[发明专利]具有可中断的气体供应的生物反应器

说明书

公开了一种生物反应器。该生物反应器包括容纳有生长培养基的至少一个上升室和至少一个下降室，该下降室在顶部和底部连接到至少一个上升室以形成环路。气体入口连接到至少一个上升室，用于将脉冲气流供应到至少一个上升室。气流的脉冲意味着可以调节生物反应器中的空气的量以根据需要以及在需要时减少气流的量。这节约了能量，同时基本上维持了生物反应器的生产率。

技术领域

本发明涉及用于培养光养微生物(例如但不限于藻类和蓝藻细菌)以及光养生长的细胞(例如但不限于苔藓)的生物反应器。本发明还涉及用于操作这样的生物反应器的方法。

背景技术

生物反应器是使用例如酶、微生物(细菌、真菌、酵母、藻类、蓝藻细菌)以及动物和植物细胞(例如苔藓)进行物质的生物转化的发酵罐。可以在生物反应器内调节诸如温度、pH值和营养条件的操作条件以优化转化过程的操作条件。生物反应器的功能因而包括：材料在流体相中的传递(混合)，在第二相(大多数情况下为空气)中的扩散，以获得用于从气体到液体的良好的材料传递的较大相界面，以及用于温度调节的热传递。生物反应器的设计取决于其应用，因而必须考虑所用生物系统的具体要求。

为了培养光养微生物以及光养生长的细胞，使用了所谓的光生物反应器。在可能的设计中，所谓的“气升式”光生物反应器可以用于培养光养微生物并使光养微生物的生长达到高细胞密度。这种气升式光生物反应器由斯图加特的Subitec GmbH生产。

气升式环路光生物反应器具有柱形反应器容器，其中在上升室的底部引入空气在由光生物反应器的形状所限定的环路内产生生长培养基的流体循环。气升式环路生物反应器因此被分成充气区域(上升室)和非充气区域(下降室)。充气区域和非充气区域在它们的底部和顶部相互连接，使得流体静压差引起泵效应，该泵效应导致含有来自充气区域的生长培养基的流体的溢出。生长培养基在反应器中的混合基本上是由单位时间的充气量所致，因此这种光生物反应器设计能够以低能量消耗实现良好的混合和高气体-流体质量交换。例如在专利文献DE 19916597或GB 2235210中描述了这种气升式光生物反应器。

美国专利7,374,928B2公开了光生物反应器的另一个示例，该专利公开了相对于气升流横向布置并收缩气流以在光生物反应器内形成迂环路径(只有侧视图示出迂回)的横向隔膜(或分隔壁)的存在。这种迂回的气体流动产生湍流的液体流动，并因而促进了光养微生物和光养生长细胞在光生物反应器内的混合，并在光源是单向时产生对于光养微生物和光养生长细胞中的单独一种的光稀释。

光生物反应器的其他示例在本领域中是已知的。例如，欧洲专利申请EP 2840128教导了一种光生物反应器，其包括具有外壁的罐、用于添加用于藻类的生长培养基的入口、用于从光生物反应器中提取藻类的出口。该光生物反应器包括CO₂施加装置和光照装置。该罐具有第一室和相互连通的第二室，使得罐的培养基可以在两个室之间流动。CO₂施加装置布置在第一室中用于向培养基供应二氧化碳，并且还可以包括用于施加压力波的装置。压力波被描述为“击中”由CO₂施加装置产生的二氧化碳气泡以增加营养物质的吸收。

中国实用新型CN 201593046同样教导了一种气升式循环藻类生物反应器。该生物反应器包括彼此间隔布置的第一管列和第二管列、上连接管、下连接管和充气单元。第一管列包括限定第一培养空间的管壁，并且第二管列包括限定第二培养空间的管壁。上开口部分和下开口部分形成在每个管壁的两个相对的端部处。上连接管和下连接管连接在上开口部分之间以及下开口部分之间，以在第一培养空间和第二培养空间之间连通。充气单元可以供应来自外部气源的空气或气体，并且提供用于强制第一管列或第二管列之间的循环的机构，使得填充在其中的液体可以从一个培养空间流到另一个培养空间以实现循环流动的效果。