光生物反应器制造技术

本申请提供了用于培养光养微生物的封闭光生物反应器的操作方法。光生物反应器包含培养液，部分或完全被水体的水围绕。在培养液与周围的水之间提供密度差，以便控制光生物反应器在水体中的位置。本申请还提供了用于培养光养微生物的封闭光生物反应器。光生物反应器适合于包含培养液，并部分或完全被水体的水围绕。光生物反应器包含用于确定培养液与周围的水之间的密度差的机构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于培养光养微生物的封闭光生物反应器的操作方法以及用于培养 光养微生物的封闭光生物反应器。
技术介绍
如今，在许多商业化应用中已发现光养微生物，这一点已为人所知。因此，生产了 藻类以制造胡萝卜素、虾青素等，或将完整的藻类生物质作为营养添加剂销售。目前， 藻类生物质的生产面临两个主要困难。首先，现有生产大部分得自于开放系统(例如所谓 的开放塘(openpond))。这些开放系统对于其他藻类株或有害物的污染敏感，因此只有具有 非常特异的生长条件的藻类才能在这些系统中生长。因此，例如，在极高盐性的条件下培养 杜氏藻属(Dimaliella)的藻类来生产β -胡萝卜素，这种条件不适合大多数其他生物体。 其次，藻类生物质的生产成本相当高(每公吨> 2，000美元)，导致用于许多应用领域、特 别是能源方面或运输方面的商业化生产是无利可图的。特别是，如果使用封闭系统代替开 放系统以避免污染，生产成本通常增加到更高。除了开放塘之外，目前还有大量各种不同的 光生物反应器类型在使用。最熟知的是管式反应器，它可以由一个或多个水平管构成，或其 中管螺旋状缠绕在圆柱或圆锥周围(生物旋管(biocoil))。此外，平板式反应器也经常使 用，这种反应器提供了垂直液体层用于藻类培养。从藻类生成化学物质和能量的主要挑战是污染的风险和制造藻类生物质的高成 本。类似地，从藻类生产精细化学品、营养添加剂、维生素、ω-3脂肪酸、抗氧化剂(例如类 胡萝卜素)、药物活性物质或用于营养添加的干燥生物质的主要挑战同样也是污染的风险 和制造生物质的高成本。当培养藻类用于生物燃料、动物饲料、氨基酸、甲烷生产等时，也面 临同样的挑战。WO 2005/121309公开了用于藻类生产的装置，其中含有藻类的流体位于生长容器 中，向该容器供应含有CO2的气体，气体经气体调节装置循环通过容器。在一个实施方案中， 容器由形成片层袋的两个塑料片层制成。在据说适合于在海水中生产微藻的实施方案中， 将熔焊在一起的片层袋放置成水平漂浮在水表面中。US 4，868，123公开了用于通过光合作用生产微生物的装置。装置包含放置在宽阔 水上的生物反应器，所述反应器具有第一组透光的柔性管，培养基在所述柔性管中循环，以 及第二组可膨胀的管，它们通过规则间隔的可拆卸Y型内插元件放置并维持在第一组管的 底下。根据该文献，当培养基的温度超过参比温度上限时，光生物反应器通过第二组管的缩 小浸没。相反，当培养基的温度低于最低参比温度时，第二组管用压缩空气充气。光生物反 应器的浸没也可以通过在第二组管中引入相对重的液体来确保，而漂浮可以通过注入空气 之外的轻质流体来确保。因为微生物的大规模培养对成本非常敏感，因此对更简单、更廉价的生物反应器 设备存在着需求。
技术实现思路
