一、傳統(tǒng) VS 未來(lái)：開放式池塘與光生物反應(yīng)器的終極對(duì)決

在微藻養(yǎng)殖領(lǐng)域，傳統(tǒng)的開放式池塘曾是主流選擇。它就像一片露天的 “微藻農(nóng)場(chǎng)”，利用自然光照和簡(jiǎn)單的攪拌裝置維持藻類生長(zhǎng)。這種方式建設(shè)成本低，操作相對(duì)簡(jiǎn)單，但缺點(diǎn)也十分明顯：藻類生長(zhǎng)受天氣、溫度、季節(jié)影響巨大，難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)；露天環(huán)境容易混入雜藻、微生物甚至蚊蟲，導(dǎo)致藻類純度下降；水分大量蒸發(fā)不僅浪費(fèi)水資源，還會(huì)引發(fā)鹽分積累，影響藻類生長(zhǎng)。而且，開放式池塘單位面積產(chǎn)量低，每平方米每天只能產(chǎn)出 10 – 50 克微藻，難以滿足大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)需求。

與之相比，光生物反應(yīng)器如同一個(gè)精密的 “生命工廠”。它采用封閉或半封閉設(shè)計(jì)，常見的類型有管道式、平板式和垂直柱狀，由透光材料（如玻璃、食品級(jí)塑料）或人工光源（LED）構(gòu)建而成。在這個(gè) “工廠” 里，溫度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供給等參數(shù)都能被精準(zhǔn)調(diào)控，就像為微藻量身定制了一個(gè)理想的生長(zhǎng)環(huán)境。在這種高度可控的條件下，光生物反應(yīng)器內(nèi)的藻細(xì)胞密度可以達(dá)到開放式池塘的 10 – 100 倍，單位面積產(chǎn)量高達(dá)每平方米每天 50 – 500 克，生產(chǎn)效率實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

二、成本真相：光生物反應(yīng)器如何實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期價(jià)值

初看之下，光生物反應(yīng)器的建設(shè)成本確實(shí)較高，每平方米造價(jià)可達(dá) 500 – 2000 美元，遠(yuǎn)超開放式池塘的 50 – 100 美元 / 平方米。然而，成本不能只看初始投入，更要算長(zhǎng)遠(yuǎn)賬。開放式池塘雖然建設(shè)便宜，但運(yùn)營(yíng)過程中防污染、補(bǔ)水、攪拌等成本不斷累積；而且由于產(chǎn)量低、純度差，下游加工難度大，進(jìn)一步增加了總體成本。

光生物反應(yīng)器則通過高效生產(chǎn)和高品質(zhì)產(chǎn)出實(shí)現(xiàn)成本優(yōu)化。一方面，高細(xì)胞密度意味著單位體積產(chǎn)出更多微藻，大幅降低了單位產(chǎn)品的生產(chǎn)成本；另一方面，其產(chǎn)出的微藻純度高、雜質(zhì)少，非常適合生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品，如富含 Omega – 3 的藻油、用于制藥的活性成分、高端化妝品原料等。這些高價(jià)值產(chǎn)品的利潤(rùn)空間巨大，能夠快速攤薄前期設(shè)備投入成本。此外，隨著技術(shù)的進(jìn)步，光生物反應(yīng)器也在不斷降低成本，例如采用更廉價(jià)的透光材料，優(yōu)化 LED 光源的能效，以及開發(fā)更高效的熱量回收系統(tǒng)等。

三、規(guī)模化難題：光生物反應(yīng)器如何突破成長(zhǎng)瓶頸

規(guī)?；撬邢冗M(jìn)技術(shù)走向產(chǎn)業(yè)化的必經(jīng)之路，光生物反應(yīng)器也面臨著諸多挑戰(zhàn)。在技術(shù)層面，隨著規(guī)模擴(kuò)大，光傳輸效率會(huì)出現(xiàn)衰減，例如管道式 PBR 管徑超過一定尺寸，中心區(qū)域的微藻就會(huì)因光照不足而生長(zhǎng)受限；高密度培養(yǎng)還會(huì)帶來(lái)散熱和氧氣積累問題，過高的溫度和氧氣濃度會(huì)抑制微藻生長(zhǎng)，甚至導(dǎo)致死亡。在成本層面，設(shè)備放大過程中，結(jié)構(gòu)復(fù)雜度呈指數(shù)級(jí)上升，投資成本難以控制。

但科研人員和企業(yè)從未停止探索。在技術(shù)上，通過優(yōu)化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、采用新型透光材料和分布式光照系統(tǒng)，有效解決了光傳輸問題；利用智能溫控和氣體循環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了溫度和氧氣濃度的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)。在成本控制上，產(chǎn)業(yè)鏈上下游協(xié)同創(chuàng)新，開發(fā)出更高效的采收技術(shù)和加工工藝，降低了全流程成本。如今，已經(jīng)有企業(yè)成功實(shí)現(xiàn)了光生物反應(yīng)器的規(guī)模化應(yīng)用，例如德國(guó)的 AlgaeTec 公司利用太陽(yáng)能光生物反應(yīng)器，不僅大幅降低了能耗，還實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的商業(yè)化生產(chǎn)。

四、未來(lái)已來(lái)：光生物反應(yīng)器的無(wú)限可能

光生物反應(yīng)器的價(jià)值不僅在于高效生產(chǎn)微藻，更在于它為可持續(xù)發(fā)展開辟了新路徑。在能源領(lǐng)域，微藻生產(chǎn)的生物燃料被視為解決能源危機(jī)的重要方向，光生物反應(yīng)器能夠快速、穩(wěn)定地生產(chǎn)大量微藻，為生物燃料提供充足原料；在環(huán)保領(lǐng)域，它可以利用工業(yè)廢氣中的二氧化碳進(jìn)行微藻培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)碳捕獲和資源再利用；在醫(yī)藥和食品領(lǐng)域，其生產(chǎn)的高純度微藻產(chǎn)品，將為人類健康帶來(lái)更多優(yōu)質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑和藥物成分。

隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和成本的持續(xù)降低，光生物反應(yīng)器正在從實(shí)驗(yàn)室走向廣闊的市場(chǎng)。它不僅是微藻養(yǎng)殖技術(shù)的一次革新，更是人類邁向綠色、可持續(xù)未來(lái)的重要一步。也許在不久的將來(lái)，光生物反應(yīng)器會(huì)像太陽(yáng)能板一樣普及，成為我們生活中不可或缺的綠色伙伴，為地球生態(tài)和人類發(fā)展貢獻(xiàn)源源不斷的力量。

　　光生物反應(yīng)器——微藻的“智能陽(yáng)光房”

　　1.高效“養(yǎng)藻”

