紀最理想的食品”。螺旋藻在降低膽固醇和血脂，抗癌，減肥，養(yǎng)胃護胃，治療貧血及微量元素缺乏，護肝，增進免疫，調整代謝機能等方面都有積極作用。蛋白質含量高達60～70%。魚肉的3倍，雞蛋的5倍。藻藍蛋白能增強人體免疫力。維生素及礦物質含量極為豐富：B1、B2、B6、B12、維生素E、維生素K等，并含鋅、鐵、鉀、鈣、鎂、磷、硒、碘等微量元素。類胡蘿卜素含量是胡蘿卜的1.5倍，維生素B12含量是豬肝的4倍，鐵含量是菠菜的23倍，是鐵含量最豐富的食物?，F在是22頁\一共有68頁\編輯于星期六含有大量的γ-亞麻酸，人體必需的不飽和脂肪酸。螺旋藻多糖具有抗輻射損傷和改善放、化療引起的副反應作用，因此對腫瘤患者是食療佳品。螺旋藻中葉綠素含量極為豐富，是普通蔬菜含量的10倍以上。脂肪含量只有5%，且不含膽固醇，可使人體在補充必要蛋白時避免攝入過多熱量?，F在是23頁\一共有68頁\編輯于星期六2.小球藻Chlorella一百多年前生物學家拜爾尼克（）博士發(fā)現；把希臘文Chlor(綠色)和拉丁文表示細小物質Ella組合，將其命名為Chlorella。因為它的直徑只有3～8微米。形狀呈圓球形。營養(yǎng)全面而豐富，含有8種必需氨基酸和豐富的維生素及鐵、鋅、鈣、鉀等礦物質。有豐富的葉綠素，有吸附毒素的作用。小球藻有免疫調節(jié)作用，抗氧化，清除自由基延緩衰老；有降血壓作用；對大腸桿菌和病毒感染，能起到抑制作用。對預防消化性潰瘍、調節(jié)血脂、防治貧血有輔助作用?，F在是24頁\一共有68頁\編輯于星期六現在是25頁\一共有68頁\編輯于星期六3.杜氏藻Dunaliella細胞內常含有大量胡蘿卜素，致細胞呈橘紅色。環(huán)境不良時，細胞內的結構常為所含的血色素所掩蓋。本屬是鹽生藻類，見于許多鹽湖、鹽池及一些含鹽量高的水體中。天然β一胡蘿卜素不僅僅是優(yōu)良的食品天然色素，而且具有很強的抗氧化作用，是多種癌細胞的良好抑制劑。現在是26頁\一共有68頁\編輯于星期六現在是27頁\一共有68頁\編輯于星期六二微藻培養(yǎng)技術現在是28頁\一共有68頁\編輯于星期六問題1：微生物依據生長時所需的能量和營養(yǎng)物質(主要指碳源和供氫體)不同，可以分為哪幾種類型？營養(yǎng)類型能源碳源氫或電子供體光能自養(yǎng)型光能光能異養(yǎng)型光能CO2CO2水或還原態(tài)無機物有機物化能自養(yǎng)型化學能CO2化能異養(yǎng)型化學能有機物還原態(tài)無機物 有機物現在是29頁\一共有68頁\編輯于星期六模式能源碳源光能自養(yǎng)光二氧化碳混合營養(yǎng)/兼性異養(yǎng)光有機碳和二氧化碳光能異養(yǎng)光有機碳化能異養(yǎng)有機物有機碳（一）微藻的營養(yǎng)模式現在是30頁\一共有68頁\編輯于星期六（二）微藻培養(yǎng)方式1.光能自養(yǎng)培養(yǎng)技術（1）敞開式培養(yǎng)跑道池現在是31頁\一共有68頁\編輯于星期六（2）密閉式光生物反應器培養(yǎng)光生物反應器（Photobioreactor）是設計有光源系統的主體為透明材料的生物反應器，主要用于可進行光合作用的微藻、植物細胞、光合細菌的培養(yǎng)。優(yōu)點：培養(yǎng)密度高，收獲效率也顯著提高。培養(yǎng)條件易于控制，易于實現高密度培養(yǎng)，對代謝產物積累有利。無污染，可實現純種培養(yǎng)。不受地域環(huán)境限制，生產期長。適合于所有微藻的光自養(yǎng)培養(yǎng)，尤其適合于微藻代謝產物產品的生產?，F在是32頁\一共有68頁\編輯于星期六藻類光生物反應器

現在是33頁\一共有68頁\編輯于星期六密閉泵循環(huán)光生物反應器養(yǎng)殖雨生紅球藻現在是34頁\一共有68頁\編輯于星期六氣升式光生物反應器現在是35頁\一共有68頁\編輯于星期六實驗室小規(guī)模光生物反應器現在是36頁\一共有68頁\編輯于星期六戶外大規(guī)模封閉式光生物反應器垂直式現在是37頁\一共有68頁\編輯于星期六傾斜式現在是38頁\一共有68頁\編輯于星期六水平式現在是39頁\一共有68頁\編輯于星期六問題2：微藻密閉式光生物反應器以什么形狀為主？為什么？光程短，利于光吸收，減少光衰減的影響?，F在是40頁\一共有68頁\編輯于星期六（三）培養(yǎng)流程藻種培養(yǎng)液逐級放大培養(yǎng)大規(guī)模培養(yǎng)系統生長條件控制

