[发明专利]通过表面积增加、波长移动器或光传输器而改善光供给的光生物反应器

说明书

本发明涉及一种用于生产生物量的新型光生物反应器。

光生物反应器是光养微生物(如藻类、蓝细菌和紫色细菌)在其中进行培养的发酵罐，即在该发酵罐中，这些细胞的生长和繁殖成为可能，或者借助于光养细胞促进各种物质的生产。

例如，该类型光生物反应器在下面的出版物中有描述：(i)“三角褐指藻UTEX 640在气升管式光生物反应器中户外间歇培养生获得的生物量和Icosapentaenoic acid生产率”，应用微生物生物学与生物技术(1995)，42，第658-663页[“Biomass and Icosapentaenoic Acid Productivities from anOutdoor Batch Culture of Phaeodactylum tricornutum UTEX 640 inan  Airlift Tubular Photobioreactor”，Appl. Microbiol.Biotechnol.(1995)，42，pp.658-663]，(ii)“在30升气升光生物反应器中雨生红球藻的自养生长和类胡萝卜素生产”，发酵和生物工程杂志(1996)，第82卷，第2期，第113-118页[“Autotrophic Growth and Carotenoid Production of Haematococcuspluvialis in a 30 Liter Air-Lift Photobioreactor”，Journal ofFermentation and Bioengineering(1996)，Vol.82，No.2，pp.113-118]，(iii)“在板式、光漫射光学纤维生物反应器中的光能供应”，应用藻类学杂志(1995)，7，第145-149页，[“Light Energy Supply in Plate-Type and Light Diffusing OpticalFiber Bioreactors”，Journal of Applied Phycology(1995)，7，pp.145-149]，(iv)“用来模拟光生物反应器中的辐射光传递和生长动力学之间的耦联的一种简化的单维方法”，化学工程科学(1995)，第50卷，第9期，第1489-1500页

[“A Simplified Monodimensional Approach for ModelingCoupling between Radiant Light Transfer and Growth Kinetics inPhotobioreactors”，Chemical Engineering Science(1995)，Vol.50，No.9，pp，1489-1500。

光生物反应器的一个主要应用领域是微观藻类的生产，所述微观藻类在世界范围内产生的生物量原始产量中占有30％的份额。就此而论，微观藻类是最重要的CO₂消耗者。因此，如果微观藻类用于再生物质的生产，就能具有环境负荷减轻效应。用这种方式生产的物质则有助于减少CO₂向大气的排放，既然它们取代了由化石产生的物质。

一方面，微观藻类包括原核蓝细菌，也包括真核微观藻类。这些生物体供给各类物质，它们可用于制药、化妆品、营养及动物营养的目的，并且可用于技术目的(例如，重金属吸附)。就此而论的这类重要物质是亲脂性的化合物，例如，脂肪酸、类脂类、固醇类和类胡萝卜素；亲水性的物质，如多糖类、蛋白质或氨基酸和藻胆蛋白(色素)；以及作为富含蛋白质、缺乏核酸的原料的总生物量。

正如在国际范围内一样，在联邦德国有一逐渐增强的趋势，即用具有同等或更好使用特性的天然物质取代合成的活性成分。越来越感兴趣的是，在化妆品、医药和保健食品市场上具有治疗功效的抗氧活性成分复合物和多不饱和脂肪酸。这些有吸引力的抗氧化剂包括：生育酚(维生素E)和类胡萝卜素，如β-胡萝卜素和虾青素。

由微观藻类生产的物质的成本效率主要是由所选择的藻类种类的生产能力决定的。但是，只有当实现太阳辐射能高效率地转化为要求的生物量形式，以及能耗和生产、安装及工厂操作的费用保持非常低水平这两者同时存在时，上述结论才能成立。高的生物量生产量是一个每单位体积最佳光分布的问题。藻类对光的吸收随着层厚的不断增加导致严重的光线下降，同时发生一种相互自屏蔽现象。这一现象导致在反应器中形成一个理论层：(1)暴露于可能导致光抑制作用的高光强度的藻类外层，(2)具有理想光照的中间层，(3)具有光照不足和高呼吸速率的藻类内层。