一种实现藻液内外循环的光生物反应器制造技术

本发明专利技术公开一种实现藻液内外循环的光生物反应器，包括低位平板光生物、高位平板光生物反应器、中位光生物反应器及外循环管，其中：所述低位平板光生物和所述高位平板光生物反应器的内侧通过所述中位光生物反应器连通；所述低位平板光生物和所述高位平板光生物反应器的外侧通过所述外循环管道连通；所述高位平板光生物反应器设有通气管路；所述低位平板光生物反应器设置有两组通气管路，其中一组位于低位平板光生物反应器底部，另一组靠近所述低位平板光生物反应器的上表面。本发明专利技术提出一种新型耦合式光生物反应器培养系统，其结合平板光生物反应器和垂直管式光生物反应器各自的优势，可实现高附加值微藻的低成本高密度培养。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光生物反应器，特别涉及一种实现藻液内外循环的光生物反应器。
技术介绍
微藻是一类系统发生各异、个体较小、通常为单细胞或群体的、能进行光合作用的水生(或陆生、气生、共生)低等植物，是自然界起源最早、分布最广、种类和数量最多的生物质资源。微藻具有独特的生物学特性，被广泛应用在生物制药、营养品、保健品、污水处理、天然食品加工、生物饵料、生物肥料和可再生能源生产等方面，具有重要的经济和社会价值。许多微藻富含高附加值的生物活性物质，如蛋白质、多糖、维生素、胡萝卜素、 多不高饱和脂肪酸(EPA、DHA、AA)、叶黄素等，成为人类未来开发的重要生物资源之一。(1) 蛋白质，部分蓝藻(螺旋藻)和绿藻(小球藻)的蛋白质含量高，且氨基酸组成合理，含有人体必需的8种氨基酸，可作为单细胞蛋白的重要来源；(2)多糖，微藻多糖广泛存在于微藻细胞内，具有抗肿瘤、抗病毒、抗辐射损伤、抗突变、抗衰老、抗凝血、降血脂及调节机体免疫能力等广泛的生理功能，目前研究较多的微藻多糖有节旋藻(螺旋藻)多糖、小球藻多糖、紫球藻多糖等；C3)色素，主要有类胡萝卜素(胡萝卜素类、叶黄素类)和藻胆素(藻红胆素、藻蓝胆素)。胡萝卜素是维生素A合成的前体，有抗氧化、抗突变、抗衰老、预防癌症、增加免疫力等作用，盐生杜氏藻(Dimaliella salina)中β-胡萝卜素含量占干重的10%以上。叶黄素类色素及富含藻株主要有堇菜黄素(Eustigmatophyceae)、 虫下青素(Haematococcus pluvialis)、玉米黄素(Nannochloropsis gaditana)、叶黄素 (Scenedesmus almeriensis、Muriellopsis sp·)、岩藻黄素(Bacillariophyceae)等。藻蓝胆素(螺旋藻)可用作光敏剂，用于癌症的光动态治疗，高纯度的藻蓝蛋白可以作为生物大分子的荧光分子探针；(4)多不高饱和脂肪酸(PUFA)，具有独特的生理功能，有预防和治疗心血管疾病、癌症，调节中枢神经、视觉系统的功能，可提高人体的免疫机能调节能力，防止记忆力减退。某些微藻种类富含PUFA，如柯氏隐甲藻(二十二碳六烯酸)、硅藻和真眼点藻(二十碳五烯酸)、螺旋藻(Y -亚麻酸)、缺刻缘绿藻(花生四烯酸)等。微藻具有如此重要的开发利用价值，但其产业化进程却较缓慢。目前市面上可供选择微藻生物产品种类非常贫乏，主要集中在螺旋藻、盐藻、雨生红球藻、柯氏隐甲藻和小球藻等藻株生产的产品中，突破微藻的低成本高密度培养技术，是将微藻生物产品推向市场的关键。微藻可通过类似于微生物发酵的方式，在透明的培养装置——光生物反应器中进行规模化培养，因此一种高效的光生物反应器是快速实现微藻规模化培养的关键设备。用于微藻培养的光生物反应器主要有敞开式和封闭式两种类型。敞开式光生物反应器具有结构简单、容易放大和成本低等优点，已普遍应用于商业化微藻大规模培养中。 但它也存在诸多缺点，如比表面积小、光能和CO2利用率低、易污染、环境条件(温度、光照、 PH等)控制能力差等，目前仅有少数几种微藻(小球藻、盐藻、螺旋藻等)能够采用敞开式光生物反应器进行培养，而对于培养条件要求温和、种群竞争能力较弱的微藻，则只能采用封闭式光生物反应器培养。与敞开式光生物反应器相比，封闭式光生物反应器具有以下优点(1)不易受到灰尘、昆虫及杂菌等污染，能实现纯种培养；( 培养条件易于控制(温度、PH) ； (3)培养密度高，且易收获；(4)适合于绝大多数微藻的光自养培养；( 有较高比表面积；(6)光能和(X)2利用率较高等优点，但封闭式光生物反应器的这些优越性是以提高投资和操作成本为代价的。