CN103773673B - 一种用于微藻培养的圆柱形气升式高效光生物反应器及应用 - Google Patents

一种用于微藻培养的圆柱形气升式高效光生物反应器及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于微藻培养的圆柱形气升式高效光生物反应器及应用，包括透光培养罐，还包括设置在透光培养罐外部的光照控制装置、设置在透光培养罐内部的温度控制装置和设置在透光培养罐底部的气体供应装置，透光培养罐的顶部设置有接种加样口和出气口，出气口上设置有第二过滤器，透光罐体底部设置有藻液收集口，藻液收集口上设置有阀门，本反应器采用高度和直径比例较大的圆柱形罐体，且设置了光强和光质可更换调节的光照装置，解决微藻培养密度增高以后产生的藻细胞自我遮蔽现象以及特定藻种对不同光质的需求情况，保证充足的光能供应，提高微藻的光合作用效率，易于实现高密度培养。

Description

一种用于微藻培养的圆柱形气升式高效光生物反应器及应用
技术领域
本发明涉及生物技术领域，更具体涉及一种用于微藻培养的圆柱形气升式高效光生物反应器及应用，该反应器应用于针对性的微藻光合高密度自养培养。
背景技术
微藻是原核的或者真核的单细胞光合微生物，是非常高效的太阳能转换器，分布于淡水或者咸水中，通过吸收水环境传递的光能，水和CO2积累生物量，可以将光能转化为化学能，以油脂或淀粉的等有机物的形式储存在细胞内。作为最古老的低等光合生物，微藻可直接利用太阳光、CO2及N、P等简单营养物质快速生长并在胞内合成油脂(主要是甘油三酯)、蛋白质、多糖和类胡萝卜素等多种高价值活性物质。微藻生物量中C元素近占干重的50%，N元素含量也高达7～12%。因此，微藻的规模化培养需要大量的CO2和NO3 -作为碳源和氮源，据计算，每生成1g的微藻生物量，需要1.83g的CO2和0.45g的NO3 -。而工业烟道气中含有高浓度的CO2和NOx，因此利用工业烟道气进行能源微藻培养，不仅可以大量固定烟道气CO2和NOx，减少温室气体排放，降低环境污染，而且可以解决微藻培养所需的碳源和氮源供应问题，在生成生物量——微藻生物能源和其他高价值附加物的同时，达到CO2和NOx生物转化的目的。微藻的这些特性使其在生物能源、环保、食品、医药和饲料等诸多方面具有广泛的应用，具有显著的社会效益和经济效益，使微藻培养和资源化研究得到国内外越来越多的关注。
所有的微藻都能通过固定CO2进行光合作用，许多微藻是太阳能的高效转换器，光强是影响植物光能利用率的重要因素之一。光强过低或过高都会影响植物的光合作用效率，当光照不足时，不仅会因同化力的短缺而限制光合碳同化,而且会由于光合作用关键酶没有充分活化而限制光合作用的运转，若光强过高，会发生光抑制现象，因此光照强度在光合自养型条件下对CO2固定、细胞生长和油脂积累及其重要。此外，微藻对硝酸盐和亚硝酸盐等无机氮吸收和同化途径中，硝酸还原酶和亚硝酸还原酶是两种关键酶，其中位于叶绿体中的亚硝酸还原酶的合成及活力依赖于NO2 -的供应，照光的叶绿体产生的还原铁氧还蛋白（Fd）是NO2 -还原的电子供体，因此微藻无机氮的同化过程需要光能的供给，光照强度是决定微藻对无机氮同化和烟道气处理效率的关键因素。光质同样在微藻对光能的利用过程中起到重要作用，微藻吸收的光谱在380nm～720nm范围内，其余波长的光不能直接利用。不同种类的微藻对光质的需求也不尽相同，微藻叶绿体中含有丰富的叶绿素，大部分叶绿素起着捕获光子并把能量转移给光合作用的中心色素，这类色素被称为天线色素，叶绿素的吸收光谱在430～440nm以及670～680nm两段，较多研究均表明，大多数绿藻在橙、红光下光合速率最高，蓝紫光其次，绿光最低。而蓝藻和红藻主要的捕光天线系统是藻胆体，藻胆体的吸收光谱遍及470～650nm的光谱区域，恰好与叶绿素互补，使得在几乎整个可见光区都有强吸收，如聚球藻及铜绿微囊藻在波长620nm左右存在一较为明显的吸收峰。
