[發明專利]光合培養物的連續培養、收獲和油提取

無效

• 申請號: 200980139296.2
• 申請日: 2009-08-04
• 公開（公告）號: CN102186966A
• 公開（公告）日: 2011-09-14
• 發明（設計）人: 馬里奧·C·拉赫
• 申請（專利權）人: 凱生物能公司
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 李丙林;張英

相關申請

本申請要求享有美國臨時申請號61/086,106的優先權，并將其全部內容納入本文作為參考。

技術領域

本發明涉及光合微生物的連續培養、收獲和油提取。

背景技術

對化石燃料替代品來說具有目前和日益增長的需求。主要的興趣和投資已集中在生物燃料領域上，其為適合于在來源于生物源的標準內部燃燒引擎燃燒的燃料。特別有吸引力的生物燃料生物源是藻類，部分原因是當與其它原料(300-700加侖/英畝/年)相比時，其具有更好的產量(5000-10,000加侖/英畝/年)。某些藻株由于其理想的脂質性質(如脂質組分，質量百分比脂質濃度)特別適合用作燃料產品。

目前可用的藻類生物燃料生產系統是昂貴的且不可擴大化的，導致每加侖生物燃料的生產成本為$30至$60。這些現有的藻類生產系統面臨兩個重大挑戰-(1)使用成本高昂的封閉培養系統，和(2)后培養過程能源密集，高度復雜。

培養系統必須為光合過程的發生提供接觸陽光的機會以及必須讓占有優勢的微藻種群無障礙地生長而不受“入侵”菌株的威脅。今天，要實現這兩個目標，很多封閉系統使用清潔塑料袋或清潔玻璃管材。

這些封閉系統通常旨在為防止“入侵”物種的威脅而提供受保護環境，所述物種允許具有理想性狀的藻株單一培養的培養方式。但是，封閉系統由于暴露于自然環境下而無法長時間維持菌株穩定。盡管系統旨在排除入侵的、野生型菌株，但入口點確實存在(例如閥門、連接器以及其他機械部件)。在給定的時間內，單一培養最終被一種或多種地方性野生型藻株入侵，該藻株對生物燃料產品來說不具備有利的性狀。一旦發生這種情況，封閉系統不再是理想菌株的單一培養，基本上使得培養過程“崩潰”。崩潰的系統需要昂貴和耗時的滅菌，造成生產成本增加和產量下降。

此外，對于單一培養來說，玻璃管系統必須定期停止運轉(taken?off?line)，以去除發生在培養過程中的生物膜堵塞。未清理的管材逐漸變得不透明，限制了太陽輻射，并變得不適合于光合微生物的生長。袋系統通常不清洗，而是被處理掉并被新袋取代。由于塑料的基材為石油，雖然袋系統消除管系統清理的要求，但它既昂貴而且環保效果較差。

另一個在封閉系統中發現的問題是昂貴的冷卻要求來維持最佳的培養基溫度。在培養周期過程中，光合過程產生大量的熱量然后由于溫室效應將其保留。如果發生在開放系統中沒有自然通風(即熱量自然地通過暴露于空氣中而消散)，封閉生產系統陷入困境并保留熱量，這將大大破壞培養并降低生長率。因此，冷卻系統對需要額外的成本和負面影響能源效率的封閉系統來說是需要的。

與封閉培養系統相關的這些挑戰的整體影響造成了與高資本成本及高經營成本。因此，在封閉系統中為生物燃料培養的微藻并不是經濟上可行的。

現今的后培養系統是能源密集的、高度復雜的和成本高昂的。此外，該過程是批量化和非連續的，給大規模商業化造成了障礙。應當指出，目前實行的過程中，各種添加劑，經營成本和資本成本推高了過程的成本。另外處理時間的成本非常高。

現在的后培養系統中的第一個步驟是收獲過程。收獲通常需要絮凝來集中微藻，以便它可以隨后從培養基中去除。誘導絮凝是最常用的方法，其要求加入表面活性劑通常為硫酸鋁和氯化鐵或商業產品殼聚糖。絮凝可以采用密度低至0.02-0.07％的藻類(～1gm藻類/5000gm水)進行培養，取得高達1％藻類懸浮體和98％藻類回收。第二收獲步驟是進一步要求實現高達3-4％藻類的漿料濃度。經常使用溶氣氣浮，其是通過去除懸浮微藻來清理培養基的過程。通過在壓力下溶解培養基中的空氣，然后大氣壓下在浮選槽或盆中釋放空氣來實現去除。被釋放的空氣形成微小氣泡，其粘附于微藻上引起懸浮物浮到水的表面，然后在那里可被除渣設備去除。

后培養的第二個重要步驟是初次和再次脫水。大規模商業化的一個重要瓶頸是，提取之前需要脫水獲得糊狀物如粘稠物。初次脫水發生時使用一些微濾和離心的組合來將微藻密度提高到至少6-8％培養基體積。更多的離心和帶式過濾擠壓可以實現額外增加(高達20％藻類)，但要增加的能源輸入和成本。干燥須達到較高的提取所需的干質量濃度。由于干燥通常需要熱量，已使用沼氣滾筒式干燥機和其他爐式的干燥機。不過，隨著增量溫度和/或時間增加，成本急劇攀升。空氣干燥在低濕度的氣候是可能的，但將需要額外的空間和大量的時間。干燥后，剩余的脫水生物質為提取做準備。