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1、光生物反應(yīng)器,應(yīng)用對(duì)象：,,光生物反應(yīng)器,,封閉式,開放式：跑道池,,柱式,平板式,管道式,微藻,,微藻的研究和應(yīng)用 1、上世紀(jì)40年代，德國(guó)人試驗(yàn)用硅藻生產(chǎn)可做燃料的脂類； 2、50年代至70年代, 許多國(guó)家開展小球藻、柵藻、新月藻、螺旋藻等微藻的培養(yǎng)與開發(fā)研究, 主要用作魚、蝦、貝、蟹育苗中的餌料和生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白。 3、80年代后人們逐漸認(rèn)識(shí)到微藻在進(jìn)化上的多源性、遺傳的多樣性, 藻細(xì)胞中有一些特殊的次級(jí)代謝物, 而且可以利用其生長(zhǎng)繁殖迅速、光能轉(zhuǎn)換率高、對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、易于遺傳改良的特點(diǎn)進(jìn)行大規(guī)模培養(yǎng), 微藻在各領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用價(jià)值成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。,這里的主要介紹兩種微藻,螺旋藻 其營(yíng)
2、養(yǎng)豐富, 蛋白質(zhì)含量可占干重的60%70%, 細(xì)胞內(nèi)富含氨基酸、維生素、胡蘿卜素、微量元素、小分子多糖、糖蛋白、不飽和脂肪酸等多種生物活性物質(zhì), 且營(yíng)養(yǎng)成分含量十分均衡、合理, 因此螺旋藻長(zhǎng)期被作為功能性保健食品和飼料添加劑使用。另外由于螺旋藻細(xì)胞具有使蛋白質(zhì)高效表達(dá)的機(jī)制, 且能容受高濃度的單一蛋白, 對(duì)外源蛋白容受力高, 培養(yǎng)條件簡(jiǎn)單, 繁殖快, 成本低等優(yōu)點(diǎn), 使其成為極具開發(fā)潛力的生物反應(yīng)器。,,,鈍頂螺旋藻培養(yǎng)條件處于最佳水平 時(shí)最終培養(yǎng)產(chǎn)率為,平板式光生物反應(yīng)器更能保持相對(duì)高的透光性,從而保證細(xì)胞能夠有效地進(jìn)行光合作用,有利于藻細(xì)胞密度的提高.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于控制價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)減少占地
3、提高空間利用率,平板式光生物反應(yīng)器具有光徑小、A/V（采光面積/體積）比高和L/D（光/暗循環(huán)時(shí)間）低的特點(diǎn),以獲得高的培養(yǎng)效率,而且由于該光生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,可以很容易根據(jù)需要進(jìn)行無(wú)限性地放大,適合微藻的工業(yè)化大規(guī)模培養(yǎng).,,,,纖細(xì)角毛藻當(dāng)通氣速率為15L/min時(shí),培養(yǎng)密度和生長(zhǎng)速率分別達(dá)到了 和,,,柱狀內(nèi)環(huán)流氣升式光生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為:整體為玻璃-不銹鋼結(jié)構(gòu),耐酸和堿的腐蝕、可全方位接受光照,具有pH、溫度和溶解氧自動(dòng)調(diào)節(jié)、監(jiān)控和記錄的功能; 可進(jìn)行完全滅菌,實(shí)現(xiàn)藻體的純培養(yǎng).反應(yīng)裝置簡(jiǎn)圖,實(shí)際圖,,管道式光生物反應(yīng)器一般采用透明的直徑較小的硬質(zhì)塑料或玻璃有機(jī)玻璃管彎曲成
