[发明专利]光生物反应器

说明书

本申请是中国专利申请200980102321.X的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于培养光养微生物的封闭的光生物反应器的操作方法以及用于培养光养微生物的封闭的光生物反应器。

背景技术

如今，在许多商业化应用中已发现光养微生物，这一点已为人所知。因此，生产了藻类以制造β-胡萝卜素、虾青素等，或将完整的藻类生物质作为营养添加剂销售。目前，藻类生物质的生产面临两个主要困难。首先，现有生产大部分得自于开放系统(例如所谓的开放塘(openpond))。这些开放系统对于其他藻类株或有害物的污染敏感，因此只有具有非常特异的生长条件的藻类才能在这些系统中生长。因此，例如，在极高盐性的条件下培养杜氏藻属(Dunaliella)的藻类来生产β-胡萝卜素，这种条件不适合大多数其他生物体。其次，藻类生物质的生产成本相当高(每公吨>2,000美元)，导致用于许多应用领域、特别是能源方面或运输方面的商业化生产是无利可图的。特别是，如果使用封闭系统代替开放系统以避免污染，生产成本通常增加到更高。除了开放塘之外，目前还有大量各种不同的光生物反应器类型在使用。最熟知的是管式反应器，它可以由一个或多个水平管构成，或其中管螺旋状缠绕在圆柱或圆锥周围(生物旋管(biocoil))。此外，平板式反应器也经常使用，这种反应器提供了垂直液体层用于藻类培养。

从藻类生成化学物质和能量的主要挑战是污染的风险和制造藻类生物质的高成本。类似地，从藻类生产精细化学品、营养添加剂、维生素、ω-3脂肪酸、抗氧化剂(例如类胡萝卜素)、药物活性物质或用于营养添加的干燥生物质的主要挑战同样也是污染的风险和制造生物质的高成本。当培养藻类用于生物燃料、动物饲料、氨基酸、甲烷生产等时，也面临同样的挑战。

WO2005/121309公开了用于藻类生产的装置，其中含有藻类的流体位于生长容器中，向该容器供应含有CO₂的气体，气体经气体调节装置循环通过容器。在一个实施方案中，容器由形成片层袋的两个塑料片层制成。在据说适合于在海水中生产微藻的实施方案中，将熔焊在一起的片层袋放置成水平漂浮在水表面中。

US4,868,123公开了用于通过光合作用生产微生物的装置。装置包含放置在宽阔水上的生物反应器，所述反应器具有第一组透光的柔性管，培养基在所述柔性管中循环，以及第二组可膨胀的管，它们通过规则间隔的可拆卸Y型内插元件放置并维持在第一组管的底下。根据该文献，当培养基的温度超过参比温度上限时，光生物反应器通过第二组管的缩小浸没。相反，当培养基的温度低于最低参比温度时，第二组管用压缩空气充气。光生物反应器的浸没也可以通过在第二组管中引入相对重的液体来确保，而漂浮可以通过注入空气之外的轻质流体来确保。

因为微生物的大规模培养对成本非常敏感，因此对更简单、更廉价的生物反应器设备存在着需求。

发明内容

目前，光养微生物培养的特征在于生产生物质的高成本。新的光生物反应器将能够显著降低生物质的生产成本。此外，通过封闭工艺设计，污染的风险与开放系统相比可以极大降低。

为了避免污染，将使用封闭的光生物反应器，它可以例如从塑料例如聚乙烯生产。当光生物反应器在水体、例如人工塘中或其上漂浮时，可以获得成本的极大降低。通过这种构造原则，避免了用于使光生物反应器在水平方向上精确保持水平的成本。由于光生物反应器内部流体静水压力得到周围水的部分补偿，光生物反应器壁的强度可以降低，或可以使用稳定性较低的材料。光生物反应器周围的水能够提供或除去热量，使附加的温度调节成为多余。通过对光生物反应器使用柔性材料，以及改变光生物反应器在周围水体中的位置的可能性和改变培养液层厚度的可能性，可以根据环境因素例如太阳辐照或温度调整光生物反应器的运行条件，这将增加生产率，导致成本的进一步降低。由于在水表面上操作光生物反应器的可能性，考虑到我们的星球70％以上被水覆盖，因此有非常大的区域可用于实现这种光生物反应器系统。

所描述的光生物反应器可用于从光养生物生产生物质，该生物质可用于制造任何类型的生物燃料、动物饲料、蛋白质、氨基酸，用于人类基本营养的成分，以及用于从光养生物生产生物质，该生物质用于制造精细化学品、营养添加剂、维生素、ω-3脂肪酸、抗氧化剂(例如类胡萝卜素)、药物活性物质成分或用作营养添加剂的干燥生物质。

因此，本发明的目的是促进封闭的光生物反应器的内含物、例如培养基和其中培养的微生物的温度调控。本发明的相关目的是利用部分或完全围绕封闭的光生物反应器的水的冷却能力，以便调节其内含物的温度。