[发明专利]一种新型的多功能气升式列管光生物反应器

说明书

技术领域

本发明属于微藻生物技术领域，涉及一种反应器主体及多功能气升式列 管光生物反应器。

背景技术

微藻富含蛋白质、多糖、色素、多不饱和脂肪酸及多种维生素，同时微 藻具有吸收N/P及积累油脂的能力。因此，微藻在食品、医药、饲料，饵料、 环保及能源等诸多领域具有重要的应用价值。

光生物反应器是微藻光自养培养和光诱导(即通过光照诱导藻细胞合成 并积累有用物质，如色素、蛋白质等)及混合营养培养的核心装置。目前， 光生物反应器主要分为敞开式和封闭式两种。敞开式光生物反应器主要指跑 道池和圆池，它们是当前微藻规模化光自养培养中应用最广的培养系统。敞 开式光生物反应器虽然具有建造容易、操作方便及运行成本低等优点，但也 存在许多缺点，如藻细胞密度及产率低、培养条件不易控制、容易受原生动 物等污染等。

与敞开式光生物反应器相比，封闭式光生物反应器具有藻细胞培养密度 及产量高、藻细胞品质稳定、培养条件易于控制及不易受原生动物污染等优 点。因此，封闭式光生物反应器在微藻高密度高效率培养(如藻种培养等)、 微藻高附加值产品生产等方面具有广阔的应用前景。近年来能源微藻的规模 化培养需要大量藻种，而传统大池逐级扩培方式存在着周期长、易于受污染 (可导致扩培失败)等问题，因而，采用封闭式光生物反应器作为能源微藻 (不可异养培养或异养生长速率极慢的藻种)的种子扩培装置，可大幅度降 低能源微藻种子扩培失败的风险，同时缩短种子扩培周期，提高能源微藻培 养效率。

目前，封闭式光生物反应器主要有平板式、柱式及管式三种类型。当前， 应用最广的封闭式光生物反应器为管式光生物反应器。与其他类型的封闭光 生物反应器相比，管式光生物反应器存在着光照比表面积大、制作工艺相对 成熟与简单、工程放大相对容易等优势。因此，目前国内外不少微藻企业或 研究机构均采用管式光生物反应器培养微藻，如在德国的沃尔夫斯堡建成了 规模化的管式反应器，用于生产小球藻，以色列的Algatech公司采用管式 反应器生产雨生红球藻(光自养培养雨生红球藻的绿色细胞、光诱导雨生红 球藻积累虾青素)、中国的云彩金可公司也采用管式光生物反应器生产雨生 红球藻。平板光生物反应器虽然具有光照比表面积大、光程短、氧解析容易 等优点，但是存在着反应器内死角较多、工程制作难度大、长度方向放大困 难等缺点，目前较少应用在微藻规模化培养中。柱式光生物反应器相比管式 光生物反应器，具有混合均匀，氧解析容易、制作简单等优点，但其工程放 大存在较大难度，无论是在高度还是径向方向放大都比较困难。因此，目前 柱式光生物反应器也很少在微藻大规模中被采用。

虽然管式光生物反应器在微藻规模化培养中被广泛应用，但其还是存在 着混合能力差、氧解析难、温度难以控制、内壁清洗及维护困难等诸多问题。

国内外对柱式和管式光生物反应器进行不断研究与改进，目前相关方面 的研究及专利如下：

1)石悦等开发了“一种微藻培养简易柱式反应器”(CN101760429A)， 其特点在于采用由多个三通组合形成树枝状的通气装置，使得反应器内通气 分布均匀，提高了藻液的混合效果。

2)孟振等提出了“一种用于饵料微藻培养的圆柱式光生物反应器”(CN 203462044U)，将荧光灯置于有机玻璃管套中，然后将其放置在柱式反应器 的中央区域，形成内光源式的柱式反应器，显著地提高了光能利用率。

3)Suh等报道了一种双层的柱式光生物反应器，外层直径7.5cm，内层 直径5.1cm。内层圆柱用来培养雨生红球藻细胞，内层和外层之间形成的夹 套用于雨生红球藻的光诱导，积累虾青素。该装置利用了雨生红球藻需要强 光诱导，低光生长的特性，充分提高了雨生红球藻对光的利用效率(InSoo Suh,Hyun-NaJoo,Choul-GyunLee.Anoveldouble-layeredphotobioreactorfor simultaneousHaematococcuspluvialiscellgrowthandastaxanthinaccumulation. JournalofBiotechnology,2006,125(4):540-546)。