万
方数据
２００７年第２７卷第５期水利渔业
（总第１５３期）
－７・
水池培养微藻也是一种生物反应器技术，但其效率比较
低。研究较多的是利用封闭的光生物反应器来培养微藻，但这项技术目前还未达到大规模实用化的阶段。有些海洋异养微藻可以通过发酵进行培养，这也是一种生物反应器技术。美国有公司利用发酵法培养异养微藻，生产ＥＰＡ和ＤＨＡ，已经达到工业化生产的阶段”ｏ。随着研究的继续深入，ＥＰＡ和ＤＨＡ新的生理功效及作用机理将不断被发现和揭示；然而，短缺的ＰＵＦＡ生物资源却始终制约着ＥＰＡ和ＤＨＡ的广泛应用，积极寻找廉价的ＤＨＡ和ＥＰＡ生物资源已成为一种迫切要求。国外较早开展了ＰｕＦＡ生物资源开发和利用的研究工作，发现海洋徽藻具有大规模生产ＰｕＦＡ的潜力，并取得了不少成就”Ｊ。
利用海洋微藻生产多不饱和脂肪酸的研究始于２０世纪舳年代初期，并且多以自养微藻生产ＤＨＡ和ＥＰＡ为主，其中的三角褐紫藻、紫球藻、盐生微小绿藻、球等鞭金藻、硅藻等当时被认为最有可能实现微藻产业化，但其结果并不尽人意”１。开放大池培养微藻存在极低的产量和难以对一些高纯度、高价值的产品进行纯种培养的缺陷，使其在推广微藻大规模培养上受到诸多因素的限制。培养过程受光照、温度等自然环境影响较大，并且易被真菌、原生动物和其它杂藻污染，同时水分蒸发严重，二氧化碳供给不足ｏ“。这峰因素最终都将导致细胞培养密度偏低，ＰｕＦＡ含量不高，使得采收成本过高。因此，人们又设计出密闭光生物反应器，基本上可以解决上述问题，并通过控制培养液浓度实现了连续培养。现在的光生物反应器已经发展为柱式光照发酵罐、管式及板式恒化反应器以及可实现培养条件计算机在线控制的光纤式光生物反应器等多种类型。
利用密闭式光生物反应器培养微藻，能减少污染发生，可提高产量６０％一３００％，同时还可以降低收获成本。然而，密闭式利用光生物反应器依然存在着许多不足”ｏ，例如培养后期由于细胞浓度的升高，限制光的穿透，降低了光照效率；在培养过程中由于水压增加，使细胞受到损伤；利用海洋微藻生产多不饱和脂肪酸反应器内容易累积氧气，降低脂肪酸的去饱和程度；反应器和生物传感器上易发生附着，这种培养技术成本也较高。因此制约微藻工业化生产的发展。
为了解决高效廉价这个困扰微藻产业多年的封闭式光生物反应器的设备难题，一种新型结构的封闭式光生
物反应器——“膜式气袋内光源太阳能光生物反应器”应
运而生，它具有结构简单、造价低廉、运行可靠、适应性强、单位体积培养液受光面积大、微藻产量高且质量好等优点；并且可以调整光质，从而达到微藻产品成份的定向培养。所以非常适合于微藻生物资源的大规模开发应用，有极大的开发潜力”’。
利用膜式气袋内光源太阳能光生物反应器设备及配套技术，处理有机废水及工厂排人的二氧化碳废气，可以在治理环境污染的同时，生产出具有很高经济价值的微藻及深加工附加值高的新型生物医学产品、功能性食品、动物免疫抗病饲料添加剂、高生物效价的人类及动物食品蛋白源等。同时，还可以利用工厂排放的二氧化碳废
万
方数据气为原料，廉价地通过光合作用对二氧化碳进行再生，开发燃料油、燃料气等微藻绿色再生能源产品．获取新能源。同时，膜式气袋内光源太阳能光生物反应器相配套的微藻养殖技术及微藻干燥技术也正在研究中。这项新型的干燥技术可解决因微藻产品干燥成本过高而制约微藻产品普及应用的瓶颈。可以大幅度降低微藻的生产成本，并且由于采用了低能耗的低温干燥技术，还可以最大限度地保护微藻所含的生命活性物质，提高产品质量和产品价值。
气升式光生物反应器是另一种封闭式高效光生物反应器。与高等植物一样，藻类靠太阳光能进行光合作用，利用水和二氧化碳合成有机物，同时放出氧气。它的代谢类型与微生物发酵有重要区别。作为一类光生物反应器（ｐｈ０１０ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ）的藻类生物反应器，光能利用和无机碳源供应是设计中应重点考虑的问题。在发酵罐设计
中，要充分保证氧气的供应和有效传递，以满足微生物代
谢和生长的需要。相反，藻类生物反应器要防止溶解氧过饱和，因为氧气过多会抑制Ｒｕｂｉｓ∞的活性，使光合作用的效率降低。气升式生物反应器是根据藻类的生物学特性，以实用化和无人值守下长期运转为目标进行选型和设计的“…。这是一种新型的外照光、内循环、正向导流、通气管下行式的光生物反应器。由反应器主体、光照系统、三参数（温度、ｐＨ、溶解氧）或单参数检测系统组成，也可根据需要灵活组合。二氧化碳配气装置可配制不同浓度的二氧化碳，以便为反应器中的藻类提供无机碳，以满足其光合作用的需要。该类型藻类生物反应器已用于螺旋藻生产厂藻种、水产育苗的饵料微藻的大量培养、藻类高值化产品生产和大型海藻细胞工程育苗等方面，均已获预期的良好效果”“。
根据实际应用结果，并与其它各类光生物反应器比
较，这种气升式反应器的优点是：①造价低、易操作、实用性强，可在无人值守条件下长期运转；②占地面积小，光
能利用效率和产量高；③结构简洁，可防止藻类附壁、缠绕和形成死角，有利于长期培养；④搅拌装置湍动温和均匀，剪切力小，不损伤藻类，循环速度高并形成湍流，提高光能利用效率，可实现高密度培养；⑤培养液无氧饱和。温度不会异常升高，不需要附加脱氧装置，不需要采用附加的降温装置和措施。
