[發明專利]用于大規模培養微藻的低落差開放池及其使用方法和用途

有效

• 申請號: 201010279100.4
• 申請日: 2010-09-10
• 公開（公告）號: CN101948740A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 叢威;劉明;鮑亦璐
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00;C12M1/02;C12N1/12;C12R1/89
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 高宇;楊小蓉

技術領域

本發明屬于微藻的大規模培養領域，特別涉及用于大規模培養微藻的低落差開放池及其使用方法和用途。

背景技術

微藻具有很高的應用價值，微藻細胞富含蛋白質、氨基酸、碳水化合物、維生素、抗生素、高不飽和脂肪酸、多糖和色素等多種高附加值的生物物質，而且某些微藻還具有很高的產烴能力(如葡萄藻)，在能源利用方面具有很好的應用前景。在全球糧食、能源危機日益嚴峻的今天，開發、利用微藻生物資源無疑具有重要的社會價值與經濟意義。

微藻的大規模培養方式可分為密閉式和開放式。開放式是指采用開放池培養裝置，如跑道池、圓形池(如圖1所示)，它具有技術簡單、投資低廉等特點，在螺旋藻、小球藻和鹽藻的工業化生產中獲得了應用(Chaumont?D.，J.Appl.Phycol.，1993，5：59～604；Bonnin?G.，Spirulina?Production?Engineering?Handbook，BECCMA?ed.，Nantes，France，1992，140～159；Richmond?A.，Progress?in?Physiological?Research，Vol.7，Biopress，Bristol.，1990，269～330；Borowitzka?L.T.，Bioresource?Technology，1991，38：251～252)。密閉式是指采用不同結構的密閉式的光生物反應器，如氣升式、攪拌式、管式等，可用于生產高價值產物(如藥物或保健品)或作為開放池培養的種子罐(Hu?Q.，J.Appl.Phycol.，1994，6：391～396；Carlozzi?P.，Appl.Microbiol.Biotecnol.，1996，45：18～23；Lee?Y.K.，J.Appl.Phycol.，1995，7(1)：45～52；Hu?Q.，Biotech.Bioeng.，1996，51(1)：51～60；Wohlgeschaffen?G.D.，J.Appl.Phycol.，1992，4：25～29)。

在傳統的大規模培養微藻的開放池內，培養液的流動靠攪拌器(葉輪)驅動。為了使藻細胞接受光照，培養液的平均深度一般為20～30cm。在該條件下，由于光的穿透深度有限，難以達到高密度培養，一般的培養密度不超過1g/L，大多數在0.5g/L左右。在這樣低的細胞密度下，細胞的采收無論采取過濾、氣浮、絮凝等方法，都涉及大量水體的輸送和分離，采收成本很高；低細胞密度下，驅動培養液的流動、混合消耗的動能折合到單位藻細胞上也很高，導致每噸螺旋藻的電耗超過1000度；此外，微藻的光合作用過程可分為光反應和暗反應兩個階段，在光反應階段藻細胞接受光量子并轉換為化學能，在暗反應階段藻細胞利用化學能合成細胞組分，此時不需要光照甚至光照反而有害。由于光線在培養液內傳播時會迅速衰減，光的穿透距離為幾毫米，因此培養液的充分混合對于藻細胞輪流接受光照、提高總體產量至關重要。然而，在傳統的平均深度20～30cm的開放池內，培養液的混合完全靠在攪拌器(葉輪)的推動下形成的自然流動，難以強化混合。

在傳統的大規模培養微藻的開放池內，為了生產上清洗池子方便，池底通常帶有一定的坡度。以通常的跑道池為例，一般結構是一端的池底高度高于另一端池底，100米流道長度的落差為10cm左右，如圖2所示；在這樣的池子只能進行傳統的液層平均深度20～30cm的微藻培養，否則，在開放池的高位端會因為液層淺、細胞密度低而產生“光漂白”，即，對藻細胞而言光照過強而抑制生長甚至死亡。

發明內容

本發明的一目的在于克服在傳統開放池難以實現微藻淺層培養的問題，提供一種能夠實現微藻淺層均勻培養的低落差開放池。

本發明的另一目的在于提供微藻淺層培養的方法。

本發明的再一目的在于提供上述低落差開放池的應用。

本發明的發明人發現，在同樣的混合強度下，培養液的深度不影響藻細胞的面積產率，1cm～6cm的培養液層深度所獲得的面積產率相當，但是越薄的液層可獲得越高的藻細胞密度。換言之，如果在大規模培養微藻的開放池內采用淺的培養液深度，不僅不犧牲面積產率，還可以節省單位面積的流體驅動能耗(即節省單位藻細胞產量的能耗)。