[发明专利]光合微生物异养-自养的培养方法及其系统和生产生物质和生物能源的方法

说明书

本发明涉及微藻培养领域，具体涉及光合微生物异养‑自养的培养方法及其系统和生产生物质和生物能源的方法。该培养方法包括：在第一气源下，将光合微生物送至反应器A中进行异养培养，得到第一培养液；将部分或全部的所述第一培养液在未经稀释下送至反应器B中，在光照和第二气源下，进行自养培养，得到第二培养液。本发明的提供的方法能够有效地提高异养所得的光合微生物的品质。

技术领域

本发明涉及微藻培养领域，具体涉及光合微生物异养-自养的培养方法及其系统和生产生物质和生物能源的方法。

背景技术

微藻是一类在水中生长的种类繁多且分布极其广泛的低等植物，它是由阳光驱动的细胞工厂，通过微藻细胞高效的光合作用，吸收CO₂，将光能转化为脂肪或淀粉等碳水化合物的化学能，并放出O₂。利用微藻生产生物能源与化学品有望同时达到替代化石能源、减少CO₂排放等目的。由于微藻具有极高的生产效率，所以近年来得到人们的广泛关注。除此之外，部分微藻可以像细菌那样利用有机碳源进行异养生长，生长速率可以提高十几倍甚至几十倍，主要在发酵罐中进行养殖。除了上述两种营养方式外，部分微藻还可以进行光能兼养生长，即同时利用光能和有机碳源中的化学能进行生长，同时利用CO₂和有机碳源进行生长，生长速率高于自养和异养。微藻光能兼养也称为混合营养培养，能促进许多微藻的生长及其蛋白质的合成，同时因其具有缩短培养周期、实现细胞高密度培养的优点，已成为微藻培养的新技术，在生产和经济上具有重要意义。

成本是微藻养殖的核心问题，微藻异养或兼养养殖过程中需要条件有机碳源，有机碳源是微藻异养或兼养养殖成本中较大的一部分费用。为了降低微藻的生长成本，国外学者研究了葡萄糖、醋酸、乳酸、甘油、甘氨酸等对微茫藻、三角褐指藻、蛋白核小球藻、螺旋藻等生长的影响及生物活性物质的积累，研究结果表明，适当浓度的可溶性有机物有利于微藻的生长和活性物质的积累。2013年时Kirrolia et al(Renewable and SustainableEnergy Reviews 20：642–656)对开放式跑道池、光生物反应器和传统的发酵罐三种不同养殖模式下微藻的成本进行了对比，对比结果表明，三种养殖模式下生产单位质量的油脂的成本分别是7.64美元、24.6美元和1.54美元，生产单位质量的微藻生物质的成本分别是1.54美元、7.32美元和1.02美元。虽然微藻在发酵罐中养殖需要添加有机碳源，但生产成本并未提高，这可能是由于，微藻在发酵罐中高效率生长，缩短了微藻生产周期，减小了生产单位质量微藻的人工费、设备折旧费、占地费等其它费用，从而降低了微藻生产成本。

自养与异养各有优势，也存在着各自的问题。异养利用化学能培养，积累生物质的速度快，但也带来生物质品质下降的不足，比如与自养培养的微藻相比，异养的微藻蛋白质和色素含量明显降低，而对于大体积的发酵罐而言补光非常困难。另一方面，异养培养过程中需要消耗大量O₂，如果不能及时进行气体交换，会严重影响光合微生物的生长甚至导致养殖失败。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的问题，提供了一种成本更低的且能够适用于微藻大规模培养的光合微生物异养-自养的培养方法及其系统和生产生物质和生物能源的方法。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种光合微生物异养-自养的培养方法，该方法在串联的反应器A和反应器B中进行，该方法包括：

(1)在第一气源下，将光合微生物送至反应器A中进行异养培养，得到第一培养液；

(2)将部分或全部的所述第一培养液在未经稀释下送至反应器B中，在光照和第二气源下，进行自养培养，得到第二培养液。

本发明第二方面提供了一种光合微生物异养-自养的培养系统，该系统包括：反应器A和反应器B，其中，反应器A设置为用于光合微生物异养培养；所述反应器B设置为用于光合微生物自养培养，其中，所述反应器A包括第一气源装置，所述反应器B包括光照装置和第二气源装置，