　　?關(guān)起門養(yǎng)：封閉設(shè)計(jì)，防污染、保溫度，藻長(zhǎng)得快又密（比露天池塘產(chǎn)量高10倍）。

　　?精準(zhǔn)調(diào)光：像給藻開“美顏燈”，要強(qiáng)光光隨時(shí)調(diào)，逼藻拼命合成蝦青素。

　　2.變廢為寶

　　?吃廢氣：藻吸收二氧化碳（1噸藻吞1.8噸CO?），還能凈化污水（脫氮除磷）。

　　3.量產(chǎn)好東西

　　?擠“藻油”：從藻里提取蝦青素（紅色黃金）、DHA（腦黃金）

　　國(guó)內(nèi)首家民營(yíng)藻種庫(kù)，用13年經(jīng)驗(yàn)定義“藻類解決方案新標(biāo)桿”

　　從實(shí)驗(yàn)室的一株藻種到覆蓋30+行業(yè)的綠色方案，從技術(shù)突破到千余個(gè)落地項(xiàng)目的驗(yàn)證光語(yǔ)生物，作為中國(guó)首家民營(yíng)藻種庫(kù)的創(chuàng)建者，歷經(jīng)13年深耕，已為全球2000+客戶提供藻類技術(shù)定制服務(wù)，用“實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)”書寫藻類科技的產(chǎn)業(yè)答卷。

　　一、13年沉淀：從技術(shù)積累到“千行百業(yè)”的場(chǎng)景突圍

　　自2012年成立以來(lái)，光語(yǔ)生物始終扎根藻類賽道，以“藻種資源庫(kù)+光生物反應(yīng)器”雙引擎驅(qū)動(dòng)，破解產(chǎn)業(yè)化難題：

　　3000+株藻種儲(chǔ)備：覆蓋水產(chǎn)養(yǎng)殖、環(huán)保治理、生物能源、健康食品等核心領(lǐng)域，可精準(zhǔn)匹配不同場(chǎng)景需求。

　　100+種定制方案：從高原鹽湖的螺旋藻養(yǎng)殖到沿海工廠的廢水處理，從蝦青素提取到藻基固碳技術(shù)，方案落地成功率超95%。

　　200+次技術(shù)迭代：基于客戶現(xiàn)場(chǎng)反饋，優(yōu)化設(shè)備參數(shù)、藻種配伍與工藝路線，形成行業(yè)領(lǐng)先的“動(dòng)態(tài)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)”。

　　“我們不做紙上談兵的技術(shù)，只交付經(jīng)得起驗(yàn)證的答案。”

　　光語(yǔ)生物技術(shù)總監(jiān)

　　二、客戶現(xiàn)場(chǎng)實(shí)戰(zhàn)：看得見的效率，算得清的價(jià)值

　　光語(yǔ)的方案，誕生于一線，淬煉于實(shí)戰(zhàn)：

　　#案例1：第124屆巴黎國(guó)際雷平發(fā)明展銅獎(jiǎng)

　　臺(tái)灣海洋大學(xué)李教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)，光語(yǔ)生物×中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)開物生醫(yī)（施總團(tuán)隊(duì)）制造聯(lián)手打造「光生物反應(yīng)器」獲得第124屆巴黎國(guó)際雷平發(fā)明展銅獎(jiǎng)！

來(lái)自寶島臺(tái)灣的喜訊，開物生醫(yī)施總團(tuán)隊(duì)實(shí)施的工廠廢氣養(yǎng)藻系統(tǒng)方案取得巨大成功，5天收一次都來(lái)不及，3天OD到21，每次清洗好幾次，都是濃濃的藻。

　　三、全周期服務(wù)：從診斷到落地，全程“陪伴式”賦能

　　光語(yǔ)的競(jìng)爭(zhēng)力，不僅在于技術(shù)，更在于“懂行業(yè)、懂痛點(diǎn)、懂落地”的服務(wù)體系：

　　1.精準(zhǔn)診斷：72小時(shí)響應(yīng)，技術(shù)團(tuán)隊(duì)實(shí)地勘查，定制藻種配伍與工藝路線。

　　2.設(shè)備適配：提供“設(shè)備租賃工藝培訓(xùn)遠(yuǎn)程運(yùn)維”一站式服務(wù)，降低客戶試錯(cuò)成本。

　　3.長(zhǎng)效追蹤：建立項(xiàng)目檔案，持續(xù)優(yōu)化能耗與產(chǎn)出比，確?？蛻糸L(zhǎng)期收益。

四、全球合作網(wǎng)絡(luò)：技術(shù)無(wú)界，共享綠色紅利

　　13年來(lái)，光語(yǔ)的足跡已延伸至全球：

　　技術(shù)輸出：光生物反應(yīng)器出口至德國(guó)、巴西、越南等30國(guó)，適配熱帶、寒帶等極端環(huán)境。

　　聯(lián)合研發(fā)：與中科院、新加坡國(guó)立大學(xué)等機(jī)構(gòu)共建實(shí)驗(yàn)室，推動(dòng)藻類基因編輯、合成生物學(xué)突破。

　　生態(tài)共建：發(fā)起“藻類產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”，鏈接上下游企業(yè)，打造從藻種到終端的綠色價(jià)值鏈。

　　五、未來(lái)愿景：讓每一株藻，都成為改變世界的力量

　　從解決一個(gè)環(huán)保難題，到激活一片土地的經(jīng)濟(jì)；從降低一家工廠的能耗，到推動(dòng)一個(gè)行業(yè)的升級(jí)光語(yǔ)生物以13年實(shí)戰(zhàn)為根基，持續(xù)探索藻類科技的無(wú)限可能。

　　即刻行動(dòng)，與光語(yǔ)同行

　　無(wú)論您是面臨環(huán)保壓力、尋求降本增效，還是布局綠色新賽道，光語(yǔ)愿以：

　　2000+株藻種資源，精準(zhǔn)匹配需求；

　　100+套成熟方案，快速?gòu)?fù)制成功；

　　13年實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，為您的綠色轉(zhuǎn)型保駕護(hù)航。

　　地址：浙江省溫州市洞頭區(qū)中國(guó)溫州安全(應(yīng)急)產(chǎn)業(yè)園

　　掃一掃，獲取專屬解決方案

　　（企業(yè)碼圖片）

　　光語(yǔ)生物用13年經(jīng)驗(yàn)，讓藻類技術(shù)“落地有聲”！

　　選擇我們，就是選擇可量化的綠色未來(lái)！

國(guó)內(nèi)生產(chǎn)光反應(yīng)器的廠家 有哪些？國(guó)內(nèi)做反應(yīng)器專業(yè)的廠家是誰(shuí)？

 一、空間革命：垂直管道的立體優(yōu)勢(shì)

 傳統(tǒng)微藻培養(yǎng)采用開放池系統(tǒng)，需要大面積的土地資源。一個(gè)年產(chǎn)100噸微藻的開放池，占地面積可達(dá)10萬(wàn)平方米。而垂直管道培養(yǎng)系統(tǒng)通過立體化設(shè)計(jì)，將培養(yǎng)空間向空中延伸，占地面積僅為開放池的1/10。這種立體化設(shè)計(jì)不僅節(jié)省了土地資源，還實(shí)現(xiàn)了單位面積產(chǎn)量的飛躍。

