微藻生物膜貼壁培養是實現微藻培養高光效的重要途徑,已成為微藻培養技術研究的熱點,但為什么生物膜貼壁培養在生物量生產和光能利用效率方面比傳統跑道池方法高得多,其原因尚不清楚。

　　最近,青島能源所劉天中研究員領導的微藻生物技術團隊比較研究了光在傳統跑道池系統中和膜培養系統中的傳遞特性,結果表明20厘米深的典型室外跑道池系統,其最初3天內全部培養液都能接受到高于光補償點的光照,從第四天開始隨著細胞濃度升高,有效照光比例降低,經過約30天后,微藻細胞濃度達到最大,約0.5gL-1,此時有效光照比例為31.1%。而對于膜培養系統來說,從培養第1天開始一直到第10天,透過膜的光能仍然足夠支撐細胞生長,表明膜內細胞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系統高效率的重要原因。

　　此外,微藻培養的水足跡是評價微藻培養技術的重要參數。目前普遍采用的跑道池或密閉式光反應器等懸浮培養系統,需水量極大。該團隊在微藻貼壁培養技術的基礎上,通過分析影響培養水足跡的因素,提出了減少微藻培養水足跡的策略和反應器新結構,主要包括:1)將微藻膜密封在水蒸氣飽和的腔室內;2)微藻膜接種在含有足夠多營養元素的培養基中;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1kg藻粉,培養過程水足跡是35.7L,生產1kg蝦青素,培養過程水足跡是1440L,遠遠小于目前利用懸浮培養系統的數值,實現了微藻培養大幅度節水的目的。

　　上述研究得到了國家自然科學基金(41276144)、所長創新基金和山東省科技發展計劃資助(2013GHY11520)。相關研究論文發表在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

　　(微藻生物技術團隊供稿）