植物光照发酵罐

植物光照发酵罐是一种专用于光能自养型微生物（如微藻、光合细菌）或受光调控的植物细胞培养的特种生物反应器。其核心功能是模拟并优化自然界的光合作用环境，通过提供适宜的光照、温度、营养及气体条件，实现目标生物的高密度培养，以生产藻类生物质、高价值色素（如β-胡萝卜素）、Omega-3脂肪酸或生物燃料等产品。

一、设备组成

该系统在通用发酵罐基础上，核心增加了光照单元。主要组成包括：1）罐体：通常由玻璃或透明高分子材料制成，确保高透光性；2）光照系统：反应器内部设置LED灯带或外部配置高强度光源，并能精确调控光强与光周期；3）通气系统：提供含CO₂的空气（作为碳源），并辅以搅拌；4）温控系统：因光照会引入额外热负荷，故需高效的冷却夹套/盘管；5）参数测控系统：除pH、DO外，还可能集成在线光照度传感器。

二、工作原理

其基础是光合作用。培养基接种后，在适宜温度下，光照系统为光自养生物提供光合作用所需的能量。通入的含CO₂空气作为碳源，在光能驱动下被固定转化为有机物，并释放氧气。搅拌系统确保所有细胞能交替暴露在光照下，避免沉降，并使营养分布均匀。通过精确控制光强、光质（波长）、光照周期、CO₂浓度及温度，最大化光合效率，促进生物量的快速积累或目标产物的合成。

三、设计方法

设计核心是解决光传输与热管理问题。采用透明或浅罐设计以减少光路径损耗；内部光照需均匀布局，避免出现暗区；LED因发热低、可调光谱成为首选光源；搅拌设计需温和，避免剪切力损伤细胞，同时实现良好的光暗循环；冷却系统需能及时移除光照产生的热量；罐体设计常采用平板式或柱形以优化受光面积。

四、操作流程

操作流程包括：灭菌、接种、开启光照与温控系统、通入含CO₂空气、维持培养并监控参数、调节光强以适应生长阶段、最后收获培养物并进行设备清洗。

五、维护保养

维护需特别关注光学系统与冷却系统。定期清洁透光罐壁与灯罩防止污垢影响透光；校准光照度传感器；检查LED光源的衰减情况并及时更换；确保冷却系统高效运行，防止培养体系过热。