微藻大规模培养反应器
光生物反应器培养微藻的原理
光生物反应器培养微藻的原理
光生物反应器培养微藻的原理主要基于微藻的光合作用特性。
微藻在光合作用中，利用光能将二氧化碳和水转化为有机物，并释放氧气。
光生物反应器则提供了一种受控的环境，支持微藻的生长和光合作用过程。
具体来说，光生物反应器通过控制系统对光、温度、营养物质等微藻生长所需条件进行调控，为微藻提供最佳的生长环境。
在反应器中，光能被特定波长的光源（如LED灯）提供，确保微藻能够吸收到所需的光能进行光合作用。
同时，反应器中的温度控制系统保持适宜的温度，确保微藻的正常代谢活动。
此外，反应器中的营养物质浓度也是影响微藻生长的关键因素。
通过向反应器中添加适量的营养物质（如氮、磷等），可以满足微藻生长所需的营养需求。
同时，反应器中的pH值、溶氧量等参数也需要进行监测和调控，以确保微藻生长环境的稳定。
通过这些调控措施，光生物反应器可以模拟微藻的自然生长环境，实现大规模培养微藻的目标。
这种培养方式具有高效率、低能耗、低污染等优点，因此在微藻生物能源、生物肥料等领域具有广阔的应用前景。
微藻大规模高密度培养技术
120
80
细胞密度(106/ml)
细胞密度 溶氧%
110 100 90 80
0 1 2 3 4 5
40 20 0
培养时间(d)
反应器优化条件下纤细角毛藻的培养
溶氧%
60
从图中可以看出，优化条件下纤细角毛藻 具有很高的生长速率，在 120 小时内细胞浓度 从接种时的205万/ml迅速增加到8100万/ml，为 开放式培养的40倍。生物量产量达到了1.13g/L， 生长周期也由通常所需的8天缩短为5天，成功 实现了纤细角毛藻的高密度培养。
方差分析表
方差来源 KH2PO4 Na2SiO3 NaNO3 NaHCO3 Vb1/Vb12 Qe 平方和 61.57 38.99 9.92 6.49 2.02 8.52 自由度 3 3 3 3 3 6 均方 20.52 13.00 3.31 2.16 0.67 1.42 F比 14.45 ** 9.15* 2.33 1.50 0.48
通气率对纤细角毛藻生长的影响
80
细胞密度(106 /ml)
70 60 50 40 20 21 22 23 24 25 26
培养温度(℃)
培养温度对纤细角毛藻生长影响
实验结果
• 光照强度对纤细角毛藻生长速率的影响高度显 著，通气率的影响显著。 • 纤细角毛藻在反应器中的优化培养条件为：光 强8mW/cm2﹑、通气量0.6vvm、培养温度23℃。
4 纤细角毛藻的光生物 反应器高密度培养
• 目的： 实现纤细角毛藻在光生物反应器中的高密 度培养 • 方法： 在PhR—L20C气升内环流光生物反应器采 用正交实验针对光照强度、培养温度、通气率 等因素进行培养条件优化。
PhR--L20C光生物反应
光生物反应器简介.
平板式光生物反应器更能保持相对 高的透光性,从而保证细胞能够有 效地进行光合作用,有利于藻细胞 密度的提高.结构简单易于控制价 格低廉等优点减少占地提高空间利 用率
平板式光生物反应器具有光径小、
A/V（采光面积/体积）比高和L/D （光/暗循环时间）低的特点,以
钝顶螺旋藻培养条件处于最佳水平
时最终培养产率为 1.298g / L
99.2mm
99.2mm
150mm
40
150mm
206.3mm
61mm
61mm
图1 抛物面型 图2 倾斜面型 导光槽示意图 导光槽示意图
110
61mm
图3 垂直型导光 槽示意图
图4 导光槽导光模拟计算效果图
根据计算机的模拟计算结果，3种形状的 导光槽可以成功地把太阳光反射到槽底，如图 4所示。从图中可以看出，若出光口宽度相等， 抛物面型导光槽的导光效果最好，而垂直面型 的导光效果最差。当然可以预见的是，如把这 些导光槽加长，放入螺旋藻的培养液中，将使 培养液内部的光强条件得到很好的改善。
这里的主要介绍两种微藻
螺旋藻
