其它实施例 中，可以在pH水平范围或温度的滞后范围、包括在昼夜循环之后的温度或pH水平和温度范 围之间操作微生物培养物。在一些实施例中，pH水平介于约6到9的范围内并且温度介于 约10°C到30°C的范围内。在其它实施例中，pH水平介于约1到约5的范围内并且温度介 于30°C到50°C的范围内。在一些实施例中，pH水平和温度可以维持在确定范围持续至少 一部分生长周期，所述生长周期可以关联日照时数或日落之后的时数。在其它实施例中，PH 水平是约7. 5并且温度是约25-28°C。
[0095] 在一些实施例中，可以用热交换器控制培养物的温度，所述热交换器例如（但不 限于）冷却或加热线圈。在一些实施例中，可以取决于所存在的微生物组成，在培养期间在 适用于微藻生长的范围内改变PH设定点。可以使用pH改变来冲击（即，胁迫）细菌并减 少培养物中主要对微藻或蓝藻细菌有害的污染性细菌的增殖。PH改变可以与以下各者相组 合：持续一段时间（例如，4小时到48小时）停止碳源供应、操控溶解氧（DO)水平、修改温 度、添加杀细菌剂、添加氨基酸或其它进料源以及其组合，所述组合可以减少可能对微藻或 蓝藻细菌有害的细菌的增殖和/或促进可能是有益/非有害细菌的细菌的增殖。
[0096] 包含光合有效辐射（PAR)的照明光源向培养物供应至少一些光进行光合活动。光 源可以是自然光、人造光或其任何组合。曝光期（即，光周期）可以介于约〇到24h/天的 范围内。在其它实施例中，曝光期（即，光周期）可以介于约10到16h/天的范围内。在一 些实施例中，光的供应可以是连续的、不连续的（例如，闪光）、恒定强度或可变强度。在一 些实施例中，自然光源可以包含太阳辐射。在替代性实施例中，可以在培养物生命结束时 使培养物间歇曝光数分钟/天或一天等。在一些实施例中，人造光源可以包含发光二极管 (LED)、微型LED、荧光灯、白炽灯、气体灯或卤素灯。
[0097] 在其它实施例中，可以过滤自然光源或可以调节人造光源以将所供应的光限制在 特定波长光谱或特定波长光谱的组合，例如（但不限于）紫光（约380-450nm)、蓝光（约 45〇-4 95nm)、绿光（约 495_57〇nm)、黄光（57O-59Onm)、橙光（约 59〇_62〇nm)、红光（约 620-750nm)以及远红光（约700-800nm)光谱。可以使用调节到特定波长光谱或通过特定温 室膜过滤的光波长的LED来操控培养物中的微生物的生长和产物产量。可以在收集之前、 在收集期间或在收集之后使用特定波长的LED进行结束步骤，从而影响微生物中的产物概 况。可以在特定时间向微生物施加不同强度和/或波长的光，从而：增强生长、增强产物形 成、操控色素形成或用紫外（UV)光对培养物进行"天然灭菌"。举例来说，提高红球藻属培 养物中的UV光的强度可以产生包囊和色素形成。
[0098] 可以通过水力混合（例如，泵）、机械混合（例如，搅动器、搅拌器、推进器）或桨轮 混合培养物。在一些实施例中，可以用空气、二氧化碳、氧气或任何其它合适的气体对培养 物进行充气。在一些实施例中，可以通过气体注射器、多孔扩散器、微孔扩散器、透气膜、微 泡发生器、文丘里注射或微泡流体振荡器提供充气。培养物的混合、搅动和/或充气允许培 养物中的微生物的循环，得到营养物、气体和有机碳源的均匀分布，以及获得光。
[0099] 在一些实施例中，可以使用例如乙酸的有机酸作为有机碳源并将其通过恒pH培 养系统从进料槽供应到微生物培养物。在一些实施例中，恒PH培养系统可以包含电磁阀、 蠕动泵、PH探针和pH控制器。在一些实施例中，恒pH培养系统可以包含通过针阀控制的 滴液施加器件、计量泵或蠕动泵以及pH控制器。碳和氮吸收（即，乙酸钠、硝酸钠）和光 合活动（即，碳酸氢钠吸收）引起培养物的PH水平上升。可以将pH控制器设定在阈值水 平（即，设定点）并且当所测量的PH水平超过所设定的阈值水平时，激活恒培养器系统以 向培养物供应乙酸。组合控制pH测量的频率、通过恒培养器系统进行的乙酸的投与以及培 养物的混合来维持pH值基本上恒定。在一些实施例中，可以将乙酸进料在水中稀释到低于 100%并且低到0. 5%的浓度，其中优选浓度介于15%与50%之间。在其它实施例中，乙酸 浓度可以是低于10%，以便连续稀释微生物培养物。在其它实施例中，可以将乙酸与其它培 养基或有机碳源混合在一起。
