[发明专利]一种光照培养微细藻类的方法及其反应器

说明书

技术领域

本发明属于生物技术领域，特别是提供了一种将发酵罐与管道串联连接的组合式光生物反应器，用于高效固定二氧化碳和高效培养微细藻类的方法。

背景技术

微细藻类作为最简单的光合作用有机体，已经在地球上存活了二十多亿年，其通过光合作用为地球早期大气中氧气的产生以及动物的起源与发展奠定了重要的物质基础。据报道大气中90％以上的氧气由微藻产生，微藻的光合作用效率是一般植物的5～10倍，因此微细藻类在固定大气中二氧化碳方面发挥主要作用。随着科技的进步，微藻所具备的生长速度快、光合作用效率高和固定二氧化碳能力强等优点被逐步得到认识和开发，在保健食品、精细化工、医药和环境保护等方面得到了越来越广泛的应用。

一般认为微藻属于低等植物，通过吸收无机碳进行光合作用合成有机物是其最基本的培养方式。目前，产业化微藻培养主要有开放的池塘和跑道及封闭的管道培养等方式，一般来说微细藻类生长的碳源来自大气中的二氧化碳和培养基中的无机碳化合物。开放的微藻培养方式构建简单、系统造价和运行费用低，但光照和温度等环境因子难于控制，易受污染不能进行纯种的培养，不仅培养出的藻细胞浓度很低(细胞干重一般在0.5g/L左右)，加工成的藻粉质量差。封闭式反应器培养条件稳定，条件易于控制，光能和二氧化碳利用率较高，已成为近年来研究的发展方向。封闭式光生物反应器有管道式、平板式、柱状气升式、搅拌式发酵罐、浮式薄膜袋等，与开放的培养池和跑道相比，虽然在二氧化碳固定效率和光的利用率方面有所改善，培养物中的藻细胞干重浓度可以达到1.5g/L左右，但仍然存在二氧化碳利用率低、温度不容易控制和光照不充足等问题。因此研制一种既能够高效固定二氧化碳，又能够保证光照充分，同时还可以保持温度和pH稳定的新型光生物反应器，在减少二氧化碳的排放和培养获得大量微细藻类方面具有重要的应用价值。

发明内容

本发明的目的是研制一种既能够高效固定二氧化碳、又能够保证光照充分，同时还可以保持温度和pH稳定的新型光生物反应器，以满足高效培养微细藻类和高效固定二氧化碳的需要。

将液体培养基加入到发酵罐中，通过泵使发酵罐中的培养基进入与发酵罐密闭连接的管道中实现循环，经80～100℃1个小时的灭菌，冷却至20～30℃后接种小球藻培养物，经过由培养管道和圆柱形光源组成的管道式光生物反应器，进行光照自养培养；培养条件是发酵罐搅拌转速200～500转/分，通入空气进行曝气，采用pH探头在线全自动流加1％NaOH或1％HCl溶液控制pH在6.0～8.0之间，温度通过循环水控制在20～35℃；在管道进口处通入二氧化碳作为小球藻生长的碳源，通过泵使微细藻类培养物在发酵罐和管道中实现循环流动。

本发明实验所用藻种为一株我们自己筛选的具备自养和异养双重生长能力的小球藻-USTB01(Chlorella sp)，菌种保藏号：cgmcc No1448，保藏日期：2005年8月25日。

培养基组成如下(1000ml去离子水中)：MgSO₄7H₂O 0.5～2.0g，Na₂HPO₄12H₂O 0.5～2.0g，KNO₃ 0.5～2.0g，CaCl₂ 10.0～50.0mg，EDTA-2Na 10.0～50.0mg，柠檬酸铁铵10.0～50.0mg。此配制的培养基初始pH为7.0～8.0。

利用上述方法，本发明提出一种发酵罐和管道组合式光生物反应器，包括发酵罐1、培养管道2、圆柱形光源3、循环泵4、气体流量计5和参数在线监控装置6。培养管道2盘绕在一个由透明材料组成的圆柱形光源3上，组成管道式光生物反应器。发酵罐和管道式光生物反应器以串联的形式连接，循环泵连接在藻液循环回路上，位于发酵罐与管道式光生物反应器之间，以使微细藻类培养物在发酵罐和管道中循环流动。

参数在线监控装置由自动流加装置、pH计、二氧化碳测定仪和参数控制单元组成。

本发明在微藻培养过程中通过二氧化碳供应装置向管道中注入二氧化碳，通过循环泵将来自于发酵罐的微藻液体培养物与注入的二氧化碳充分混合后在管道内流动，由于管道盘绕在圆柱形光源上，因此可以充分利用二氧化碳进行光合作用。从管道流出的微藻培养物进入发酵罐内后，通过搅拌浆搅拌和曝入的空气进行充分混合，然后再次泵入管道内形成流动循环。