[發(fā)明專利]一種軟體板式光生物反應(yīng)器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410270445.1
• 申請(qǐng)日: 2014-06-17
• 公開（公告）號(hào): CN105219616B
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 叢威;顏成虎;張慶華;花凱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院過程工程研究所
• 主分類號(hào): C12M1/00
• 分類號(hào): C12M1/00
• 代理公司: 北京方安思達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11472
• 代理人: 王宇楊,楊青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微藻培養(yǎng)光生物反應(yīng)器領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種內(nèi)部增強(qiáng)、多流道并聯(lián)的軟體板式光生物反應(yīng)器。

背景技術(shù)

隨著化石能源的日益枯竭和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，人們開始尋找新的替代能源。作為一種能有效地利用光能將H₂O、CO₂和無(wú)機(jī)鹽轉(zhuǎn)化為有機(jī)資源的光能自養(yǎng)型單細(xì)胞生物，微藻具有油脂含量高、生長(zhǎng)周期短、產(chǎn)量高的優(yōu)點(diǎn)，在世界范圍內(nèi)受到了越來(lái)越多的關(guān)注，被認(rèn)為是一種最有前途的生物能源原料。此外，微藻還含有人類所必需的蛋白質(zhì)、碳水化合物、多不飽和脂肪酸以及其它生物活性物質(zhì)。

微藻產(chǎn)業(yè)發(fā)展的前提條件是進(jìn)行規(guī)模化培養(yǎng)，從而獲得充足的生物質(zhì)原料。微藻大規(guī)模培養(yǎng)可以分為開放式和封閉式。開放式微藻培養(yǎng)是指各種開放池，經(jīng)過多年發(fā)展，已應(yīng)用于商業(yè)化微藻大規(guī)模培養(yǎng)中(Borowitzka L.T.,Bioresource Technology,1991,38:251-252)，它具有技術(shù)簡(jiǎn)單、投資低廉等特點(diǎn)，在螺旋藻、小球藻和鹽藻的大規(guī)模培養(yǎng)中取得了良好的效果。但它同時(shí)存在培養(yǎng)條件不穩(wěn)定、單位體積產(chǎn)率低、光能利用率低、不易保持純種培養(yǎng)等缺點(diǎn)。

封閉式培養(yǎng)是指采用多種形式(如柱式、管式和板式)的封閉式光生物反應(yīng)器。與開放式培養(yǎng)相比，封閉式培養(yǎng)不容易受污染、節(jié)約水資源、培養(yǎng)密度高、收獲成本低，缺點(diǎn)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(yǎng)成本高的缺陷，一方面需要通過優(yōu)化光生物反應(yīng)器設(shè)計(jì)，提高光能利用率，從而大幅度提高產(chǎn)率；另一方面則需要降低光生物反應(yīng)器的投資成本以及培養(yǎng)所需的材料、能耗成本。

傳統(tǒng)的光生物反應(yīng)器多采用玻璃或者不銹鋼等材質(zhì)制造，它們穩(wěn)定性以及耐久性高，但成本過高，難于大規(guī)模應(yīng)用。因此，低成本光生物反應(yīng)器引起了人們?cè)絹?lái)越多的重視，并且越來(lái)越多的應(yīng)用于微藻的大規(guī)模培養(yǎng)(Tredici M.R.et al,Biotechnol Bioeng,2009,102,100-112.；Bergmann P.et al,Chem Ing Tech,2013,85,202-205；Willson,B.,2009,doi:10.1088/1755-1307/6/9/192015；Yoo J.J.et al,Bioprocess Biosyst Eng,2013,36,729-736)。這類光生物反應(yīng)器多采用軟體透光薄膜材料制成，易于批量制造，建設(shè)施工簡(jiǎn)單，與傳統(tǒng)光生物反應(yīng)器相比，成本大為降低。

光生物反應(yīng)器的優(yōu)化則主要是通過強(qiáng)化培養(yǎng)液的混合，使藻細(xì)胞在光區(qū)與暗區(qū)之間高頻率來(lái)回穿梭，實(shí)現(xiàn)閃光效應(yīng)，從而提高光生物反應(yīng)器的光能利用率和藻細(xì)胞的產(chǎn)量。閃光效應(yīng)是光自養(yǎng)生物普遍存在的一種現(xiàn)象，即，當(dāng)藻細(xì)胞在光生物反應(yīng)器的光區(qū)與暗區(qū)之間來(lái)回穿梭，就可使得接受過光照的藻細(xì)胞及時(shí)進(jìn)入暗區(qū)進(jìn)行暗反應(yīng)，同時(shí)使得完成了暗反應(yīng)的藻細(xì)胞回到光區(qū)再次接受光照，這樣就使得進(jìn)入光生物反應(yīng)器的光量子被充分利用。如果藻細(xì)胞以特定頻率(通常高于1Hz的頻率)在光生物反應(yīng)器的光區(qū)與暗區(qū)頻繁置換時(shí)，會(huì)產(chǎn)生“閃光效應(yīng)”，光能的利用率會(huì)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；Xue S.Z,Su Z.F,Cong W,Journal of Biotechnology,2011,151(3),271-277)。