微藻通常在自然光照或人工光源环境下培养，培养模式主要为开放式培养和封闭式光生物反应器培养。自然光照条件下，微藻在不同季节利用光能均有差异，早晨、傍晚、阴雨天及人工遮光都将对微藻的光合作用产生不同的影响，难以保证微藻培养的稳定和高效。开放式光生物反应器培养相对简单，但该方法占地面积大，存在严重的生物污染，营养盐和能源消耗浪费多，且藻产品的产量、质量和稳定生产易受到外界环境影响，限制藻类培养和资源开发。因此，具有光源可控，易于控制生物污染，产率相对较高等特点的封闭式光生物反应器的开发得到了越来越多科研人员的重视，目前开发和应用的封闭式光生物反应器主要为一些已商业化的添加光照装置的生物发酵系统或科研人员自主研发的光生物反应器，如瑞士LABFORS—LUX光照发酵罐，上海保兴光照植物细胞反应器（专利号03229738.6），专利申请号为CN201110197276.X和CN201310173871.9的光生物反应装置。但目前开发和应用的封闭式反应器可能还存在一些不足，如有的商业化反应器技术操作复杂，投资成本高，有的商业化反应器和自主开发的反应器则可能忽视了微藻培养过程中对光照的需求，如藻细胞密度增大时的光照透射供应问题，不能针对特定的微藻藻种调整适合的光强及光质等。
因此，开发简易高效，光照透过性优良，光强和光质可随培养条件和藻种进行调控的封闭式光生物反应装置成为开发藻类资源的关键核心技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于微藻培养的圆柱形气升式高效光生物反应器，高度与直径比值5～10的圆柱形结构提高了光照透射效率，通过选择性的更换作为光源的发光二极管组，能够有效控制光强和光质，解决微藻封闭式光合高密度自养培养过程中光照透射随藻细胞密度增高而显著下降，及不能针对特定藻种设置光强和光质的问题，提高光能利用效率和无机氮的同化效率，实现微藻的高密度自养培养。
本发明还有一个目的在于提供了一种微藻培养的圆柱形气升式光生物反应器在微藻高密度自养培养中的应用。
为了达到上述目的，本发明采取以下技术措施：
一种用于微藻培养的圆柱形气升式高效光生物反应器，包括透光培养罐，其特征在于：还包括设置在透光培养罐外部的光照控制装置、设置在透光培养罐内部的温度控制装置和设置在透光培养罐底部的气体供应装置，透光培养罐的顶部设置有接种加样口和出气口，出气口上设置有第二过滤器，透光罐体底部设置有藻液收集口，藻液收集口上设置有阀门，温度控制装置包括温度探针，石英玻璃控温棒，温度控制器及夹套，夹套自透光培养罐的顶部延伸至透光培养罐内部，夹套内设置有温度探针，石英玻璃控温棒垂直设置于透光罐体的底面并位于透光罐体的轴线上，石英玻璃控温棒通过导线与温度控制器，温度探针依次相连，温度控制器位于透光罐体的外部，光照控制装置包括外壳、光源和光照控制器，透光培养罐设置在外壳内，外壳与透光培养罐为可拆卸连接，光源为垂直分布的可拆卸发光二极管组，每组2～3列10～30排，共6～8组均匀分布外壳的内壁，各发光二极管组之间为并联连接，光源通过导线与光照控制器相连，光照控制器中的每一个开关对应两组发光二极管。
如上所述的透光培养罐为圆柱形，材质为树脂玻璃，直径0.1～0.2米，高度0.5～1.0米，高度与直径的比值为5～10，厚度为0.5～1.0厘米。
如上所述的外壳与光源之间设置有反光层；
如上所述的光源（15）通过真空吸盘或螺栓可拆卸式固定在外壳（5）的内壁上。
如上所述的气体供应装置包括气石、气体供应口、第一过滤器、第一流量计、第二流量计、空气泵和气体钢瓶，气石均匀分布在透光培养罐内部的底面，气石、气体供应口和第一过滤器通过导管依次串联连接，空气泵通过导管与第一流量计相连，气体钢瓶通过导管与第二流量计相连，第一流量计与第二流量计并联后与第一过滤器通过导管相连，导管通过支架固定在透光培养罐上，导管为硅胶管；
如上所述的温度控制器包括数字显示屏和温度调节器；
如上所述的光照控制器包括光照控制开关和光照时间控制器；
如上所述的第一过滤器为35～50毫米针头式过滤器，内部为孔径0.20～0.65微米的混合纤维酯微孔滤膜；