 垂直管道系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)生產(chǎn)需求靈活調(diào)整規(guī)模。每個(gè)培養(yǎng)單元由直徑10-20厘米、高度2-4米的透明管道組成，這些管道可以像積木一樣組合搭建，形成規(guī)?；囵B(yǎng)系統(tǒng)。這種設(shè)計(jì)使得微藻培養(yǎng)不再受限于地理空間，可以在城市建筑、廢棄廠房等場(chǎng)所實(shí)施。

 在空間利用率方面，垂直管道系統(tǒng)展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。通過優(yōu)化管道排列方式和光照系統(tǒng)，單位面積產(chǎn)量可達(dá)開放池的5-8倍。這種高效的空間利用模式，為微藻工業(yè)化生產(chǎn)開辟了新途徑。

 二、效率提升：垂直管道的技術(shù)突破

 垂直管道系統(tǒng)采用封閉式設(shè)計(jì)，有效避免了開放池系統(tǒng)中常見的水分蒸發(fā)、污染物侵入等問題。封閉環(huán)境使得培養(yǎng)條件更易控制，微藻生長(zhǎng)更加穩(wěn)定。系統(tǒng)配備的在線監(jiān)測(cè)裝置，可實(shí)時(shí)調(diào)控溫度、pH值、營(yíng)養(yǎng)鹽濃度等關(guān)鍵參數(shù)。

 光照是微藻生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素。垂直管道系統(tǒng)采用智能光照技術(shù)，通過LED光源和光導(dǎo)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)光照強(qiáng)度的精確調(diào)控。系統(tǒng)可根據(jù)微藻的生長(zhǎng)階段，自動(dòng)調(diào)節(jié)光照周期和強(qiáng)度，確保光合作用效率最大化。

 營(yíng)養(yǎng)供給方面，垂直管道系統(tǒng)采用循環(huán)培養(yǎng)模式。通過精確計(jì)量泵和在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)鹽的精準(zhǔn)投加和循環(huán)利用。這種模式不僅提高了營(yíng)養(yǎng)利用效率，還減少了廢水排放。

 三、產(chǎn)業(yè)革新：垂直管道的應(yīng)用前景

 垂直管道培養(yǎng)系統(tǒng)生產(chǎn)的微藻生物質(zhì)，可用于生物柴油、生物乙醇等可再生能源的生產(chǎn)。與傳統(tǒng)作物相比，微藻單位面積產(chǎn)油量高出30-100倍，且不占用耕地資源。這種可持續(xù)的能源生產(chǎn)方式，為緩解能源危機(jī)提供了新思路。

 在環(huán)境治理領(lǐng)域，垂直管道系統(tǒng)展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。微藻可高效吸收二氧化碳、氮磷等污染物，用于工業(yè)廢氣處理和廢水凈化。封閉式培養(yǎng)系統(tǒng)避免了二次污染，實(shí)現(xiàn)了污染治理與資源回收的雙重效益。

 垂直管道技術(shù)推動(dòng)了微藻產(chǎn)業(yè)的升級(jí)轉(zhuǎn)型。標(biāo)準(zhǔn)化、智能化的生產(chǎn)方式，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。這種創(chuàng)新模式吸引了大量資本投入，加速了微藻產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；l(fā)展。

 垂直管道培養(yǎng)技術(shù)正在重塑微藻產(chǎn)業(yè)格局。這項(xiàng)創(chuàng)新不僅解決了傳統(tǒng)培養(yǎng)方式的空間限制，還通過智能化控制提升了生產(chǎn)效率。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的持續(xù)降低，垂直管道培養(yǎng)系統(tǒng)將在能源、環(huán)境、食品等領(lǐng)域發(fā)揮更大作用，為人類可持續(xù)發(fā)展提供新的解決方案。這項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用，標(biāo)志著微藻產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了智能化、規(guī)模化發(fā)展的新階段。

　　你可能無(wú)法在早餐、午餐和晚餐時(shí)消化大豆，但你吃的動(dòng)物卻可以。主要農(nóng)作物的種植面積是英國(guó)面積的五倍，其中85%用于動(dòng)物飼料。由于預(yù)計(jì)世界人口和食肉的全球中產(chǎn)階級(jí)都將迅速增長(zhǎng)，到2050年，大豆的需求將增長(zhǎng)80%，超過任何其他主食作物。

　　由于可耕地的稀缺，我們對(duì)動(dòng)物產(chǎn)品的需求已經(jīng)導(dǎo)致了亞馬遜和其他熱帶雨林的大面積砍伐。需求的大幅增長(zhǎng)很可能導(dǎo)致更多的破壞，而此時(shí)正是我們需要遏制全球變暖的第二大原因的時(shí)候。

　　但這種毀滅還不確定。我最近去冰島考察了一項(xiàng)提高光合作用的尖端商業(yè)技術(shù)。它可以幫助保存生物多樣性,CO?吸吮至關(guān)重要的生態(tài)系統(tǒng)的健康我們的地球。

　　光合作用的特點(diǎn)

　　光、二氧化碳和水賦予植物生命。通過光合作用，植物將這三種成分轉(zhuǎn)化為繁盛所需的重要碳水化合物。但令人驚訝的是，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)對(duì)這些因素幾乎沒有控制。它依靠陽(yáng)光來(lái)灌溉，雖然灌溉大大提高了作物產(chǎn)量，但水資源短缺往往是農(nóng)民面臨的一個(gè)問題。

　　一片大豆地侵蝕著亞馬遜雨林。

　　這種新方法在冰島的Hellisheidi地?zé)峁珗@進(jìn)行了試驗(yàn)，將陽(yáng)光與LED燈、淡水與含鹽量更高的“微咸”水以及環(huán)境空氣與高濃度二氧化碳進(jìn)行交換，控制它們?cè)诿麨楣馍锓磻?yīng)器的創(chuàng)新模塊中的濃度。把它們想象成核反應(yīng)堆，除了以高濃度的二氧化碳和光為輸入，以有機(jī)物質(zhì)為輸出。

　　這些光生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)目的不是種植大豆，而是種植植物微生物。在管不同的形狀和大小,富含微仔細(xì)攪拌,水分、光照、水,和?。使用與NASA太空旅行系統(tǒng)相同的邏輯，他們回收碳、磷和氮。與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)相比,這些閉環(huán)模塊允許更大的控制和測(cè)量的肥料和水,更高效地利用有限公司?,風(fēng)險(xiǎn)低污染的農(nóng)作物損失,害蟲,風(fēng)暴。

　　最重要的是，它們最大化了光合作用的關(guān)鍵成分:光的效率。通過保持微藻液的不斷流動(dòng)，密切調(diào)節(jié)溫度和采收時(shí)間，這些微生物暴露在最大健康的光照下，擺脫了晝夜循環(huán)和天氣的自然限制。

　　相當(dāng)不同。

　　利用這一技術(shù)，光生物反應(yīng)器可以提供與大豆相似的營(yíng)養(yǎng)含量，且在土地和水的使用中所占比例不到0.6%。生產(chǎn)單位使用130 m2每年增長(zhǎng)10500公斤的生物質(zhì)–在資源效率提高200倍。

