[發明專利]通過微藻培養生產脂質的方法和裝置

無效

• 申請號: 201210311016.5
• 申請日: 2012-08-28
• 公開（公告）號: CN103627620A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 范順杰;孟顯濤
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00;C12M1/36;C12P7/64;C12R1/89
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 李慧

技術領域

本發明涉及生物燃料的制備。特別地，本發明涉及通過微藻培養生產脂質的方法和裝置。

背景技術

隨著石油價格的高漲以及溫室氣體排放引起的全球氣候變暖，學術界和工業界越來越關注替代型燃料和二氧化碳利用技術。單細胞的微藻類生物能夠利用光合作用將二氧化碳轉換為生物質，培養、采集和加工這些藻類可以得到脂質，并煉制成柴油等生物燃料。因此，藻類的規模化培養和加工是解決環境和能源問題的有效措施之一。

通過微藻生產脂質的原理過程主要包括：微藻利用光合作用將空氣中的二氧化碳轉化為微藻自身的生物質，從而固定了碳元素，隨后通過誘導反應使微藻自身的含碳物質轉化為脂質，隨后再通過物理或化學方法從微藻細胞提取并加工脂質。一些微藻也可通過異養來培養，在光照或無光照條件下，消耗有機碳源如葡萄糖來生長并產生脂質。然而，利用微藻來吸收二氧化碳并生產生物燃料具有很大的障礙，主要是培養過程占地面積大，采集和分離過程消耗能量大，脂質產率低。對于經濟上可行的微藻生物燃料生產方案，占地少、脂質合成效率高是關鍵。

WO2009142765A2公開了用于在微藻培養中細胞裂解和營養物循環利用的一體化系統，其使用微波輻射來裂解微藻細胞。

已知微藻細胞的脂質濃度可通過改變生長條件來調節。例如，已知營養物限制（例如氮源限制）可增加脂質積累。但在營養限制下微藻生長速率較低，整體上脂質產率沒有大幅提高，其計算公式為：

脂質產率（千克脂質/公頃-年）=生物質產率（千克微藻干重/公頃-年）x脂含量（千克脂質/千克微藻干重）。

在營養限制下，光自養微藻培養會受到生物質產率降低的影響，導致需要占用更多的土地，提高了資本投入和運行成本。針對此問題，有人提出通過集成光自養階段和光異養階段的混養，以提高脂質產率。

US20090298159A1公開了一種兩階段混養微藻培養方法。用于原始小球藻（Chlorella?protothecoides）的培養方法主要包括以下步驟：1)光自養培養微藻，2)濃縮微藻和3)在發酵罐中的異養培養。

L.Rodolfi等(Biotechnology?and?Bioengineering,2009,102:100-112)提出了另一種兩階段微藻培養策略，其中氮充足階段在光生物反應器（PBR）中進行，以生產在開放池中用于氮饑餓階段的接種物。在所提出的方法中，22%的面積在氮充足下用于生物質生產，剩余78%的面積在氮匱乏下用于脂質生產，需要的占地面積大。

US20110027827A1公開了又一種兩階段混養微藻培養方法。此培養方法包括以下步驟：1)使用微藻的異養培養物進行種子生產，和2)將種子用在光自養培養中進行生物質的積累。

US7687261B2公開了又一種兩階段微藻培養系統。此培養系統包括：1)作為恒化器的開放管道，和2)作為柱塞流反應器的開放管道。將改良的營養混合物加入到柱塞流反應器中，其中氮/磷的限制引起高脂產量。

US7662616B2公開了具有營養物循環的一體化微藻培養系統。此系統包括：1)用于具有高脂含量的微藻生長的管道，2)微藻分離器，3)用于裂解微藻細胞的裝置，和4)用于從剩余細胞物質中回收脂質的分離器。將副產物再循環至管道以支持微藻生長。

以上方案可在一定程度上改進微藻的脂質產率，但均未涉及對微藻光合作用以及脂質產生和分離過程的監控。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種通過微藻培養生產脂質的裝置，包括：至少一個光自養反應器，所述光自養反應器位于所述罐體的下游并與其連通，且用于微藻的光自養生長；至少一個光異養反應器，所述光異養反應器位于所述光自養反應器的下游并與其連通，且用于所述微藻的光異養生長并積累脂質；微藻濃度控制系統，所述微藻濃度控制系統通過監測所述光異養反應器中的微藻濃度來控制所述光自養反應器的稀釋率。

本發明的另一個目的是提供一種通過微藻培養生產脂質的方法，包括以下步驟：進行光自養反應；進行光異養反應；以及監測所述光異養反應中的微藻濃度，以調節所述光自養反應中的稀釋率。

本發明的裝置和方法可以實現微藻的高生長速率和高脂質濃度，占地面積小且資金投入和運行成本低。

下文將以明確易懂的方式通過對優選實施例的說明并結合附圖來對本發明上述特性、技術特征、優點及其實現方式予以進一步說明。

附圖說明

圖1a和1b為本發明工藝流程和控制系統的示意圖。

圖2為本發明的一個示例性實施方式。