其营养丰富, 蛋白质含量可占干重的60%～70%, 细 胞内富含氨基酸、维生素、β胡萝卜素、微量元素、 小分子多糖、糖蛋白、不饱和脂肪酸等多种生物活 性物质, 且营养成分含量十分均衡、合理, 因此螺 旋藻长期被作为功能性保健食品和饲料添加剂使用。 另外由于螺旋藻细胞具有使蛋白质高效表达的机制, 且能容受高浓度的单一蛋白, 对外源蛋白容受力高, 培养条件简单, 繁殖快, 成本低等优点, 使其成为 极具开发潜力的生物反应器。
图5 抛物面型导光槽垂直地面时槽底与水平地面 上的光强对比图
发现经过一天的测试，尽管有槽壁的遮阴，抛物面 型的导光槽内底部的光强可以经常性的高于槽外水平面 上的光强。尤其是当导光槽与水平面垂直放置的时候， 这种现象更是明显。当水平面的太阳辐射光强在 100000～130000lx范围左右时，到达槽底的光强竟然高 达130000～170000lx左右。
微藻培养方法汇总
微藻培养方法汇总微藻是一类微小的单细胞或多细胞藻类生物，广泛存在于海水、淡水以及土壤中。
它们被广泛应用于食品、能源、环境保护等领域。
为了有效培养和利用微藻，在实验室中需要采用一系列的培养方法。
本文将介绍微藻的培养方法，包括培养基配制、光周期控制、温度控制、培养容器选择、培养规模控制等方面的内容，以帮助研究者进行微藻培养。
一、培养基的配制微藻的培养基是提供营养物质供给微藻生长的溶液。
根据不同的微藻种类和需求，可以使用不同的培养基。
常用的微藻培养基包括滨液培养基、波利文氏培养基、圣外秧基和BG11培养基等。
培养基的配制需要参考相关文献或制备实验室的经验，并保证培养基的无菌。
一般来说，培养基的配制包括以下几个步骤：1.根据培养基配方中的化学品，称取适量的试剂。
2.在去离子水中溶解试剂，根据需要调节pH值。
3.将培养基溶液装入瓶中，并进行高压灭菌或自压灭菌处理。
二、光周期控制光照是微藻生长过程中的重要环境因素，能够影响微藻的光合作用和生长速率。
光周期是指光照和黑暗轮替的时间间隔，通过控制光周期可以调节微藻的生长和代谢活性。
常用的光周期控制方法有以下几种：1.固定光周期法：固定光周期法是指在相同的光照条件下，每天提供固定时间的光照和黑暗。
这种方法适用于大多数微藻的培养。
2.逐渐增加光周期法：逐渐增加光周期法是指在一段时间内逐渐增加光照时间和减少黑暗时间。
这种方法适用于对光照变化较敏感的微藻。
3.梯度光周期法：梯度光周期法是指提供不同光周期的条件，通过对比不同光周期下的微藻生长情况来选择最适宜的光周期。
三、温度控制微藻的生长和代谢活性受温度影响较大，不同的微藻种类对温度有不同的生长适宜范围。
温度过低或过高都会影响微藻的生长和产物积累。
常用的温度控制方法有以下几种：1.室温培养法：即在室温下进行培养，适用于耐寒性较强的微藻种类。
2.恒温培养法：通过恒温培养箱或恒温培养室维持恒定的培养温度，适用于大多数微藻种类。
微藻培养的工艺流程
微藻培养的工艺流程1. 材料准备将所需的培养基、微藻种子和培养容器准备好。
培养基的配制要按照所选用的微藻种类和培养条件来进行，通常包括碳源、氮源、磷源、微量元素、维生素等成分。
2. 种子培养将微藻种子悬浮于培养基中，对其进行预培养处理以促进其生长。
在适当的温度、光照和通气条件下，培养微藻种子并定期观察其生长情况。
3. 培养扩大待微藻种子生长到一定程度后，将其进行扩大培养。
这一步通常需要将微藻移至更大的培养容器中，并提供更多的养分和光照条件，以促进微藻大规模扩张。
4. 微藻收获当微藻生长到合适的密度且生长速度减缓时，可以考虑进行微藻的收获。
收获的方法包括离心、过滤等，将微藻与培养基分离出来。
5. 产品提取从收获的微藻中提取所需的产物，如蛋白质、藻油等。
提取方法可以包括溶剂提取、超临界流体提取等。
6. 剩余物处理对收获后的微藻剩余物进行处理，包括回收利用、堆肥或焚烧等方法，以减少对环境的影响。
以上即为微藻培养的一般工艺流程，不同的微藻种类和培养条件可能会有所不同，需要根据具体情况进行适当的调整。
微藻培养是一项复杂而又具有挑战性的工艺。
