微藻培养过程的光特性研究进展

微藻培养过程中光的吸收、衰减以及光暗循环等特性是影响微藻的生长速度及其产量的重要因素。本文分析了微藻的光吸收过程、光在微藻培养液中的衰减特性以及微藻培养过程中的光暗循环特性,重点综述了国内外各类光生物反应器中光特性的研究进展,并对其发展方向进行了展望,为微藻培养光生物反应器的设计提供参考依据。     

光生物反应器培养微藻研究进展

微藻具有固定CO2和净化有机废水的能力,在环保、食品饲（饵）料、医药和生物能源开发等领域备受关注,但规模化培养及其产业化仍是研究的难点,亟待解决。就常用于大规模培养微藻的光生物反应器的特点和结构进行了综述。其中,封闭式微藻光生物反应器能够较好地调控藻种的培养条件、不易遭受污染,藻种的纯度容易控制,但培养规模小,生产成本较高;而开放式微藻光生物反应器无法精确控制藻种生长环境,但生产规模大、产量高、生产成本低,因此应用广泛。最佳的方法是综合两者优点,即首先利用封闭式微藻光生物反应器进行中试放大,大量繁殖藻种,然后投入开放式微藻光生物反应器内进行大规模商业生产,此方法有望成为微藻光生物反应器的发展方向,以期为微藻大规模培养提供参考借鉴。     

微藻规模化培养研究进展

微藻作为地球上最古老的物种之一,其诞生可追溯到35亿多年前.微藻的种类十分丰富,形态也多种多样.微藻一般都含有叶绿体,因此可进行光合作用,有研究表明微藻固定CO2的能力是陆地植物的10倍.微藻以其丰富的代谢产物及独特的生理特性在可再生能源、生物医药、食品工业和环境监测等方面有着广泛的应用.然而如何在控制成本的前提下对微...     

微藻养殖中的新型光生物反应器系统

目前世界上微藻的大规模养殖仍普遍采用开放池式生产系统,该系统具有许多不足之处;开发高效、易于控制的新型生产系统是今后开展的趋势。本文对一些新型光生物反应器系统如优化的浅水道工生产系统、密闭管道式、发酵罐式光生物反应器、高密度藻类光生物反应器以及其它类型的光生物反应器进行了较为详细的介绍。     

光照对光生物反应器中微藻高密度光自养培养的影响

光生物反应器是实现微藻高密度培养的重要装置,其设计的关键技术之一是选择合适的光照方式。根据国内外近十年来的相关研究成果,重点介绍了入射光性质(光源、光强、光质和光暗循环)和光能分布对微藻生长的影响,评述了用于微藻高密度培养的光照技术,展望了进一步的研究方向,为高效光生物反应器的设计和优化提供参考。     

封闭式光生物反应器研究进展

国际上80～90年代,封闭式光生物反应器是微藻生物技术的重要研究热点,也是微藻生物技术产业化的关键技术之一。本文较全面地介绍了用于微藻大规模培养的封闭式光生物反应器研究现状。将封闭式光生物反应器分为柱式、管式、板式和光导纤维反应器等类型。工业放大前景的管式和板式光生物反应器采取了典型个案分析的方法,列表比较了典型反应器的主要技术参数,并对它们的技术发展趋势进行了归纳总结。     

一种用于微藻培养的新型板式光生物反应器

微藻的闪光效应可以大幅提高微藻的光效率,提高微藻产量。通过在传统的板式光生物反应器中加入斜挡板以增强微藻的闪光效应。以小球藻为模型藻种,考察了新型板式光生物反应器内不同光强和不同进口流速对小球藻生长速率和光效率的影响。结果表明,当进口流速为0.16 m/s时,随着光强的提高,小球藻的细胞浓度逐渐增加,光效率逐渐降低;在500μmol/(m2·s)的光强条件下,小球藻细胞浓度和光效率均随着进口流速的提高而增加。新型板式光生物反应器内小球藻的细胞浓度比传统板式光生物反应器提高了39.23%,表明在传统板式光生物反应器内加入斜挡板可有效增强微藻的闪光效应。     

产生物柴油微藻培养研究进展

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。     

微藻固定CO2研究进展

空气中CO2浓度升高所导致的温室效应已成为重大的环境问题,受到人们普遍关注.概述了高效固定CO2微藻藻种的筛选和培养方法,分析了微藻固定CO2的无机碳利用形式和浓缩机制,讨论了高效光生物反应器设计和运行目标,简要介绍了微藻(酶)-膜生物反应器集成新技术.并认为今后的研究方向主要是在进一步探索微藻固定CO2有关机理的基础上,构建高效固定CO2的转基因微藻,开发高效膜生物反应集成系统.     

微藻生物柴油的现状与进展

微藻生物柴油能够解决目前使用植物原料发展生物柴油面临的耕地不足、气候变化对产量影响大和引起农作物价格上涨等突出问题。通过转基因技术培育“工程微藻”,繁衍能力高,生长周期短,比陆生植物产油高出几十倍,并且能用海水作为其天然培养基进行工业化生产。介绍了微藻生物柴油的优势,高脂质微藻选育,以及工程微藻研究与下游生产工艺的研究现状和进展。     

Dynamic discrete model of flashing light effect in photosynthesis of microalgae

For a photobioreactor for mass-culturing microalgae, it is known that flashing light effect enhances the efficiency of photosynthesis. A dynamic model for photosynthesis was developed to elucidate this effect. A particular feature of the model is that discrete RuBP particles circulate in the Calvin cycle and their speeds in the cycle are determined by the amount of ATP generated in the photon reception process. This can realise the light saturation under continuous light and the flashing light effect under fluctuating illumination. Laboratory experiments were conducted to obtain model parameters by curve-fitting for Chaetoceros calcitrans. The present model demonstrates the light flashing effect moderately well and elucidates its mechanism reasonably.     

