海洋微藻的工业化培养

海洋生物技术

第八章细胞培养技术生物化工学院兰欣第八章

细胞培养技术工作任务（一）海洋微藻的工业化培养工作任务

（二）海洋动物细胞培养

微藻中含有多种生物活性物质，而微藻具有生长速度快、繁殖周期短、可塑性强、对营养素要求简单等特点，通过培养微藻而获得生物活性物质是目前国内外的一个研究和开发的热点。但传统的培养方法成本高，且难以保证稳定地大量供应，很多研究者在致力于微藻的大规模高效培养的研究，利用生物反应器培养微藻是当前的一个前沿领域。工作任务（一）海洋微藻的工业化培养A.封闭式光生物反应器:通过吸收光能进行光合作用而进行生长发育的微藻被称为自养微藻。限制自养微藻生长的一个最主要因子是提高光能的利用率，利用封闭式光生物反应器，可提高养殖表面积与水体的比例，以提高对光能的利用率，提高生产效率。B.异养微藻的发酵法培养:有些微藻具有异养的特性，即可以直接利用糖类、脂类、蛋白质水解物、有机酸或其他形式的有机化合物以获取它们所需的能量和碳源而不需要通过光合作用就能生长。有些自养生长的微藻也能进行异养生长，称之为兼养;也有些自养微藻通过诱导会产生异养生长的能力。人们可以利用这些异养或兼养的特性，采取像酵母和细菌发酵一样的方法来培养微藻。微藻培养反应器微藻中蛋白质含量高，且富含各种维生素，多不饱和脂肪酸、生物多糖、矿物质等，具有抗肿瘤、防治心血管疾病等生理活性。螺旋藻(Spirulina)小球藻(Chlorella)杜氏藻(Dunaliella)微藻主要种类及活性成分微藻培养反应器微藻生物技术的优点：（1）光能利用率高；（2）生物量易于收获、加工和利用；（3）能产生高浓度、有价值的产物；（4）细胞分裂周期短。微藻大规模培养的特点：（1）需要足够的光照；（2）需要供应大量的CO2和排放大量的O2；（3）混合均匀，防止细胞沉降，且使细胞受光均匀；（4）微藻的培养基多采用海水配制，除淡水藻外。微藻培养反应器微藻培养反应器应有条件：（1）足够的光照；（2）合适的温度；（3）合适的无机碳源及其他无机营养物质；（4）合适的pH；（5）充分混合；（6）避免污染；（7）氧的析出或供应；微藻培养反应器

微藻培养反应器类型

1

敞开式培养反应器

优点：成本低、建造容易、操作简单、易于生产。缺点：培养效率低、培养条件无法控制、易受污染、水分易蒸发、光能利用率低。微藻培养反应器微藻培养反应器类型2

密闭式培养反应器

优点：培养效率高、培养条件易于控制、污染少、生产周期延长、适用于所有藻类的培养。微藻培养反应器微藻培养反应器类型

2

密闭式培养反应器

开发密闭式微藻光培养反应器依据的原则：

（1）高光照比表面积；（2）较高的气体交换效率；（3）适合的循环方式；（4）改善光的传播途径、分配和质量；（5）防治有害次生代谢的积累；（6）较易实现培养条件的优化；（7）尽量降低生产成本。SosaTexcoco/SpirulinaMexicananearMexicoCity

微藻培养反应器微藻培养反应器微藻培养反应器类型

3管道式光培养反应器微藻培养反应器管道式光培养反应器管道式光培养反应器微藻培养反应器类型

4圆筒形光培养反应器

这种反应器的光照表面积与体积之比不高，对土地的利用率不高，培养体积也有限。微藻培养反应器类型5箱式光培养反应器

使用这种多级反应器连续培养技术有以下优点：

①在稀释率相同的情况下有更高的产物浓度。②稳定性更好。

③相对于底物浓度而言有更高的生物量产率。

④减少或消除了底物和／或产物的抑制效应。

该反应器的缺点在于：

光照表面积与体积之比不高；由于静水压大，单个反应器的培养体积有限。微藻培养反应器类型6浅层溢流光培养反应器

该反应器的光照表面积与体积之比大，对光能的利用率高。其设计也使平面型的培养向空间发展，占地面积小，随着内部隔板层数的增加，这种优势更加明显。该反应器采用溢流喷射装置对藻液进行搅拌和通气，气液混合均匀，简化了流程和设备，具有很好的应用前景。

微藻培养反应器微藻培养反应器类型

6浅层溢流光培养反应器7新型藻类生物反应器这类生物反应器主要由主筒、导流筒和通气管构成。导流筒直接落底,其上开设有溢流孔和同流口;通气管由反应器顶部插到底部;导流筒顶盖上还设有排气管口。结构简单,内部设备简化至最低,清洗方便,适合藻类的培育,且造价低廉,实用化程度高,可以继续放大,并可用于海藻细胞工程育苗、微藻藻种生产和大量培养、基因工程