[發明專利]一種高效低成本的間歇性混合微藻培養方法

在審

• 申請號: 202010449946.1
• 申請日: 2020-05-25
• 公開（公告）號: CN111500466A
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 朱陳霸;遲占有
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C12N1/12
• 分類號: C12N1/12;C12M1/04;C12M1/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 房艷萍;李馨

本發明公開了一種高效低成本的間歇性混合微藻培養方法，包括如下步驟：(1)將微藻培養基裝入含有混合時間控制裝置的微藻培養系統中，并將微藻接種到所述培養基中；其中，所述含有混合時間控制裝置的微藻培養系統為將混合時間控制裝置連接在微藻培養系統的混合裝置上；(2)將所述微藻培養系統按照混合：混合停止的時間間隔的連續操作模式下運轉，進行微藻培養。本發明提供了一種混合和混合停止的連續重復操作的間歇性混合微藻培養方法，該方法通過較少混合操作時間來降低混合操作成本。更為重要的是本方法在降低混合操作能耗的同時還可以維持微藻高效生產，因此本方法可以高效低成本地培養微藻。

技術領域

本發明涉及微藻培養技術領域，尤其是涉及一種高效低成本的間歇性混合微藻培養方法。

背景技術

微藻是一類微小光合微生物的總稱，與陸生植物相比，它具有生長速度快、光合作用效率高、固碳效率高、營養豐富以及其培養不占用寶貴的耕地資源等優點。由于具有上述優點，微藻在食品、水產動物飼料、生物能源、污水處理、碳減排等方面有巨大應用潛力，但受制于生產成本過高，目前難以大規模產業化應用。

在微藻培養過程中，混合是影響微藻生長的一個重要因素，這是因為其具有如下重要作用：1)促進傳質，如無機碳、營養鹽，特別是將光合作用產生的氧氣排出去；2)提高細胞在光暗區間切換的頻率，即閃光效應，較高的閃光效應能夠提高微藻的光合作用效率；3)防止細胞沉降；4)防止溫度梯度，避免局部溫度過高。因此，提高混合強度和效率能夠成倍提高微藻生產效率，但是連續的高強度混合必然導致較高的的操作成本和能耗成本。例如，開放池、平板式反應器、管式光反應器的混合能耗分別為4、53、2500W m^-3。如此高的混合必然導致較高的混合成本，其中開放池、管式反應器和平板反應器的混合成本分別是0.08、1.27和3.10歐元/kg微藻生物質，分別占到整個生產成本的1.6％、30.6％、52％。因此，降低混合能耗及操作成本是降低微藻生產成本的一個重要努力方向。

為了降低微藻培養的混合成本，朱陳霸和Huang等人均開發了漂浮式光生物反應器，希望利用波浪能為微藻提供混合，從而降低成本。但是由于波浪的不穩定性，這些培養系統中容易積累較高濃度的溶氧，從而導致低下的生產效率和不穩定的生產。Chen等人則建議利用太陽能技術提供混合所需要的電力，但是目前較高的太陽能發電高成本限制其在微藻培養上的應用。而Vadiveloo和Cuello等人通過停止培養系統夜間混合或是通氣的方法來降低混合成本，如開放池只在白天的時候才進行混合，而夜晚則停止。但是該方法并沒有降低白天的混合成本，而這才是主要的混合成本，而且這些研究且也沒有確定停止混合或間歇混合的方法在白天能否支持微藻的高效生長。

發明內容

本發明是為了解決目前微藻培養過程中連續的高強度混合所導致的高生產成本問題，提供了一種高效低成本的間隙性混合微藻培養方法，即混合和停止的連續重復操作的混合模式。該方法通過減少混合的操作時間來降低混合能耗的投入，從而達到降低生產成本的目的。

在本技術公開之前，現有培養技術為了獲得較高的微藻生物質產率，都是為微藻培養提供連續的高強度混合。但是該方法也帶來了巨大的能耗投入，從而導致較高的操作成本和生產成本。而有的研究著利用如波浪能等可再生能源來提供混合能量，但是這些能源的不穩定會導致生產效率的低下和不穩定的生產。相比之下，本發明所公開的技術利用間隙性混合模式來培養微藻，即混合和混合停止的連續重復操作的混合模式。該方法一方面通過提供高強度混合來維持微藻的高效生長，另一方面混合和混合停止的連續操作模式可以減少混合操作時間，從而降低混合成本。

具體的，本發明的技術方案如下：

一種高效低成本的間歇性混合微藻培養方法，包括如下步驟：