[0100] 在其它实施例中，例如乙酸的有机碳源可以与例如氮源或磷源的其它营养物组分 组合或混合在一起。在其它实施例中，其它营养物可以直接添加到例如乙酸的有机碳源中， 并且可以通过受恒PH培养控制的乙酸供应向培养物中添加单一溶液（或多种溶液）。在一 个实施例中，可以在向培养物供应所述溶液之前向乙酸或替代性有机碳源中直接添加营养 物。在使用有机酸的此类实施例中，可以降低对营养培养基的过滤要求，因为例如乙酸的有 机酸保持营养培养基无菌。可以通过测量进料槽中的有机碳（例如，乙酸）的水平来监测 例如乙酸的有机碳源的消耗量，这可能与微生物细胞生长有关。还可以向培养物中添加已 知为植物所用的硝酸盐（例如，NO3)、磷酸盐和其它营养物（例如，一组非限制性营养物将 是铁、钴、铜、钠、锰、锌、钼、二氧化硅、盐以及其组合），用于将硝酸盐和营养物维持在所要 水平。在一些实施例中，有机碳源和至少一种其它营养物可以呈浓缩形式。在一些实施例 中，有机碳源和至少一种其它营养物可以呈稀释形式。
[0101] 在一些实施例中，可以管理兼养型微生物培养物（例如，微藻或蓝藻细菌）中的污 染水平以限制残留的或自由浮动的可用以污染微生物的进料源（例如，细菌、真菌）。在一 些实施例中，有机碳进料和至少一种其它营养物进料可以混合在一起并供应，从而以将基 本上被兼养微生物消耗并且使残留的或自由浮动的有机碳和至少一种可用于污染微生物 的其它营养物的量降到最低的量一起引入有机碳和至少一种其它营养物。所述实施例可以 有效地维持针对有机碳和至少一种其它营养物的培养物浓度接近于零。在一些实施例中， 可以选择有机碳比至少一种其它营养物的比率以使得有机碳的兼养微生物消耗量匹配至 少一种其它营养物的消耗量。可以通过实验和可用文献的综述单独地测定各种微生物的有 机碳和营养物的消耗速率。
[0102] 在一些实施例中，有机碳源包含乙酸。在一些实施例中，乙酸可以稀释到约30 %或 更小的浓度。在一些实施例中，至少一种其它营养物包含NO3。在一些实施例中，NO3:乙酸 的比率可以介于0. 5:10到2:10的范围内、优选地约1:10。在一些实施例中，乙酸可以包含 乙酸和其前体，例如乙酸酯和乙酸酐。
[0103] 在一些实施例中，可以选择有机碳比至少一种其它营养物的比率以使得至少一种 其它营养物的用量使培养基中的浓度剧增，从而维持基线水平。此类实施例的一个非限制 性应用可以是为了废水培养基中的废弃物补救，培养废水处理微生物，例如（不限于）细 菌。可以将有机碳与例如硝酸盐的另一种生长限制营养物混合并投与，从而有效地维持硝 酸盐的培养浓度在最小水平或基线，例如（但不限于）lOOppm。
[0104] 兼养微生物生长消耗并产生氧气，因此改变了培养基中的溶解氧（DO)浓度（mg/ L)。可以控制溶解氧浓度以增强兼养微生物生长并且保持污染性细菌群体在控制内。微藻 和蓝藻细菌中的细胞呼吸似乎不如细菌中有效，细菌可以清除低浓度的氧气或甚至比微藻 和蓝藻细菌更好地以厌氧方式生长。因此，溶解氧可以用作用于管理兼养培养物中对微藻 和蓝藻细菌的生产力和活力几乎没有影响的污染性细菌群体的可变参数。可以减少或增加 氧传递以管理兼养培养物内的污染性细菌群体，从而增加培养物寿命并且减少细菌污染。
[0105] 可以以机械方式、以化学方式或以生物方式控制培养物溶液中的溶解氧浓度。机 械控制可以包含纯空气注射；通过使用氧浓缩器或压缩氧气注射掺合氧浓度增加的空气； 或掺合空气与氮气，减少溶解氧浓度。机械控制还可以包含反应器、培养单元的深度、混合 速率以及指示空气/水气体交换的反应器的表面积的设计和尺寸标定。化学控制可以包含 减少溶解氧浓度的亚硫酸钠，或将增加溶解氧的其它化学品，例如臭氧。亚硫酸钠可以充当 氧清除剂，例如当溶解于水中时，两个亚硫酸钠分子将与两个氧原子反应。因此，为了去除 Ippm 氧，可以采用 7. 8ppm 亚硫酸钠（2Na+2S03+20 = 2Na+2S04)。
