发状念珠藻细胞光反应器中培养过程特性

6．6．1　发状念珠藻细胞光反应器中培养过程特性

6．6．1．1　光反应器中发状念珠藻细胞生长

采用罐式光反应器，反应器高48cm，直径26cm，有效容积20L。反应器内安装两个直径为9．5cm的叶搅拌桨，搅拌桨间距离为14cm，位于下部的搅拌桨距反应器底部8cm。距反应器底部3cm处安装一环形空气分布器。反应器中纵向平行安装3根白色荧光灯管作为光源（彩色插图15）。

在通气量0．8m³· h^－1，搅拌转速100r· min^－1，25℃条件下培养发状念珠藻细胞的结果如图6－ 25。与摇瓶培养相似，细胞接种后未出现明显的停滞期，细胞呈线性生长，线形生长期细胞生长速率为0．035 OD₇₅₀· d^－1，培养15天时进入稳定期，最终细胞浓度为A₇₅₀ ＝0．571。

图6－25　发状念珠藻细胞20L光反应器中培养过程曲线

6．6．1．2　培养液pH值变化

与摇瓶培养类似，培养过程中培养基pH值呈上升趋势，但由于较大的通气量使大量CO₂溶于培养基中，培养基pH值变化幅度小于摇瓶培养，培养16天，培养基pH值由初始值7．104上升到7．603（图6－26）。

图6－26　发状念珠藻细胞培养液pH值变化曲线

6．6．1．3　培养基中硝酸钠和磷酸二氢钾浓度变化

培养过程中每日测定培养基中硝酸根和磷酸根含量的结果如图6－27。在培养结束时，培养基中仍然有较高的硝酸根和磷酸根含量。

6．6．1．4　反应器中光强变化

为了简化数学推导，假定反应器为板式方形，入射光平行地从一侧垂直照射到反应器的表面，反应器内细胞液混合均匀，反应器内平均光强可表示为：

式中：I₀———无培养液时光源初始光强；

R———反应器直径（cm）；

α———培养液消光系数。

图6－27　发状念珠藻细胞培养液中硝酸根和磷酸根浓度变化曲线

已知发状念珠藻细胞培养液消光系数α＝2．0947X_A－ 0．0871 ，因此可得出光反应器中平均光强与细胞浓度的关系为：

根据式（6－10）计算，培养过程中光反应器中平均光强变化如图6－28。培养结束时，反应器平均光强由培养初始的206μmol· m^－2· s^－1衰减为9．3μmol· m^－2· s^－1。

在培养进入稳定期时培养基中的氮、磷还有较高残留，显然细胞不能继续保持线性生长的原因是由于光强的衰减。在发状念珠藻细胞的光自养培养中，光可以看作是一种特殊的营养物质，细胞的生长依赖于光照条件下光合磷酸化所产生的能量，作为碳源的CO₂也只有利用光合磷酸化产生的能量和还原力才能被固定为有机物，构成细胞组成物质。由于培养过程中细胞浓度的增加会导致培养液中平均光照强度降低，即出现光衰减现象，因此，光也像其他营养物质一样在培养过程中不断被消耗，但与培养基中的营养物质不同的是，光不能在培养基中积累，超过光饱和点的光照会被浪费掉。在发状念珠藻细胞培养中，光照是细胞生长的限制因子，是对培养结果影响最为显著的因素，进行发状念珠藻细胞培养时，合理进行光照，提高光能利用率，是降低培养成本，提高培养效率的有效手段。

图6－28　培养过程中光反应器中平均光强变化曲线