光生物反应器内设led光源的特性研究

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1、光生物反应器内设LED光源的特性研究3徐明芳(暨南大学生物工程系，广州,510632)摘要从LED集成光电板的光电特性光热效应光衰减性光辐射特征与植物和藻类光吸收特征的相匹配性及LED辐射单色光对螺旋藻的光合色素含昴的影响等几方面，分析莎究了LED集成光电板作为光生物反应器内部光源的特性及可行性，研究结果表明,LED集成光电板作为光生物反应器的内部光源，它所发射的单色光谱红光(66()〜68()nm蓝光(430〜450nm)，不仅能覆盖植物和藻类光合作用所需要吸收的光谱能带，促进叶绿素a对光能的吸收和螺旋藻的

2、生长，增强光合作用，使细胞生物昴与光合色素含昴显著提高；而且不被吸收笊光谱减少,节能达38175%，无疑它将是光生物反应器潜在最有效的光源。矢键词LED集成光电板光生物反应器特性光生物反应器主要指用于高细胞密度培养光合生物的一种封闭式反应体系。从国内外硏究资料分析表明I,封闭式光生物反应器按其接受光的形式分为两类，一是采用外部光源例如全光谱太阳光泠白荧光灯高压汞灯等的反应器，细胞对光能的吸收和转化受反应器采光表面积液层厚度细胞浓度、混合多因素影响，尤其是在自然光照条件下，温度和光照强度随地域季度昼夜变化，严重

3、影响细胞对光能吸收和生物重的生长，如何控制光强和温度是室外光生物反应器大规模培养微藻的矢键之一。另一类是采用外用卤素光源，通过光纤传输及光分散系统作艾内部光源的反应器，但在反应器内外部各匝加一套复杂光照系统，使反应器结构复杂尼而生产成本高。目前阻碍封闭式光生物反应器对光合自养藻类和植物细胞及光合微生牧培养的主要问题是能耗大成本高，因此大烦模培养光合微生物和植物细胞面临一个中尤问题是如何利用最有效的光能促进生长的培养方式，而有效光源的选择和研制则是多种类型光生物反应器研制成功的矢键所在2o本研究以LED发光二级

4、管集成光电板为基础，研究其特性及应用可行性，为光生物反应器的研制奠定基础。1实验材料与研究方法111实验材料11111藻种钝顶螺旋藻(Spirulinaplatensis)由深圳农科中心螺旋藻养殖基地提供。11112合成培养液本研究对Zcirrouk3标准培养液配方进行调整，修正的培养液由NdHCXWNazCOs缓冲液，取代标准配方中唯一碳源NaHCO3使螺旋藻最适生长的pH值控制在910〜91f之间。11113螺旋藻接种物的一级培养取3L容量的玻璃瓶若干个，以1%的接种物在2L修正Zarn)uk培养液中，温

5、度30°C,光辐射强度40W/m2，连续光照培养10d后，制成浓藻液以便进行光生物反应器扩大培养。112实验设施11211光辐射板式生物反应器的研制内设LED集成光辐射板光辐射板式生物反应器，是由多块LED集成光电板固定在光生物反应器内侧，作为内部光源发射中心•使均匀的光能极大透过发光表面直接照射在浅层藻液上。采光表面积与体积比64nV1,总体积8L，有效装液体积6L。11212LED集成光电板的研制经多次匹配和优选的优质LED管和特制的电路板与电源偶合后，研制LED集成光电板，发射光谱为660〜680nm红

6、光，及430〜450nm蓝光,在一定的电压范围内，光辐射强度(I)在20〜80W/m2调节。113测试与分析计算方法11311藻的比生长速率“测定接种后的藻液，每隔24h，在560nmF测定藻悬浮均质液的光密度值，以培养液作空白对照，由藻的光密度值与藻生物暈的换算矢系°，按Vonshak5方法,计算藻的比生长速率“。11312螺旋藻叶绿素a和光合色素含量的测定螺旋藻叶绿素a含量可根据MyersandKratz6方法，采用(BeckmanDU27)扫描分光光度计，在663nm测定其光吸收值，以纯叶绿素a(Sig

7、maChemicalCompany)做标淮曲线对照。藻胆素和胡萝卜素色素含量及定性检测可根据BraumannandGrimme7戈法，采用(PerkinElmerSeries4,R2SilCI8Collumn)高压液相色谱仪HPLC,及UV-VIS分光光度计衽445nm处测定，并以Sigma标样作对照。11313藻胆蛋白质含量测定根据Gazer8等的方法，用岛津160A型紫外2可见分光光度计，在波长62058()nm下测定光密度值并计算藻胆蛋白的含量。11314其它参数测定LED集成光电板辐射光谱特征测定：采

8、用付里叶变换光谱仪(FTIR)(170SX美国NICOLET)测定。光辐射强度的测定:采用TQ8210型带传感器的光辐射强度测定仪(日本Advantest株式会社)测定。细胞干重测定：取1〜5mL培养样品纟＜称重的滤纸(0145“,Millipom)过滤，在70°C真空干燥过夜电路(NAPCOSCi,CblTuala：tion,Oregon,USA)，冷却至室温称重。藻的吸收光谱测定：采用360型双