　　一種可伸縮的解決方案

　　這些反應(yīng)堆的生態(tài)足跡很小。冰島的反應(yīng)堆是地?zé)峁╇姷模梢耘c任何形式的可再生電力配套使用。碳的生產(chǎn)成本后,他們公司?凈吸收器。它們消除了對(duì)殺蟲劑和除草劑的需求。它們可以放在貧瘠的土地上，也可以像樂高積木一樣垂直堆放。模塊化設(shè)計(jì)甚至可以部署在城市中心。

　　關(guān)鍵是，這項(xiàng)技術(shù)具有成本效益。主要得益于大麻的商業(yè)化，LED技術(shù)現(xiàn)在比以前便宜得多，效率也更高，最近的其他工程創(chuàng)新也進(jìn)一步降低了成本。如果把大豆種植造成的環(huán)境和社會(huì)危害的貨幣成本考慮在內(nèi)，微藻現(xiàn)在的性價(jià)比要高得多，盡管生產(chǎn)商需要更高水平的初始投資。雖然從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向技術(shù)技能的轉(zhuǎn)變需要短期的密集培訓(xùn)，但對(duì)農(nóng)民和各州來(lái)說(shuō)，這種成本將被更大的利潤(rùn)和更容易的生產(chǎn)所抵消。

　　外面的顏色就沒那么鮮艷了。

　　還需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)來(lái)證明完全以微藻為基礎(chǔ)的飲食從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看并不會(huì)對(duì)動(dòng)物的健康有害，但研究表明，它們有可能喂養(yǎng)小雞、母雞、豬和奶牛。光生物反應(yīng)器已經(jīng)可以用來(lái)培育適合人類食用的微藻菌株，比如流行的保健食品螺旋藻。

　　與許多其他行業(yè)一樣，畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)往往難以改變。

　　但是這些替代的食物系統(tǒng)現(xiàn)在是可以實(shí)現(xiàn)的，如果有依賴大豆的政府的支持，這項(xiàng)技術(shù)可以拯救數(shù)百萬(wàn)公頃的雨林，并為已經(jīng)被砍伐的森林地區(qū)的恢復(fù)提供空間。隨著各國(guó)面臨的減排壓力加劇，這種轉(zhuǎn)變可能會(huì)變得越來(lái)越有吸引力。

　　它還可以騰出寶貴的土地和水資源來(lái)養(yǎng)活預(yù)計(jì)在未來(lái)80年將增長(zhǎng)一半的人口。隨著全球變暖，洪水、干旱和農(nóng)作物歉收的極端模式預(yù)計(jì)會(huì)出現(xiàn)，像這樣的光生物反應(yīng)器可能會(huì)為數(shù)百萬(wàn)人避免饑荒。就像地球上存在的許多問題一樣，解決之道就在那里。我們只需要實(shí)現(xiàn)它們。

　　本文由劍橋大學(xué)CSER食品安全研究助理兼首席研究員Asaf Tzachor撰寫。

　　空客公司將一個(gè)光生物反應(yīng)器(PBR)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)帶到國(guó)際空間站。該反應(yīng)器由斯圖加特大學(xué)開發(fā)，由空客公司代表德國(guó)航空航天中心(DLR)建造，旨在將國(guó)際空間站上的“LSR”生命支持系統(tǒng)所提取的部分二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，這將有助于在未來(lái)長(zhǎng)期太空任務(wù)中節(jié)約寶貴的資源。

未來(lái)太空探索的任務(wù)是將航天員送上月球和火星。任務(wù)成功的一個(gè)決定性因素將是將資源消耗保持在最低限度。由于從地球運(yùn)送新的供應(yīng)品既困難又昂貴，因此盡可能最大程度地實(shí)現(xiàn)水、氧和食物的各自資源循環(huán)是至關(guān)重要的。目前，大多數(shù)廢水已經(jīng)在國(guó)際空間站上被重新處理成淡水。

自2018年10月以來(lái)，歐洲航天局(ESA)的生命支持系統(tǒng)(LSR)一直在國(guó)際空間站上。它由空客公司制造，以前被稱為ACLS(高級(jí)閉環(huán)系統(tǒng))，它收集航天員呼出的二氧化碳，并通過電解將其轉(zhuǎn)化為氧氣。國(guó)際空間站實(shí)驗(yàn)“PBR LSR”是一項(xiàng)旨在將二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣和生物質(zhì)的技術(shù)演示。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，PBR將與LSR以物理化學(xué)混合的方法連接，并運(yùn)行長(zhǎng)達(dá)180天，在此期間，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和藻類培養(yǎng)的性能將被記錄和評(píng)估。

　小球藻是一種富含蛋白質(zhì)的光合產(chǎn)物，目前已被廣泛應(yīng)用于食品(補(bǔ)充劑)中。在未來(lái)，大約30%的航天員食物可以被這種藻類營(yíng)養(yǎng)物所替代。

小球藻所需的二氧化碳大部分將由LSR提供。如果沒有可用的二氧化碳，藻類也可以從飛船上攜帶的瓶子中獲取。藻類每14天被加入營(yíng)養(yǎng)液，同時(shí)被稀釋以允許新的藻類有空間生長(zhǎng)。一旦實(shí)驗(yàn)完成，將對(duì)培養(yǎng)出的藻類的性能和生命周期進(jìn)行評(píng)估，并將幾個(gè)樣本送回地球進(jìn)行基因分析。技術(shù)上重要的下一個(gè)發(fā)展階段，將是加工收獲的藻類來(lái)生產(chǎn)食品。小球藻作為一種蛋白質(zhì)來(lái)源，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于食品中。

在“PBR LSR”中使用的混合方法，不僅有利于長(zhǎng)期的太空任務(wù)，還將在更廣泛的意義上實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約，促進(jìn)地球上可持續(xù)發(fā)展的實(shí)踐。

　　在進(jìn)入今天的主題前，首先向大家明確幾個(gè)基本概念。我們知道，能源和碳源作為一切生物生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，所謂的“光合自養(yǎng)”“光能異養(yǎng)”“化能自養(yǎng)”和“化能異養(yǎng)”型生物，它們的差異也主要體現(xiàn)在這幾個(gè)方面。

　　“光合自養(yǎng)”型生物中的能源和碳源來(lái)源分別為光和二氧化碳，與其不同的是，“光合異養(yǎng)”型生物中只以有機(jī)化合物而非二氧化碳作為它們的碳源?！盎茏责B(yǎng)”型生物中的能量來(lái)源是通過無(wú)機(jī)或有機(jī)化合物的氧化作用，其碳源是二氧化碳，而“化能異養(yǎng)”型生物生長(zhǎng)所需的能源和碳源均為有機(jī)化合物（如葡萄糖）。

　　“靠天吃飯”的光自養(yǎng)培養(yǎng)模式

　　微藻是單細(xì)胞生物，可以用作生產(chǎn)能源、食品、飼料的原料，在工業(yè)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