微藻作为一类原始植物，其独特的生长特性和多样的功能性产物使得微藻培养备受关注。
微藻含有丰富的蛋白质、多不饱和脂肪酸、抗氧化物质和维生素等有益成分，可广泛应用于食品、医药、化工等领域。
如何实现高效的微藻培养以及提取其有价值的产物，是当前科研和工业界共同关注的热点问题。
下面将继续介绍微藻培养的相关内容。
7. 生物反应器的选择在微藻培养过程中，生物反应器的选择对于培养效果至关重要。
常见的生物反应器包括玻璃罩式反应器、平板反应器、搅拌式反应器、光纤反应器等。
不同类型的生物反应器适用于不同种类的微藻培养，选择合适的生物反应器对于提高培养效率、降低成本具有重要意义。
8. 光照和温度控制微藻是光合作用生物，因此光照对于其生长至关重要。
在微藻培养过程中，需要准确控制光照条件，以保证微藻的正常生长。
微藻生物反应器的研究进展
产业化 的关键 技术之一 。
１ 微藻 和微藻 生物反应 器 的研究 历史及 其特点
为争夺技术上 的制高 点 ， 近年来 ， 国 、 国和 日本 美 德
等发达国家已经把海洋 生物技术列 为重点发展 方 向。尤 其是将海洋微藻的大规模培 养及其天 然活性物质 的分离 提取等技术放 在首位 。与 国外 相 比， 国的微 藻生物 技 我
冰雪覆盖 的南 北两极 ，Ｈ极 高 或很低 的湖 泊水 潭 、 碱 ｐ 盐
沼泽 甚 至 盐 度 饱 和 卤水 ， 大 洋 深 处 、 山 口 、 热 温 泉 、 在 火 地
目前 ， 藻类生物 反应器 已成 为高 效 、 快速 、 大量 培 养
藻类 的关键 设备 。在研究 、 发和生 产 中均 需使 用不 同 开 的光生物 反应器 ， 在反应体积扩大后 ， 的供 给往往受 到 光
维普资讯
・
６・ （ 总第 １３期） ５
水 利 渔 业
２０ ０ ７年 第 ２ ７卷 第５期
微 藻 生 物 反应 器 的研 究 进 展
孟春 晓 ， 高政权
（ 山东 理 工 大 学 生 命 科 学 学 院 ， 山东 淄 博 ２ ５４ ） ５ ０ ９
基础研究 ， 新型光生物反应器研制 ， 微藻 的高密度大规模 培养 ， 海洋赤 潮微 藻的大量 培养 、 分类 与鉴定 ， 微藻基 因 工程及微 藻生物活性物质的分离 纯化等多 方面进行 了系
统 的 研 究 ， 得 了较 大 的 进 展 Ｊ 取 。
强大的生命力使 其家族 在地球 上广 泛分 布 ， 括终 年被 包
干旱沙漠等生命极端环境中都有微藻繁衍生息 。 我 国藻类产量 居世 界首位 。藻 类 除 了作 为食 品 外 ， 还是 生产药 物 、 健品 、 保 饲料 、 轻化 工及生 物工程产 品 的 重要原料 。进行鱼 、 、 虾 贝类 的育苗 和养殖需要大 量的微 型藻类作饵料 ， 藻类还与水处理和环境 保护密切 相关… 。 微藻生物资源的开发对 于减缓土地 、 环境 、 能源 和人 口危 机， 弥补传统农作物 的不足与局 限 ， 以及促进传统农 业 向 工业化生产过 渡都具 有重 要 的意义。经过 ３ ０多年微 藻 工业化生产 以来 ， 人们逐渐意识 到 ， 藻工业发展 的潜 力 微
微藻培养反应器
微藻培养反应器
•浅层溢流光培养反应器
该反应器的光照表面积与体 积之比大，对光能的利用率 高。其设计也使平面型的培 养向空间发展，占地面积小， 随着内部隔板层数的增加， 这种优势更加明显。该反应 器采用溢流喷射装置对藻液 进行搅拌和通气，气液混合 均匀，简化了流程和设备， 具有很好的应器
微藻培养反应器 • 管道式光培养反应器
微藻培养反应器
管道式光培养反应器
管道式光培养反应器
微藻培养反应器 • 圆筒形光培养反应器
这种反应器的光照表面积 与体积之比不高，对土地 的利用率不高，培养体积 也有限。
微藻培养反应器
•扁平箱式光培养反应器
使用这种多级反应器连续培养技术有以下优点： ①在稀释率相同的情况下有更高的产物浓度。②稳定性更好。 ③相对于底物浓度而言有更高的生物量产率。 ④减少或消除了底物和／或产物的抑制效应。 该反应器的缺点在于： 光照表面积与体积之比不高；由于静水压大，单个反应器的培养体 积有限。
