異營醱酵槽培養

目前國內外的研究主要是利用光生物反應器來實現微藻的高細胞密度 培養，利用工業醱酵技術進行微藻的異營高細胞密度培養，是微藻大規模 高效工業化生產的另一種發展趨勢。微藻在無光條件下以異營方式利用有 機碳源，尤其是較低價值糖類物質，可以達到高密度培養微藻以生產高附 加值代謝產物的目的。但是並不是所有的微藻都可以進行異營生長，需要 通過異營化篩選，找到能異營性的微藻。在大陸有學者以淡水藻小球藻 (Chlorella)為實驗藻種，通過在培養基中加入有機碳源，降低無機氮源的條 件下進行小球藻異營生長，獲得葉綠素消失、細胞變色的異營性小球藻，

與未經轉化的自營性小球藻相比，異營藻細胞的粗脂肪含量提高了4倍以 上。利用正己烷從這些異營藻細胞中提取獲得了大量微藻油脂。這些微藻 油脂在30℃、醇油物質的量比為56：1以及濃硫酸催化條件下經酯交換反應 4 h可形成高品質的生質柴油，熱值高達41 MJ／kg。藻類的異營生長，不僅 可提高細胞內脂類的含量，而且也是提高其生物量的有效途徑。異營培養 微藻可以克服光合自營培養的許多缺陷，具有生長速度更快、能達到純種 培養、單位體積產率高、便於自動化控制、產品品質穩定等優勢，是提高 微藻產量的有效途徑，比密閉式光生物反應器系統更具有優勢。但也須利 用有機碳源，因而存在使用有機碳源葡萄糖量大而出現成本的問題，此有 待以廉價的碳源利用加以解決。

微藻異營高密度培養是一個相對概念，是指應用一定的培養技術和裝 置來提高藻體的醱酵密度，使藻體密度較普通培養有顯著的提高，以提高 特 定 產 物 的 比 生 產 率 。 用 以 描 述 比 生 產 率 的 單 位 是 乾 細 胞 重 量 / 升 (DCW/L)。廣義來講，凡是細胞密度相對比較高，以至接近其理論值的培養 均可稱為高密度培養，一般認為其上限值為150-200 g/L，下限值為20-30

g/L。依據研究報導Schizochytrium sp.、Ulkneia sp.和Crypthecodinium cohnii 是目前商業化生產DHA最普遍的微藻。de Swaaf et al.[2003]用醋酸補料培養 方式培養Crypthecodinium cohnii，藻體量乾重高達109 g/L，油脂產量達61 g/L，DHA生產率達到19 g/L，然其培養時間長達400 小時，使得平均的產 率 相 對 較 低 。 Chi et al.[2009] 應 用 溶 氧 控 制 方 式 培 養 Schizochytrium limacinum SR21海藻，於200 小時的培養時間下，獲得藻體量乾重及DHA 生產率分別為37.9 g/L與6.56 g/L。

由以上分析，本論文將異營醱酵槽培養的藻體產率設定為5 g/L/day(即 於6天入料及培養時間條件下，藻體濃度達30 g/L)，藻體油脂含量同樣設定 在40%(乾藻重)，且DHA含量為油脂含量的5%。此外，以每年生產藻體量 39,600噸(密閉式光反應器系統產能)為基礎，建置異營醱酵槽，在相同的藻 體產量下所估算得所需異營培養體積達24,000公秉，共需120公秉(培養體積 約100公秉)醱酵槽240座。由於應用醱酵系統生產藻油所需土地與實地戶外 培養的面積(於相同的產能情況)相差甚 大，約只需1-2%即可達成，且可直接 於工業區內生產，因此，以國內彰濱工業區土地以租代買的006688方案估 算土地的費用，費用為NT$ 35/m²/month。而對於工業生產設備而言，其壽 命週期一般設定為10年。另外，DHA及剩餘藻體的售價同樣分別設定為NT$

1,800/kg及NT$ 5/kg(NT$ 5,000/噸)。綜合上述說 明，將異營醱酵槽培養系統 生產生質柴油之各參數項目設定值列如表4.8所示。

表 4.8、異營醱酵槽培養參數設定

項目 設定值

經濟壽命週期(year) 25

藻體產率(g/L/day) 5

藻體油脂含量(%) 40

每年運轉天數(day) 330

DHA含量(%) 油脂含量的5%

藻類培養體積(kL) 24,000

DHA售價(NT$/kg) 1,800

剩餘藻體售價(NT$) 5

所需土地面積(ha) 5

單位土地費用(NT$ /ha/year) 4,200,000

由表4.8得在24,000公秉的培養體積及藻體產率設定為5 g/L/day的情況 下，每年能收獲的藻體量達39,600噸，以40%油脂含量及DHA含量為油脂的 5%計，則每年油脂產量達15,048噸，DHA產量達792噸，而剩餘藻體量有 23,760噸。至於以異營醱酵槽培養產製生質柴油(異營醱酵槽培養→離心採 收→機械擠壓濃縮→旋轉乾燥→螺旋擠壓提油)的各項成本依國內條件及成 本列於表4.9。

由表4.9得在10年經濟壽命週期計算及利息3%的條件下，其每年固定資 本支出達NT$ 966,154,080元(佔每年生產成本50.37%)，而每年總操作成本 NT$ 951,971,800元(佔每年生產成本49.63%)，總和達NT$ 1,918,125,880元為 每年生產成本。每年生產成本先扣掉DHA售價(NT$ 1,425,600,000元)及藻體 售價(NT$ 118,800,000元)後，可得每公斤藻油生產成本為NT$ 24.83元。

表 4.9、異營醱酵槽培養產製生質柴油各項成本