具有腐蚀性烟气的台式光生物反应器中的微藻培养和生物量定量
Summary
台式轴栽培有助于在后续工艺扩展之前实现微藻特性和生产力优化。光生物反应器为可靠和可重复的微藻实验提供必要的控制，并可适应从市政或工业燃烧排放中安全培育具有腐蚀性气体（CO2、SO2、NO2）的微藻。
Abstract
光生物反应器是用于光营养微生物实验的照明培养系统。这些系统为微藻种植提供了无菌环境，包括温度、pH、气体成分和流速控制。在台面尺度上，光生物反应器有利于研究人员研究微藻特性、生产力和生长优化。在工业规模上，光生物反应器可以保持产品纯度，提高生产效率。该视频描述了用于微藻种植的台式光生物反应器的制备和使用，包括腐蚀性气体输入的安全使用，并详细介绍了相关的生物量测量和生物量生产率计算。具体来说，该视频演示了微藻培养物的储存和接种准备、光生物反应器组装和灭菌、生物量浓度测量以及具有速率的微藻生物生产力的物流模型计算，包括最大和总体生物量产品量。此外，由于人们越来越有兴趣使用模拟或真实废气排放来培育微藻，视频将介绍光生物反应器设备适应处理腐蚀性气体所需的情况，并讨论安全取样。这种情况。
Introduction
光生物反应器可用于控制实验和培育比开放池塘更纯净的微藻产品。台式光生物反应器的微藻种植支持发展可用于过程扩大的基本知识。环境条件的轻微变化可以显著改变微生物实验，使结果混淆1。具有温度、pH 和气体分离控制的无菌过程有利于研究不同条件下的微藻特性和性能。此外，对输入气体浓度、温度、混合剪切力和中等pH的控制可以支持其他难以培育的多种物种。光生物反应器可作为具有连续气体进给和压用的批处理过程运行，或作为具有连续气体进给和压载以及进水废水营养输入的切mostat流通系统运行。在这里，我们演示了连续气体进给和分离的批处理过程。
光生物反应器的使用解决了一些微藻种植和生产难题。该油田一般会与其他微生物的污染、高效基材利用（在CO2缓解或废水处理中尤为重要）2、pH控制、照明可变性和生物量生产率3作斗争。光生物反应器使研究人员能够研究严格控制的批量系统中的各种光动体，即使生长缓慢的物种也受到保护，免受掠食者或相互竞争的微生物的侵害。这些批量系统还更有利于提高CO2利用率和生物量生产率，因为它们是封闭的系统，更有可能与供应的气体保持平衡。光生物反应器技术也提供pH控制，缺乏它阻碍了高生物量生产力在过去的研究5。在台面尺度上，光生物反应器提供的控制水平对研究人员有利。在较大的工业规模下，光生物反应器可用于保持商业生物产品的纯度，并提高营养、化妆品、食品或饲料应用的生产效率6。
微藻对CO2的生物封存非常感兴趣，因为它们能迅速将CO2固定为生物质碳。然而，大多数人为的CO2来源被其他腐蚀性和有毒气体或污染物（NOx，SOx，CO，Hg）污染，这取决于燃烧过程的燃料来源。对可持续CO2封存的兴趣日益浓厚，促使光生物反应器技术的发展，以处理二氧化碳富集的排放，如燃煤发电厂的排放（表1）。不幸的是，在研究和放大过程中，存在人类和环境接触腐蚀性和有毒污染物的固有风险。因此，使用腐蚀性气体描述生物反应器的安全组装和运行是必要和有益的。
该方法用于在严格控制的实验条件下使用2L台式光生物反应器进行微藻生长。该协议描述了微藻储存、接种制备以及光生物反应器的安装和灭菌。除了基本操作外，这项工作还描述了微藻生物量测量和生物量生产率计算，以及用于腐蚀性气体的微藻种植设备的改造。下面描述的方案适用于寻求施加更大实验控制、优化微藻生长条件或异种培养一系列光营养微生物的研究人员。该方法不描述用于培养产生或消耗易燃气体的微生物（例如CH4、H2等）的适当材料。7.