目前，光养微生物培养的特征在于生产生物质的高成本。新的光生物反应器将能 够显著降低生物质的生产成本。此外，通过封闭工艺设计，污染的风险与开放系统相比可以 极大降低。为了避免污染，将使用封闭光生物反应器，它可以例如从塑料例如聚乙烯生产。当 光生物反应器在水体、例如人工塘中或其上漂浮时，可以获得成本的极大降低。通过这种构 造原则，避免了用于使光生物反应器在水平方向上精确保持水平的成本。由于光生物反应 器内部流体静水压力得到周围水的部分补偿，光生物反应器壁的强度可以降低，或可以使 用稳定性较低的材料。光生物反应器周围的水能够提供或除去热量，使附加的温度调节成 为多余。通过对光生物反应器使用柔性材料，以及改变光生物反应器在周围水体中的位置 的可能性和改变培养液层厚度的可能性，可以根据环境因素例如太阳辐照或温度调整光生 物反应器的运行条件，这将增加生产率，导致成本的进一步降低。由于在水表面上操作光生 物反应器的可能性，考虑到我们的星球70%以上被水覆盖，因此有非常大的区域可用于实 现这种光生物反应器系统。所描述的光生物反应器可用于从光养生物生产生物质，该生物质可用于制造任何 类型的生物燃料、动物饲料、蛋白质、氨基酸，用于人类基本营养的成分，以及用于从光养生 物生产生物质，该生物质用于制造精细化学品、营养添加剂、维生素、ω-3脂肪酸、抗氧化剂 (例如类胡萝卜素)、药物活性物质成分或用作营养添加剂的干燥生物质。因此，本专利技术的目的是促进封闭光生物反应器的内含物、例如培养基和其中培养 的微生物的温度调控。本专利技术的相关目的是利用部分或完全围绕封闭光生物反应器的水的 冷却能力，以便调节其内含物的温度。本专利技术的另一个目的是允许控制部分或完全被水围绕的封闭光生物反应器的垂 直位置。具体来说，本专利技术的目的是允许进行这样的位置控制而不需要光生物反应器本身 的内含物例如培养基以及周围的水之外的其他浮力调节机构。本专利技术的另一个目的是提供光生物反应器，所述光生物反应器当漂浮在水体上时 自动地提供培养液厚度的均勻分布。因为本专利技术的光生物反应器或其部分优选可以由柔性材料制成，因此反应器的形 状可能受到内部和外部冲击和不均勻性的影响。因此，为了保持光生物反应器的形状和最 适功能，这种冲击和不均勻性的控制可能是重要的。因此，本公开的一个目的是提供用于附 加控制柔性光生物反应器的位置和/或形状的机构。本专利技术的另一个目的是简化封闭光生物反应器及其外围设备的构造并降低其成 本。对于本领域技术人员来说，在阅读了下面的说明书后，本专利技术的其他目的和优点 将是显而易见的。本文中使用的术语“光生物反应器”，一般是指光生物反应器的适合于包含藻类 培养液并在其中进行光合作用的区室，包括任何附加的区室或管、子区室或用于控制光生 物反应器的位置和/或形状的机械机构，但是该术语也可以是指更广义的光生物反应器系 统，包括所述包含了任何附加的区室或管、子区室或用于控制光生物反应器的位置和/或 形状的机械机构的藻类区室，以及外围设备例如泵、软管、罐和操作反应器所需的其他设备。在本专利技术的第一方面，提供了用于培养光养微生物的封闭光生物反应器的操作方 法，所述光生物反应器包含培养液，并且光生物反应器部分或完全被水体的水围绕，其中在 培养液与周围的水之间提供了密度差，以便控制光生物反应器在水体中的位置。本专利技术所基于的主要原理，是通过控制光生物反应器的密度相对于周围水的密 度，例如通过在反应器的内部和外部提供不同的盐浓度，来控制柔性轻质的光生物反应器 在周围水体中的垂直位置的能力。已经显示，含有淡水或微盐水(低密度)的反应器容易 地漂浮在由盐水(高密度)构成的水体上。此外，已发现，本专利技术的光生物反应器自身稳 定，这意味着无论它在实验开始时所处位置如何，它都采取完全水平的位置，并且反应器内 部的培养液层厚度变得非常均勻，这同样不依赖于起始点。因此，在光生物反应器含有淡水 而周围水体包含盐水的情况下，通过利用反应器本身和周围水体中的不同盐度以及由此产 生的两种水体中不同的密度，将在周围盐水体上形成由光生物反应器的柔性透明壁所限定 的稳定淡水透镜。