微藻培养反应器
微藻培养反应器 • 密闭式培养反应器
开发密闭式微藻光培养反应器依据的原则：
（1）高光照比表面积； （2）较高的气体交换效率；
（3）适合的循环方式；
（4）改善光的传播途径、分配和质量； （5）防治有害次生代谢的积累； （6）较易实现培养条件的优化； （7）尽量降低生产成本。
微藻培养反应器
微藻培养反应器
微藻培养反应器
•
敞开式培养反应器
优点：
成本低、建造容易、操 作简单、易于生产。
缺点：
培养效率低、培养条件无法控制、易 受污染、水分易蒸发、光能利用率低。
微藻培养反应器
微藻培养反应器 • 密闭式培养反应器
微藻培养系统
在气提式PBR中，容器中的液体体积通过挡板分成两个相 连的区域。液体在反应器底部的二氧化碳供应引起的循 环流中移动。由于其相对较好的传质和循环，它提供了 最高的固定效率。这提供了低暴露于光辐射的低表面积 介质的高循环率，从而使光抑制作用最小。通过采用加 压气-液系统以在反应器中产生细小气泡，可以轻松调节 CO2浓度，而无需像在开放式池塘系统中那样使用挡板。 此外，在优化的PBR中，生成的微气泡具有较高的表面积 与体积之比，在介质中缓慢上升，从而使气体更好地溶 解在液体中。微气泡可以逐渐上升并在介质中坍塌，而 不是大气泡快速上升并在介质表面破裂到大气。
多层生物反应器
多层生物反应器系统已被认为是处理废水的可行且 具有成本效益的培养系统。它由几层储水箱体组成， 一层又一层地排列。多层池塘的中试规模已达到 2000 L至40000 L的容量。它已成功用于在离心液 和动物粪便废水中进行微藻培养。在重力作用下从 顶部到底部容器，进行混合并向上泵送，使介质再 次循环回到顶部容器。除日光照射外，还可以安装 人造光源每一层水箱的顶部，以确保充足的光源供 应。此系统的好处在于，由于其排列成排，因此需 要的空间更少，易于扩展且具有成本效益，同时其 局限性与其他类型的开放式池塘系统相似。
微藻培养系统
目录
一、开放式池塘系统 ①跑道池 ②多层生物反应器
二、封闭式系统 ①气提式光生物反应器 ②管道光生物反应器 ③平板式光生物反应器 ④袋式光生物反应器 ⑤膜式光生物反应器 ⑥过滤式光生物反应器
跑道池培养系统
跑道池培养系统，作为一个开放的池塘系统，深 15至25厘米。它配备了叶轮搅拌装置，以确保良 好的循环和营养均匀。另外，通过在流道中放置 挡板来控制和引导培养液的流动。这促进了池塘 的液速以每秒30厘米以上的速度运行。跑道池是 目前商业规模最常用的大规模养殖系统。它用于 小球藻，螺旋藻，雨生红球菌和杜氏藻的商业培 养。如果与封闭的光生物反应器系统进行比较， 则水道栽培产生的小球藻生物量生产力较低。
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封闭式和敞开式比较
封闭式优点：
培养效率高
培养条件易于控制
污染少
生产周期延长，可常年生产
适于所有藻类的培养
封闭式光培养反应器设计原则：
高光照表面积与体积之比
较高的气体交换效率
适的积累
培养条件易控制
成本尽可能地低
微藻大规模培养反应器
要求条件
足够的光源
合适的温度
合适的无机碳源
合适的PH
充分混合
避免污染
氧的析出与供给
类型
1.敞开式培养反应器
聚乙烯或水泥砌衬的水平池中，天然湖泊、环湖礁等；池内采用螺旋桨或空气喷射器等进行搅拌，或池体隔成跑道，用泵循环。
我国螺旋藻均采用敞开式跑道培养系统
优点：成本低，建造容易，操作方便，易于生产；
缺点：培养效率低，培养条件无法控制，易污染，水分易蒸发，培养液盐度过高，影响微藻生长，难于进行高密度培养。
2.封闭式光培养反应器
管道式：最普通，主体是透明塑料制成的管子，弯成各种形状
圆筒形：垂直放置，透明材料制成，由带挡板的内筒、外筒、顶板和底板四部分组成。
扁平箱式：外形是一扁平的长方体
浅层槽式：泵循环，槽内装有数排薄金属翼片，产生涡流，有效混合，提高光能利用率。