　　一直以來(lái)，藻類被認(rèn)為像高等植物一樣必須通過光合作用（利用光和二氧化碳）才能實(shí)現(xiàn)細(xì)胞生物質(zhì)合成，即光自養(yǎng)培養(yǎng)模式。但這種培養(yǎng)模式基本只能“靠天吃飯”，受外界環(huán)境條件如溫度、光強(qiáng)、日照時(shí)間等的限制，細(xì)胞濃度較低，一般只能達(dá)到0.5-1.5g/L。

　　圖1開放式跑道池自養(yǎng)培養(yǎng)

　　此外，開放式光自養(yǎng)培養(yǎng)模式下的微藻易遭受浮游動(dòng)物或細(xì)菌污染，正因如此，通過這種培養(yǎng)方式進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)的微藻品種極其有限，僅有耐強(qiáng)堿（pH9-10）螺旋藻、耐高鹽（NaCl濃度高于30%）杜氏鹽藻和能夠快速增殖的小球藻。

　　圖2自養(yǎng)培養(yǎng)下小球藻被浮游動(dòng)物吞噬

　　異養(yǎng)模式雖好，但是也不是所有微藻都適用

　　實(shí)際上，很多微藻可不依賴于光和二氧化碳，它們可以在完全黑暗條件下利用有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行異養(yǎng)生長(zhǎng)。由于這種培養(yǎng)方式擺脫了對(duì)光的限制，微藻的生長(zhǎng)速率比在光照條件下快得多，優(yōu)勢(shì)也是顯而易見：

　　l微藻異養(yǎng)培養(yǎng)所需的能源及碳源均由有機(jī)碳源來(lái)提供，首先解決了能源限制問題；

　　l由于異養(yǎng)是在密閉的發(fā)酵罐中進(jìn)行，整個(gè)培養(yǎng)系統(tǒng)采用蒸汽進(jìn)行滅菌，從而解決了被其它微生物污染的問題；

　　l異養(yǎng)培養(yǎng)過程中的溫度、pH、營(yíng)養(yǎng)物的供應(yīng)等都能得到較好的控制，細(xì)胞濃度可高達(dá)到100-200g/L。

　　然而，并非所有的微藻都能夠進(jìn)行異養(yǎng)生長(zhǎng)。不能異養(yǎng)培養(yǎng)的最主要因素是，微藻自身不具備完善的吸收利用胞外有機(jī)碳和有機(jī)氮的機(jī)制。

　　具體來(lái)說(shuō)，一是有些微藻因?yàn)橛袡C(jī)物難以透過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞或者缺乏濃縮有機(jī)物的能力而不能被異養(yǎng)；二是有機(jī)物在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行代謝所需的酶系統(tǒng)不完善,有機(jī)物不能被有效利用,造成某些微藻難以異養(yǎng)；三是在異養(yǎng)條件下,某些微藻因呼吸作用所提供的能量不足以維持其生長(zhǎng)而不能異養(yǎng)。

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，迄今為止被業(yè)界篩選出來(lái)適合異養(yǎng)方式培養(yǎng)的微藻有多個(gè)門類幾十個(gè)藻種，其中小球藻、隱甲藻、裂壺藻、部分硅藻在異養(yǎng)培養(yǎng)方式研究中及量產(chǎn)化方面較為成熟。同時(shí)，也有研究采用代謝工程的方式，通過轉(zhuǎn)基因來(lái)擴(kuò)大微藻異養(yǎng)培養(yǎng)的品種及使用范圍。例如，國(guó)外學(xué)者通過轉(zhuǎn)入葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)酶基因，使不能異養(yǎng)培養(yǎng)的三角褐指藻實(shí)現(xiàn)了利用葡萄糖進(jìn)行異養(yǎng)生長(zhǎng)。

　　在生化組成上，異養(yǎng)和自養(yǎng)培養(yǎng)所獲得的微藻成分的區(qū)別主要在一些色素含量方面，例如光合自養(yǎng)所得的葉綠素和某些類胡蘿卜素的含量會(huì)多些，但最重要的成分通常不會(huì)受到影響。研究表明，天然蝦青素（一種高抗氧化活性類胡蘿卜素）在微藻體內(nèi)的生物合成也不一定需要光來(lái)誘導(dǎo)，完全可以通過施予某些脅迫因子來(lái)誘導(dǎo)產(chǎn)生。

　　微藻異養(yǎng)，更適合工業(yè)化生產(chǎn)

　　十多年的實(shí)踐表明，微藻異養(yǎng)培養(yǎng)由于可控性強(qiáng)更適合工業(yè)化生產(chǎn)，與之相比，光合自養(yǎng)培養(yǎng)更像原始農(nóng)業(yè)，可重復(fù)性差。然而，異養(yǎng)培養(yǎng)也存在建設(shè)成本大、運(yùn)行成本高等缺點(diǎn)。目前，這種培養(yǎng)模式僅適用于高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)。例如，利用裂殖壺藻或隱甲藻來(lái)發(fā)酵生產(chǎn)DHA、利用蛋白核小球藻和裸藻異養(yǎng)發(fā)酵生產(chǎn)富含蛋白和β-1，3葡聚糖的食品等。

　　圖3微藻發(fā)酵罐異養(yǎng)培養(yǎng)

　　受技術(shù)水平所限，當(dāng)前微藻在異養(yǎng)培養(yǎng)條件下能夠達(dá)到的生物量濃度仍然很低，制約了微藻的工業(yè)化應(yīng)用。最近，中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所的研究人員以一株可異養(yǎng)培養(yǎng)的富油柵藻為研究對(duì)象，通過有效的發(fā)酵過程優(yōu)化，尤其是精準(zhǔn)的葡萄糖濃度控制這一關(guān)鍵技術(shù)的突破，實(shí)現(xiàn)了該富油柵藻的超高密度培養(yǎng)，最高細(xì)胞濃度達(dá)到286g/L，比光自養(yǎng)培養(yǎng)提高了100-200倍，解決了微藻大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的問題。

　　圖4異養(yǎng)高密度培養(yǎng)后培養(yǎng)液離心前后比較

　　微藻作為一種重要的資源,如何實(shí)現(xiàn)微藻的高細(xì)胞密度養(yǎng)殖已經(jīng)成為微藻產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問題。微藻異養(yǎng)培養(yǎng)能從根本上解決自養(yǎng)受光照影響的問題，已成為微藻培養(yǎng)的主要發(fā)展方向。