[0106] 氧清除剂的非限制性清单包括亚硫酸钠和肼（密苏里州圣路易斯的西格玛-阿 尔德里奇（Sigma-Aldrich St. Louis, MO) )、Eliminox? 甲酰肼和 SurGard? 异抗血酸 盐（伊利诺伊州内泊维尔的纳尔科化学公司（Nalco Chemical Co.Naperville, IL))、 Mekor?甲基乙基酮H亏（新泽西州布恩顿的杜鲁化学公司（Drew Chemical Corporation, Boonton, NJ))、Magni-Form?氢醌（宾夕法尼亚州特里沃斯的贝茨实验室 (Betz Laboratories, Trevose, PA))、Stcamatc?二乙基轻胺（伊利诺伊州祖里克湖的迪尔 伯恩化学公司（Dearborn Chemical Co. Lake Zurick, IL))。还可以通过在兼养条件与光养 条件之间转换培养物以生物方式控制溶解氧。当溶解氧浓度达到目标浓度并且污染性细菌 群体已被减少时，所述系统可以从光养条件转换回兼养条件，由此建立减少污染性细菌并 且增加微藻或蓝藻细菌培养物寿命的循环模式。
[0107] 取决于细菌群体和种以及微藻或蓝藻细菌群体和种，兼养微生物培养物中的溶解 氧的阈值水平（即，设定点）可以介于约〇· Img 02/L到约30mg 02/L的范围内。溶解氧范 围可以保持在目标浓度持续较长时间。当污染性细菌群体达到不适合兼养微生物培养物的 寿命和活力的浓度时，可以将溶解氧增加到目标浓度，减少污染性细菌群体但不影响微藻 或蓝藻细菌培养物活力。溶解氧的目标浓度可以介于l_6mg 02/L之间，或超过大气饱和浓 度，例如100%到300%饱和。在一些实施例中，可以向培养物供应有机碳源直到培养物的 经测量溶解氧水平达到低于约2mg 02/L的临界水平为止。
[0108] 在一个非限制性例示性实施例中，有助于恒pH培养系统向培养物供应乙酸（即， 有机碳）的效率的因素包括最初激活恒培养器系统并且开始供应乙酸以控制PH水平的能 力。在一些实施例中，可以通过微生物的光合活动最初激活乙酸/恒pH培养系统，升高培 养物的pH。在一些实施例中，可以向初始培养基中添加乙酸钠、氢氧化钠或氢氧化钾以提高 残留乙酸浓度并且自动地激活乙酸/恒pH培养系统，随后由微生物开始光合活动。在一些 实施例中，最初可以向培养基中添加0. 05-10g/L乙酸钠。在其它实施例中，最初可以向培 养基中添加0. l-6g/L乙酸钠用于帮助从光养条件转换到兼养条件。在一些实施例中，乙酸 钠浓度可以超过1.6g/L以便抑制污染性微生物（例如，细菌、真菌）的生长。在一些实施 例中，可以在微生物生长的至少第一天供应所述浓度的乙酸钠。在其它实施例中，可以在微 生物生长的前1-5天，并且优选地在微生物生长的前两天供应乙酸钠。
[0109] 在替代实施例中，可以向培养基的营养物配制品中添加乙酸钠，从而确保存在初 始浓度的乙酸钠。还可以在进行收集时向培养物中连续地添加其中营养物配制品包含乙酸 钠的培养基。在另一个实施例中，可以向用于再填充培养物的补给水中和用于冲洗培养系 统的水中添加低水平的有机碳源作为向培养物给予有机碳源的系统的替代方案。
[0110] 在微生物培养物达到所要浓度或成熟期之后，可以收集至少一部分微生物培养物 进行进一步加工。可以通过本领域中已知的任何方法收集微生物，所述方法例如（但不限 于）溶气浮选、泡沫分离、离心、过滤、沉降、化学絮凝以及电脱水。所述收集可以连续进行 或以一天、每天、在一定数量的天数之后或每周发生多次的分批方法进行。
