Лабораторные фотобиореакторные системы: принципы, применение и масштабирование

Фототрофные микроорганизмы, преобразующие углекислый газ, изучаются благодаря их способности решать различные экологические проблемы и продуцировать биоактивные соединения для применения в терапии человека и в качестве пищевых добавок. Полномасштабное культивирование микроводорослей и цианобактерий проводят в открытых бассейнах или закрытых фотобиореакторных системах широкого диапазона объёмов. В настоящем обзоре рассматриваются фотобиореакторы лабораторного масштаба и различные варианты их конструкции. Освещаемые микропланшеты и микрофлюидные устройства позволяют проводить автоматизированные высокопроизводительные исследования микроводорослей. Освещаемые колбы на качалке используют для простых неконтролируемых периодических культивирований. При применении освещаемых барботажных колонных реакторов особое внимание уделяют равномерному распределению газа, тогда как освещаемые плоские пластинчатые биореакторы обеспечивают высокую и равномерную освещённость. Освещаемые биореакторы с перемешиваемой ёмкостью позволяют поддерживать строго заданные условия проведения процесса. Закрытые трубчатые фотобиореакторы, а также открытые фотобиореакторы, включая малые канальные бассейны и тонкоплёночные каскады, используют в качестве моделей уменьшенного масштаба соответствующих крупномасштабных биореакторов. Некоторые другие, менее распространённые конструкции, например освещаемые пластиковые мешки или аквариумные ёмкости, применяют главным образом из-за их относительно низкой стоимости, однако масштабирование таких систем сопряжено с трудностями и дополнительными проблемами, связанными с освещением. В заключение в обзоре приведены рекомендации по критериям выбора и эксплуатации фотобиореакторов при масштабировании фототрофных биопроцессов с использованием микроводорослей или цианобактерий.