五种淡水微藻的适宜培养温度和光照强度

从淡水中分离得到绿球藻(Chlorococcum sp.)SHOU-F3、纤维藻(Ankistrodesmus sp.)SHOU-F33、小球藻(Chlorella sp.)SHOU-F46、空星藻(Coelastrum sphaericum)SHOU-F10和栅藻(Scenedesmus sp.)SHOU-FX,分别在光照培养箱中研究了温度、光照强度对5种微藻增殖的影响,并分析了5种微藻的细胞组成。结果表明:绿球藻SHOU-F3、纤维藻SHOU-F33、小球藻SHOU-F46、空星藻SHOU-F10和栅藻SHOU-FX的最适生长温度分别为29.8、23.5、31.4、34.4和24.7℃;最适光照强度分别为16、119、42、82和106μmol·m-2·s-1;在适宜培养条件下,绿球藻SHOU-F3的色素、蛋白以及总糖的百分含量最高,纤维藻SHOU-F33的脂肪百分含量最高。     

钝顶螺旋藻在不同光照条件下的放氧特性

钝顶螺旋藻在持续照光和中等频率 (0.01~20 Hz) 的光/暗交替照光下的放氧特性对光生物反应器的设计和操作具有重要意义。构建了一套可实现光/暗交替的光生物反应器系统对此进行研究,结果显示：根据与放氧速率的关系,可以将光强分为4个区：光限制区 (0~335 μmol/(m2·s)),过渡区 (335~875 μmol/(m2·s)),光饱和区 (875~2 775 μmol/(m2·s)) 以及光抑制区 (2 775 μmol/(m2·s)以上)。提高光/暗频率能否提高微藻光合速率取决于所采用的光强和     

微藻生物柴油研发态势分析

微藻是光合效率最高的原始植物之一,与农作物相比,单位面积的产率可高出数十倍。微藻生物柴油技术首先包括微藻的筛选和培育,获得性状优良的高含油量藻种,然后在光生物反应器中吸收阳光、CO2等,生成微藻生物质,最后经过采收、加工,转化为微藻生物柴油。完整的微藻生物柴油成套技术链涵盖多个技术环节,是一个复杂的系统工程,包括微藻生物工程技术、微藻高效规模化养殖技术,以及微藻生物质采收、加工与转化技术等。其中,降低生产成本是当前微藻生物柴油研究面临的主要挑战,各国的研究机构为此开展了多方面的研究。     

Enclosed outdoor photobioreactors: light regime,photosynthetic efficiency,scale-up,and future prospects

Enclosed outdoor photobioreactors need to be developed and designed for large-scale production of phototrophic microorganisms. Both light regime and photosynthetic efficiency were analyzed in characteristic examples of state-of-the-art pilot-scale photobioreactors. In this study it is shown that productivity of photobioreactors is determined by the light regime inside the bioreactors. In addition to light regime, oxygen accumulation and shear stress limit productivity in certain designs. In short light-path systems, high efficiencies, 10% to 20% based on photosynthetic active radiation (PAR 400 to 700 nm), can be reached at high biomass concentrations (>5 kg [dry weight] m(-3)). It is demonstrated, however, that these and other photobioreactor designs are poorly scalable (maximal unit size 0.1 to 10 m(3)), and/or not applicable for cultivation of monocultures. This is why a new photobioreactor design is proposed in which light capture is physically separated from photoautotrophic cultivation. This system can possibly be scaled to larger unit sizes, 10 to >100 m(3), and the reactor liquid as a whole is mixed and aerated. It is deduced that high photosynthetic efficiencies, 15% on a PAR-basis, can be achieved. Future designs from optical engineers should be used to collect, concentrate, and transport sunlight, followed by redistribution in a large-scale photobioreactor.     

The oxygen evolution methodology affects photosynthetic rate measurements of microalgae in well‐defined light regimes

Designing photobioreactors correctly is a must for the success of microalgal mass production. Optimal photobioreactor design requires a precise knowledge of photosynthesis dynamics in fluctuating light conditions and hence a method for the measurement of photosynthetic rates in specific light regimes. However, it is not uncommon in literature that experimental protocols used to obtain oxygen generation rates are described ambiguously and the reported rates of photosynthesis vary widely depending on the methodology. Additionally, quite a number of methods overlook certain aspects that can affect the estimated rates significantly, and can therefore affect photobioreactor design. We have developed a method based on oxygen evolution measurements that accurately determines photosynthetic rates under well‐defined light regimes. Our experimental protocol takes into account most of the issues that can affect the rates of oxygen generation, such as depletion of nutrients during the measurements and precision of the measurements. We have focused on the basic applications in photobioreactor design and used a dynamic model of photosynthesis to analyze our results and compare them with available published data. The results suggest that our oxygen evolution method is consistent. Biotechnol. Bioeng. 2010;106: 228–237. © 2010 Wiley Periodicals, Inc.