[發明專利]一種實現微藻閃光效應的氣升式光生物反應器

有效

• 申請號: 201110197276.X
• 申請日: 2011-07-14
• 公開（公告）號: CN102876561A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 叢威;張慶華;薛升長;吳霞
• 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
• 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

本發明涉及微藻培養領域，具體地，本發明涉及一種實現微藻閃光效應的氣升式光生物反應器。

背景技術

微藻細胞富含氨基酸、蛋白質、維生素、不飽和脂肪酸等多種高附加值的生物物質，已經成為人類食品、醫藥、染料、精細化工領域的重要材料來源。目前，隨著石油、煤炭等化石能源的日益枯竭，基于生物質的生物煉制引起了人們的高度重視，微藻作為重要的可再生能源能夠提供大量的生物質(油脂、淀粉、纖維素)，在生物煉制領域，具有廣闊的應用前景。

微藻規模化培養的核心是光生物反應器，目前主要有開放式培養和封閉式培養兩種方式。開放式培養是開發最早、應用最為普遍的一種方式，目前世界各國、特別是中國仍然將其作為微藻工業化培養的主要方式(Borowitzka?L.T.，Bioresource?Technology，1991，38：251～252；Terry?K.L?and?Raymond.，Enzyme?and?Microbial?Technology，1985，7：474～487)。代表的反應器有跑道式培養池、圓形培養池。該培養方式的主要優點是構建簡單、成本低廉及操作簡便。缺點是光能利用率低，受外界環境因素的影響大，易被污染，水分蒸發大。

封閉式光生物反應器有多種形式，如柱式、管式和板式。相比于開放式培養，封閉式培養不容易受污染，節約水資源，培養密度高，收獲成本低，缺點是投資成本高(Pulz?O.，Applied?Microbiology?and?Biotechnology，2001，57：287～293；Lee?Y-K.，Journal?of?Applied?Phycology，2001，13：307～315；Tsygankov?A.A.，Applied?Biochemistry?and?Microbiology，2001，37(4)：333～341)。為了克服封閉式培養成本高的缺陷，一方面需要降低培養所需的材料、能耗成本；另一方面需要大幅度提高產率。雖然封閉式培養的產率要高于開放式培養，但是微藻的光能利用率還很低。設法提高微藻細胞對光能的利用率是提高產率、降低成本的重要途徑。

微藻的光合作用過程可分為兩個階段，稱為光反應和暗反應。在光反應階段，微藻細胞接受光量子并轉換為化學能；在暗反應階段，微藻細胞利用化學能合成細胞組份。在暗反應階段，微藻細胞不需要光照甚至光照反而有害。因此，對單個微藻細胞而言，持續的光照意味著光量子的浪費。

另一方面，在規模培養的光生物反應器內以及通常的細胞密度下，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，在高細胞密度下只有1mm左右。光生物反應器內事實上可分為靠近光照面內壁面的光區與之外的暗區兩部分。如果微藻細胞以特定頻率(通常高于1Hz的頻率)在光生物反應器的光區與暗區頻繁置換時，會產生“閃光效應”，光能的利用率會得到很大提高(Janssen?M，Slenders?P，Tramper?J，et?al.，Enzyme?Microbial?Technology，2001，29：298～305；Matthijs?H.C.P，Balke?H，Mur?L.R，et?al.，Biotechnology?and?Bioengineering，1996，50：98～107)。即，當微藻細胞在光生物反應器的光區與暗區之間來回穿梭，就可使得接受過光照的微藻細胞及時進入暗區進行暗反應，同時使得完成了暗反應的微藻細胞回到光區再次接受光照，這樣就使得進入光生物反應器的光量子被充分利用。因此通過使微藻細胞在光區與暗區之間高頻率來回穿梭，可以提高總體的光能利用率和微藻細胞的產量。

然而，在常規的氣升式光生物反應器中，藻細胞長時間處于光區或暗區，無法實現在光區與暗區之間的穿梭，藻細胞長時間位于光區會產生光抑制甚至是光損傷(即光照過量)；而距光區較遠的藻細胞卻長時間處于光限制狀態(即光照不足)，使得光能利用率不高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種實現微藻閃光效應的氣升式光生物反應器。

根據本發明的實現微藻閃光效應的氣升式光生物反應器，所述反應器包括罐體1、導流筒2、氣體分布器3、頂蓋5和內光源，其特征在于，所述內光源為棒狀光源6；

所述的棒狀光源6與微藻培養液的流動方向平行；

所述的棒狀光源6由發光段7和非發光段8連續交替組成，用于在其周圍形成連續交替的光區和暗區；

根據本發明的實現微藻閃光效應的氣升式光生物反應器，所述棒狀光源的發光段的長度為5mm-50mm，非發光段的長度為10mm-50mm。