[0111] 在其它实施例中，还可以使用恒氨培养器或其它pH改变培养基。在其它实施例 中，可以用二氧化碳来平衡有机碳的添加，从而使有机物质在培养物内循环并且使污染性 细菌受控制或保持受抑制，但不使培养物占优势（如通过包含污染性细菌的培养物中的活 细胞超过50 %所界定）。在其它实施例中，操控碳源供应（例如，乙酸或CO2)可以允许控制 pH水平，但可以故意使pH水平的波动较大，从而维持培养物中微藻或蓝藻细菌超过污染性 细菌的优势的平衡（例如，pH水平从7. 5波动到8. 5,或从6. 5波动到9或在培养物内相差 至少0. 5个pH的任何范围内波动）。pH水平的所述操控影响污染性细菌的程度会大于微 藻或蓝藻细菌，因为所述pH水平在微藻或蓝藻细菌的生长范围内。在一些实施例中，将pH 水平维持在抑制微生物培养物中的污染性生物体增殖的规定滞后范围内。
[0112] 污染棹制方法
[0113] 在培养基中使用有机碳源所引入的微生物培养物的细菌污染的风险高于不含有 机碳源的光养培养基中。一些细菌种能够生长得比微藻或蓝藻细菌快，所述细菌可以超过 微藻或蓝藻细菌培养物资源以及微藻或蓝藻细菌本身。因此，控制细菌污染的能力是有助 于兼养培养效率的一个因素。已经发现，例如乙酸的有机酸在某些条件中抑制细菌生长，这 可能与负责蛋氨酸合成的酶（0-琥珀酰转移酶）的变性有关。已经发现，细菌增殖在含葡萄 糖的培养基中比在含乙酸的培养基中快，证明了选择乙酸作为有机碳源的益处。另外，发现 相比于用馈入了葡萄糖的培养物所观察到的，乙酸进一步降低了针对氧化应激（即，臭氧、 过氧化氢）的细菌抗性。
[0114] 在一些实施例中，在对微藻或蓝藻细菌属具有特异性的最低限度矿质确定成分培 养基中维持PH超过7. 5并且温度低于30°C的条件已被证明是例如细菌的污染性生物体的 增殖的次优条件。在一些实施例中，PH水平可以低于5并且温度介于30°C到50°C之间。通 过本文中所述的污染控制方法，包括采用乙酸/用于向非纯性培养物中投与乙酸的恒pH培 养系统，通过可以包含培养基中的残留乙酸、维持恒定PH水平或使用氧化剂的组合的培养 方法，培养物的污染性细菌细胞计数可以维持在低于总细胞的25%、低于总细胞的20%、 低于总细胞的10 %，并且优选地低于培养物的总细胞的5% (〈0. 05%总生物量）。维持温 度恒定的热交换器（例如冷却或加热线圈）当与其它污染控制方法组合使用时也改善了对 污染性细菌群体的控制，所述其它污染控制方法例如（但不限于）乙酸/恒PH培养系统和 氧化剂。
[0115] 兼养培养物中的污染性细菌和生物体控制的额外方法可以包含施加过氧化氢、臭 氧、抗生素、紫外（UV)辐射/灭菌或其它氧化剂（例如，氯气、亚氯酸盐、氯酸盐、次氯酸盐、 硝酸、铬、高锰酸、氧化银、溴）。控制兼养培养物中的污染的方法可以单独使用或以组合形 式使用。以介于2. 5mM与30mM H2O2之间的施加量向包含污染性细菌的培养基中添加过氧 化氢已被证明可抑制污染性细菌的生长。细菌在包含乙酸的兼养培养基中的生长已被证明 比在包含葡萄糖的兼养培养基中易受氧化应激的影响。可以通过任何已知的气体注射方法 向培养物中施加臭氧，所述方法例如（但不限于）喷射和文丘里注射。可以按0.01-2. Omg/ L的浓度、并且优选地按0. 01-0. 50mg/L的浓度向微生物培养物施加臭氧处理。抗生素处 理可以包含（但不限于）青霉素（penicillin) (100_500mg/L)、四环素（tetracycline) (10-100mg/L)、氣霉素（chloramphenicol) (l_20mg/L)以及金霉素（aureomycin)(l_20mg/ L) 〇
