用于培养微生物的方法和生物反应器技术

本发明专利技术涉及在生物反应器或光生物反应器中培养微生物，尤其是光养微生物的方法，其中在培养基中增加碳酸氢根离子和碳酸根离子或阳离子剩余浓度。本发明专利技术还涉及其中可完成所述方法的管状生物反应器和光生物反应器，以及生物反应器、光生物反应器、管子和导管在本发明专利技术方法中的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及在生物反应器或光生物反应器中培养微生物，尤其是光养微生物的方法，其中在培养基中增加碳酸氢根离子和碳酸根离子或阳离子剩余浓度。本专利技术还涉及其中可完成所述方法的管状生物反应器和光生物反应器，以及生物反应器、光生物反应器、管子和导管在本专利技术方法中的用途。【专利说明】用于培养微生物的方法和生物反应器详沭 本专利技术涉及在生物反应器或光生物反应器中培养生物，尤其是光养微生物的方法，其中在培养基中增加碳酸氢根离子和碳酸根离子或阳离子剩余浓度。本专利技术还涉及其中可完成所述方法的管状生物反应器和光生物反应器，以及生物反应器、光生物反应器、管子和导管在本专利技术方法中的用途。在开放的池塘和水沟中培养光养微生物如藻类和蓝细菌发展很好,但在传统的开放系统中只可维持少数物种。完全封闭的光生物反应器(PBR)以特别适合的培养条件提供机会用于微生物的单菌(monos印tic)培养。有几类光生物反应器如平板-PBR、环状PBR，如鼓泡塔PBR和管状PBR。可将这些根据管子或面板的定方、循环培养物的机制、用于提供光的方法、气体交换系统的类型、各个生长单位的排列和采用的构造材料进一步分类。在光生物反应器中，使微生物悬浮于液体培养基中。光生物反应器允许微生物由自然日光或由人工光源照明。典型的光生物反应器是三相系统，由液相(其为培养基)、作为固相的细胞和气相组成。作为光生物反应器独有特征的光是叠加的辐射场，有时称为“第四相”(C.Posten; Eng.Life Sc1.2009, 9，第 3 期，第 165-177 页)。在封闭光生物反应器的许多设计中，具有管状太阳光收集器的装置是最有希望和最广泛使用的商业系统(E.Molina等;Journal of Biotechnology 92 (2001) ; 113-131页和 D.Briassoulis 等:Bioresour.Technol.101 (2010) ; 6768-6777 页)。在工业应用的光生物反应器中培养光养微生物高度依赖于培养条件的控制。光生物反应器的设计主要指微生物对光的良好利用度。PH也是影响微生物群性能的主要参数之一。由微生物产生或消耗的CO2对培养基的pH具有强烈影响。当照明时，在光养微生物中发生光合作用，使能够从CO2和H2O产生碳水化合物。由此形成的碳水化合物使生物能够生长。这称为自养生长。因为光合作用过程，CO2被悬浮的微生物消耗，同时产生02。光养微生物从液相吸取CO2导致液相的pH增加，同时氧的产生导致溶解氧在液相中的水平增加。在黑暗中将不发生光合作用。因为呼吸，O2将被悬浮的微生物消耗，同时产生C02。微生物从液相吸取O2将导致溶解O2在液相中的水平下降，同时CO2的产生将导致pH下降。为了控制液相的pH和溶解氧水平，需要将O2和CO2从液相转移至气相，反之亦然。因此在光生物反应器中微生物培养物是通气的。在直立式液体容器的情况下这通过在反应器底部注射气体完成。在管状光生物反应器中，在气升部分或者(在用泵使液体培养基循环的情况下)在槽(液体回路的部分)中完成通气和脱气。这种槽称为缓冲槽、收集槽、循环槽或脱气槽。通过在反应器底部或在通气气流中将CO2或富含CO2的空气直接喷洒入液体培养基内将CO2送至直立式液体容器。在管状反应器中，通常将CO2注入紧接着气升部分之后或就在循环泵之前的液体回路。DE 10 2005 062 726 Al描述具有使气体在系统中循环的装置的光生物反应器。WO 2010/109108 Al描述在水平管中建立两相气/液流的光生物反应器。