[發明專利]通過表面積增加、波長移動器或光傳輸器而改善光供給的光生物反應器

有效

• 申請號: 00805619.6
• 申請日: 2000-04-06
• 公開（公告）號: CN1345369A
• 公開（公告）日: 2002-04-17
• 發明（設計）人: W·特羅施;U·施密德－斯泰格;A·加斯特羅;A·雷特茲;F·布魯克
• 申請（專利權）人: 弗蘭霍菲爾運輸應用研究公司
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 郭建新

本發明涉及一種用于生產生物量的新型光生物反應器。

光生物反應器是光養微生物(如藻類、藍細菌和紫色細菌)在其中進行培養的發酵罐，即在該發酵罐中，這些細胞的生長和繁殖成為可能，或者借助于光養細胞促進各種物質的生產。

例如，該類型光生物反應器在下面的出版物中有描述：(i)“三角褐指藻UTEX?640在氣升管式光生物反應器中戶外間歇培養生獲得的生物量和Icosapentaenoic?acid生產率”，應用微生物生物學與生物技術(1995)，42，第658-663頁[“Biomass?and?Icosapentaenoic?Acid?Productivities?from?anOutdoor?Batch?Culture?of?Phaeodactylum?tricornutum?UTEX?640?inan??Airlift?Tubular?Photobioreactor”，Appl.?Microbiol.Biotechnol.(1995)，42，pp.658-663]，(ii)“在30升氣升光生物反應器中雨生紅球藻的自養生長和類胡蘿卜素生產”，發酵和生物工程雜志(1996)，第82卷，第2期，第113-118頁[“Autotrophic?Growth?and?Carotenoid?Production?of?Haematococcuspluvialis?in?a?30?Liter?Air-Lift?Photobioreactor”，Journal?ofFermentation?and?Bioengineering(1996)，Vol.82，No.2，pp.113-118]，(iii)“在板式、光漫射光學纖維生物反應器中的光能供應”，應用藻類學雜志(1995)，7，第145-149頁，[“Light?Energy?Supply?in?Plate-Type?and?Light?Diffusing?OpticalFiber?Bioreactors”，Journal?of?Applied?Phycology(1995)，7，pp.145-149]，(iv)“用來模擬光生物反應器中的輻射光傳遞和生長動力學之間的耦聯的一種簡化的單維方法”，化學工程科學(1995)，第50卷，第9期，第1489-1500頁

[“A?Simplified?Monodimensional?Approach?for?ModelingCoupling?between?Radiant?Light?Transfer?and?Growth?Kinetics?inPhotobioreactors”，Chemical?Engineering?Science(1995)，Vol.50，No.9，pp，1489-1500。

光生物反應器的一個主要應用領域是微觀藻類的生產，所述微觀藻類在世界范圍內產生的生物量原始產量中占有30％的份額。就此而論，微觀藻類是最重要的CO₂消耗者。因此，如果微觀藻類用于再生物質的生產，就能具有環境負荷減輕效應。用這種方式生產的物質則有助于減少CO₂向大氣的排放，既然它們取代了由化石產生的物質。

一方面，微觀藻類包括原核藍細菌，也包括真核微觀藻類。這些生物體供給各類物質，它們可用于制藥、化妝品、營養及動物營養的目的，并且可用于技術目的(例如，重金屬吸附)。就此而論的這類重要物質是親脂性的化合物，例如，脂肪酸、類脂類、固醇類和類胡蘿卜素；親水性的物質，如多糖類、蛋白質或氨基酸和藻膽蛋白(色素)；以及作為富含蛋白質、缺乏核酸的原料的總生物量。

正如在國際范圍內一樣，在聯邦德國有一逐漸增強的趨勢，即用具有同等或更好使用特性的天然物質取代合成的活性成分。越來越感興趣的是，在化妝品、醫藥和保健食品市場上具有治療功效的抗氧活性成分復合物和多不飽和脂肪酸。這些有吸引力的抗氧化劑包括：生育酚(維生素E)和類胡蘿卜素，如β-胡蘿卜素和蝦青素。

由微觀藻類生產的物質的成本效率主要是由所選擇的藻類種類的生產能力決定的。但是，只有當實現太陽輻射能高效率地轉化為要求的生物量形式，以及能耗和生產、安裝及工廠操作的費用保持非常低水平這兩者同時存在時，上述結論才能成立。高的生物量生產量是一個每單位體積最佳光分布的問題。藻類對光的吸收隨著層厚的不斷增加導致嚴重的光線下降，同時發生一種相互自屏蔽現象。這一現象導致在反應器中形成一個理論層：(1)暴露于可能導致光抑制作用的高光強度的藻類外層，(2)具有理想光照的中間層，(3)具有光照不足和高呼吸速率的藻類內層。