中国科学院工程研究所集多年研究反应器的丰富经验，研制了系列新型气体提升式光生物反应器。该反应器气液中混合充分、剪切力低、传质性能好；同时，该反应器结构简单、性能稳定、易于放大，面板式设计使操作更简便，可广泛应用于藻类及其它光台生物细胞的悬浮培养““。目前已经完成２Ｌ和２０Ｌ光照反应器，２Ｌ光生物反应器广泛应用于实验室的微藻、大藻和植物细胞的培养研究，便于摸索培养工艺、条件实验、考察多因子的影响规律。考虑研究工作的需要，该光生物反应器设计了光照定时控制和光强调节系统，可满足不同培养体系对光照条件的要求。培养过程中的温度、ｐＨ、溶氧可以实现在线控制，设置了多路供气系统。
２０
Ｌ光生物反应器主要用于微藻、大藻和植物细胞
万
方数据
微藻生物反应器的研究进展
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
孟春晓， 高政权， MENG Chun-xiao， GAO Zheng-quan山东理工大学生命科学学院,山东,淄博,255049水利渔业
RESERVOIR FISHERIES2007，27(5)0次
参考文献(16条)
1.李峭菊 微藻在食品、化工及能源方面的应用 1996(05)
2.张建民.刘新宁 可利用微藻的种类及其应用前景[期刊论文]-资源开发与市场 2005(01)3.刘晶璘.张嗣良 封闭式光生物反应器研究进展[期刊论文]-生物工程学报 2000(02)
4.吴忠兴.庄惠如.陈坚 利用微藻培养生产DHA的研究进[期刊论文]-江西农业大学学报(自然科学版) 2002(05)5.温少红 海洋微生物DHA研究概况[期刊论文]-中国海洋药物 2002(01)
6.胡爱军.丘泰球.梁汉华 利用海藻生产EPA和DHA[期刊论文]-中国油脂 2001(04)
7.古绍彬.虞龙.向砥 利用海洋微藻生产DHA和EPA的研究现状及前景[期刊论文]-中国水产科学 2001(03)8.王长海.鞠宝.董言梓 光生物反应器及其研究进展 1998(06)
9.Grima E M.Sanchez J A.Garcia D Outdoor culture of Isochrysis galbana ALII-4 in a closed tubularphotobioreactor 1994(02)
10.康瑞娟.蔡昭铃.施定基 用于微藻培养的气升式光生物反应器[期刊论文]-化学反应工程与工艺 2001(01)11.Pirt S J.Lee Y K.Walach M A tubular bioreactor for photosynthetic production of biomass fromcarbon dioxide:Design and performance 1983
12.孙卫明.麦康森.孙世春 气升式管状生物光反应器的设计与培养条件优化[期刊论文]-齐鲁渔业 2001(03)13.张栩.戢涌骋.周百成 气升式藻类光生物反应器的应用研究[期刊论文]-海洋科学 2000(05)14.许波.王长海 微藻的平板式光生物反应器高密度培养[期刊论文]-食品与发酵工业 2002(01)15.王义琴.尹良宏.王鹏 小球藻的分子生物学研究进展[期刊论文]-遗传 2004(03)16.孙勇如 小球藻--新型的生物反应器 2004(10)
相似文献(10条)
1.学位论文 马冬冬 基于微藻的光-膜组合式生物反应器处理海水养殖业废水 2005
近年来，海水养殖业的迅猛发展给我国近岸海域环境带来了严重的负面影响。由于海水养殖业废水排放标准尚未颁布，养殖废水大多未经处理而直接排入海中。海水养殖业废水具有排放量大、氮磷营养盐丰富的特点，直接排放极易造成海域富营养化。目前，尚没有成熟的处理技术能高效去除海水养殖业废水中氮磷营养盐。本研究在综述国内外海水养殖业废水处理技术现状的基础上，提出利用海洋微藻吸收营养盐以达到净化养殖业废水的目的。 在温度为25～28℃时，比较了亚心形扁藻(Platymonassubcordiformis)、青岛大扁藻
(PlatymonashelgolandicaVar.tsingtaoensisTsengetT.J.Chang)、盐藻(Dunaliellasp.)、微绿球藻(NannochloropsisOculata)、小球藻
(ChlorellaMarine)、三角褐指藻(PhaeodactylumTricornutum)、新月菱形藻(NitzschiaClosterium)、牟氏角毛藻(ChaetocerosMuelleri)、中肋骨条藻(Skeletonemacostatum)、等鞭金藻3011(IsochrysisgalbanaParke)、湛江等鞭藻(Isochrysiszhanjiangnsis)、绿色巴夫藻(Pavlovaviridis)等12种常见微藻在人工配制的海水养殖业废水中的生长情况及其对4种营养盐的吸收能力。研究发现：除了新月菱形藻和三角褐指藻因对温度不适应而大量死亡外，其余10种微藻的细胞密度在6d培养期间都有不同程度的增长。