4、不同形狀利用透明的管道借助外部光源進(jìn)行工廠化藻類繁殖生產(chǎn) 由于密封的管道系統(tǒng)易與其他加工設(shè)備配套 可用泵將管道內(nèi)生長(zhǎng)到一定生物量的藻體傳遞到下道工序 整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。,,敞開式光生物反應(yīng)器是目前國(guó)內(nèi)外微藻大規(guī)模培養(yǎng)中應(yīng)用最多的培養(yǎng)系統(tǒng)，典型代表就是敞開式跑道池。雖然敞開式跑道池存在培養(yǎng)效率低及易受污染等問(wèn)題，但從目前而言，其造價(jià)便宜、操作簡(jiǎn)單、 運(yùn)行成本低且易于放大，適合 于能源微藻大規(guī)模、低成本藻 體的生產(chǎn)。 敞開式跑道池通常為環(huán)形 結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)液深度15一30cm， 具有兩個(gè)或者多個(gè)循環(huán)水道， 依靠蹼輪攪拌以促進(jìn)培養(yǎng)液混 合。敞開式跑道池于20世紀(jì)60 年代開始應(yīng)用至今，主體結(jié)構(gòu) 幾乎
5、沒(méi)有變化，幾十年來(lái)國(guó)內(nèi) 外對(duì)其所開展的研究工作甚少。,但開放式培養(yǎng)過(guò)程受光照、溫度等自然環(huán)境影響較大, 并且易被真菌、原生動(dòng)物和其他藻種污染, 同時(shí)水分蒸發(fā)嚴(yán)重, 二氧化碳供給不足, 這些因素都將導(dǎo)致藻細(xì)胞培養(yǎng)密度偏低、采收成本較高。能適應(yīng)大池培養(yǎng)的微藻藻種必須是在極端環(huán)境下能快速生長(zhǎng)的藻種, 然而能滿足這些條件的藻種目前并不是太多, 有許多嘗試改進(jìn)該系統(tǒng), 但還是只能用于螺旋藻、小球藻及鹽藻等少數(shù)能耐受極端環(huán)境的微藻培養(yǎng)。所以我們選取了螺旋藻作為我們研究的對(duì)象。,最佳光強(qiáng)因培養(yǎng)密度和培養(yǎng)條件而異，當(dāng)培養(yǎng)密度較低時(shí)，最佳光強(qiáng)在7500Lx左右，而當(dāng)培養(yǎng)密度很高時(shí)，螺旋藻甚至可以忍受高達(dá)9780
6、0Lx左右的光強(qiáng)。但是，由于在液體中光強(qiáng)迅速衰減，在一般的養(yǎng)殖條件下，太陽(yáng)光只能穿透幾厘米深的培養(yǎng)液，無(wú)法深入到培養(yǎng)液的內(nèi)部，在培養(yǎng)液內(nèi)部的螺旋藻都普遍存在著光強(qiáng)不足的缺陷，在高密度養(yǎng)殖的條件下，這個(gè)問(wèn)題尤為突出。所以我們就設(shè)計(jì)了一種裝置，來(lái)改善這種情況。,圖1 拋物面型導(dǎo)光槽示意圖,圖2 傾斜面型導(dǎo)光槽示意圖,圖3 垂直型導(dǎo)光槽示意圖,圖4 導(dǎo)光槽導(dǎo)光模擬計(jì)算效果圖,根據(jù)計(jì)算機(jī)的模擬計(jì)算結(jié)果，3種形狀的導(dǎo)光槽可以成功地把太陽(yáng)光反射到槽底，如圖4所示。從圖中可以看出，若出光口寬度相等，拋物面型導(dǎo)光槽的導(dǎo)光效果最好，而垂直面型的導(dǎo)光效果最差。當(dāng)然可以預(yù)見(jiàn)的是，如把這些導(dǎo)光槽加長(zhǎng)，放入螺旋藻的培養(yǎng)液中，將使培養(yǎng)液內(nèi)部的光強(qiáng)條件得到很好的改善。,圖5 拋物面型導(dǎo)光槽垂直地面時(shí)槽底與水平地面上的光強(qiáng)對(duì)比圖,發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)一天的測(cè)試，盡管有槽壁的遮陰，拋物面型的導(dǎo)光槽內(nèi)底部的光強(qiáng)可以經(jīng)常性的高于槽外水平面上的光強(qiáng)。尤其是當(dāng)導(dǎo)光槽與水平面垂直放置的時(shí)候，這種現(xiàn)象更是明顯。當(dāng)水平面的太陽(yáng)輻射光強(qiáng)在100000130000lx范圍左右時(shí)，到達(dá)槽底的光強(qiáng)竟然高達(dá)130000170000lx左右。 這就說(shuō)明這樣的改善是有效的。,,,THINK YOU,
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