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微藻生产技术为孵化场

Philip Buike.

开放式和封闭系统的优点和缺点

微藻
用于培养微藻和其他光合生物的管状玻璃光生物反应器。它的运营量为4,000升,原则是在20世纪90年代后期开发的。

本文(改编和总结了原始出版物 Revista Acuacultura - Cámaranacionaldeacuacultura,2018年6月123日)描述了不同的微藻生产系统及其相对优势和缺点。与户外生产传统系统相比,使用封闭和控制系统有明显的优势,但仍有一些技术和经济挑战。

在经济实惠的投资成本上很有需要工业生产系统。尽管与市场上目前可用的连续生产设备相关的成本相对较高,但已经存在巨大的技术进步,已经确保了稳定的生产,高密度(106 细胞/ ml)和高营养品质。

微藻作为活饲料

微藻具有某些特征,使它们非常有价值作为活食物来源。每个细胞基本上是一种太阳能“工厂”,其合成糖和其他生物活性化合物,其后来可以用作营养来源,特别是对于鱼类和虾的幼虫阶段。

所有微藻都是光营养的,只需要UV光源,二氧化碳(CO2)和生长的无机营养素。与更先进的植物相比,微血糖 - 单细胞 - 具有非常简单的结构,并且基本上由细胞壁,液泡和细胞核组成。

与多细胞生物相比,这种结构简单性允许非常高的生长和再现速度,因为几乎所有来自某些波长的光(400至700nm)的所有能量都用于合成碳水化合物,蛋白质和脂质(按此顺序) 。这种对生物活性分子的能量转移效率非常高,使微藻是一种理想的营养来源。

传统上,湖泊和泻湖等天然水域已被用于生长藻类。这些开放的生产系统在户外,并取决于提供自然光作为系统的唯一能源。这些开放系统的主要优点是开始运营所需的较低的投资。

然而,在一般开放系统中对几个缺点敏感,一些比其他缺点更重要。捕食性,竞争和/或致病生物的污染是与开放式,室外系统中藻类产生相关的最常见问题。

此外,气候波动,无机营养流和充分的二氧化碳供应是其他频繁的困难。目前,用于商业生产的开放系统主要限于轴静态不被视为原始的情况,但初始投资成本低。

微藻
虾农场的鸟瞰图,与虾的广泛和半密集文化和藻类开放文化。不同的池子着色是在开放系统中发生的微藻物种的多样性及其难以维持微藻的单一栽培。

相比之下,封闭的培养系统(生物反应器)专门用于在绝对轴承型条件下生长单细胞生物,以保证在作物中没有污染剂。在可行的生物和经济参数中可以运行的工业秤上的光生物反应器的发展仍在过程中。然而,在过去两年中,中型单位的使用已经在幼栽部门中展示了它的益处,特别是在欧洲和美国的海洋和双平均鱼的生产中。

通常,使用具有特定发射波的紫外线(UV)灯在400至700nm的范围内用紫外(UV)灯照射光学生物反应器。这种类型的培养物可以位于室内或户外,但前者培养条件非常稳定,并允许使用均匀和优化的营养型材维持细胞/ mL的高密度。

Buike,Microalgae,表1

范围开放系统封闭系统
污染风险高的非常低
二氧化碳损失高的低的
蒸发损失高的低的
轻盈使用效率 较差的优秀的
面积要求小的
投资成本低的高的
增加生产简单的难的
表1.微藻培养的开放和封闭系统的比较。

开放生产系统

一般而言,开放(暴露于露天)系统代表了单细胞藻类生物量的经典生产方法,包括通常在15至45厘米的深度下操作的人工池,罐和滚道,并且不超过1米。

在过去的50年左右期间,各种各样的商业技术已被许多国家生产藻类,但目前朝向轴流流动的圆润标准化 - 用于更大的作物 - 和“滚道”的纵向性在物理空间有限的地方更受欢迎的流程。

微藻
开放式培养系统中螺旋藻SPP商业生产的看法,包括中国纵向流动的滚道和日本轴流流动。

开放式生产单位提供了一些优点,特别是在获得自然光线和易于建筑方面的优点。但是,在过去的40年中,已经报告了这项技术的一些重大限制,包括:

  • 迄今为止,只有有限数量的微藻物种在开放系统中执行。
  • 开放系统需要大面积以维持可接受的区域/体积比。
  • 常压二氧化碳的同化效率低;其供应几乎始终是开放系统的第一个限制因素。
  • 在细胞密度/ ml方面,最大的生产水平远低于生物动力学系统
  • 在许多情况下,由于其对劳动力,水和能量的需求较高,因此在传统系统中收获的每千克生物量的运营成本更高。
  • 最终产品质量是可变的,非常难以操纵。
  • 捕食者,竞争对手和病原体的作物污染是非常频繁的,并且昂贵的是解决;例如,由于使用的坦克的系统设计,蒸发损耗很高。

尽管多年来若干创新 - 包括温度控制,微量营养素递送,直接二氧化碳注射和机械均质化设备 - 相对于最新一代的光生物反应器系统,这些系统的生产率仍然非常低,使后者是清晰的技术优势尽管成本较高。

封闭的生产系统

由于许多当地幼虫实验室,生产足够量的高质量微藻的生产是一种持续的挑战,这通常会导致使用劣质替代品或不足的藻类,并且在极端情况下使用染色的水甚至没有含有微藻。

传统的开放式文化技术对劳动力,空间和空气和供水系统的需求很高。在需要轴静脉(免于其他生物体)条件的情况下,呈指数增加的运营成本。如今,我们看到这些系统的初始优势被开放生产的固有局限克服。

这种情况导致了商业规模的开发,微藻生产的封闭系统。许多这样的系统已经在孵化场中运营,主要在欧洲和美国,但在我们地区幼虫生产实验室中的应用很有潜力。

在加拿大新斯科舍省的商业实验室生产牡蛎幼虫中使用光生物反应器的一个例子。

现代照片生物反应器

现代光生物反应器(FBRS)允许微藻生产过程的总自动化,产量非常高(>106)每毫升各种微藻培养的细胞密度,具有高营养质量,具有比常规系统的可比性且有时较低的运营成本,并且完全不含污染物。事实上,FBRS最重要的优势之一是他们提供的生物安全,显着降低了生产的经济风险。

在常规系统中,它已经充分证明,与微藻一起生长的病原生物直接转移到幼虫培养物中,以及某些微观施加的抑郁效果 v 不会发生,而且事实上,共同培养的细菌和微藻表达了一个协同作用而不是抑制。

“封闭式反应器提供生物安全的环境,减少了污染作物的可能性。根据骄傲的农场(加利西亚,西班牙),对我们的运作的盈利能力影响了微生物环境的控制,因为它会影响生存率并因此影响我们的运作的盈利能力。“评论了照片辅助技术提供的真正福利。

虾孵化犬在生产虾疾病发病率高的后地区,微藻的封闭式生产技术可能是一种成本效益的投资。

透视

对于厄瓜多尔虾孵化场来说,在封闭和完全控制的环境中使用技术在封闭和完全受控的环境中使用微藻的生产将直接影响幼虫质量和产量。对于位于虾疾病和低生物安全性高发病率的地区的孵化场,尽管初始投资成本相对较高,但新的封闭生产技术可以提供可行的替代品。

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