对废水中PO43--P去除率最高的5种微藻依次为：亚心形扁藻、小球藻、牟氏角毛藻、绿色巴夫藻、湛江等鞭藻；对废水中NH4+-N去除率最高的5种微藻依次为：亚心形扁藻、青岛大扁藻、牟氏角毛藻、等鞭金藻、小球藻。由于海水养殖业废水中的营养盐以无机磷(PO43--P)和氨氮(NH4+-N)为主，为了能够同时有效地去除这两种污染物，设计基于微藻的废水处理工艺时，应选择亚心形扁藻、小球藻或牟氏角毛藻作为材料。同时发现，微藻对三种不同形态无机氮的吸收具有选择性，其中NH4+-N的吸收程度最大，这对于以去除氨氮为主要目标的养殖业废水净化十分有利。微藻生长过程中吸收CO2会引起水环境的pH值升高而抑制其自身生长。因此，将微藻实际应用于废水处理时应注意补充CO2，控制pH值在最适范围，以保证废水净化效果的稳定。
将亚心形扁藻引入生物反应器处理工艺中，构建了一台光—膜组合式生物反应器，主要由反应器主体、循环系统、光照系统、控温装置、CO2供料系统、膜分离系统、pH值监测装置等单元组成。通过研究光在藻液中的衰减规律以及入射光强与平均光强的关系，确定反应器中适于微藻生长的最适入射光强为267μE·(M2·S)-1。通气量为80L·h-1时，可以保证反应器内液体混合均匀。在CO2的混合比为1％的情况下，可获得并保持高密度的微藻生物量(藻密度达到2.51×107cells·ml-1，单位体积细胞干重为5.25g·L-1)。反应器中的聚砜中空纤维超滤膜组件具有良好的分离性能。膜分离系统最佳运行参数：浓水流量50L·h-1，透水率降幅为8％时进行清洗。
在上述最佳工艺条件下，以南美白对虾(PenausVannamei)养殖废水(无机氮平均浓度1.24mg·L-1，无机磷平均浓度0.558mg·L-1)为处理对象，研究了光—膜组合式生物反应器对废水中氮磷营养盐的去除效果。对于间歇运行方式，废水处理2h后，无机氮和无机磷的去除率分别达到85.0％和
96.3％，出水的无机氮浓度为0.16mg·L-1，无机磷浓度为0.0218mg·L-1，分别达到《海水水质标准》Ⅰ类(0.15mg·L-1)和Ⅱ类(0.030mg·L-1)水质要
求。根据反应器间歇式运行的处理效果，确定连续运行方式的HRT为2h(日处理能力为120L/d)。在反应器连续运行期间，废水中无机氮和无机磷的去除率分别达到83.0％和95.8％，出水的无机氮浓度为0.21mg·L-1，无机磷浓度为0.0213mg·L-1，均达到《海水水质标准》Ⅱ类水质要求。两种运行方式对氮磷营养盐的去除能力差别不大，处理前后废水pH值变化亦不大，说明间歇式和连续式处理工艺用于处理海水养殖业废水都可取得较好的效果，对于实现海水养殖业废水的循环利用具有重要意义。
2.期刊论文 刘红涛.鲁照明.侯桂琴.李慎柯.王建民.薛乐勋.LIU Hongtao.LU Zhaoming.HOU Guiqin.LI Shenke.WANG Jianmin.XUE Lexun 转基因微藻作为新型生物反应器的研究进展 -海洋通报2006,25(1)
转基因微藻作为生物反应器生产生物活性物质已成为基因工程研究的热点之一.目前以转基因微藻作为生物反应器的技术并不十分成熟,然而许多科研人员及生物医药公司将微藻作为新型生物反应器生产有用的外源蛋白.本文对微藻生物反应器构建中的有效核转化方法的建立、转基因微藻中所用的启动子、筛选标记、稳定表达等问题进行了综述,同时介绍了目前转化成功的以及未来可能转化成功的有潜在应用价值的微藻.
3.期刊论文 郑洪立.张齐.马小琛.纪晓俊.金平.黄和.ZHENG Hong-li.ZHANG Qi.MA Xiao-chen.JI Xiao-jun.JINPing.HUANG He 产生物柴油微藻培养研究进展 -中国生物工程杂志2009,29(3)
石油的大量使用会导致能源枯竭和温室气体(CO2)排放的增加.为了实现经济和环境的和谐发展,必须使用可再生能源代替石油.可再生能源使用后不会造成温室气体排放的增加.生物柴油是一种理想的可再生能源,能满足以上要求,所以近年来得到迅速发展.微藻是一种主要利用太阳能固定CO2,生成制备生物柴油所需油脂的藻类.因此以微藻油脂为原料转化成的生物柴油是石油理想的替代品.简要介绍了产油微藻的种类和微藻油脂的合成,较详细地阐述了微藻自养培养、异养培养、生物反应器、工程微藻的最新研究进展,并初步展望了微藻产油研究的未来发展方向.
4.期刊论文 杜旭东.王明华.邹玲 藻类光合生物反应器 -烟台教育学院学报2003,9(1)
藻类光合生物反应器有两种类型,一类是开放式,一类是封闭式.开放式光合生物反应器以开放式跑道池为主,它从上世纪60-70年代开始被美国、以色列等国家应用于工业污水的处理;70-80年代在中国、美国、日本等国应用于保健品的生产.封闭式光合生物反应器的种类很多,有管状、板状、筒状等.封闭式光合生物反应器的研究开发,应用于大型海藻养殖产业,将为大型海藻的细胞工程育苗技术的研究和产业化提供必备的条件;应用于微藻产业,使微藻大规模培养、微藻生物活性物质的开发与生产、生物再利用能源的研究与生产、生物单细胞蛋白的生产、海洋生物制药、生物天然食品色素的开发利用得以广泛进行.
