第十一章 微藻生产工艺.pptVIP

第十一章 微藻生产工艺 主要内容 概述 微藻培养系统 微藻培养工艺技术 概述 什么是微藻 微藻是一类具有光合作用能力个体微小（需要通过显微镜才能观察到）的植物。微藻种类繁多，广泛分布于陆地和海洋。 微藻的用途 微藻是地球上最重要的初级生产者。 微藻可作为食品、饲料原料。 微藻代谢产物可以生产营养保健品、药品、分析试剂。 微藻可以用于农业和环境保护。 微藻是重要的能源生物。 微藻培养的特点 多数情况下微藻培养是利用微藻的光能自养能力来进行，需要提供的营养主要是无机盐、水和CO2，所以培养基成本较低。 微藻在光照培养的情况下光照条件对培养的影响很大，无论是采用人工光源还是自然光源，单位体积培养液接受的光照量是重要的指标。 微藻培养中既要不断提供CO2又要有效排出产生的O2，所以通气是微藻培养的一个明显特点。 微藻培养一般要采用机械搅拌保证良好的混合。 微藻培养系统 化能异养培养生物反应器 在异养培养条件下，反应器采用传统的发酵罐。一般为好氧培养。可以采用机械搅拌通风发酵罐也可以采用气升式发酵罐。发酵罐的结构、控制和所基于的原理与传统发酵相同。 开放式培养系统 开放循环培养系统 开放非循环系统 开放跑道池 开放系统的优缺点： 成本低、操作简单 培养效率低 受气候等自然条件限制 易受污染 封闭式光生物反应器 封闭式光反应器是具有光照系统的封闭培养设备。优缺点： 单位体积培养液受光表面积大，培养效率高 易于控制培养条件，不受限于自然环境条件 可以有效防止污染 适合生产纯度要求高的高附加值产品 设备造价高、操作要求高 罐式光反应器 管式光反应器 板式光反应器 光生物反应器和跑道池比较 a 基于设备表面积；b 基于真实池面积；c 基于光生物反应器受光管投影面积；d 基于油脂含量为70%；e 基于30%油脂含量。 光照系统 光源：太阳光、金属卤素灯、白炽灯、LED等。 照射方式：外照射、内光源、光纤 光照是微藻培养的重要因素： 光饱和现象 光遮蔽作用 光吸收波长 光饱和现象（light saturation） 光饱和现象是指当光照强度增加到某一数值，如果再度增高光照强度，光合速率不再随之增加的现象。因为有光饱和现象，在微藻培养中光照强度的增大受到限制，靠提高光照强度来提高培养效率的潜力有限。 光遮蔽现象 光吸收波长 微藻培养技术 培养基 盐的总浓度。淡水藻、海水藻 离子组成和配比。 氮源：一般用硝酸盐、铵盐和尿素。 碳源：CO2、碳酸氢盐、醋酸盐、葡萄糖 pH：多数在中性偏酸，螺旋藻在碱性 微量元素 维生素：硫胺素和VB12。 藻种 从藻种保藏中心获得。 从自然环境中分离。 藻种一般在光照培养箱中弱光照室温保存。 微藻培养方式 光自养培养（photoautotrophic cultivation） 混合培养（mixtrophic cultivation） 异养培养（heterotrophic cultivation） 微藻生物量测定 细胞计数（血球计数法） 光密度法（常用OD600） 细胞干重法（一般80℃干燥） 微藻培养物的分离收集 过滤 离心 絮凝沉降 吸附 气浮分离 本章结束 * 微藻细胞中含有：蛋白质、脂类、藻多糖、β-胡萝卜素、多种无机元素等高价值的营养成分和化工原料。 跑道池 可机械搅拌、气升式和鼓泡式。内光源或外光源。占地面积较小，反应器的特性较为清楚。比光照面积较小。 比光照面积较大。当管路较长时，特别是水平管，往往通气较差，溶氧较高。室外阳光照射的管式反应器容易出现温度过高。大型设备对材料要求有一定的强度。 光程短，细胞可充分照射受光，比光照面积较大，可实现高密度培养。反应器的混合可以式气升式、鼓泡式和底部机械搅拌。 100,000 0.117 0.035b 0.14 0.250 7828 99.4d 42.6e 183,333 978 m2/池；宽12 m，长82 m，深0.30 m 8 100,000 1.535 0.048a / 0.072c 4.00 0.384 5681 136.9d 58.7e 183,333 132 根平行管/单位；管长80 m；管径0.06 m 6 年生物量产量 (kg) 体积生产率 (kg m-3 d-1) 面积生产率 (kg m-2 d-1) 培养液生物质浓度 (kg m-3) 稀释速率 (d?1) 需要的面积 (m2) 油脂产量 (m3 ha?1) 年CO2消费 (kg) 系统几何尺寸 单元数量 跑道池 光生物反应器 参数 指微藻细胞密度达到一定的值，使得在培养液内距来光方向表面一定距离，前方的细胞将光线完全遮挡，以至在此以后的细胞不能接受光照的现象。 这种现象的存在