[发明专利]一种微藻培养方法及其光生物反应器系统

说明书

技术领域

本发明涉及微藻养殖领域，具体而言，涉及一种用新型光生物反应器 系统来培养微藻的方法以及所述方法中使用的新型光生物反应器系统。

背景技术

在当前资源和环境面临双重危机的情况下，找到一种高效的可再生资 源的同时实现CO₂减排就变得尤为重要。微藻是光合效率最高的原始植物 之一，与农作物相比，单位面积的产率可高出数十倍。且微藻富含大量蛋 白质、多糖、色素等活性物质，可以广泛应用于饲料、食品、医药保健品、 化妆品、可再生燃料等领域。进入21世纪以后，石油价格快速飙升，对微 藻的研究迅速成为一个热点，微藻生物柴油技术也取得了长足的进步。在 美国、澳洲、日本、西欧、印度和南非，无论是政府还是企业，都投入大 量资金来进行产油微藻的开发。

在微藻的规模化培养中，传统方法有人工控制光照、温度、相对无菌 条件等，但成本均较高。这些方法中采用较多的是控制光照。现有的光照 控制技术，有的采用添加内置人工光源补光，但要求使用防水材料，成本 较高；有的采用外置的单排或双排光照，但是占地面积大，且光照利用率 偏低。这些限制因素大大降低了生物柴油的市场竞争力。

微藻高效培养首先要有一个高效的光生物反应器；其次，藻种要抗逆 性较强、生长速率高、总脂含量高。符合上述条件的微藻藻种，主要有小 球藻、硅藻、栅藻等。一般采用两步培养法：第一步，在指数培养期保证 最佳的生长条件和营养条件，让其生物量快速累积；第二步，在指数末期 和稳定期前期开始转化培养条件，从而在体内积累油脂或色素等物质。

与本发明最相近的实现方案为CN200410017249.X，该发明选用的是 多级气升式反应器，在第一级反应器中添加培养液，通过重力作用来转移 藻液，并添加了一个人工光源，创造较佳条件，可以生产大量的对数生长 期的高活性的藻种。但该发明的技术方案没有补光系统，因而很难保证一 级反应器中的微藻快速生长，且反应器较多，反应器之间的液液输送繁琐， 能耗较大。

发明内容

本发明针对微藻的规模化培养中，高密度培养和产品的快速累积一直 制约规模化培养的问题，提供了一种新型的微藻光生物反应器系统及采用 该反应器系统的培养工艺。本发明为微藻的规模化培养提供了新的工艺和 装置。

一方面，本发明提供一种培养藻种的方法，所述方法包括下列步骤：

(a)在一级反应器中将对数期的藻液进行半连续培养；

(b)将步骤(a)中收获的藻液在二级反应器中继续进行藻的对数期和稳 定期生长；

(c)对步骤(b)中得到的藻液进行浓缩，然后在三级反应器中补入缺氮 的培养基中进行氮胁迫。

在一个实施方案中，一级反应器为柱式反应器，其中心位置为空心， 空心处设置有人工光源。在一个实施方案中，二级反应器为空心的柱式反 应器。在一个实施方案中，一级反应器和二级反应器呈同心圆分布，二级 反应器内径大于一级反应器内径。在一个实施方案中，二级反应器和一级 反应器的体积比为8-6∶1。

在一个实施方案中，三级反应器为开放式反应器。在一个实施方案中， 所述三级反应器为跑道形状的反应器。

在一个实施方案中，在一级反应器中进行半连续培养，每天补入 30-50％的新鲜培养液，并收集30-50％的藻液，其中30-50％的量通过一级 反应器中初始藻液和剩余藻液的高度差来实现。

在一个实施方案中，在一级反应器的培养过程中，同时通入CO₂，调 节pH值，并补充生长所需的碳源。

在一个实施方案中，藻液在二级反应器中培养3-5天。

在一个实施方案中，藻液从一级反应器到二级反应器的转移是通过三 通在重力的作用下进行的。

在一个实施方案中，转移藻液的量是通过初始藻液和剩余藻液的高度 差来实现的。

在一个实施方案中，所述的藻为小球藻、硅藻或栅藻。在一个实施方 案中，所用的藻为牟氏角毛藻或荒漠栅列藻。

在一个实施方案中，其中所述人工光源在培养过程中连续打开，或根 据接种的藻株和藻液的浓度差异选择部分或全部将人工光源关闭。在一个 实施方案中，在一级反应器的接种初期，将人工光源全部关闭，单纯依靠 自然光生长；在接种的3-6小时后，部分打开人工光源；在接种7-10小时 后，全部打开人工光源。