5.会议论文 裴鲁青.徐善良.骆其君.陈烨.徐志标 第四节新型"联体式微藻连续培养光生物反应器"和"动物型生物反应器"的设计与研制
本文成功地设计开发了新型“联体式微藻连续培养光生物反应器”和“动物型生物反应器”，并在几年的科研和生产中得到实际应用，节能增效显著，推广前景广阔。
6.学位论文 刘海 基于485网络的嵌入式光生物反应器系统的研究与实现 2007
随着传感器技术和计算机技术的发展，现代光生物反应器已是集生物技术、空气动力学技术、制造技术、计算机技术和传感器技术等各门学科为一体的边缘学科，其功能愈来愈趋向于多样化，控制也愈来愈趋向于自动化和智能化。
饵料微藻的大规模工厂化养殖，需要使上百台光生物反应器控制系统能够同时协调进行高密度培养，并且根据任务量来具体安排各个光生物反应的工作模式和培养指标和量产值，本文基于集散理论建立了整个系统的体系结构。整个系统分为三个层次：最低层是现场检测控制系统，第二层是网络层，最高层是管理层。
文章第三章讨论了现场检测控制系统中的一些关键技术以及对主要环境参数监测控制建模方法进行了研究。首先，从系统物理过程的详细分析入手，提出一种实用而且简便有效的面向控制的建模方法，从而为控制服务。其次，本文提出了一种基于模糊神经网络模型的pH检测控制算法，并且通过试验证明这种方法基本上能够克服pH过程的纯滞后一阶惯性的影响，在测量精度要求比较高的情况下，能够有效地完成控制任务。再次，设计了一种基于AD590的多点温度测控系统，其中研究了从硬件上对温度传感器AD590进行线型化处理、从软件上对AD590进行温度标定以及采用PID算法控制温度等，并成功解决了本项目的现场环境测温精度及温度控制问题。最后，通过大量的实验取得了光照强度与微藻生长速率之间关系的实验参数，并提出了用于光照检测的“多点光源单点检测”算法，成功实现了微藻培养过程中的光照控制。
文章比较几种常用的工业总线方式并结合微藻大规模工厂化培养过程中现场检测控制设备多而分散与集中管理需求的实际特点，最终采用了485总线方式构建多光生物反应器集散控制系统结构，使得系统具有良好的可靠性和扩展性。
最后，文章详细研究了管理中心的一些关键技术，如数据融合技术、GPRS通讯技术、移动数据库技术等。其中通过对多组样本数据进行实验分析，结果证明采用模糊积分来融合多源数据并配上专家知识推理，能够实时调整可控运行参数的值，从而显著提高了系统的智能度。
总之，整个系统采用“控制分散，数据集中，管理集中”的思想，结构上具有较强的分散功能，各个局部系统都能独立工作，各个局部系统之间的信息通过RS-485总线进行通信；在控制系统的功能上，表现出递阶控制的设计思想。
7.期刊论文 刘玉环.阮榕生.孔庆学.刘成梅.罗洁.虞飞.LIU Yu-huan.Roger RUAN.KONG Qing-xue.LIU Cheng-mei.LUO Jie.YU Fei 利用市政废水和火电厂烟道气大规模培养高油微藻 -生物加工过程2008,6(3)
对高含油量微藻(Scenedesmus dimorphus)培养的生物反应器进行了比较,阐述了市政废水净化处理和火电厂烟道废气利用,研究了S.dimorphus微藻在2种不同的光生物反应器中的生长特性、其移除废水中N.P养分能力及其CO2消耗情况.研究结果表明:S.dimorphus微藻的生长受pH、通气速率、搅拌情况和光照条件等的影响.当通气速率(空气)为6 L/min, S.dimorphus的生长速率达到高峰.通入体积分数33.3% CO2和体积分数 66.7% 空气比通入正常空气或通入比其含有更多CO2的空气更有利于微藻的生长.获得最大微藻生长速率的pH上限是7.5.螺旋状生物反应器比锥型瓶生物反应器更有利于微藻的生长,这主要归功于前者有更高的光利用效率和搅拌效果的改善.S.dimorphus 微藻能利用市政废水中的养分从而移出其中的N.P养分.在6 d的培养中,培养液中的N换算成NO-3从8.3 mg/L下降到3.6 mg/L以下;而P换算成PO3-4则从0.24 mg/L下降到0.03 mg/L 以下.
8.学位论文 张国海 藻菌混合固定化培养及其在海水人工育苗中的应用研究 2009
近年来，高密度人工海水育苗产业发展迅速，但由于育苗环境的水质恶化及投饵方式不合理，导致种苗生产的死亡率很高和一些名特优养殖品种种苗市场价格居高不下。作为一种生物反应器，藻菌混合固定化应用于海水育苗具有制作简单、去污能力强、可避免二次污染及适于长期保存等优点。对于提高高密度海水育苗种苗成活率具有很高的应用价值。本研究选取一株优质海洋饵料微藻，并从海水益生菌制剂中分离出一株芽孢杆菌，应用微生物固定化技术进行藻菌混合固定化培养，以期构建低成本、便于推广的新型固定化藻菌生物反应器并应用于海水育苗。为进一步开发适于海水育苗用的新型水质调控剂与实用供饵新技术提供实验依据和有效方法。本研究的主要内容有： 1、从形态、生理生化和分子生物学方面对选用的海洋饵料微藻进行分类鉴定；
2、从海水益生菌制剂中分离出4株益生菌，通过与藻细胞共固定后生长效果的比较，选出一株适于混合固定化的菌株，并对其进行分子鉴定。 3、对藻菌共固定培养条件进行优化，获得的优化结果为；海藻酸钠的浓度为4％，藻的接种量为21.9889×107个细胞，菌的接种量为58.7676×108个细胞，氯化钙的浓度为1.2075％。
4、研究混合固定化对藻菌生长生理的影响，发现混合固定化胶球中的藻和菌的生长速率比单独固定化分别提高了18.8％和92.6％，藻和菌干重之和也大于单独固定化；运用免疫荧光标记技术和共聚焦激光扫描显微技术分析共固定胶球中藻、菌的时空分布及荧光特性，发现共固定胶球中，藻、菌落在各个区域都生长良好，藻落荧光强度也较高，表明混合固定化有利于藻和菌的生长：
5、把固定化胶球投放于西施舌和鲍鱼幼苗养殖水体，研究固定胶球对水中氨氮、亚硝酸氮含量的去除效果、对弧菌的抑制作用以及对幼苗成活率和生长的影响。结果表明，藻菌混合固定化用于西施舌幼虫养殖，8天后氨氮去除率为95.49％，亚硝酸氮去除率为94.27％，幼虫成活率提高了16％;用于西施舌幼贝的养殖，7天后氨氮去除率为64.89％，亚硝酸氮去除率为24.18％，幼贝成活率提高了35％，弧菌去除率为90％;用于鲍鱼幼贝养殖，7天后氨氮去除率为63.99％％，亚硝酸氮去除率为68.53％，幼贝成活率提高了60％，弧菌去除率为98.8％。这说明藻菌混合固定化在水产养殖中有很好的应用
前景。
9.期刊论文 李国平 利用微藻生产有用物质的研究现状与前景 -莆田学院学报2002,9(3)
简要综述从微藻中获取的有用物质及培养技术的研究现状,并展望其发展前景;认为利用现代生物技术采用生物反应器系统生产高价值的有用物质是微藻产业的发展方向.