如上所述的第二过滤器为35～50毫米针头式过滤器，内部为孔径0.20～0.65微米的混合纤维酯微孔滤膜；
如上所述的出气口为直径10～20毫米、高20～40毫米的圆柱形；
如上所述的接种加样口为直径30～60毫米、高15～30毫米的圆柱形的外螺纹开口，安装带有密封胶垫的旋帽。
如上所述的夹套延伸至透光培养罐内部的一端，与培养罐底面的距离为罐体高度的1/3-1/2，温度探针深入夹套并紧密贴合，石英玻璃控温棒顶部与温度探针底部的垂直距离≥10厘米。
一种微藻培养的圆柱形气升式光生物反应器在微藻高密度自养培养中的应用，其应用过程如下：
1.培养基和透光培养罐的灭菌。配制自养培养基并加入透光培养罐中，培养基高度为罐高的70%-90%，连同透光培养罐一起高压蒸汽灭菌，灭菌时将温度探针从夹套中取出。
2.圆柱形气升式光生物反应器的安装。在光照控制装置的外壳内壁安装发光二极管组；待透光培养罐中培养基温度降至室温，安装和连接光照控制装置、温度控制装置和气体控制装置。
3.微藻培养初始条件的设置和接种。启动圆柱形气升式光生物反应器，设置初始光强、温度、供气类型和通气量。待圆柱形气升式光生物反应器培养温度稳定后，将微藻细胞通过接种加样口接种于透光培养罐中，设定微藻培养光/暗周期，开始进行自养培养。
4.培养过程中条件的控制。取样检测微藻培养的生物量，并随着培养过程中微藻培养密度增高，增加光照强度和通气量，以保证充足的光能供应，实现微藻高密度培养。
5.培养过程结束。微藻高密度自养培养结束后，从藻液收集口收集藻液；拆除光照控制装置、温度控制装置和气体控制装置，清洁干燥透光培养罐。
如上所述的圆柱形气升式光生物反应器在微藻高密度自养培养中的应用可应用于利用光能自养生长微藻的自养培养过程，优选蓝藻和绿藻。
如上所述的应用过程中根据所选择藻种的培养条件和实验目的选择并配制自养培养基。
如上所述的应用过程中根据所选择藻种的培养条件和实验目的安装不同光强与光质的发管二极管组。
如上所述的应用过程中根据所选择藻种的培养条件和实验目的设定微藻自养培养的初始光强、温度、供气类型、通气量和光/暗周期。
如上所述的应用过程中根据所选择藻种的培养条件和实验目的设定微藻细胞接种量。
如上所述的应用过程中根据所选择藻种的培养条件和实验目的设定微藻藻液取样时间频次。
如上所述的应用过程中根据所选择藻种的培养条件和实验目的设定培养过程中光强和通气量的增加程度和频次。
如上所述的应用过程中根据所选择藻种的培养条件和实验目的确定培养过程结束时期。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1.本反应器采用高度和直径比例较大的圆柱形罐体，且设置了光强和光质可更换调节的光照装置，解决微藻培养密度增高以后产生的藻细胞自我遮蔽现象以及特定藻种对不同光质的需求情况，保证充足的光能供应，提高微藻的光合作用效率，易于实现高密度培养。
2.本反应器采用均匀分布的气石进行通气，气升式模式既保证了培养液的充分搅动又对细胞伤害较小，气石充气带动培养液的翻转搅动，保证了培养条件的均一性，使微藻细胞与培养液和光照的充分接触，促进了微藻细胞对营养物质和光能的利用，提高了传质效率，在气体供应过程添加过滤装置，有效阻止了空气中杂质和细菌的进入，密封式罐体有效防止生物污染。
3.本反应器设计简洁，安装操作简单易行，占地较小，成本低。
4.光照控制器中的每一个开关对应两组发光二极管，可根据微藻培养阶段的实际需要开启不同的光源组合，不会因为藻细胞密度的增加而出现光能供给不足，保证微藻细胞高密度生长阶段都能得到适和的光强。当透光培养罐内细胞密度有显著增加时，逐渐加大光照强度，时间控制器调控微藻培养时的光/暗周期；外壳均匀铺设反光性能好的反光层，用于增加透光培养罐内的光强。
5.可更换不同光强和光质规格的发光二极管组，提供广泛光强范围，光质为白光、红光和蓝光等的光能供不同藻细胞光合作用需要
附图说明
