微藻大规模自养与异养培养过程特点分析及国内外研究概况.pdfVIP

微藻大规模自养和异养培养过程特点分析 及国内外研究概况 华东理工大学国家生化工程技术研究中心c上海z。。zs，，嘉主三鎏曼誊王永红 摘要教藻在医药，食品、水产养殖等领域具有重要的开发价值，徽藻大规模培养是搬蕞资源开发利用 中的关键技术．而我国在这方面的研究基础较为薄弱．本文从生化工程角度出发，对徽藻大规模自养匣异 养培养过程进行了分析t介绍了微藻大规模培养技术的国内外研究概况及笔者近年来在这方面的部分研 究结果t探讨了我国徽藻大规摸培养技术的发展方向。 关奠词徽藻，自养，异养，大规模培养．光生物反应器 一、前富 微藻是海洋生物资源(部分微藻为淡水藻)的重要组成部分，微藻种类很多(约40000 余种)，生理学和生化特性范围很广，因此微藻在本质上就能产生很多不同的和不寻常的 脂肪、多糖、蛋白、类胡萝I-索等生物活性物质。微藻的这一特性，决定了微藻在医药、食 品、水产养殖、农业及环保等领域具有重要的开发价值。 从微藻中获取生物活性物质已成为微藻资源开发利用的热点，微藻中的生物活性物 质具有抗肿瘤、抗病毒、抗真菌、防治心血管疾病及老年痴呆症等功能。目前国内外正在开 发的微藻生物活性物质有多不饱和脂肪酸、p胡萝h素、多糖、藻胆蛋白、虾毒索、稳定性 同位素标记性化合物等；此外，随着藻类基因工程技术的快速发展，一些外源基因在微藻 中得到了表达，这样就可通过大量培养基因工程微藻生产一些高附加值生物活性物质，如 金属硫蛋白等。 微藻资源的开发利用，首先要解决微藻的大规模培养问题。根据微藻自身的营养特 点，可通过光能自养及化能异养两种方式来培养微藻。我国在微藻大规模培养方面的基础 研究较为薄弱，生产中主要采用光能自养方式培养微藻，但存在着藻体密度低、生产成本 高等缺点这是制约我国微藻产业形成的重要因素之一；微藻的异养培养研究在国外已取 得了很大进展，但在国内才刚刚起步。微藻培养技术和我国生化工程工作者所从事的微生 物培养技术之问有许多共同之外；但迄今为止，利用生化工程技术来研究徽藻的大规模培 养问题，在国内少有报道。本文从生化工程角度出发，对微藻大规模培养过程的特点进行 了较详细的分析，介绍了微藻大规模培养技术的国内外研究概况，同时对笔者实验室近年 来在微藻光能自养及异养培养方面的部分研究结果进行了介绍，在此基础上对我国徽藻 大规模培养技术的发展方向进行了探讨。 二、微藻大规模自养培养特点及国内外研究概况 (一)微藻大规模自养培养特点分析 微藻大多为光能自养型，而我国生化工程领域过去的研究对象大多为化能异养型生 ·107· 物(一般为好氧)，这就决定了微藻大规模自养培养具有一些新的特点： 1．微藻堵养用反应器，必须要用光照。对于外部光源的反应器，就要求反应器的比表 面积很大，培养液的深度必须很小，否则藻体就得不到充足的光照；此外，为了充分利用自 然光，反应器必须救在户外，而户外的光照条件随地域及天气变化，因而培养条件基本上 元法控制。对于采用内部光源的反应器，则需要在反应器的内部加上一个复杂的光照系 统，且光源产热会给温度控制带来困难。所有这些问题在常规生物反应器中均不存在。 2．从气液传递角度来看，在微藻自养培养过程中，必须供应大量的=氧化碳，即要强 化二氧化碳吸收过程≠同时又要将藻体产生的大量氧气从培养液中排出来，即要强化氧解 析过程。而在好氧生物培养过程中，要向培养液中供应大量氧气，即要强化氧吸收过程。同 时要将生物产生的二氧化碳从培养液中排出，即要强化二氧化碳解析过程。由此可见，微 藻培养对气液传递的要求正好和常规的好氧生物培养过程相反。 3．从混合角度来看，在微藻培养过程中的混合除了具有促进气液传递、液固传递、防 止细胞沉降作用外，还必须使细胞在与光反应器表面垂直的这个方向上要能充分混合，否 则培养液中的细胞受光就不均匀(因光在藻液中存在着严重的衰减现象)。 4．从培养液性质来看，好氧生物培养基大多用淡水配制，而微藻(淡水藻例外)的培 养基多甩海水配制。出于CO。和O：在海水及淡水中的溶解度差gⅡ很大，因而微藻中的气 液传递过程将出现许多新的问题；此外，海水对一般的材料具有腐蚀性，因而在生产设备 的材料选择上又会遇到新的问题。 尽管微藻自养培养过程会出现上述新的特点，但其中所涉及到