[發明專利]螺旋藻光輻射塔板式光生物反應器養殖系統及其控制方法

無效

• 申請號: 97113322.0
• 申請日: 1997-06-05
• 公開（公告）號: CN1201826A
• 公開（公告）日: 1998-12-16
• 發明（設計）人: 徐明芳
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: C12M1/36
• 分類號: C12M1/36;C12M1/42;C12N1/12
• 代理公司: 華南理工大學專利事務所
• 代理人: 羅觀祥

本發明是螺旋藻光輻射塔板式光生物反應器養殖系統及其控制方法，屬螺旋藻等微藻高密度生物養殖設備，持別涉及光合自養食品級、醫用級及基因工程微藻的培養裝置。

螺旋藻和其它一些微藻都是高光效自養原核浮游水生植物，目前國內外普遍采用開放式跑道池體系進行養殖。但實踐證明，這種養殖體系由于無法利用計算機來自動控制養殖過程中所需的理化和生物環境以使養殖過程最優化，因此藻細胞對光能的利用率不高，光合效率僅約為1％，藻的生物量濃度低，僅為0.1～1.0g/L，以致普遍存在單位面積產量低，僅為4～7g/m².d，產品質量不穩定，易受污染。正由于光能利用率低、低效養殖及品質差而導致成本過高，已成為目前螺旋藻等微藻產業面臨的嚴重問題。為解決這些問題，除了設法選育優良藻種及改進生產工藝外，其關鍵是要研究設計新型養殖體系，以提高光能利用率，降低生產成本。特別近年來，隨著藻類基因工程生物技術的發展，利用微藻作為受體或載體系統，表達一些高生物性的外源基因，如干擾素、免疫球蛋白、金屬硫蛋白、防御素等，大批量生產多肽和蛋白質生物新藥。因此，螺旋藻的大規模培養以及藥用微藻和基因工程微藻的純種高密度養殖，生產生物新藥源，都迫切需要一種能利用計算機自動控制養殖過程、光能利用率高、抗污染力強，能保持純種無菌培養，培養基水份蒸發量小而能維持恒定鹽堿濃度、細胞繁殖速度快、能實現高密度、高產養殖的有效新型養殖系統。目前，國內外這類新型養殖系統基本上是采用密封式光生物反應器，按其接受光的形式分兩類：一類是采用外部光源，如自然光或冷白熾燈、熒光燈、金屬鹵素燈等；另一類是采用內部光源，如鹵素燈、環形熒光燈、光纖等。采用外部光源的光生物反應器，其結構為管道式或板式，管道式反應器多采用窄管徑的透明管道系統組合而成，以獲得高的采光表面積與體積之比，板式反應器多采用透明板材斜板式或垂直翼片式排列組成。這些裝置由于受光照條件限制，大多數結構只適應形成小型單元、容量較小，且在技術操作上仍存在較多技術障礙，對微藻生長的生理因子也存在較多的生長限制因素。例如，對窄管道反應器，在進行高密度養殖時，由于藻體之間的相互遮光效應，使藻細胞受光不勻，循環不暢，易造成光能利用率低，溶氧蓄積及內溫升高，導致藻的光合作用發生自鎖，嚴重抑制藻生物量的生產；對板式組合反應器，則因結構體積龐大、藻體循環操作動力能耗大。而且采用外部自然光照，光照強度和溫度晝夜變化太大，使藻體的光合作用變化不均，影響藻細胞對光能的吸收和光合產物的積累。采用內部光源的反應器則在操作上存在防漏、絕緣、光熱效應后熱量排除等的技術障礙；對光纖光反應器由于需增加光纖傳輸及光分配系統，使反應器結構復雜、耗電量大，制造成本高。

本發明的目的就是為了解決開放式跑道池式反應器存在的無法控制養殖過程中所需的理化和生物環境以使養殖過程最優化，導致光能利用率低，單位面積產量低，易受污染，產品質量不穩定，成本高等的問題和克服現有光生物反應器養殖系統光能利用率低，溶氧蓄積及內溫升高，影響藻的生產，或結構復雜、體積龐大、藻體循環操作動力能耗大以及操作技術障礙等的缺點，研究設計一種能利用計算機自動控制養殖過程、光能利用率高、抗污染能力強、能保持純種無菌培養、細胞繁殖速度快、單位面積產量高、產品質量穩、成本低、適于大規模工業化生產的螺旋藻光輻射塔板式光生物反應器養殖系統及其控制方法。