图1为实施例1中的一种用于微藻培养的圆柱形气升式高效光生物反应器的结构示意图。
图2为实施例1中的光照装置与透光培养罐相对位置关系的结构示意图。
图3为实施例1中的夹套和温度探针的位置关系示意图。
其中：1-透光培养罐；2-光照控制装置；3-温度控制装置；4-气体供应装置；5-外壳；6-加样口；7-出气口；8-温度探针；9-夹套；10-气体供应口；11-藻液收集口；12-石英玻璃控温棒；13-温度控制器(TE-T48CB)；14-光照控制器；15-光源；16-气石；17-第一过滤器；18-1第一流量计；18-2第二流量计；19-空气泵；20-气体钢瓶；21-数字显示屏；22-温度调节器；23-光照控制开关；24-光照时间控制器(GK-2201)；25-支架；26-第二过滤器；27-阀门；28-反光层。
图4为实施例2中集胞藻Synechocystis sp.PCC6803在光生物反应器培养和三角烧瓶培养时生物量积累随时间变化曲线图。
图5为实施例3中小球藻Chlorella vulgaris在光生物反应器培养和三角烧瓶培养时生物量积累随时间变化曲线图。
具体实施方式
本发明中一种用于微藻培养的圆柱形气升式光生物反应器适用于微藻的光合高密度自养培养，下面对这种光反应器的具体实施例作进一步详述，但不构成对本发明的限制。
实施例1：
一种用于微藻培养的圆柱形气升式光生物反应器，包括透光培养罐1，其特征在于：还包括设置在透光培养罐1外部的光照控制装置2、设置在透光培养罐1内部的温度控制装置3和设置在透光培养罐1底部的气体供应装置4，透光培养罐1的顶部设置有接种加样口6和出气口7，出气口上设置有第二过滤器26，透光罐体1底部设置有藻液收集口11，藻液收集口11上设置有阀门27，温度控制装置3包括温度探针8，石英玻璃控温棒12，温度控制器13及夹套9，夹套9自透光培养罐1的顶部延伸至透光培养罐1内部，夹套9内设置有温度探针8，温度探针8在夹套内的长度为45厘米；石英玻璃控温棒12长25厘米，垂直设置于透光罐体1的底面并位于透光罐体1的轴线上，石英玻璃控温棒12通过导线与温度控制器13，温度探针8依次相连，温度控制器13位于透光罐体1的外部。光照控制装置2包括外壳5、光源15和光照控制器14，透光培养罐1设置在外壳5内，外壳5以合页和卡扣相连的两个半环形结构与透光培养罐可拆卸连接，卡扣之间留2厘米空间用于观察培养过程中反应器的运转情况，光源15为垂直分布的可拆卸发光二极管组，每组2列10排，共6组均匀分布外壳5的内壁，通过真空吸盘可拆卸式安装在外壳5内壁，各发光二极管组之间为并联连接，光源15通过导线与光照控制器14相连，光照控制器中的每一个开关对应两组发光二极管。
透光培养罐1为圆柱形，材质为树脂玻璃，直径0.15米，高度0.9米，高度与直径的比值为6，厚度为0.5厘米。
外壳5与光源15之间设置有锡箔纸反光层28；
气体供应装置4包括气石16、气体供应口10、第一过滤器17、第一流量计18-1、第二流量计18-2、空气泵19和气体钢瓶20，气石16均匀分布在透光培养罐1内部的底面，气石16、气体供应口10和第一过滤器17通过导管依次串联连接，空气泵19通过导管与第一流量计18-1相连，气体钢瓶20通过导管与第二流量计18-2相连，第一流量计18-1与第二流量计18-2并联后与第一过滤器17通过导管相连，导管通过支架25固定在透光培养罐1上，导管为硅胶管；
温度控制器13包括数字显示屏21和温度调节器22；
光照控制器14包括光照控制开关23和光照时间控制器24；
第一过滤器17为50毫米针头式过滤器，内部为孔径0.20微米的混合纤维酯微孔滤膜；
第二过滤器27为35毫米针头式过滤器，内部为孔径0.20微米的混合纤维酯微孔滤膜；
出气口7为直径15毫米、高30毫米的圆柱形；
接种加样口6为直径50毫米、高20毫米的圆柱形的外螺纹开口，带有密封胶垫的旋帽。
如上所述的夹套从透光培养罐顶部延伸至内部的一端，与培养罐底面的距离为45厘米，温度探针深入夹套并紧密贴合，石英玻璃控温棒顶部与温度探针底部的垂直距离为20厘米。