沿培养基的主要流动轴在气体入口与气体出口之间形成溶解氧和pH的梯度是一个问题，尤其是在管状反应器中。这些问题随着导致高体积生产力的生物量浓度增加和光强度增加而增加。但需要高体积生产力(以形成的克生物量/升/天计)改善该过程的经济学。同样重要的是提高沿光生物反应器主轴(其是管子的轴方向或者板式反应器(panel reactor)或柱的向上方向)的质量转移。但是，限制通过鼓泡或泵送的机械能输入以避免剪切应力和细胞损伤，以及因为能量供应是生产成本的主要问题。本专利技术基于提供避免现有技术已知的方法和光生物反应器的缺点的方法和光生物反应器的目的。本专利技术还基于提供方法和光生物反应器以培养光养微生物，导致更高的生物量收率和/或更低成本的目的。根据本专利技术，本目的尤其通过权利要求书的方法、管状光生物反应器和用途完成。根据本专利技术，本目的尤其通过在生物反应器中培养生物的方法完成，所述方法包括以下步骤:a)在生物反应器中提供含有生物的液体培养基和b)在生物反应器中培养生物，其中液体培养基含有碳酸氢盐缓冲系统，该系统含有至少2 mM、更优选大于2 mM、甚至更优选至少3 mM (指碳酸氢根离子和碳酸根离子的总数)的量的碳酸氢根离子和/或碳酸根离子，其中在步骤b)至少一个时间段期间移动液体培养基，所述方法特征在于在步骤b)至少一个时间段期间将含有至少0.2%体积CO2的气相引入培养基内。根据本专利技术，本目的尤其还通过在生物反应器中培养生物的方法完成，所述方法包括以下步骤:a)在生物反应器中提供含有生物的液体培养基和b)在生物反应器中培养生物，其中液体培养基含有碳酸氢盐缓冲系统，其中在步骤b)至少一个时间段期间移动液体培养基，其中在步骤b)至少一个时间段期间将含有至少0.2%体积CO2的气相引入培养基内，所述方法特征在于在步 骤b)之前和/期间将至少ImM浓度的阳离子加至液体培养基。根据本专利技术的优选实施方案，生物是微生物。根据本专利技术的优选实施方案，生物是自养生物。根据本专利技术的优选实施方案，生物是自养微生物。根据本专利技术的优选实施方案，生物是异养生物。根据本专利技术的优选实施方案，生物是异养微生物。根据本专利技术的备选实施方案，生物是自养和异养生物的混合物，尤其是自养和异养微生物的混合物。根据本专利技术的优选实施方案，生物反应器是光生物反应器并且生物是光养生物。根据本专利技术的优选实施方案，光养生物是微生物。根据本专利技术的优选实施方案，光养生物是藻类或蓝细菌，特别是藻类，尤其是微藻。根据本专利技术的优选实施方案，光养生物是微拟球藻属(Nannochloropsis)的藻类。根据本专利技术的优选实施方案，培养光养生物，尤其是藻类或蓝细菌以产生生物量、固定CO2和/或产生特殊物质，例如二十碳五烯酸或二十二碳六烯酸。用于本专利技术方法的生物反应器可以是任何生物反应器，例如管状生物反应器。用于本专利技术方法的光生物反应器可以是任何光生物反应器，例如平板光生物反应器、鼓泡塔光生物反应器或管状光生物反应器。根据本专利技术的优选实施方案，用于本专利技术方法的光生物反应器是管状光生物反应器。管状光生物反应器可具有任何几何形状的管子。管状光生物反应器可具有例如水平管或垂直管或者这些类型的变体。管状光生物反应器还可以是螺旋管状光生物反应器。根据本专利技术的优选实施方案，用于本专利技术方法的管状生物反应器，尤其是光生物反应器是下文公开的生物反应器，尤其是光生物反应器，优选本专利技术的管状生物反应器，尤其是光生物反应器。液体培养基可通过现有技术已知的方法移动，例如通过螺杆、通过泵或通过气升系统。根据本专利技术的优选实施方案通过管状生物反应器或光生物反应器的至少一个管子经由泵或经由气升系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：S许斯勒，EJA勒布罗克，SHE哈泽文克尔，OJH哈泽文克尔，
申请(专利权)人：L格姆有限公司，乔治费希尔管道系统有限公司，
类型：
国别省市：