本专利技术的使用密度差稳定反应器以及获得培养液层的均勻厚度的概念，允许提供 非常简单和成本效率极高的光生物反应器系统。首先，系统中的淡水本身将形成最适(水 平)结构，意味着可以将薄的、低成本材料用于反应器。其次，反应器将自动移动到适合于 生长藻类的位置，本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于培养光养微生物的封闭光生物反应器的操作方法，所述光生物反应器包含培养液，所述光生物反应器部分或完全被水体的水围绕，其中在培养液与周围的水之间提供密度差，以便控制光生物反应器在水体中的位置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DE 2008-1-18 102008004933.6;DE 2008-1-18 102008004用于培养光养微生物的封闭光生物反应器的操作方法，所述光生物反应器包含培养液，所述光生物反应器部分或完全被水体的水围绕，其中在培养液与周围的水之间提供密度差，以便控制光生物反应器在水体中的位置。2.权利要求1的方法，其中适合于包含培养液的所述光生物反应器的壁包含水密性柔 性材料。3.权利要求2的方法，其中所述水密性柔性材料是基于聚合物材料的薄膜。4.前述权利要求任一项的方法，其中通过在培养液与周围的水之间提供盐度差来提供S度差ο5.前述权利要求任一项的方法，其中通过在培养液与周围的水之间提供温度差来提供S度差ο6.前述权利要求任一项的方法，其中通过增加或降低培养液的气体压力来提供密度差。7.前述权利要求任一项的方法，其中提供了密度差，使得培养液的密度增加或使得周 围水的密度降低，由此降低光生物反应器在水体中的位置。8.权利要求1-6任一项的方法，其中提供了密度差，使得培养液的密度降低或使得周 围水的密度增加，由此升高光生物反应器在水体中的位置。9.权利要求1到6任一项的方法，其中提供了密度差，使得光生物反应器在水体中的位 置得以维持。10.前述权利要求任一项的方法，其中光生物反应器装备有一个或多个适合于进一步 控制光生物反应器的垂直位置和/或形状的区室或管。11.前述权利要求任一项的方法，其中光生物反应器装备有适合于进一步控制光生物 反应器的垂直位置和/或形状的机械机构。12.前述权利要求任一项的方法，其中光生物反应器具有平板形状。13.前述权利要求任一项的方法，其中光生物反应器包含两个或多个适合于包含培养 液的子区室。14.权利要求13的方法，其中所述子区室彼此密封。15.权利要求13的方法，其中所述子区室是连通的，以允许子区室之间受限的液体和/ 或气体运输。16.前述权利要求任一项的方法，其中光生物反应器包含用于暂时将光生物反应器分 成两个或多个子区室的机构。17.权利要求16的方法，其中所述用于将光生物反应器分成两个或多个子区室的机 构，包括用于将光生物反应器的顶面压向光生物反应器底面的机构，以便在光生物反应器 内部凹陷处的每个侧面上形成子区室。18.权利要求16-17任一项的方法，其中所述用于将光生物反应器分成两个或多个子 区室的机构，包括至少一个细长的元件，所述细长元件伸展在光生物反应器上，并布置成能 被降低以将光生物反应器的顶面压向光生物反应器的底面，使得在光生物反应器内部所述 至少一个细长元件的每个侧面上形成子区室。19.权利要求16-18任一项的方法，其中所述用于将光生物反应器分成两个或多个子 区室的机构，包括至少一个区室，所述区室布置成与光生...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德烈亚斯梅泽尔，米格尔维尔海因，
申请(专利权)人：埃维斯通格列弗有限公司，
类型：发明
国别省市：VG