　　來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所

? ? ? ? 為了達(dá)到上述目的，微藻生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化是必然之路，但是由于尚缺乏切實(shí)可行、適宜投資的實(shí)施方案，作為微藻產(chǎn)業(yè)化鏈條中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，微藻的大規(guī)模培養(yǎng)成為微藻產(chǎn)業(yè)化中公認(rèn)的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。目前，大規(guī)模培養(yǎng)微藻時(shí)所用的培養(yǎng)基大多是沼液、啤酒生產(chǎn)廢水、養(yǎng)殖廢水等有機(jī)廢物，可以收獲微藻作為生產(chǎn)飼料、色素、能源生物質(zhì)等的原料;亟待解決的關(guān)鍵問題集中在減少病蟲害污染、提高土地利用率和降低運(yùn)行成本3個(gè)方面。常用的培養(yǎng)容器是光生物反應(yīng)器，分為開放式和封閉式兩大類，開放式光生物反應(yīng)器構(gòu)造簡(jiǎn)單、操作方便、運(yùn)行成本低，是目前產(chǎn)業(yè)化培養(yǎng)中最常使用的生物反應(yīng)器;封閉式光生物反應(yīng)器則主要應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室或小規(guī)模培養(yǎng)微藻，制造、運(yùn)行及維護(hù)成本均高于前者，但能夠較好地控制培養(yǎng)條件，具有更好的研究?jī)r(jià)值。

? ? ? ? 利用微藻處理廢氣、廢水和生產(chǎn)有機(jī)生物質(zhì)，光生物反應(yīng)器是關(guān)鍵工序和重要的限制因素，研發(fā)低成本、高產(chǎn)量的微藻生物反應(yīng)器勢(shì)在必行。鑒于目前有關(guān)反應(yīng)器研發(fā)不足，仍然存在諸多探討空間，本文將就上述兩大類微藻光生物反應(yīng)器的特性進(jìn)行回顧，比較其優(yōu)劣，以期為相關(guān)研究提供借鑒。

1封閉式光生物反應(yīng)器

封閉式光生物反應(yīng)器內(nèi)部和外界有一定的隔離措施，便于實(shí)現(xiàn)微藻的無(wú)菌培養(yǎng)，有平板式、柱狀和管道式3種類型。

1. 1平板式光生物反應(yīng)器

? ? ? ? PBR是用透光性能較好的玻璃、樹脂等材質(zhì)制作而成的，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)潔、易加工、易清潔、成本低、操作條件容易控制。比表面積是影響微藻光合作用的主要因素，因此制作過程中盡量增加反應(yīng)器的比表面積，并根據(jù)需要設(shè)計(jì)不同的光徑，另外為了獲得最佳的入射光強(qiáng)度，戶外放置的PBR通常要傾斜一定的角度。

? ? ? ? ?齊祥明和崔海龍?jiān)诙喙?jié)隔板PBR的基礎(chǔ)上增加了多級(jí)進(jìn)氣，建立了多級(jí)進(jìn)氣多級(jí)隔板式PBR(圖1)，有效提高了反應(yīng)器的混合與傳質(zhì)性能，通過與普通反應(yīng)器的液體平均速度、死區(qū)比、湍動(dòng)能、湍動(dòng)能耗散率、氣含率、液相傳質(zhì)系數(shù)等參數(shù)的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)多級(jí)進(jìn)氣多級(jí)隔板PBR各項(xiàng)指標(biāo)均有很大提高。在通氣率(每分鐘通入反應(yīng)器的氣體體積與反應(yīng)器實(shí)際裝液體積之比)0.4~0. 8內(nèi)，該反應(yīng)器傳質(zhì)及混合性能表現(xiàn)優(yōu)異。所以，他們提出以多級(jí)進(jìn)氣提高多節(jié)隔板反應(yīng)器性能，并通過對(duì)比氣含率、液體平均速度、湍動(dòng)能、湍動(dòng)能耗散率、死區(qū)、液相傳質(zhì)系數(shù)等性能評(píng)價(jià)參數(shù)得出多級(jí)進(jìn)氣多節(jié)隔板反應(yīng)器通過特有的進(jìn)氣結(jié)構(gòu)給出了更為優(yōu)越的流動(dòng)、混合性能，同時(shí)這種流動(dòng)混合方面的優(yōu)越性也明顯提高了該新型反應(yīng)器的傳質(zhì)性能，無(wú)疑將更加有利于微藻的培養(yǎng)。Alexandra等為了評(píng)估微藻培養(yǎng)對(duì)水資源恢復(fù)的潛力，從養(yǎng)分去除率和生物量生產(chǎn)2個(gè)方面評(píng)價(jià)了3臺(tái)0. 55 m2; PBR(圖2)的性能。PBR在室外(自然環(huán)境溫度和光照強(qiáng)度)運(yùn)行，使用來(lái)自ANMBR的富營(yíng)養(yǎng)廢水作為生長(zhǎng)介質(zhì)，該廢水由預(yù)處理污水供給。太陽(yáng)輻射是影響NRR的決定性因素。在光照強(qiáng)度203 000 lux、溫度25. 5℃、培養(yǎng)時(shí)間8d條件產(chǎn)生最大生物量52. 3mg, NRR為5.84 mg NH4-N·L-1·d-1和0. 85mg PO43–P.L- 1.d-1。在上述條件下，當(dāng)進(jìn)水中的營(yíng)養(yǎng)鹽含量在40~ 50 mg N .L-1和6~7 mg p.L-1范圍內(nèi)時(shí)，可以達(dá)到出水營(yíng)養(yǎng)鹽標(biāo)準(zhǔn)(歐洲標(biāo)準(zhǔn)91 /271 /CEE)。溫度和太陽(yáng)輻射對(duì)PBR培養(yǎng)微藻有重要影響，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度是短期內(nèi)影響NRR的關(guān)鍵因素。

? ? ? ? ?PBR受到光照表面積大，藻液混合均勻，得到微藻生物量大;雖然其受制于制作材料的強(qiáng)度，放大困難，但可通過增加反應(yīng)器單元實(shí)現(xiàn);由于難以形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)?；?，限制了PBR的使用范圍，但在小規(guī)模的實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)微藻中優(yōu)勢(shì)顯著;操作簡(jiǎn)單、易控制，不易被雜菌污染、藻液收集方便，可以得到更高的生物量。

1. 2柱狀光生物反應(yīng)器

? ? ? ? CBR由柱體、供氣裝置、控溫裝置、光源等組成。其中，柱體材料由透明玻璃或塑料制成;所供氣體由底部進(jìn)入，頂部排出;光源設(shè)置在柱體內(nèi)部或外部(可使用太陽(yáng)光)，內(nèi)置光源雖然效率高但不易清洗，應(yīng)用受到限制。按進(jìn)氣模式分類有鼓泡式CBR(圖3)和氣升式CBR 2種，其中鼓泡式有同軸管式、分隔柱式、分離式和外循環(huán)式等類型[00;氣升式反應(yīng)器內(nèi)部分成上升區(qū)和下降區(qū)2個(gè)部分，氣體由上升區(qū)底部進(jìn)入，因此底部培養(yǎng)液含氣率大、密度小，氣體就會(huì)自動(dòng)上升到頂部，頂部的空間較大，氣體逸散后從排氣口排出，此時(shí)的培養(yǎng)液含氣率降低、密度變大，氣體就會(huì)從下降區(qū)流回至上升區(qū)底部而形成循環(huán)