10.期刊论文 秦松.邹立红.姜鹏.窦昌贵.Hiroyuki Kojima 应用基因重组微藻生产生物活性物质 -药物生物技术2001,8(4)
微藻是指进行光合自养的微型藻类,其种类繁多,代谢途径与生物活性物质也极具多样性,是理想的基因工程生物反应器.文章综述了微藻应用基因工程技术,开发生产高价值产品的国内外研究进展.
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_slyy200705002.aspx
授权使用：中国农业机械化科学研究院(wfnyjx)，授权号：f4e7ad93-c49b-43ff-9d0e-9e6201199a4c
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２００７年第２７卷第５期水利渔业
（总第１５３期）
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水池培养微藻也是一种生物反应器技术，但其效率比较
低。研究较多的是利用封闭的光生物反应器来培养微藻，但这项技术目前还未达到大规模实用化的阶段。有些海洋异养微藻可以通过发酵进行培养，这也是一种生物反应器技术。美国有公司利用发酵法培养异养微藻，生产ＥＰＡ和ＤＨＡ，已经达到工业化生产的阶段”ｏ。随着研究的继续深入，ＥＰＡ和ＤＨＡ新的生理功效及作用机理将不断被发现和揭示；然而，短缺的ＰＵＦＡ生物资源却始终制约着ＥＰＡ和ＤＨＡ的广泛应用，积极寻找廉价的ＤＨＡ和ＥＰＡ生物资源已成为一种迫切要求。国外较早开展了ＰｕＦＡ生物资源开发和利用的研究工作，发现海洋徽藻具有大规模生产ＰｕＦＡ的潜力，并取得了不少成就”Ｊ。
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万
方数据气为原料，廉价地通过光合作用对二氧化碳进行再生，开发燃料油、燃料气等微藻绿色再生能源产品．获取新能源。同时，膜式气袋内光源太阳能光生物反应器相配套的微藻养殖技术及微藻干燥技术也正在研究中。这项新型的干燥技术可解决因微藻产品干燥成本过高而制约微藻产品普及应用的瓶颈。可以大幅度降低微藻的生产成本，并且由于采用了低能耗的低温干燥技术，还可以最大限度地保护微藻所含的生命活性物质，提高产品质量和产品价值。
气升式光生物反应器是另一种封闭式高效光生物反应器。与高等植物一样，藻类靠太阳光能进行光合作用，利用水和二氧化碳合成有机物，同时放出氧气。它的代谢类型与微生物发酵有重要区别。作为一类光生物反应器（ｐｈ０１０ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ）的藻类生物反应器，光能利用和无机碳源供应是设计中应重点考虑的问题。在发酵罐设计
中，要充分保证氧气的供应和有效传递，以满足微生物代
谢和生长的需要。相反，藻类生物反应器要防止溶解氧过饱和，因为氧气过多会抑制Ｒｕｂｉｓ∞的活性，使光合作用的效率降低。气升式生物反应器是根据藻类的生物学特性，以实用化和无人值守下长期运转为目标进行选型和设计的“…。这是一种新型的外照光、内循环、正向导流、通气管下行式的光生物反应器。由反应器主体、光照系统、三参数（温度、ｐＨ、溶解氧）或单参数检测系统组成，也可根据需要灵活组合。二氧化碳配气装置可配制不同浓度的二氧化碳，以便为反应器中的藻类提供无机碳，以满足其光合作用的需要。该类型藻类生物反应器已用于螺旋藻生产厂藻种、水产育苗的饵料微藻的大量培养、藻类高值化产品生产和大型海藻细胞工程育苗等方面，均已获预期的良好效果”“。
根据实际应用结果，并与其它各类光生物反应器比
较，这种气升式反应器的优点是：①造价低、易操作、实用性强，可在无人值守条件下长期运转；②占地面积小，光
能利用效率和产量高；③结构简洁，可防止藻类附壁、缠绕和形成死角，有利于长期培养；④搅拌装置湍动温和均匀，剪切力小，不损伤藻类，循环速度高并形成湍流，提高光能利用效率，可实现高密度培养；⑤培养液无氧饱和。温度不会异常升高，不需要附加脱氧装置，不需要采用附加的降温装置和措施。
中国科学院工程研究所集多年研究反应器的丰富经验，研制了系列新型气体提升式光生物反应器。该反应器气液中混合充分、剪切力低、传质性能好；同时，该反应器结构简单、性能稳定、易于放大，面板式设计使操作更简便，可广泛应用于藻类及其它光台生物细胞的悬浮培养““。目前已经完成２Ｌ和２０Ｌ光照反应器，２Ｌ光生物反应器广泛应用于实验室的微藻、大藻和植物细胞的培养研究，便于摸索培养工艺、条件实验、考察多因子的影响规律。考虑研究工作的需要，该光生物反应器设计了光照定时控制和光强调节系统，可满足不同培养体系对光照条件的要求。培养过程中的温度、ｐＨ、溶氧可以实现在线控制，设置了多路供气系统。
２０
Ｌ光生物反应器主要用于微藻、大藻和植物细胞
万
方数据
微藻生物反应器的研究进展
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
孟春晓， 高政权， MENG Chun-xiao， GAO Zheng-quan山东理工大学生命科学学院,山东,淄博,255049水利渔业
RESERVOIR FISHERIES2007，27(5)0次
参考文献(16条)
1.李峭菊 微藻在食品、化工及能源方面的应用 1996(05)
