[发明专利]一种高效低成本的间歇性混合微藻培养方法

说明书

本发明公开了一种高效低成本的间歇性混合微藻培养方法，包括如下步骤：(1)将微藻培养基装入含有混合时间控制装置的微藻培养系统中，并将微藻接种到所述培养基中；其中，所述含有混合时间控制装置的微藻培养系统为将混合时间控制装置连接在微藻培养系统的混合装置上；(2)将所述微藻培养系统按照混合：混合停止的时间间隔的连续操作模式下运转，进行微藻培养。本发明提供了一种混合和混合停止的连续重复操作的间歇性混合微藻培养方法，该方法通过较少混合操作时间来降低混合操作成本。更为重要的是本方法在降低混合操作能耗的同时还可以维持微藻高效生产，因此本方法可以高效低成本地培养微藻。

技术领域

本发明涉及微藻培养技术领域，尤其是涉及一种高效低成本的间歇性混合微藻培养方法。

背景技术

微藻是一类微小光合微生物的总称，与陆生植物相比，它具有生长速度快、光合作用效率高、固碳效率高、营养丰富以及其培养不占用宝贵的耕地资源等优点。由于具有上述优点，微藻在食品、水产动物饲料、生物能源、污水处理、碳减排等方面有巨大应用潜力，但受制于生产成本过高，目前难以大规模产业化应用。

在微藻培养过程中，混合是影响微藻生长的一个重要因素，这是因为其具有如下重要作用：1)促进传质，如无机碳、营养盐，特别是将光合作用产生的氧气排出去；2)提高细胞在光暗区间切换的频率，即闪光效应，较高的闪光效应能够提高微藻的光合作用效率；3)防止细胞沉降；4)防止温度梯度，避免局部温度过高。因此，提高混合强度和效率能够成倍提高微藻生产效率，但是连续的高强度混合必然导致较高的的操作成本和能耗成本。例如，开放池、平板式反应器、管式光反应器的混合能耗分别为4、53、2500W m^-3。如此高的混合必然导致较高的混合成本，其中开放池、管式反应器和平板反应器的混合成本分别是0.08、1.27和3.10欧元/kg微藻生物质，分别占到整个生产成本的1.6％、30.6％、52％。因此，降低混合能耗及操作成本是降低微藻生产成本的一个重要努力方向。

为了降低微藻培养的混合成本，朱陈霸和Huang等人均开发了漂浮式光生物反应器，希望利用波浪能为微藻提供混合，从而降低成本。但是由于波浪的不稳定性，这些培养系统中容易积累较高浓度的溶氧，从而导致低下的生产效率和不稳定的生产。Chen等人则建议利用太阳能技术提供混合所需要的电力，但是目前较高的太阳能发电高成本限制其在微藻培养上的应用。而Vadiveloo和Cuello等人通过停止培养系统夜间混合或是通气的方法来降低混合成本，如开放池只在白天的时候才进行混合，而夜晚则停止。但是该方法并没有降低白天的混合成本，而这才是主要的混合成本，而且这些研究且也没有确定停止混合或间歇混合的方法在白天能否支持微藻的高效生长。

发明内容

本发明是为了解决目前微藻培养过程中连续的高强度混合所导致的高生产成本问题，提供了一种高效低成本的间隙性混合微藻培养方法，即混合和停止的连续重复操作的混合模式。该方法通过减少混合的操作时间来降低混合能耗的投入，从而达到降低生产成本的目的。

在本技术公开之前，现有培养技术为了获得较高的微藻生物质产率，都是为微藻培养提供连续的高强度混合。但是该方法也带来了巨大的能耗投入，从而导致较高的操作成本和生产成本。而有的研究着利用如波浪能等可再生能源来提供混合能量，但是这些能源的不稳定会导致生产效率的低下和不稳定的生产。相比之下，本发明所公开的技术利用间隙性混合模式来培养微藻，即混合和混合停止的连续重复操作的混合模式。该方法一方面通过提供高强度混合来维持微藻的高效生长，另一方面混合和混合停止的连续操作模式可以减少混合操作时间，从而降低混合成本。

具体的，本发明的技术方案如下：

一种高效低成本的间歇性混合微藻培养方法，包括如下步骤：