目前科研单位和企业普遍采用传统的光生物反应器(跑道池、平板式、管道式、垂直柱式、悬袋式等)培养高附加值的经济微藻，其在技术上存在诸多缺点(1)多数科研单位设计的光生物反应器并不具备规模放大的能力，某些专利技术声称可以实现微藻的规模化培养，但它们均缺乏实际应用，经成本核算发现，其构建成本相对较高；(2)利用传统的跑道池光生物反应器培养高附加值的经济微藻，其产量相对较低，且培养的微藻种类有限(小球藻、盐藻、螺旋藻等)，在培养过程中可能会滋生人体致病菌，影响产品的质量；(3)传统的封闭式光生物反应器同样存在许多缺点，如管道式光生物反应器的氧解析问题、垂直柱式光生物反应器的串联问题、悬袋式光生物反应器透光膜的选择、平板式光生物反应器光径增大与光衰减之间矛盾的问题等，上述问题限制了传统封闭式光生物反应器在微藻规模化培养中的广泛应用。而据中国国家知识产权局Q011)最新数据统计，目前与微藻规模化培养相关的专利技术已超过90篇，涉及的光生物反应器种类多样，包括内置光源的发酵罐、平板式光生物反应器、柱式光生物反应器、管道式光生物反应器、袋式光生物反应器、开放式光生物反应器、组合式光生物反应器等。上述光生物反应器在设计上均存在一定程度的缺陷，影响其在微藻规模化培养中的应用。其中管道式光生物反应器氧解析困难、不易清洗、成本高、温度控制较困难。柱式光生物反应器不存在氧解析和混合问题，但其培养体积较小、不易放大 (纵向和径向)、比表面积小、且反应器中心光线不易穿透，生产效率低。袋式反应器存在氧解析困难、透明材料难以反复使用等缺点，另外其膜透光性差，外加固结构遮光明显，将其应用在规模化培养中，还需进一步的改进。平板反应器通过缩短光径的方式降低光衰减的影响，会导致培养体积的减少；光径增大，反应器光衰减现象严重，反应器的串联难度大，且投资成本高。内置光源的发酵罐在一定程度上能解决了藻液的光照问题，但它同时带来了一系列潜在的负面影响，如光源被藻液粘附和光源能耗问题等。实际上，对于高附加值微藻的培养，封闭式光生物反应器是较为理想的选择。一方面，某些微藻(雨生红球藻)对环境较为敏感，开放式光生物反应器无法满足培养的需要； 另一方面，微藻生物产品通常用在保健品、化妆品、功能食品和药品中，上述行业对原材料的要求较高，而开放式光生物反应器易污染细菌、病毒、原生动物和其他杂藻，有些污染物自身对人体具有致病性，有些污染物会产生毒素，这在无形中增加了后期培养物检测和处理的成本。构建一种高效的封闭式光生物反应器培养系统，是推动微藻产业发展的重要途径。封闭式光生物反应器的设计应该遵循以下几个原则(1)构建成本低；(2)容易放大，清洗方便，控温精确；(3)光照和二氧化碳利用率高；(4)藻液循环状况好，藻细胞在光暗区的转换速度快。本专利技术即按照该原则设计一种新的光生物反应器，通过藻液内外循环实现微藻的低成本高密度培养。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种实现藻液内外循环的光生物反应器， 用以实现高附加值微藻的低成本高密度培养。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是，一种实现藻液内外循环的光生物反应器，包括低位平板光生物、高位平板光生物反应器、中位光生物反应器及外循环管，其中 所述低位平板光生物和所述高位平板光生物反应器的内侧通过所述中位光生物反应器连通；所述低位平板光生物和所述高位平板光生物反应器的外侧通过所述外循环管道连通； 所述高位平板光生物反应器设有通气管路；所述低位平板光生物反应器设置有两组通气管路，其中一组位于低位平板光生本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种实现藻液内外循环的光生物反应器，其特征在于，包括低位平板光生物、高位平板光生物反应器、中位光生物反应器及外循环管，其中：所述低位平板光生物和所述高位平板光生物反应器的内侧通过所述中位光生物反应器连通；所述低位平板光生物和所述高位平板光生物反应器的外侧通过所述外循环管道连通；所述高位平板光生物反应器设有通气管路；所述低位平板光生物反应器设置有两组通气管路，其中一组位于低位平板光生物反应器底部，另一组靠近所述低位平板光生物反应器的上表面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张成武，李涛，刘敏胜，李爱芬，吴洪，朱振旗，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：81