收獲 干燥 成品視頻現在是41頁\一共有68頁\編輯于星期六2.異養(yǎng)培養(yǎng)技術特點：指在無光照條件下，利用外源有機物包括糖類、蛋白水解物、有機酸等生長。3.混養(yǎng)培養(yǎng)技術特點：有光照的條件下，既利用CO2進行光合作用又利用外源有機物生長，培養(yǎng)?，F在是42頁\一共有68頁\編輯于星期六與自養(yǎng)相比的優(yōu)點：微藻生長速度快、細胞密度高。在異養(yǎng)培養(yǎng)時，微藻細胞密度可達到或接近大腸桿菌及酵母的濃度。從工業(yè)化角度分析，異養(yǎng)培養(yǎng)系統更便于生產過程的控制及穩(wěn)定生產。在封閉的生物反應器中進行微藻異養(yǎng)培養(yǎng)不但可實現純種培養(yǎng)而且可保證生產的重復性和連續(xù)性。解除了光對微藻生長的限制，降低了微藻生產成本。微藻異養(yǎng)培養(yǎng)可采用微生物培養(yǎng)中的成熟技術及設備，易于規(guī)模放大，加快微藻及其產品的產業(yè)化進程?，F在是43頁\一共有68頁\編輯于星期六（四）微藻培養(yǎng)生產生物制品面臨的問題1.能大規(guī)模培養(yǎng)的微藻種類有限，三大藻為主，有各自特點決定。2.成本高：營養(yǎng)成本高、細胞濃度低、收獲成本高。3.深加工、高附加值產品少?，F在是44頁\一共有68頁\編輯于星期六三微藻培養(yǎng)生產代謝產物應用舉例現在是45頁\一共有68頁\編輯于星期六（一）藻類生物柴油生物柴油(Biodiesel)：指以油料作物、野生油料植物和微藻等水生植物油脂以及動物油脂、餐飲垃圾油等為原料油通過酯交換工藝制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。柴油分子是由15個左右的碳鏈組成的，植物油分子則一般由14-18個碳鏈組成，與柴油分子中碳數相近。一般大豆的含油量在20%左右，花生油、芝麻等在40%左右，而微藻的含油量最高能達到60%，至少是大豆的3倍?，F在是46頁\一共有68頁\編輯于星期六藻：每公頃16837升（每英畝1800加侖）（估計數據）麻：每公頃9354升（每英畝1000加侖）烏桕：每公頃4705-9073升（每英畝503-970加侖）棕櫚油：每公頃4752升（每英畝508加侖）椰子：每公頃2151升（每英畝230加侖）油菜籽：每公頃954升（每英畝102加侖）微藻不爭地、不爭糧食；微藻煉油還能固廢減排，大豆：每公頃554-922升（每英畝59.2-98.6加侖）花生：每公頃842升（每英畝90加侖）向日葵：每公頃767升（每英畝82加侖）例如可以用廢水、廢氣養(yǎng)殖等現在是47頁\一共有68頁\編輯于星期六油脂的主要成分是甘油和三個脂肪酸組成的三酰甘油酯。目前生物柴油主要是用化學法生產，在酸或者堿性催化劑和高溫(230-250℃)下進行轉酯化反應，生成相應的脂肪酸甲酯或乙酯，再經洗滌干燥即得生物柴油?？僧a生副產品甘油。脂肪酸甘油三酯現在是48頁\一共有68頁\編輯于星期六文獻討論1原始小球藻(Chlorellaprotothecoides)現在是49頁\一共有68頁\編輯于星期六微量元素溶液A5組成成分H3BO3

g/L2.860MnCl2?4H2O

1.810微量元素溶液B6組成ZnSO4?7H2O

0.222CuSO4?5H2O

0.079MoO30.015成分NH4VO3

g/L22.96KCr(SO4)2?12H2O

192.00NiSO4?6H2O

44.80Na2WO4?2H2O

17.94TiOSO4?H2SO4?8H2O

61.10Co(NO3)2?6H2O

43.98現在是50頁\一共有68頁\編輯于星期六現在是51頁\一共有68頁\編輯于星期六現在是52頁\一共有68頁\編輯于星期六現在是53頁\一共有68頁\編輯于星期六現在是54頁\一共有68頁\編輯于星期六現在是55頁\一共有68頁\編輯于星期六現在是56頁\一共有68頁\編輯于星期六（二）杜氏藻培養(yǎng)生產β-胡蘿卜素1910年在胡蘿卜中發(fā)現了β-胡蘿卜素，屬于類胡蘿卜素（carotenoid）。1.醫(yī)藥用途：β-胡蘿卜素、α-胡蘿卜素等在動物體內變?yōu)橐朁S醇（維生素A）和視黃醛（維生素A醛），與視覺有關。β-胡蘿卜素在肝臟中加2分子水，斷裂為兩個分子的維生素A1（全反式維生素A），不同的胡蘿卜素轉化為維生素A的有效率并不一致，其中以β-胡蘿卜素的活性最高。缺維生素A導致夜盲癥。β-胡蘿卜素具有抗氧化、抗腫瘤、抗衰老、增強免疫力等作用，如對艾滋病患者可提高免疫力。β-胡蘿卜素結構：α-胡蘿卜素結構：現在是57頁\一共有68頁\編輯于星期六2.食品添加劑β-胡蘿卜素是重要的色素，是聯合國糧農組織和世界衛(wèi)生組織食品添加劑聯合專家委員會認定的A類優(yōu)秀有營養(yǎng)的食品添加劑（foodadditives）。3.日用化妝品β-β-胡蘿卜素的提取物含豐富的氨基酸、維生素、天然保濕因子、微量元素和其它生物活性物質，在日用化妝品（唇膏、胭脂等）中添加β胡蘿卜素，色澤豐滿自然，還能起到保護皮膚的作用。4.飼料添加劑能提高動物的生長速率和肉類質量，提高牛、馬、豬的繁殖能力，增強鮭魚、蝦的色澤，加深禽蛋的顏色?，F在是58頁\一共有68頁\編輯于星期六生產途徑（1）化學合成在合成品中的β-胡