实施例2：
利用实施例1中所述圆柱形气升式光生物反应器应用于微藻的光合高密度自养培养，以模式蓝藻集胞藻Synechocystis sp.PCC6803为例，具体如下：
1.培养基和透光培养罐的灭菌。自养培养基采用常规BG11培养基，将BG11培养基加入透光培养罐中，培养基高度为罐高的80%，连同透光培养罐一起高压蒸汽灭菌，灭菌时将温度探针从夹套中取出。
2.圆柱形气升式光生物反应器的安装。在光照控制装置的外壳内壁安装发光二极管组，光质为白光，6组发光二极管组光强分别为15、15、15、15、30和30μmol photons m-2s-1，通过发光二极管组的组合可提供光强范围为30-120μmol photons m-2s-1的4档光照强度，每档依次提高30μmol photons m-2s-1；待透光培养罐中培养基温度降至室温，安装和连接光照控制装置、温度控制装置和气体控制装置。
3.微藻培养初始条件的设置和接种。启动圆柱形气升式光生物反应器，设置初始光强30μmol photons m-2s-1，温度30℃，空气泵提供压缩空气（0.08MPa）进行通气，通气量为每L培养基0.5L/min。待圆柱形气升式光生物反应器培养温度稳定后，将微藻细胞通过接种加样口接种于透光培养罐中，接种密度为0.4×107cells/mL，持续光照，进行自养培养。
4.培养过程中条件的控制。本实施例中，以730nm为扫描波长，建立了OD730值与生物量之间的标准曲线，通过对藻液OD730值测量，从而计算培养液中生物量的浓度，在实际培养过程中可以利用分光光度计实时测量培养液的OD730值，确定微藻生物量的积累情况。培养过程中，分别在培养开始后第3、6、12和24小时取样检测微藻培养的生物量，此后每24小时取样检测微藻培养的生物量，当生物量达到11×107cells/mL时，将光强提高到60μmol photons m-2s-1，通气量提高到每L培养基1.0L/min；当生物量达到27×107cells/mL时，将光强提高到90μmol photons m-2s-1，通气量提高到每L培养基1.2L/min；当生物量达到40×107cells/mL时，将光强提高到120μmol photons m-2s-1，通气量提高到每L培养基1.5L/min。
5.培养过程结束。当生物量增长达到稳定期（47×107cells/mL）后停止培养，从藻液收集口收集藻液；拆除光照控制装置、温度控制装置和气体控制装置，清洁干燥透光培养罐。
6.应用于模式蓝藻集胞藻Synechocystis sp.PCC6803光合高密度自养培养实验结果：按照实施步骤1-5的应用过程，培养过程中生物量的积累情况见图4，培养开始1天（24小时）后细胞即进入对数生长期，生物量快速积累，培养过程中随生物量的增高进行光强和通气量的提高，以保证充足的光能供应，实现微藻高密度培养，10天（240小时）时生物量最高达到47×107cells/mL，细胞生长进入稳定期。
7.作为对照，使用3L玻璃三角烧瓶培养Synechocystis sp.PCC6803，培养体积为2L，培养条件为光强30μmol photons m-2s-1白光持续光照，温度30℃，空气泵提供压缩空气（0.08MPa）进行通气，通气量为每L培养基0.5L/min，其生物量的积累情况见图4，结果显示使用三角烧瓶培养前3天（72小时）与本发明中光生物反应器培养生物量差别不大，但随后不断增长的生物量产生的藻细胞自我遮蔽现象对微藻细胞的生长造成抑制，细胞生长速度显著变慢，并在第8天（192小时）细胞生长进入稳定期，培养过程中生物量最高达到30×107cells/mL。经过对比可以看出本发明中圆柱形气升式光生物反应器通过调控培养过程中的光强和通气量，有利于微藻自养培养过程中充分的光能供应，延长对数生长期，提高细胞生物量积累，适于应用于微藻的光合高密度自养培养。
实施例3：
