用于藻类培养的光生物反应器

微藻能有效利用光能、二氧化碳和无机盐合成蛋白质、脂肪及多种高附加值的生物活性物质，培养微藻可生产健康食品、食品添加剂、动物饲料、生物肥料等天然产物。微藻的生长方式决定了光在生物反应器中的重要性，除部分完全自养的微藻可以在无光条件下培养（此时反应器可采用传统的微生物发酵罐）外，绝大多数微藻必须在光生物反应器中培养。

 

光生物反应器设计和结构的关键之一是提供较高的光表面积与体积之比，目的是提高光的透过率和藻类细胞对光能的利用率；

设计的另一个关键是选择合适的循环装置，以减少剪切力对藻类细胞的损伤；此外，二氧化碳的溶解和气液传质、光合作用和释氧过程中溶解氧的积累和及时排出以及其他气体传递效率和光源质量、光生物反应器及形式的选择都会对光生物反应器中微藻的高效培养产生很大的影响。

目前微藻培养主要有两种方法：开放式大罐培养和封闭式生物反应器培养。

开放式培养一般采用水泥池，二氧化碳可人工供给或依靠与空气的自然交换，也可通过人工搅拌使二氧化碳溶解于空气中来补充，最突出的特点是建造简单，成本低，操作方便，但开放式培养存在易受污染、培养条件不稳定的缺点。

密闭反应器除了可以采集光源外，其他很多方面与传统的微生物发酵生物反应器相似，培养条件稳定，可无菌操作，易于进行高密度培养，已成为未来的发展方向。

目前密闭反应器的形式有多种，如发酵罐式、管式、板式光生物反应器等。

光生物反应器简介

The fermentation tank photobioreactor is based on the traditional microbial fermentation tank and adds light for microalgae cultivation.

小型反应器可采用玻璃等透光材料，利用外部光源，搅拌方式也有机械搅拌、气升、鼓泡等，其特点是在有限的占地面积内实现较高的培养体积，这对于利用现有的发酵技术培养微藻具有重要意义。

对于发酵罐式光反应器来说，一般光照面积与体积比较小，如何在不影响其他性能的情况下提高光照面积与体积比是目前需要解决的主要问题。

管状照片简历反应堆

管状光反应器利用透明管道，借助外部光照条件在工厂中培养藻类。

管式光反应器的设计与操作理论最早由Prit等人提出，后来被许多人研究和应用，发展成为垂直管式、倾斜可调管式、水平管式等多种形式。

车牌照片简历反应堆

平板光生物反应器主要采用透明玻璃或有机玻璃板制成，根据太阳光强度及入射方向的变化，可以调整最合适的光照方向，增加透光率，并可以通过调整不同的反应器厚度来保持光照。较短的光路保证有效液层充分受光，搅拌强度也可调整，容易实现高密度培养。

反应器主要由光源、循环装置、板式反应器、温控系统、培养基及二氧化碳供给系统组成。

反应器采用太阳光或卤素灯，通过调节光源与反应器的距离或光辐射的入射方向来控制光照强度，反应器内的搅拌系统包括气升式搅拌、底部鼓泡搅拌或机械搅拌。

  概括

上述几种反应器中，透明反应器一般采用外部照明，反应器内部结构比较简单，反应器直径较小；若采用发酵罐类型，反应器体积较小，具有一定的局限性。

内部光照除了保证光照强度满足微藻生长需要外，还必须考虑反应器高温灭菌、密封要求、搅拌要求、散热等影响。光源的安装、防护、透光性要求较高。目前广泛使用的光源，如太阳光、金卤灯、冷白炽灯等，都存在很多缺点。为提高光能转化率，选择光照强度高、光谱窄、节能、可靠的光源具有重要意义。

  前景

封闭式光生物反应器相对于开放式光生物反应器具有独特的优势，其在微藻培养商业规模上的成功取决于其生产成本。

现代科技日新月异，各种新材料、新型高效光源的出现和使用，加上基础理论研究的深入，必将使得封闭式光生物反应器的技术更加成熟、生产成本不断下降，从而能够更好地运用到工业生产中。

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