[發明專利]一種用于經濟微藻培養的微泡光生物反應器的使用方法

有效

• 申請號: 201810168432.1
• 申請日: 2018-02-28
• 公開（公告）號: CN108395993B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 蔡中華;應軻臻;周進;陶益;劉小寧
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: C12N1/12
• 分類號: C12N1/12;C12R1/89
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;孫楠

本發明涉及一種用于經濟微藻培養的微泡光生物反應器的使用方法，其特征在于包括以下步驟：1)確定待培養目標經濟微藻的CO₂傳質目標值；2)確定連續通氣條件下，維持培養體系最優pH值所需的碳酸鹽的投加量以及CO₂混合氣濃度；3)基于確定的CO₂傳質目標值、CO₂混合氣濃度和碳酸鹽濃度，計算得到采用微泡生物反應器進行目標經濟微藻培養時其結構及操作參數的最優值，用于指導目標經濟微藻的培養。本發明可以廣泛應用于經濟微藻的培養中。

技術領域

本發明屬于生物工程領域，特別是涉及一種用于經濟微藻培養的微泡光生物反應器的使用方法。

背景技術

經濟微藻因富含多種生物活性物質，在食品、水產養殖、醫藥、美容、生物能源等行業具有廣泛的應用。例如小球藻可以應用于單細胞蛋白生產；三角褐指藻被應用于海參養殖育苗；而雨生紅球藻因其富含蝦青素，具有強大的抗氧化能力，在保健品，化妝品，醫藥行業擁有廣闊市場。因此，經濟微藻生物質能產業是各國爭先發展的新型產業。而要實現經濟微藻生物質能產業的快速發展，首要條件是低成本且高效地獲取高密度生物量。

目前經濟微藻的主要培養方式為露天培養和光生物反應器培養。傳統的露天培養由于可控性不高、占地面積大、易染菌等缺點，使得微藻培養工藝的研發趨勢慢慢推向了光生物反應器。相比露天培養，光生物反應器培養具有培養條件可控性高、占地面積小、操作靈活、產率高及適合單一性培養等特點，尤其受到經濟微藻培養的青睞。但是傳統光生物反應器培養仍然面臨著供碳不足、溶氧堆積、光能利用率低等技術瓶頸。具體體現如下：

(a)、光能利用率低：在較高細胞濃度時，易發生藻間遮蔽效應，使得藻細胞對光源的利用變得十分有限，從而難以實現經濟微藻的高密度培養。

(b)、CO₂供給不足：微藻的供碳主要通過通入一定比例的CO₂氣體來實現，而在實際培養過程中，CO₂的供給并不能滿足微藻最優生長的需求。有研究顯示微藻對CO₂的吸收速度高達0.2～0.3×10^-4mol/L/min。而傳統曝氣方式的CO₂傳質速率僅為0.4×10^-7～0.7×10^-5mol/L/min，遠不能滿足微藻對溶解CO₂的需求。因此，即使光照充足，如果反應器達不到充足的CO₂供給，同樣無法使得微藻最優生長。

(c)、溶氧積累嚴重：微藻的光合放氧速率可達0.3×10^-4mol/L，而傳統鼓氣對O₂的吹脫速率只有約0.16×10^-4mol/L/min，小于微藻的光合放氧速率。因此，在密閉培養中容易發生溶氧的累積，造成溶氧過飽和從而抑制藻類生長。

關于光能利用率的優化，目前的主要思路包括光源的改進和光路的縮短。例如Bourgoin等(專利號US20130029404A1)將由光伏電池組成的照明隔板置于光生物反應器中心，為不同微藻品種提供生長所需波長。Bazaire等(專利號US20090203116A1)通過內置光纖為反應器提供360度光照。Friederich等(專利號US20140073035A1)通過導光管將外置LED光源產生的光通量收集并導入光生物反應器內部，為培養提供光照。黃旭雄等(專利號CN104651215A)通過減小光生物反應器內徑，并內置LED燈帶的方式，實現節能、縮短光程、提高光能利用率等目的。除此之外，還有許多類似的設計，在一定程度上提高了反應器的光能利用率。然而這些設計并沒有從根本上解決高濃度時藻間遮蔽的問題，此外，在傳統CO₂供給不能滿足微藻快速生長所需的條件下，光源或光路的優化并不能真正有效地提高光能利用率，相反過剩的光照可能導致微藻光呼吸作用從而影響生物質產量。