[發明專利]包含旋轉振蕩光源的光生物反應器

無效

• 申請號: 201210135616.0
• 申請日: 2012-05-03
• 公開（公告）號: CN102851198A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: H·布羅德;B·弗萊姆
• 申請（專利權）人: 拜耳知識產權有限責任公司
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司 11285
• 代理人: 蘇萌;鐘守期

技術領域

本發明涉及光生物反應器，其在反應器內部包含旋轉振蕩運動的光源以實現空間均勻的光輸入。

本發明可用于光養有機體的培養，該光養有機體在反應器內部通過旋轉振蕩運動的光源以最優化方式被照射。

最優化光輸入可任選與最優化的剪切敏感性的反應器內容物質（如剪切敏感性的光養有機體）的氣化和脫氣結合。

背景技術

光養有機體應用的一個重要應用領域是藻類培養。除了傳統的在暴露于陽光的扁平容器中培養藻類之外，在生物反應器中的藻類培養被越來越多地記載。這種開發的一個原因是藻類用于制備極高價值產品的用途。然而，這對培養條件或過程管理帶來更復雜的需求。其只能在特別設計的光反應器中進行。與更便宜的常規培養容器相比，由所述特別設計的光反應器產生的更高的采購和生產成本的經濟可行性依賴于產品可實現的高價格水平。

這種高價值產品是，例如，化妝品工業的著色劑或食品補充劑工業的多不飽和脂肪酸（如天然ω-3脂肪酸或二十碳五烯酸（EPA））。制藥業中正在研發用于治療和診斷藥品的蛋白質。另一領域是綠色能源生產（例如通過藻類制氫）。藻類生物質——其在藻類制備產品時以任何方式形成——還可用于產生沼氣，其使這種技術特別環境友好。藻類培養和利用藻類生物質用于制備沼氣的結合的另一個實施例是廢氣凈化，其中包含的二氧化碳和碳由藻類代謝。因此廢氣凈化的環境技術方法可與從已經產生的藻類生物質得到沼氣的能源技術方面共生關聯。

現有技術中記載了各種設計的光生物反應器。

Havel等人記載了包含最多達16個并聯運行的泡罩塔的生物反應器，其在泡罩塔的正上方配有人造光源從而確保在均勻光譜內足夠的光供給量。在每個泡罩塔的周圍，反光圓柱管將光從上方傳遞至每個泡罩塔的圓柱形玻璃外壁，從而降低光散射和改善照射。Osram?Fluora?L77（Osram,Munich,Germany）和Sun-Glo（Hagen,Holm,Germany）熒光管的結合用作光源產生人造陽光[J.Havel,E.Franco-Lara,D.Weuster-Botz:“A?parallel?bubble?column?system?for?the?cultivation?of?phototrophic?microorganisms”Biotechnology?Letters(2008)30:1197–1200]。在泡罩塔內部，隨著有機體在泡罩塔內準混亂的移動，流體動力學控制漂浮光合細胞的曝光。在最佳性能時，泡罩塔還必須以最高可能的氣化速率運轉，該速率由藻類的剪切耐受性控制。同時，氣化速率不應過高而導致可發生氣滯，氣滯將阻止光通過泡罩塔傳播[J.C.Merchuk,F.Garcia-Camacho,E.Molina-Grima“Photobioreactor?Design?and?Fluid?Dynamics”Chem.Biochemical?Engineering?Quarterly(2007)21(4):345–355]。盡管如此，由于易于建造和保持運轉，這種光生物反應器是最廣泛使用的。然而，這種類型的光反應器的放大和最優控制很難，因此其生產率通常較低。其原因也基于在這種光生物反應器中光輸入通過反應器的外表面進行這一事實。然而，隨著規模的增大，表面積與體積比變得更小，因此每單位體積的光輸入變得更低，從而限制產品產率。

管式光生物反應器由直線型或圈型排列的透明管材料組成，其排列旨在實現最大的陽光/光輻射接收。光養培養材料在管內運輸。為此，特別經常使用氣升循環器[J.C.Merchuk,F.Garcia-Camacho,E.Molina-Grima“Photobioreactor?Design?and?Fluid?Dynamics”Chem.Biochemical?Engineering?Quarterly(2007)21(4):345–355]。Merchuk等人還給出在生物反應器中培養光合細胞的現有技術綜述。除上述泡罩塔反應器和管式反應器之外，也記載了薄膜生物反應器和氣升式反應器。與泡罩塔相反，氣升式反應器允許控制流體通過通道，在由同心管組成的結構中，光源位于外壁且內壁限定了暗區[J.C.Merchuk,F.Garcia-Camacho,E.Molina-Grima“Photobioreactor?Design?and?FluidDynamics”Chem.Biochemical?Engineering?Quarterly(2007)21(4):345–355]。