利用实施例1中所述圆柱形气升式光生物反应器应用于微藻的光合高密度自养培养，以小球藻Chlorella vulgaris（来源于中国科学院淡水藻种库，编号FACHB-1068）为例，具体如下：
1.培养基和透光培养罐的灭菌。自养培养基采用常规BG11培养基，将BG11培养基加入透光培养罐中，培养基高度为罐高的70%，连同透光培养罐一起高压蒸汽灭菌，灭菌时将温度探针从夹套中取出。
2.圆柱形气升式光生物反应器的安装。在光照控制装置的外壳内壁安装发光二极管组，光质为红光，6组发光二极管组光强均为40μmol photons m-2s-1，通过发光二极管组的组合可提供光强范围为80-240μmol photons m-2s-1的3档光照强度，每档依次提高80μmolphotons m-2s-1；待透光培养罐中培养基温度降至室温，安装和连接光照控制装置、温度控制装置和气体控制装置。
3.微藻培养初始条件的设置和接种。启动圆柱形气升式光生物反应器，设置初始光强80μmol photons m-2s-1，温度25℃，空气泵提供压缩空气（0.08MPa）和气体钢瓶提供CO2进行混合通气（CO2体积比例为2%），通气量为每L培养基0.5L/min。待圆柱形气升式光生物反应器培养温度稳定后，将微藻细胞通过接种加样口接种于透光培养罐中，接种密度为0.3×107cells/mL，光/暗周期为16h/8h，进行自养培养。
4.培养过程中条件的控制。本实施例中，以700nm为扫描波长，建立了OD700值与生物量之间的标准曲线，通过对藻液OD700值测量，从而计算培养液中生物量的浓度，在实际培养过程中可以利用分光光度计实时测量培养液的OD700值，确定微藻生物量的积累情况。培养过程中，分别在培养开始后第3、6、12和24小时取样检测微藻培养的生物量，此后每24小时取样检测微藻培养的生物量，当生物量达到6.8×107cells/mL时，将光强提高到160μmol photons m-2s-1，通气量提高到每L培养基1.0L/min；当生物量达到12×107cells/mL时，将光强提高到240μmol photons m-2s-1，通气量提高到每L培养基1.5L/min。
5.培养过程结束。当生物量增长达到稳定期（12.9×107cells/mL）后停止培养，从藻液收集口收集藻液；拆除光照控制装置、温度控制装置和气体控制装置，清洁干燥透光培养罐。
6.应用于小球藻Chlorella vulgaris（FACHB-1068）光合高密度自养培养实验结果：按照实施步骤1-5的应用过程，培养过程中生物量的积累情况见图5，培养开始1天（24小时）后细胞即进入对数生长期，生物量快速积累，培养过程中随生物量的增高进行光强和通气量的提高，以保证充足的光能供应，实现微藻高密度培养，13天（312小时）时生物量最高达到12.9×107cells/mL，细胞生长进入稳定期。
7.作为对照，使用3L玻璃三角烧瓶培养Chlorella vulgaris（FACHB-1068），培养体积为2L，培养条件为光强80μmol photons m-2s-1的白光，光/暗周期为16h/8h，温度25℃，空气泵提供压缩空气（0.08MPa）和气体钢瓶提供CO2进行混合通气（CO2体积比例为2%），通气量为每L培养基0.5L/min，其生物量的积累情况见图5，结果显示使用三角烧瓶培养前1天（24小时）与本发明中光生物反应器培养生物量差别不大，但两天（48小时）后才进入细胞快速增殖阶段，5天（120小时）后不断增长的生物量产生的藻细胞自我遮蔽现象对微藻细胞的生长造成抑制，细胞生长速度显著变慢，并在第10天（240小时）细胞生长进入稳定期，培养过程中生物量最高达到10.2×107cells/mL。经过对比可以看出本发明中圆柱形气升式光生物反应器通过选择特定光质的光源和调控培养过程中的光强和通气量，有利于微藻自养培养过程中充分的光能供应，延长对数生长期，提高细胞生物量积累，适于应用于微藻的光合高密度自养培养。

Claims (10)

