[发明专利]一种微藻高效培养的方法

说明书

技术领域

本发明属于微藻生物技术领域，涉及一种光生物反应器培养微藻过程中有效利用CO₂同时实现氧解析的方法。

背景技术

微藻富含蛋白质、多糖、不饱和脂肪酸等营养成分(如螺旋藻)，可用于食品、医药和能源方面；可以大量积累脂肪酸，有些微藻脂肪酸含量可占干重的30％～60％。利用培养微藻来积累油脂资源，已经成为目前利用太阳能开发可再生资源最热门的研究领域。不仅具有强大的市场潜力，而且具有非凡的社会价值。

微藻培养方式分为密闭式和开放式两种，开放式类似野生放养，采用开放池培养装置，技术简单，投资少。但过程控制难度大，占地面积大，产出能力有限。密闭式培养一般采用密闭式光生物反应器，如气升式、搅拌式、管式等结构的生物反应器。密闭式培养可以实现理想的过程控制，生产效率可以有效提高。但密闭式投资成本高，急需开发理想的培养方式。

微藻的生产要消耗CO₂，CO₂的有效利用吸收，是实现理想培养效果的关键，目前开放的光生物培养微藻技术中，有不少CO₂补给方式和装置。李夜光等“微藻养殖池补充二氧化碳装置”(CN200610018771.9)采用一种与养殖池相连的CO₂补给装置，可以有效提高CO₂利用率，但工艺繁琐，增加了设备投资。刘建国等“微藻规模培养的管道光生物反应器”(CN200410020978.0)及缪坚人等“一种微藻工业生产用光合生物反应器系统”(CN03128138.9)均采用在光生物反应器系统中加入一种装置方法，来实现CO₂的补给，同时也能实现一定的氧解析效果。这些都难免增加设备投资，工艺过程繁琐。目前文献报道中还有另外的一种CO₂补给方式，丛威等在“通过PH值反馈控制补碳培养微藻的方法”(CN200410009360.4)和“用于大规模微藻的补碳装置及其使用方法和用途”(CN200510126465.2)中使用烟道气补碳。

微藻利用光及CO₂进行光合作用，培养过程中固定二氧化碳并释放出氧气。所以考虑CO₂有效利用吸收的同时，还需要从培养基中不断去除过量的氧，否则会反馈抑止生长及生物合成反应。

目前文献中对于CO₂补给和氧解析过程虽然都有所涉及，但在将两者有机结合，减少设备投资，提高CO₂利用率，使CO₂供给和氧解析过程成为光生物反应系统基本过程，利于过程控制，减少成本投入等方面的研究，仍需进一步提高。

根据亨利定律：

Cs=PH]]>

式中H------亨利常数，因气体种类、温度、溶质的不同而异

P------该种气体的气相分压

Cs------该种气体的液相溶解度

根据亨利定律要去除液相氧的最好的办法就是降低气相中的氧分压。

按气液传质方程式：

Q＝Kla*(Cs-C)

式中Q-----------单位时间气液传质的速率

Kla---------气液传质的系数

(Cs-C)------传质推动力，Cs为饱和氧浓度，C为现实氧浓度。本例中藻类细胞不断光合产氧，故(Cs-C)为负值，意为本例的传质方向是从液相到气相的脱氧过程。据此要提高脱氧速率，必需尽可能加大推动力，降低Cs，又必需同时努力提高传质系数Kla。因此反应器必需具备一定功率搅拌，尽可能增加气液接触的面积和时间，和保持相对合适的通气量。为此通气过程要保持低氧分压和高的CO₂分压，实现脱氧率大于90％同时也能实现CO₂利用率在70％以上。在光生物反应器中设有溶氧测定传感器，可按所测得的溶氧水平反馈调节通气量，以调节传质系数到合适水平。随着培养过程，微藻不断增殖，而逐步提高脱氧速率，甚至在高密度培养条件下也能达到满意的CO₂利用率和脱氧效果。

根据上述分析，为克服目前CO₂补给和氧解析过程繁琐、投资过大等不利因素。需要对CO₂供给和氧解析过程进行整合，优化工艺工程。

发明内容