2.张建民.刘新宁 可利用微藻的种类及其应用前景[期刊论文]-资源开发与市场 2005(01)3.刘晶璘.张嗣良 封闭式光生物反应器研究进展[期刊论文]-生物工程学报 2000(02)
4.吴忠兴.庄惠如.陈坚 利用微藻培养生产DHA的研究进[期刊论文]-江西农业大学学报(自然科学版) 2002(05)5.温少红 海洋微生物DHA研究概况[期刊论文]-中国海洋药物 2002(01)
6.胡爱军.丘泰球.梁汉华 利用海藻生产EPA和DHA[期刊论文]-中国油脂 2001(04)
7.古绍彬.虞龙.向砥 利用海洋微藻生产DHA和EPA的研究现状及前景[期刊论文]-中国水产科学 2001(03)8.王长海.鞠宝.董言梓 光生物反应器及其研究进展 1998(06)
9.Grima E M.Sanchez J A.Garcia D Outdoor culture of Isochrysis galbana ALII-4 in a closed tubularphotobioreactor 1994(02)
10.康瑞娟.蔡昭铃.施定基 用于微藻培养的气升式光生物反应器[期刊论文]-化学反应工程与工艺 2001(01)11.Pirt S J.Lee Y K.Walach M A tubular bioreactor for photosynthetic production of biomass fromcarbon dioxide:Design and performance 1983
12.孙卫明.麦康森.孙世春 气升式管状生物光反应器的设计与培养条件优化[期刊论文]-齐鲁渔业 2001(03)13.张栩.戢涌骋.周百成 气升式藻类光生物反应器的应用研究[期刊论文]-海洋科学 2000(05)14.许波.王长海 微藻的平板式光生物反应器高密度培养[期刊论文]-食品与发酵工业 2002(01)15.王义琴.尹良宏.王鹏 小球藻的分子生物学研究进展[期刊论文]-遗传 2004(03)16.孙勇如 小球藻--新型的生物反应器 2004(10)
相似文献(10条)
1.学位论文 马冬冬 基于微藻的光-膜组合式生物反应器处理海水养殖业废水 2005
近年来，海水养殖业的迅猛发展给我国近岸海域环境带来了严重的负面影响。由于海水养殖业废水排放标准尚未颁布，养殖废水大多未经处理而直接排入海中。海水养殖业废水具有排放量大、氮磷营养盐丰富的特点，直接排放极易造成海域富营养化。目前，尚没有成熟的处理技术能高效去除海水养殖业废水中氮磷营养盐。本研究在综述国内外海水养殖业废水处理技术现状的基础上，提出利用海洋微藻吸收营养盐以达到净化养殖业废水的目的。 在温度为25～28℃时，比较了亚心形扁藻(Platymonassubcordiformis)、青岛大扁藻
(PlatymonashelgolandicaVar.tsingtaoensisTsengetT.J.Chang)、盐藻(Dunaliellasp.)、微绿球藻(NannochloropsisOculata)、小球藻
(ChlorellaMarine)、三角褐指藻(PhaeodactylumTricornutum)、新月菱形藻(NitzschiaClosterium)、牟氏角毛藻(ChaetocerosMuelleri)、中肋骨条藻(Skeletonemacostatum)、等鞭金藻3011(IsochrysisgalbanaParke)、湛江等鞭藻(Isochrysiszhanjiangnsis)、绿色巴夫藻(Pavlovaviridis)等12种常见微藻在人工配制的海水养殖业废水中的生长情况及其对4种营养盐的吸收能力。研究发现：除了新月菱形藻和三角褐指藻因对温度不适应而大量死亡外，其余10种微藻的细胞密度在6d培养期间都有不同程度的增长。对废水中PO43--P去除率最高的5种微藻依次为：亚心形扁藻、小球藻、牟氏角毛藻、绿色巴夫藻、湛江等鞭藻；对废水中NH4+-N去除率最高的5种微藻依次为：亚心形扁藻、青岛大扁藻、牟氏角毛藻、等鞭金藻、小球藻。由于海水养殖业废水中的营养盐以无机磷(PO43--P)和氨氮(NH4+-N)为主，为了能够同时有效地去除这两种污染物，设计基于微藻的废水处理工艺时，应选择亚心形扁藻、小球藻或牟氏角毛藻作为材料。同时发现，微藻对三种不同形态无机氮的吸收具有选择性，其中NH4+-N的吸收程度最大，这对于以去除氨氮为主要目标的养殖业废水净化十分有利。微藻生长过程中吸收CO2会引起水环境的pH值升高而抑制其自身生长。因此，将微藻实际应用于废水处理时应注意补充CO2，控制pH值在最适范围，以保证废水净化效果的稳定。
将亚心形扁藻引入生物反应器处理工艺中，构建了一台光—膜组合式生物反应器，主要由反应器主体、循环系统、光照系统、控温装置、CO2供料系统、膜分离系统、pH值监测装置等单元组成。通过研究光在藻液中的衰减规律以及入射光强与平均光强的关系，确定反应器中适于微藻生长的最适入射光强为267μE·(M2·S)-1。通气量为80L·h-1时，可以保证反应器内液体混合均匀。在CO2的混合比为1％的情况下，可获得并保持高密度的微藻生物量(藻密度达到2.51×107cells·ml-1，单位体积细胞干重为5.25g·L-1)。反应器中的聚砜中空纤维超滤膜组件具有良好的分离性能。膜分离系统最佳运行参数：浓水流量50L·h-1，透水率降幅为8％时进行清洗。
