1、微藻 微藻是地球上最早诞生的重要生命类群,是某些极端环境下的幸存者和适应者,不少种类有数万年甚至十亿年发展的演化。微藻强大的生命力使其家族在地球上广泛分布,包括终年被冰雪覆盖的南北两极,pH 极高或很低的湖泊水潭、盐碱沼泽甚至盐度饱和卤水,在大洋深处、火山口、地热温泉、干旱沙漠等生命极端环境中都有微藻繁衍生息。我国藻类产量居世界首位。微藻工业发展的潜力取决于生物反应器技术的发展,而这也是微藻生物技术产业化的关键技术之一。微藻主要种类螺旋藻(Spirulina)小球藻(Chlorella)杜氏藻(Dunaliella)微藻生物反应器微藻自养培养用的反应器有两大类：敞开式光生物反应器 密闭式光生物
2、反应器影响微藻光生物反应器设计的主要因素及设计原则：1 尽可能使反应器充分利用光能，保证稳定的最大生物量产率；2 尽可能保持最高的钢能转化效率，保证反应器整体的高效率运转；3 选用适宜的材料并根据所培养藻类的特点确定反应器大小、形状及结构；4 反应器总体结构简洁、实用。敞开式光生物反应器 在敞开式反应器中，典型且最常用的是敞开式跑道池，它是最古老的藻类培养反应器，且一直沿用至今。目前微藻的大规模培养主要使用这种反应器，这类反应器每个可大到几千平方米。密闭式光生物反应器 密闭式光生物反应器又包括：管道式光反应器 平板式光反应器 柱式光反应器1、管道式光反应器 管道式光反应器是利用透明的管道,借助
3、外部光照条件进行工厂化藻类培养。后来发展为垂直管道式、倾斜可调管道式、水平管道式等多种形式。水平管道式采用泵循环、气升循环等方式混合,多数采用自然光,有的采用人工光源。垂直管道式采用机械搅拌、鼓泡、气升混合,可分为螺旋管道式和鼓泡柱式等。培养液溶氧蓄积与闭路管道中内温过高,藻细胞在窄管系统循环不畅,受光不均等问题在一定程度上限制了该系统大规模应用。另外,透明的聚乙烯管比较脆弱,玻璃钢管的成本较高也是一个限制因素。2、平板式光反应器 平板式光生物反应器主要是由透明的玻璃或有机玻璃板制成,可以根据太阳光强度及入射方向的变化,调节最适的采光方向,增大透光率,通过调节不同的反应器厚度维持短的光通路,保
4、证有效液层充分受光,混合强度也可调节,易实现高密度培养。反应器主要由光源、循环装置、平板式反应器、控温系统、培养介质与CO2 供给系统组成。反应器采用太阳光或卤素灯,光强通过调节光源与反应器的距离或光辐射入射方向加以控制,反应器内混合系统有气升式混合、底部鼓泡混合或机械搅拌。3、柱式光生物反应器 柱状内环流气升式光生物反应器的结构特点为:整体为玻璃-不锈钢结构,耐酸和碱的腐蚀、可全方位接受光照,具有pH、温度和溶解氧自动调节、监控和记录的功能;可进行完全灭菌,实现藻体的纯培养。封闭式光生物反应器的优点 1.培养密度高。微藻细胞浓度每升可达几克（比敞开式跑道池中的细胞浓度高出12个数量级），这给
5、采收带来了很大的方便。2.培养条件易于控制。除了自然光强度无法控制外，其它条件均可自动控制，这对微藻代谢产物的大量积累非常有利。3.无污染，可实现纯种培养。4.生产期可延长，甚至可终年生产。5.适合于所有微藻的光自养培养，尤其适合于微藻代谢产物的生产。对于转基因微藻及同位素标记性化合物产生藻，则必须用封闭式光生物反应器来培养。微藻生物反应器的研制不仅对现有微藻产业的改造和发展起着关键作用,而且可以用于进行高附加值化合物、药物等的生产。微藻生物反应器在微藻研究工作中更是一个必不可少的重要工具和手段,进行微藻的几乎所有研究工作,如用藻类生物反映器取代现有的简陋而不完备的设备、设施,均可使研究工作变得更简单,得到更准确、可靠的结果。人类正面临人口膨胀、陆地资源减少和环境恶化这3大全球性问题。单一的陆地资源已经很难适应经济快速发长的需要,开发利用海洋资源是解决这些问题的主途径之一。一场以开发海洋生物资源为标志的蓝色革命正在世界范围内蓬勃兴起。其中密闭式光生物反应器与敞开式相比具有独特的优点,在微藻培养中商业化规模的成功取决于其生产成本。现代技术日新月异,各种新材料、新型高效光源的出现与使用,加上基础理论研究的深入,必将使密闭光生物反应器更为成熟,生产成本不断降低,从而真正应用到工业化生产中。