? ? ? ? 郭禎等采用自制的鼓泡式CBR，通過批式及兩段法培養(yǎng)湛江等鞭金藻(Isochrysis zhanjian-R-ensis sp. nov，一種產(chǎn)油模式藻種)。通過對(duì)微藻培養(yǎng)過程中pH、葉綠素?zé)晒狻⑽⒃迳锪考跋嚓P(guān)成分進(jìn)行測(cè)定及分析，得到了此鼓泡柱式光生物反應(yīng)器的培養(yǎng)條件范圍，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)以上指標(biāo)的可控和微藻油脂的積累。張芬芬等采用50 L內(nèi)置光源氣升式反應(yīng)器(圖4)，使用響應(yīng)曲面確定了最佳培養(yǎng)條件，內(nèi)置光源為紅藍(lán)光、光照強(qiáng)度約9 000 lux、光暗周期17. s h :6. s h，收獲的小球藻的藻細(xì)胞密度為5. 48 x 107個(gè)·mL-‘，收獲小球藻干重為1.21 g”L-‘，較優(yōu)化前提高了157%。該柱式光生物反應(yīng)器因體積較大，混合效果好，光源設(shè)置合理，且培養(yǎng)的藻密度較高，具有擴(kuò)大培養(yǎng)規(guī)模的潛力，但考慮到試劑成本較高，需要進(jìn)一步研究。

? ? ? ? CBR具有傳質(zhì)效率高、混合均勻、剪切力小、耗能低、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，多用于實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)微藻。但CBR一般容積小、造價(jià)高、放大困難，限制了其發(fā)展應(yīng)用。本課題組采用內(nèi)置光源氣升式進(jìn)行藻種擴(kuò)大，其實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)條件易把控、光源充足、微藻生長(zhǎng)快;但易染菌，需注意保持無(wú)菌環(huán)境或減少與外界接觸。

1. 3管道式光生物反應(yīng)器

? ? ? ?PPBR也是采用透光材質(zhì)制作，其光照表面積大、微藻生物量高、適合戶外培養(yǎng)，但存在管道內(nèi)部光線不足、耗能高、占地面積大以及管道內(nèi)培養(yǎng)液易出現(xiàn)pH, CO2濃度梯度差等缺點(diǎn)[17];同時(shí)，微藻易貼壁生長(zhǎng)、氧解析困難，為此可以采取加大液體流速、減少管內(nèi)裝置、采用較大的管道內(nèi)徑及保持其光滑、加裝自動(dòng)清洗裝置等方法降低貼壁現(xiàn)象。需要特別注意的是，大多數(shù)微藻最適生長(zhǎng)溫度為20~30 ℃，而反應(yīng)器內(nèi)溫度會(huì)比周圍環(huán)境高10 30℃，應(yīng)及時(shí)采取控溫措施。

? ? ? ?雷玉玲和吳晶對(duì)一種新型帶螺旋肋的PPBR，用粒子追蹤模型模擬了微藻在反應(yīng)器中的運(yùn)動(dòng)情況。發(fā)現(xiàn)調(diào)整螺旋肋的結(jié)構(gòu)參數(shù)可以達(dá)到改變微藻所受光暗循環(huán)的情況。隨著螺旋助螺距P的增加，微藻細(xì)胞經(jīng)歷的光暗循環(huán)率fav ,反應(yīng)器光暗循環(huán)強(qiáng)化效率出現(xiàn)峰值。PPBR內(nèi)部微藻細(xì)胞貼壁現(xiàn)象使管道內(nèi)部的阻力增加，光透過率降低、氧解析困難、能耗增加等問題限制了該類反應(yīng)器的發(fā)展及大規(guī)模應(yīng)用。

2開放式光生物反應(yīng)器

? ? ? ? ?PPBR可以通過在其中加入螺旋肋來(lái)增加藻液的流速，增加藻種與培養(yǎng)基的混合程度，大幅度的降低微藻貼壁生長(zhǎng)的可能性，增加培養(yǎng)基中氧

開放式光生物反應(yīng)器與外界環(huán)境相通，雖然降低了培養(yǎng)成本，但達(dá)不到無(wú)菌培養(yǎng)環(huán)境，藻種純度不能保障。開放式光生物反應(yīng)器可分為跑道式和掛膜式等。

2. 1跑道式光生物反應(yīng)器

? ? ? ? RPBR構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本低廉、操作簡(jiǎn)單，在過去的幾十年中已大量報(bào)道 RPBR以自然光為主要光源，但穿透性差，需保持淺水培養(yǎng)。RPBR(圖6)通過泵或漿輪驅(qū)動(dòng)藻液流動(dòng)，在反應(yīng)器入水口處可流加新鮮培養(yǎng)基，經(jīng)反應(yīng)器循環(huán)后等速?gòu)某鏊谔幣懦?。目前主要?yīng)用于各類污水的處理中，在微藻商業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛。

? ? ? ? 跑道池式光生物反應(yīng)器構(gòu)件簡(jiǎn)單、建造成本低、操作簡(jiǎn)便并且可以利用空氣中的CO2，從而大大節(jié)省了生產(chǎn)過程所需費(fèi)用。但是跑道式光生物反應(yīng)器混合性能不佳、功耗較大，培養(yǎng)液若不能和微藻進(jìn)行有效混合會(huì)降低微藻生長(zhǎng)過程中的光利用率，影響微藻細(xì)胞與培養(yǎng)液間的物質(zhì)交換、阻礙O2排出、致使藻細(xì)胞絮沉。宋培欽等利用戶外RPBR培養(yǎng)三角褐指藻，并探索了其優(yōu)化條件。研究表明:鹽度為20的條件下，三角褐指藻獲得最大細(xì)胞

2. 2膜式光生物反應(yīng)器

? ? ? ? MPBR利用了微藻吸附在固體培養(yǎng)基中形成生物膜的特點(diǎn)，因此其主要應(yīng)用于大規(guī)模CO2固定及污水處理. MPBR耗水少、微藻收獲成本低，但限制其應(yīng)用的主要原因是膜污染，膜污染會(huì)導(dǎo)致過膜壓力升高、膜通量下降，進(jìn)而使裝置耗能增加。膜污染的形成原因是微生物及其殘骸、溶解性物質(zhì)或膠體物質(zhì)被吸附在膜的表面或內(nèi)部并形成累積。

