[发明专利]用于微藻兼性生长模式培养的生物反应器及其工作方法

说明书

本发明涉及一种用于微藻兼性生长模式培养的生物反应器及其工作方法，其主体为反应罐，反应罐下方设置导流罐，反应罐底部与导流罐之间通过透明玻璃柱管相通连接；透明玻璃柱管包括中间玻璃柱管和外玻璃柱管，中间玻璃柱管内设有旋转时推动中间玻璃柱管内水流朝导流罐一端流动的轴流桨，轴流桨固定于转轴并传动连接电机。工作方法为：将微藻种液由接种口通入反应罐内，开启电机，电机带动轴流桨推动中间玻璃柱管内培养液由反应罐流至导流罐内，经中间的气液射流装置向管内供氧，提高培养液中的溶解氧含量，再由导流罐经外玻璃柱管回流至反应罐内，如此循环，同时配合LED灯对外玻璃柱管进行光照，以满足微藻兼性生长对光照的所需，实现微藻兼性培养。

技术领域

本发明涉及微藻养殖领域，是一种用于微藻兼性生长模式培养的生物反应器及其工作方法。

背景技术

微藻是一类能依赖光合作用进行生长的微小生物，其富含蛋白质、叶绿素、类胡萝卜素，维生素等多种营养成分，广泛应用于生物医药、食品和食品添加剂、饲料和动物保健、水产养殖等行业。绝大部分微藻均能同时利用光能和有机物碳源（化学能）进行生长，称为兼性生长，又称混合营养生长。一般而言，大部分微藻的兼性生长速率是其光能自养速率和化能异养生长速率之和。微藻的兼性培养模式具有生长速率快，生物量浓度高、生产效率高的优势，然而，目前如微藻的兼性培养模式并未实现大规模推广和应用，其主要原因在于缺乏一种适合微藻兼性培养的生物反应器。

目前，用于微藻兼性培养的生物反应器主要有三种：1）小规模的（5L或10L左右）透明玻璃发酵罐；2）在不锈钢发酵罐内部加灯管；3）在不锈钢发酵罐表面开孔（安装透明玻璃，外部加灯）。上述三种装置的问题在于：第一种类型反应器的规模太小，一般常用于实验室规模，无法作为规模化生产设备；第二种类型是在发酵罐内加灯管，但由于发酵罐灭菌时的高温高压条件（高温115-121℃，高压1.1kg/cm²），考虑发酵罐安全性，存在加灯管数量有限的问题，使得发酵罐内的光照面积（或光照体积）不足，难以满足微藻的生长需求；第三种类型是在不锈钢发酵罐表面开孔，并安装透明玻璃视镜，外部安装灯，也存在发酵罐灭菌时的刚度和安全性要求，开孔数量有限，使得发酵罐内的光照面积不足。由于光合微藻的兼性生长同时需要光照条件和无菌培养环境，且光照面积不能太小（由于光在藻液中呈指数衰减，因此需要较大的光照面积保证微藻在兼性培养过程中获得充足的光能），因此，目前尚没有一种非常适合微藻高效兼性培养且易于规模化放大的培养装置。

此外，为了获得微藻内的活性物质，微藻培养常过程中需要多种生长模式进行互相切换，如为了使得小球藻积累叶黄素，通常采用异养-光自养串联模式，先采用异养模式（发酵）快速获得大量的小球藻生物质，然后进行光照进行光自养使得藻细胞快速合成和积累叶黄素。由于上述第二种和第三种类型分别在发酵罐内部和外部加光，其无法进行大面积的补光，光照不足使得微藻无法诱导合成叶黄素。因此目前尚没有一种可以使微藻在多种生长模式之间互相切换的能规模化应用的生物反应器装置。

针对上述情况，有待设计一种具有高效兼性培养微藻，且根据微藻生长所需可切换生长模式的反应器装置。

发明内容

为克服上述不足，本发明的目的是向本领域提供一种用于微藻兼性生长模式培养的生物反应器及其工作方法，使其解决现有同类反应器兼性培养微藻的效率较低，且根据微藻生长所需切换生长模式较为不便，不易于规模化放大和应用的技术问题。其目的是通过如下技术方案实现的。