在上述最佳工艺条件下，以南美白对虾(PenausVannamei)养殖废水(无机氮平均浓度1.24mg·L-1，无机磷平均浓度0.558mg·L-1)为处理对象，研究了光—膜组合式生物反应器对废水中氮磷营养盐的去除效果。对于间歇运行方式，废水处理2h后，无机氮和无机磷的去除率分别达到85.0％和
96.3％，出水的无机氮浓度为0.16mg·L-1，无机磷浓度为0.0218mg·L-1，分别达到《海水水质标准》Ⅰ类(0.15mg·L-1)和Ⅱ类(0.030mg·L-1)水质要
求。根据反应器间歇式运行的处理效果，确定连续运行方式的HRT为2h(日处理能力为120L/d)。在反应器连续运行期间，废水中无机氮和无机磷的去除率分别达到83.0％和95.8％，出水的无机氮浓度为0.21mg·L-1，无机磷浓度为0.0213mg·L-1，均达到《海水水质标准》Ⅱ类水质要求。两种运行方式对氮磷营养盐的去除能力差别不大，处理前后废水pH值变化亦不大，说明间歇式和连续式处理工艺用于处理海水养殖业废水都可取得较好的效果，对于实现海水养殖业废水的循环利用具有重要意义。
2.期刊论文 刘红涛.鲁照明.侯桂琴.李慎柯.王建民.薛乐勋.LIU Hongtao.LU Zhaoming.HOU Guiqin.LI Shenke.WANG Jianmin.XUE Lexun 转基因微藻作为新型生物反应器的研究进展 -海洋通报2006,25(1)
转基因微藻作为生物反应器生产生物活性物质已成为基因工程研究的热点之一.目前以转基因微藻作为生物反应器的技术并不十分成熟,然而许多科研人员及生物医药公司将微藻作为新型生物反应器生产有用的外源蛋白.本文对微藻生物反应器构建中的有效核转化方法的建立、转基因微藻中所用的启动子、筛选标记、稳定表达等问题进行了综述,同时介绍了目前转化成功的以及未来可能转化成功的有潜在应用价值的微藻.
3.期刊论文 郑洪立.张齐.马小琛.纪晓俊.金平.黄和.ZHENG Hong-li.ZHANG Qi.MA Xiao-chen.JI Xiao-jun.JINPing.HUANG He 产生物柴油微藻培养研究进展 -中国生物工程杂志2009,29(3)
石油的大量使用会导致能源枯竭和温室气体(CO2)排放的增加.为了实现经济和环境的和谐发展,必须使用可再生能源代替石油.可再生能源使用后不会造成温室气体排放的增加.生物柴油是一种理想的可再生能源,能满足以上要求,所以近年来得到迅速发展.微藻是一种主要利用太阳能固定CO2,生成制备生物柴油所需油脂的藻类.因此以微藻油脂为原料转化成的生物柴油是石油理想的替代品.简要介绍了产油微藻的种类和微藻油脂的合成,较详细地阐述了微藻自养培养、异养培养、生物反应器、工程微藻的最新研究进展,并初步展望了微藻产油研究的未来发展方向.
4.期刊论文 杜旭东.王明华.邹玲 藻类光合生物反应器 -烟台教育学院学报2003,9(1)
藻类光合生物反应器有两种类型,一类是开放式,一类是封闭式.开放式光合生物反应器以开放式跑道池为主,它从上世纪60-70年代开始被美国、以色列等国家应用于工业污水的处理;70-80年代在中国、美国、日本等国应用于保健品的生产.封闭式光合生物反应器的种类很多,有管状、板状、筒状等.封闭式光合生物反应器的研究开发,应用于大型海藻养殖产业,将为大型海藻的细胞工程育苗技术的研究和产业化提供必备的条件;应用于微藻产业,使微藻大规模培养、微藻生物活性物质的开发与生产、生物再利用能源的研究与生产、生物单细胞蛋白的生产、海洋生物制药、生物天然食品色素的开发利用得以广泛进行.
5.会议论文 裴鲁青.徐善良.骆其君.陈烨.徐志标 第四节新型"联体式微藻连续培养光生物反应器"和"动物型生物反应器"的设计与研制
本文成功地设计开发了新型“联体式微藻连续培养光生物反应器”和“动物型生物反应器”，并在几年的科研和生产中得到实际应用，节能增效显著，推广前景广阔。
6.学位论文 刘海 基于485网络的嵌入式光生物反应器系统的研究与实现 2007
随着传感器技术和计算机技术的发展，现代光生物反应器已是集生物技术、空气动力学技术、制造技术、计算机技术和传感器技术等各门学科为一体的边缘学科，其功能愈来愈趋向于多样化，控制也愈来愈趋向于自动化和智能化。
饵料微藻的大规模工厂化养殖，需要使上百台光生物反应器控制系统能够同时协调进行高密度培养，并且根据任务量来具体安排各个光生物反应的工作模式和培养指标和量产值，本文基于集散理论建立了整个系统的体系结构。整个系统分为三个层次：最低层是现场检测控制系统，第二层是网络层，最高层是管理层。
文章第三章讨论了现场检测控制系统中的一些关键技术以及对主要环境参数监测控制建模方法进行了研究。首先，从系统物理过程的详细分析入手，提出一种实用而且简便有效的面向控制的建模方法，从而为控制服务。其次，本文提出了一种基于模糊神经网络模型的pH检测控制算法，并且通过试验证明这种方法基本上能够克服pH过程的纯滞后一阶惯性的影响，在测量精度要求比较高的情况下，能够有效地完成控制任务。再次，设计了一种基于AD590的多点温度测控系统，其中研究了从硬件上对温度传感器AD590进行线型化处理、从软件上对AD590进行温度标定以及采用PID算法控制温度等，并成功解决了本项目的现场环境测温精度及温度控制问题。最后，通过大量的实验取得了光照强度与微藻生长速率之间关系的实验参数，并提出了用于光照检测的“多点光源单点检测”算法，成功实现了微藻培养过程中的光照控制。
