微藻生物膜貼壁培養(yǎng)是實(shí)現(xiàn)微藻培養(yǎng)高光效的重要途徑,已成為微藻培養(yǎng)技術(shù)研究的熱點(diǎn),但為什么生物膜貼壁培養(yǎng)在生物量生產(chǎn)和光能利用效率方面比傳統(tǒng)跑道池方法高得多,其原因尚不清楚。
最近,青島能源所劉天中研究員領(lǐng)導(dǎo)的微藻生物技術(shù)團(tuán)隊(duì)比較研究了光在傳統(tǒng)跑道池系統(tǒng)中和膜培養(yǎng)系統(tǒng)中的傳遞特性,結(jié)果表明20厘米深的典型室外跑道池系統(tǒng),其最初3天內(nèi)全部培養(yǎng)液都能接受到高于光補(bǔ)償點(diǎn)的光照,從第四天開始隨著細(xì)胞濃度升高,有效照光比例降低,經(jīng)過(guò)約30天后,微藻細(xì)胞濃度達(dá)到最大,約0.5gL-1,此時(shí)有效光照比例為31.1%。而對(duì)于膜培養(yǎng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō),從培養(yǎng)第1天開始一直到第10天,透過(guò)膜的光能仍然足夠支撐細(xì)胞生長(zhǎng),表明膜內(nèi)細(xì)胞100%能受到有效光照(Figure 1)。接受有效光照的比例差異可能是膜培養(yǎng)系統(tǒng)高效率的重要原因。
此外,微藻培養(yǎng)的水足跡是評(píng)價(jià)微藻培養(yǎng)技術(shù)的重要參數(shù)。目前普遍采用的跑道池或密閉式光反應(yīng)器等懸浮培養(yǎng)系統(tǒng),需水量極大。該團(tuán)隊(duì)在微藻貼壁培養(yǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上,通過(guò)分析影響培養(yǎng)水足跡的因素,提出了減少微藻培養(yǎng)水足跡的策略和反應(yīng)器新結(jié)構(gòu),主要包括:1)將微藻膜密封在水蒸氣飽和的腔室內(nèi);2)微藻膜接種在含有足夠多營(yíng)養(yǎng)元素的培養(yǎng)基中;3)以最小流速通入足夠量的CO2碳源。以雨生紅球藻(Haematococcus pluvialis)為例,采用該策略,每生產(chǎn)1kg藻粉,培養(yǎng)過(guò)程水足跡是35.7L,生產(chǎn)1kg蝦青素,培養(yǎng)過(guò)程水足跡是1440L,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于目前利用懸浮培養(yǎng)系統(tǒng)的數(shù)值,實(shí)現(xiàn)了微藻培養(yǎng)大幅度節(jié)水的目的。
上述研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金(41276144)、所長(zhǎng)創(chuàng)新基金和山東省科技發(fā)展計(jì)劃資助(2013GHY11520)。相關(guān)研究論文發(fā)表在Biotechnology for Biofuels和Biotechnology Letters上。
Figure 1. The estimation of effective illumination depth for the attached cultivation of S. dimorphus with twin-layer method
原文鏈接：
The difference in effective light penetration may explain the superiority in photosynthetic efficiency of attached cultivation over the conventional open pond for microalgae, Biotechnology for Biofuels, 2015, 8, 49.
http://www.biotechnologyforbiofuels.com/content/8/1/49
The water footprint of biofilm cultivation of Haematococcus pluvialis is greatly decreased by using sealed narrow chambers combined with slow aeration rate, Biotechnology Letters, 2015, DOI: 10.1007/s10529-015-1864-7.
http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10529-015-1864-7
(微藻生物技術(shù)團(tuán)隊(duì)供稿）