膜污染不僅會(huì)降低膜的使用時(shí)間還會(huì)增加運(yùn)行成本，因此對(duì)膜污染的成因及控制措施的研究極為重要。目前，學(xué)者們主要通過對(duì)膜材料、混合液和操作參數(shù)進(jìn)行研究。Prashant等研究了利用MPBR(圖7)處理三級(jí)廢水時(shí)污泥停留時(shí)間對(duì)污水中微藻生物量累積的影響。分析得出，SRT并不能很好的控制生物量去除率，但它可以有效地緩解光限制，提高M(jìn)PBR的微藻生物量產(chǎn)量。Gera等采用3種不同的微藻培養(yǎng)基，結(jié)合MPBR對(duì)污水進(jìn)行處理。微藻與膜生物反應(yīng)器系統(tǒng)聯(lián)合應(yīng)用，可獲得高效的生物量和優(yōu)質(zhì)的滲透水生產(chǎn)的雙重受益。更換膜材料雖能大幅度減少膜污染，但造成膜污染的成因非常復(fù)雜，微生物分泌的溶解性產(chǎn)物和胞外分泌物必然存在，兩者是造成膜表面凝膠層形成的主要原因。因此膜污染目前還不能完全消除，只能通過優(yōu)化設(shè)計(jì)方案得到減緩。MPBR雖然只限于有吸附能力的微藻培養(yǎng)使用，但其具有對(duì)水資源消耗少、便于微藻采收等優(yōu)點(diǎn)。目前對(duì)其報(bào)道較少，仍需進(jìn)一步試驗(yàn)與研究。

3展望

? ? ? ? 封閉式光生物反應(yīng)器雖然能夠有效控制微藻培養(yǎng)條件、減少污染，適用于更多的藻種，其中平板式和管道式因水分蒸發(fā)少、條件易控制、光照面積大、獲得藻生物量大的特點(diǎn)被認(rèn)為最具有商業(yè)化潛力，但較高的造價(jià)及維護(hù)成本仍是主要瓶頸。開放式光生物反應(yīng)器能夠大規(guī)模培養(yǎng)微藻，降低培養(yǎng)成本，但藻種易受到污染、培養(yǎng)條件不受控制，只適用于生存能力強(qiáng)、不易發(fā)生基因突變的藻種。其中跑道式光生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、建造容易、操作易實(shí)施故而應(yīng)用較為廣泛(表1）

綜合上述反應(yīng)器的現(xiàn)狀，可以預(yù)測(cè)以下3個(gè)方面有望成為發(fā)展趨勢(shì)。

①博采眾長(zhǎng)，采用封閉式光生物反應(yīng)器與開放式光生物反應(yīng)器相結(jié)合的混合式微藻培養(yǎng)有望成為研究熱點(diǎn)。先采用封閉式光生物反應(yīng)器培養(yǎng)得到大量純?cè)宸N，保證了后續(xù)生產(chǎn)所需純?cè)宸N的供給;再經(jīng)過開放式光生物反應(yīng)器進(jìn)行大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，可以獲得更高產(chǎn)量，為生產(chǎn)具有附加值的生物質(zhì)產(chǎn)品奠定基礎(chǔ)。

②減少耕地占用，將微藻培養(yǎng)光生物反應(yīng)器盡量置于利用天然湖泊或近海的豐富水資源區(qū)域，可以大幅度降低微藻生產(chǎn)成本?？蓪⒃宸N置于薄透膜袋中于湖泊或海水中培養(yǎng)，充分利用湖泊或海水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)生產(chǎn)得到微藻生物質(zhì)。③研發(fā)新型高效的光生物反應(yīng)器用于微藻培養(yǎng)，研發(fā)過程中應(yīng)充分考慮微藻的生長(zhǎng)特性、反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)、光分布、培養(yǎng)基的傳質(zhì)、藻液的混合等因素。

? ? ? ? 總之，微藻生物反應(yīng)器各有利弊，為了取長(zhǎng)補(bǔ)短、相互彌補(bǔ)，許多學(xué)者傾向于研發(fā)不同構(gòu)造結(jié)合的混合型光生物反應(yīng)器，成為近幾年的熱點(diǎn)，相關(guān)研究也陸續(xù)出現(xiàn)在文獻(xiàn)中，但大多僅限于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模，距離規(guī)?；瘧?yīng)用還很遙遠(yuǎn)。鑒于大部分研發(fā)涉及多學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的融合，尤其是材料學(xué)、光學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)等對(duì)生物學(xué)家比較陌生，呼吁更多不同專業(yè)領(lǐng)域的學(xué)者行動(dòng)起來(lái)，互通有無(wú)、克服困難、聯(lián)合攻關(guān)，使微藻的大規(guī)模商業(yè)化養(yǎng)殖早日成為新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。

作者：李磊，張紅兵，李文濤，李會(huì)宣

轉(zhuǎn)自《生物技術(shù)進(jìn)展》2020年第10卷第2期

光語(yǔ)生物科技有限公司積累了8年的光生物反應(yīng)器制作技術(shù)，為客戶提供多種不同場(chǎng)合的管道式光生物反應(yīng)器生產(chǎn)光合細(xì)菌的解決方案，既可以為客戶提供物美價(jià)廉的光生物反應(yīng)器培養(yǎng)光合細(xì)菌方案，同時(shí)又可以提供一些簡(jiǎn)易的培養(yǎng)設(shè)備。

同時(shí)光語(yǔ)又是一家光合細(xì)菌菌種和技術(shù)服務(wù)提供商，不單單為客戶提供光合細(xì)菌培養(yǎng)用的光生物反應(yīng)器，還可以為客戶提供生產(chǎn)穩(wěn)定，繁殖迅速的優(yōu)質(zhì)菌種和培養(yǎng)技術(shù)，保證客戶買得起設(shè)備，培養(yǎng)光合細(xì)菌成功，不會(huì)出現(xiàn)設(shè)備買了養(yǎng)不起來(lái)光合細(xì)菌的情況，還可以為客戶單位的技術(shù)工程師提供培訓(xùn)服務(wù)。

光語(yǔ)專門研發(fā)了光合細(xì)菌適用的LED光源，代替已經(jīng)淘汰的白熾燈，實(shí)現(xiàn)光合細(xì)菌訂單式工廠化生產(chǎn)，縮短光合細(xì)菌培養(yǎng)時(shí)間到3-7天。

LED的光照強(qiáng)度可以達(dá)到1000μE（μmol/m2/s，相當(dāng)于10萬(wàn)lux的大陽(yáng)光強(qiáng)度）

光合細(xì)菌最高濃度可以達(dá)到吸光度OD=3.4，平均OD=1.4-2左右。

光語(yǔ)生物科技有限公司積累了8年的光生物反應(yīng)器制作技術(shù)，為客戶提供多種不同場(chǎng)合的管道式光生物反應(yīng)器生產(chǎn)微藻的解決方案，既可以為客戶提供物美價(jià)廉的光生物反應(yīng)器培藻方案，同時(shí)又可以提供一些簡(jiǎn)易的培養(yǎng)設(shè)備。

同時(shí)光語(yǔ)又是一家藻種和技術(shù)服務(wù)提供商，不單單為客戶提供藻類培養(yǎng)用的光生物反應(yīng)器，還可以為客戶提供生產(chǎn)穩(wěn)定，繁殖迅速的優(yōu)質(zhì)藻種和培養(yǎng)技術(shù)，保證客戶買得起設(shè)備，養(yǎng)得起藻，不會(huì)出現(xiàn)設(shè)備買了養(yǎng)不起來(lái)藻的情況，還可以為客戶單位的養(yǎng)藻技術(shù)工程師提供培訓(xùn)服務(wù)。