文章比较几种常用的工业总线方式并结合微藻大规模工厂化培养过程中现场检测控制设备多而分散与集中管理需求的实际特点，最终采用了485总线方式构建多光生物反应器集散控制系统结构，使得系统具有良好的可靠性和扩展性。
最后，文章详细研究了管理中心的一些关键技术，如数据融合技术、GPRS通讯技术、移动数据库技术等。其中通过对多组样本数据进行实验分析，结果证明采用模糊积分来融合多源数据并配上专家知识推理，能够实时调整可控运行参数的值，从而显著提高了系统的智能度。
总之，整个系统采用“控制分散，数据集中，管理集中”的思想，结构上具有较强的分散功能，各个局部系统都能独立工作，各个局部系统之间的信息通过RS-485总线进行通信；在控制系统的功能上，表现出递阶控制的设计思想。
7.期刊论文 刘玉环.阮榕生.孔庆学.刘成梅.罗洁.虞飞.LIU Yu-huan.Roger RUAN.KONG Qing-xue.LIU Cheng-mei.LUO Jie.YU Fei 利用市政废水和火电厂烟道气大规模培养高油微藻 -生物加工过程2008,6(3)
对高含油量微藻(Scenedesmus dimorphus)培养的生物反应器进行了比较,阐述了市政废水净化处理和火电厂烟道废气利用,研究了S.dimorphus微藻在2种不同的光生物反应器中的生长特性、其移除废水中N.P养分能力及其CO2消耗情况.研究结果表明:S.dimorphus微藻的生长受pH、通气速率、搅拌情况和光照条件等的影响.当通气速率(空气)为6 L/min, S.dimorphus的生长速率达到高峰.通入体积分数33.3% CO2和体积分数 66.7% 空气比通入正常空气或通入比其含有更多CO2的空气更有利于微藻的生长.获得最大微藻生长速率的pH上限是7.5.螺旋状生物反应器比锥型瓶生物反应器更有利于微藻的生长,这主要归功于前者有更高的光利用效率和搅拌效果的改善.S.dimorphus 微藻能利用市政废水中的养分从而移出其中的N.P养分.在6 d的培养中,培养液中的N换算成NO-3从8.3 mg/L下降到3.6 mg/L以下;而P换算成PO3-4则从0.24 mg/L下降到0.03 mg/L 以下.
8.学位论文 张国海 藻菌混合固定化培养及其在海水人工育苗中的应用研究 2009
近年来，高密度人工海水育苗产业发展迅速，但由于育苗环境的水质恶化及投饵方式不合理，导致种苗生产的死亡率很高和一些名特优养殖品种种苗市场价格居高不下。作为一种生物反应器，藻菌混合固定化应用于海水育苗具有制作简单、去污能力强、可避免二次污染及适于长期保存等优点。对于提高高密度海水育苗种苗成活率具有很高的应用价值。本研究选取一株优质海洋饵料微藻，并从海水益生菌制剂中分离出一株芽孢杆菌，应用微生物固定化技术进行藻菌混合固定化培养，以期构建低成本、便于推广的新型固定化藻菌生物反应器并应用于海水育苗。为进一步开发适于海水育苗用的新型水质调控剂与实用供饵新技术提供实验依据和有效方法。本研究的主要内容有： 1、从形态、生理生化和分子生物学方面对选用的海洋饵料微藻进行分类鉴定；
2、从海水益生菌制剂中分离出4株益生菌，通过与藻细胞共固定后生长效果的比较，选出一株适于混合固定化的菌株，并对其进行分子鉴定。 3、对藻菌共固定培养条件进行优化，获得的优化结果为；海藻酸钠的浓度为4％，藻的接种量为21.9889×107个细胞，菌的接种量为58.7676×108个细胞，氯化钙的浓度为1.2075％。
4、研究混合固定化对藻菌生长生理的影响，发现混合固定化胶球中的藻和菌的生长速率比单独固定化分别提高了18.8％和92.6％，藻和菌干重之和也大于单独固定化；运用免疫荧光标记技术和共聚焦激光扫描显微技术分析共固定胶球中藻、菌的时空分布及荧光特性，发现共固定胶球中，藻、菌落在各个区域都生长良好，藻落荧光强度也较高，表明混合固定化有利于藻和菌的生长：
5、把固定化胶球投放于西施舌和鲍鱼幼苗养殖水体，研究固定胶球对水中氨氮、亚硝酸氮含量的去除效果、对弧菌的抑制作用以及对幼苗成活率和生长的影响。结果表明，藻菌混合固定化用于西施舌幼虫养殖，8天后氨氮去除率为95.49％，亚硝酸氮去除率为94.27％，幼虫成活率提高了16％;用于西施舌幼贝的养殖，7天后氨氮去除率为64.89％，亚硝酸氮去除率为24.18％，幼贝成活率提高了35％，弧菌去除率为90％;用于鲍鱼幼贝养殖，7天后氨氮去除率为63.99％％，亚硝酸氮去除率为68.53％，幼贝成活率提高了60％，弧菌去除率为98.8％。这说明藻菌混合固定化在水产养殖中有很好的应用
前景。
9.期刊论文 李国平 利用微藻生产有用物质的研究现状与前景 -莆田学院学报2002,9(3)
简要综述从微藻中获取的有用物质及培养技术的研究现状,并展望其发展前景;认为利用现代生物技术采用生物反应器系统生产高价值的有用物质是微藻产业的发展方向.
10.期刊论文 秦松.邹立红.姜鹏.窦昌贵.Hiroyuki Kojima 应用基因重组微藻生产生物活性物质 -药物生物技术2001,8(4)
微藻是指进行光合自养的微型藻类,其种类繁多,代谢途径与生物活性物质也极具多样性,是理想的基因工程生物反应器.文章综述了微藻应用基因工程技术,开发生产高价值产品的国内外研究进展.
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授权使用：中国农业机械化科学研究院(wfnyjx)，授权号：f4e7ad93-c49b-43ff-9d0e-9e6201199a4c
下载时间：2011年1月5日