Protocol
Representative Results
Discussion
具有调节pH值、温度、气体流速和气体浓度的批量、轴状光生物反应器实验通过消除非目标藻菌株的污染和培养条件的变异性，促进有意义的结果。即使在腐蚀性气体（CO2、SO2、NO2）的情况下，也能获得精确的纯培养生长动力学，这些气体作为营养物质，将废气转化为动物饲料等有价值的产品。
在开始任何微藻实验之前，应从存储中取走选定的微藻培…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
本材料基于国家科学基金会研究生研究奖学金第1546595号资助工作。本材料中表达的任何意见、发现和结论或建议都是作者的观点、结论或建议，不一定反映国家科学基金会的观点。这项工作还得到了爱荷华大学研究生和专业学生政府研究基金和爱荷华大学基金会艾伦·亨利捐赠基金的支持。研究在W.M.凯克植物技术实验室进行。作者要感谢爱荷华大学发电厂的工作人员，特别是马克·麦克斯韦尔，为模拟烟气提供专业知识和财政支持。作者还感谢艾米丽·摩尔在取样和分析方面给予的帮助，以及艾米丽·格林对协议视频的帮助和参与。
Materials
| Biostat A bioreactor | Sartorius Stedim | 2-liter bioreactor for microbial fermentation; designed to be autoclaved; pH, temperature, gas flow rate control | |
| Bump test NO2 gas | Grainger | GAS34L-112-5 | Calibration gas for MultiRAE gas detector |
| Bump test O2, CO, LEL gas | Grainger | GAS44ES-301A | Calibration gas for MultiRAE gas detector |
| Bump test SO2 gas | Grainger | GAS34L-175-5 | Calibration gas for MultiRAE gas detector |
| Corrosion resistant tubing for NO2 gas | Swagelok | SS-XT4TA4TA4-6 | PTFE Core Hose Smooth Bore X Series—Fiber Braid and 304 SS Braid Reinforcement |
| Corrosion resistant tubing for SO2 gas | QC Supply | 120325 | Reinforced Braided Natural EVA Tubing – 1/4" ID |
| cozIR 100% CO2 meter | Gas Sensing Solutions Ltd. | CM-0121 at CO2meter.com | CO2 meter for concentrations up to 100% |
| cozIR 20% CO2 meter | Gas Sensing Solutions Ltd. | CM-0123 at CO2meter.com | CO2 meter for concentrations up to 20% |
| Durapore Membrane Filter, 0.45 μm | Millipore Sigma | HVLP04700 | Hydrophilic, plain white, 47 mm diameter, 0.45 μm pore size, PVFD membrane filters |
| Gas cylinder regulators | Praxair | PRS 40221331-660 | Single-stage stainless steel regulator configured for 0-15 psi outlet assembly diaphragm valve with 1/4" MNPT threads, Stainless steel to resist corrosion from NOx and SOx |
| Gas cylinders | Praxair | Ulta-zero air, high purity CO2, or custom gas composition | Dependent on study objectives |
| Gas monitoring and leak detection system | RAE Systems by Honeywell | MAB3000235E020 | Pumped model that detects O2, SO2, NO2, CO, and LEL |
| GasLab software | GasLab | v2.0.8.14 | Software for CO2 meter measurements and data logging |
| Hose barb | Grainger | Item # 3DTN3 | Used to adapt regulators to tubing, Stainless steel to resist corrosion from NOx and SOx |
| K30 1% CO2 meter | Senseair | CM-0024 at CO2meter.com | CO2 meter for concentrations less than 1% |
| LED grow panels | Roleadro | HY-MD-D169-S | Red & blue LED light panels |
| Memosens dissolved oxygen probe | Endress+ Hauser | COS22D-19M6/0 | Autoclavable (with precautions) dissolved oxygen probe for bioreactor |
| Memosens pH probe | Endress+ Hauser | CPS71D-7TB41 | Autoclavable (with precautions) pH probe for bioreactor |
| Oven, Isotemp 500 Series | Fisher Scientific | 13246516GAQ | Small oven for drying |
| Prism GraphPad software | GraphPad Software | Version 7.03 or 8.0.1 | Graphing software for data organization, data analysis, and publication-quality graphs |
| Stem to hose barb fitting | Swagelok | SS-4-HC-A-6MTA | Stainless Steel Hose Connector, 6 mm Tube Adapter, 1/4 in. Hose ID |
| Tubing, dilute acid/base transfer | Allied Electronics and Automation | 6678441 | Silicone TP Process Tubing; 1.6mm Bore Size; 3000mm Long; Food Grade |
| Tubing, gas transfer | Allied Electronics and Automation | 6678444 | Silicone TP Process Tubing; 3.2mm Bore Size; 3000mm Long; Food Grade |
Referencias
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