1.一种用于微藻培养的圆柱形气升式高效光生物反应器，包括透光培养罐（1），其特征在于：还包括设置在透光培养罐（1）外部的光照控制装置（2）、设置在透光培养罐（1）内部的温度控制装置（3）和设置在透光培养罐（1）底部的气体供应装置（4），透光培养罐（1）的顶部设置有接种加样口（6）和出气口（7），出气口上设置有第二过滤器（26），透光罐体（1）底部设置有藻液收集口（11），藻液收集口（11）上设置有阀门（27），温度控制装置（3）包括温度探针（8），石英玻璃控温棒（12），温度控制器（13）及夹套（9），夹套（9）自透光培养罐（1）的顶部延伸至透光培养罐（1）内部，夹套（9）内设置有温度探针（8），石英玻璃控温棒（12）垂直设置于透光罐体（1）的底面并位于透光罐体（1）的轴线上，石英玻璃控温棒（12）通过导线与温度控制器（13），温度探针（8）依次相连，温度控制器（13）位于透光罐体（1）的外部，光照控制装置（2）包括外壳（5）、光源（15）和光照控制器（14），透光培养罐（1）设置在外壳（5）内，外壳（5）与透光培养罐（1）为可拆卸连接，光源（15）为垂直分布的可拆卸发光二极管组，每组2～3列10～30排，共6～8组均匀分布外壳（5）的内壁，各发光二极管组之间为并联连接，光源（15）通过导线与光照控制器（14）相连，光照控制器中的每一个开关对应两组发光二极管。
2.根据权利要求1所述的一种用于微藻培养的圆柱形气升式高效光生物反应器，其特征在于透光培养罐（1）为圆柱形，材质为树脂玻璃，直径0.1～0.2米，高度0.5～1.0米，高度与直径的比值为5～10，厚度为0.5～1.0厘米。
3.根据权利要求1所述的一种用于微藻培养的圆柱形气升式高效光生物反应器，其特征在于：所述的外壳（5）与光源（15）之间设置有反光层（28）。
4.根据根据权利要求1所述的一种用于微藻培养的圆柱形气升式高效光生物反应器，其特征在于：所述的光源（15）通过真空吸盘或螺栓可拆卸式固定在外壳（5）的内壁上。
5.根据权利要求1或3所述的一种用于微藻培养的圆柱形气升式高效光生物反应器，其特征在于：所述的气体供应装置（4）由气石（16）、气体供应口（10）、第一过滤器（17）、第一流量计（18-1）、第二流量计（18-2）、空气泵（19）和气体钢瓶（20）组成，气石（16）均匀分布在在透光培养罐（1）内部的底面，气石（16）、气体供应口（10）和第一过滤器（17）通过导管依次串联连接，空气泵（19）通过导管与第一流量计（18-1）相连，气体钢瓶（20）通过导管与第二流量计（18-2）相连，第一流量计（18-1）与第二流量计（18-2）并联后与第一过滤器（17）通过导管相连，导管通过支架（25）固定在透光培养罐（1）上，所述的导管为硅胶管，第一过滤器（17）为35～50毫米针头式过滤器，内部为孔径0.20～0.65微米的混合纤维酯微孔滤膜。
6.根据权利要求1所述的一种用于微藻培养的圆柱形气升式高效光生物反应器，其特征在于：温度控制器（13）包括数字显示屏（21）和温度调节器（22）。
7.根据权利要求1所述的一种用于微藻培养的圆柱形气升式高效光生物反应器，其特征在于：光照控制器（14）包括光照控制开关（23）和光照时间控制器（24）。
8.根据权利要求1所述的一种用于微藻培养的圆柱形气升式高效光生物反应器，其特征在于：所述的第二过滤器（26）为35～50毫米针头式过滤器，内部为孔径0.20～0.65微米的混合纤维酯微孔滤膜。
9.根据权利要求1所述的一种用于微藻培养的圆柱形气升式高效光生物反应器，其特征在于：所述的夹套（9）延伸至透光培养罐（1）内部的一端，与培养罐底面的距离为罐体高度的1/3-1/2，温度探针（8）深入夹套并紧密贴合，石英玻璃控温棒（12）顶部与温度探针底部的垂直距离≥10厘米。
10.权利要求1所述的一种用于微藻培养的圆柱形气升式高效光生物反应器在微藻高密度自养培养中的应用。
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