海洋微藻的工業(yè)化培養(yǎng)

海洋生物技術

第八章細胞培養(yǎng)技術生物化工學院蘭欣第八章

細胞培養(yǎng)技術工作任務（一）海洋微藻的工業(yè)化培養(yǎng)工作任務

（二）海洋動物細胞培養(yǎng)

微藻中含有多種生物活性物質，而微藻具有生長速度快、繁殖周期短、可塑性強、對營養(yǎng)素要求簡單等特點，通過培養(yǎng)微藻而獲得生物活性物質是目前國內外的一個研究和開發(fā)的熱點。但傳統(tǒng)的培養(yǎng)方法成本高，且難以保證穩(wěn)定地大量供應，很多研究者在致力于微藻的大規(guī)模高效培養(yǎng)的研究，利用生物反應器培養(yǎng)微藻是當前的一個前沿領域。工作任務（一）海洋微藻的工業(yè)化培養(yǎng)A.封閉式光生物反應器:通過吸收光能進行光合作用而進行生長發(fā)育的微藻被稱為自養(yǎng)微藻。限制自養(yǎng)微藻生長的一個最主要因子是提高光能的利用率，利用封閉式光生物反應器，可提高養(yǎng)殖表面積與水體的比例，以提高對光能的利用率，提高生產效率。B.異養(yǎng)微藻的發(fā)酵法培養(yǎng):有些微藻具有異養(yǎng)的特性，即可以直接利用糖類、脂類、蛋白質水解物、有機酸或其他形式的有機化合物以獲取它們所需的能量和碳源而不需要通過光合作用就能生長。有些自養(yǎng)生長的微藻也能進行異養(yǎng)生長，稱之為兼養(yǎng);也有些自養(yǎng)微藻通過誘導會產生異養(yǎng)生長的能力。人們可以利用這些異養(yǎng)或兼養(yǎng)的特性，采取像酵母和細菌發(fā)酵一樣的方法來培養(yǎng)微藻。微藻培養(yǎng)反應器微藻中蛋白質含量高，且富含各種維生素，多不飽和脂肪酸、生物多糖、礦物質等，具有抗腫瘤、防治心血管疾病等生理活性。螺旋藻(Spirulina)小球藻(Chlorella)杜氏藻(Dunaliella)微藻主要種類及活性成分微藻培養(yǎng)反應器微藻生物技術的優(yōu)點：（1）光能利用率高；（2）生物量易于收獲、加工和利用；（3）能產生高濃度、有價值的產物；（4）細胞分裂周期短。微藻大規(guī)模培養(yǎng)的特點：（1）需要足夠的光照；（2）需要供應大量的CO2和排放大量的O2；（3）混合均勻，防止細胞沉降，且使細胞受光均勻；（4）微藻的培養(yǎng)基多采用海水配制，除淡水藻外。微藻培養(yǎng)反應器微藻培養(yǎng)反應器應有條件：（1）足夠的光照；（2）合適的溫度；（3）合適的無機碳源及其他無機營養(yǎng)物質；（4）合適的pH；（5）充分混合；（6）避免污染；（7）氧的析出或供應；微藻培養(yǎng)反應器

微藻培養(yǎng)反應器類型

1

敞開式培養(yǎng)反應器

優(yōu)點：成本低、建造容易、操作簡單、易于生產。缺點：培養(yǎng)效率低、培養(yǎng)條件無法控制、易受污染、水分易蒸發(fā)、光能利用率低。微藻培養(yǎng)反應器微藻培養(yǎng)反應器類型2

密閉式培養(yǎng)反應器

優(yōu)點：培養(yǎng)效率高、培養(yǎng)條件易于控制、污染少、生產周期延長、適用于所有藻類的培養(yǎng)。微藻培養(yǎng)反應器微藻培養(yǎng)反應器類型

2

密閉式培養(yǎng)反應器

開發(fā)密閉式微藻光培養(yǎng)反應器依據的原則：

（1）高光照比表面積；（2）較高的氣體交換效率；（3）適合的循環(huán)方式；（4）改善光的傳播途徑、分配和質量；（5）防治有害次生代謝的積累；（6）較易實現培養(yǎng)條件的優(yōu)化；（7）盡量降低生產成本。SosaTexcoco/SpirulinaMexicananearMexicoCity

微藻培養(yǎng)反應器微藻培養(yǎng)反應器微藻培養(yǎng)反應器類型

3管道式光培養(yǎng)反應器微藻培養(yǎng)反應器管道式光培養(yǎng)反應器管道式光培養(yǎng)反應器微藻培養(yǎng)反應器類型

4圓筒形光培養(yǎng)反應器

這種反應器的光照表面積與體積之比不高，對土地的利用率不高，培養(yǎng)體積也有限。微藻培養(yǎng)反應器類型5箱式光培養(yǎng)反應器

使用這種多級反應器連續(xù)培養(yǎng)技術有以下優(yōu)點：

①在稀釋率相同的情況下有更高的產物濃度。②穩(wěn)定性更好。

③相對于底物濃度而言有更高的生物量產率。

④減少或消除了底物和／或產物的抑制效應。

該反應器的缺點在于：

光照表面積與體積之比不高；由于靜水壓大，單個反應器的培養(yǎng)體積有限。微藻培養(yǎng)反應器類型6淺層溢流光培養(yǎng)反應器

該反應器的光照表面積與體積之比大，對光能的利用率高。其設計也使平面型的培養(yǎng)向空間發(fā)展，占地面積小，隨著內部隔板層數的增加，這種優(yōu)勢更加明顯。該反應器采用溢流噴射裝置對藻液進行攪拌和通氣，氣液混合均勻，簡化了流程和設備，具有很好的應用前景。

微藻培養(yǎng)反應器微藻培養(yǎng)反應器類型

6淺層溢流光培養(yǎng)反應器7新型藻類生物反應器這類生物反應器主要由主筒、導流筒和通氣管構成。導流筒直接落底,其上開設有溢流孔和同流口;通氣管由反應器頂部插到底部;導流筒頂蓋上還設有排氣管口。結構簡單,內部設備簡化至最低,清洗方便,適合藻類的培育,且造價低廉,實用化程度高,可以繼續(xù)放大,并可用于海藻細胞工程育苗、微藻藻種生產和大量培養(yǎng)、基因工程