[0116] 使用电凝法进行培养物的周期性浓缩和净化提供了以下方法的一个实例，所述方 法包含每天或连续收集培养物，从而通过微藻或蓝藻细菌的常规浓缩并去除被污染的培养 基，并且更换已处理或新培养基中的培养物来帮助控制污染。还可以通过从培养物中收集 或分离微藻的已知方法，例如（但不限于）泡沫分离、溶气浮选、离心和絮凝，来执行为了污 染控制而对培养物进行收集并净化的方法。当使用收集和净化方法时，可能需要相应地调 整有机碳源的添加。收集和净化可以促进微藻或蓝藻细菌群体的健康并且因此促进其对污 染的抗性。在一些实施例中，可以对经分离培养基进行处理以将正在腐烂的有机物质（矿 化）转化成兼养微生物可用的碳源。
[0117] 在替代实施例中，可以使用声处理来控制兼养培养物中的污染。可以使培养物经 历各种强度的声能以减少污染。声处理可以通过形成与污染性细菌内部的气胞相同大小的 气泡来减少培养物内的污染。当气泡破裂时，细菌中相同大小的气泡将共振并且也破裂。 声处理还可以通过破坏污染性细菌的细胞壁来减少培养物内的污染，所述污染性细菌的细 胞壁相对于微藻、蓝藻细菌或硅藻的细胞壁来说较弱。在一些实施例中，可以从30kHz喇叭 提供约40-99%强度的声能。在一些实施例中，可以冷却有待用声处理进行处理的培养物， 从而将培养物的温度维持在所要范围内。在一些实施例中，可以对培养物使用声处理以升 高温度并且同时处理污染。在一些实施例中，可以与细胞壁减弱化学品或酶组合使用声处 理作为培养物的预处理。在一些实施例中，声处理喇叭可以和培养物的流动路径成一直线。 在一些实施例中，通过声处理破坏的细胞可以使用本领域中已知的任何器件从培养物中去 除，所述器件例如（但不限于）溶气浮选器件、泡沫分离器件或蛋白质除沫器。
[0118] 在替代实施例中，向培养物中添加植物提取物可以通过减缓细菌的生长，以允许 微藻或蓝藻细菌胜过培养物内的污染性细菌，来控制污染性细菌。在一些实施例中，含污染 性细菌的培养物可以用先前所述的手段减少群体，其中群体减少了 1、2或3或更多个对数。
[0119] 溶解氣水平
[0120] 溶解氧（DO)水平已被证明是最佳兼养型生长的限制性营养物。因此，向培养物中 高速传递例如氧气的气体的能力是有助于兼养培养效率的一个因素。在稳定状态下，氧传 递速率等于微藻或蓝藻细菌细胞的耗氧速率。气-液界面传质可以使用下式计算：
[0121] 因此，kp=氧利用率八浓度梯度）；
[0122] 匕是进入液体培养基中的氧传递的传质系数；
[0123] a是每体积液体，气体的界面表面积；
[0124] I^a是用Hz或（S4)测量的气-液界面传质的度量值，其中较大的kp值相当于较 好的传质和较高的反应器性能，如通过微藻的体积生长速率所测定。
[0125] 通过增加器皿中的k#，可以解决由于氧气供应不足所造成的对微生物生长的 限制。在实施例中，用乙酸作为碳源培养微藻或蓝藻细菌，kp可以介于2. OOXKT3iT^lJ 2. IOX IO4S+1的范围内。在一些实施例中，kp可以是至少2. ^XKT3S'用于增加器皿中 的k#的方法包括减小气泡的大小并且增加滞留时间，并且可以通过以下来实现：增加机械 混合的剪切应力、减小注射点的大小和/或增加注射点的数量以便将更多气体溶解到微生 物培养溶液中或增加气体压力。ha的增加可以通过用于向液体中注射气体微流或气体微 泡的任何已知系统来实现，所述系统例如（但不限于）气体注射器、多孔扩散器、微孔扩散 器、透气膜、微泡发生器、文丘里注射以及微泡流体振荡器。气体压力的增加可以通过任何 已知方法来实现，例如（但不限于）增加液柱高度。还可以通过用机械剪切使气泡破裂并 且通过水平混合、垂直混合或成角度混合增加气泡的滞留时间来改善氧传递。增加对兼养 的光合贡献将进一步改善通过化学品传递路径的氧传递。
[0126] 在一些实施例中，可以通过pH稳定来控制向兼养培养物中供应乙酸，导致微生物 培养方法的随后限制性反应物相继是氧气、硝酸盐和其它营养物。在一些实施例中，硝酸盐 以及其它营养物可以是在基于反馈控制在微藻培养物中使用传感器的自动进料方案上。在 替代实施例中，可以使用来自硝酸盐传感器、淡水系统中的电导率读数或溶解氧传感器的 反馈，馈入营养物、有机碳或空气。另外，氧气限制与机械设计之间的关系允许机械设计的