一種可變光程板式微藻培養(yǎng)反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本專利屬于微藻培養(yǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體來說涉及一種可變光程板式微藻培養(yǎng)反應(yīng) 器。
【背景技術(shù)】
[0002] 微藻為自養(yǎng)型微生物，因其細(xì)胞內(nèi)存在光合作用系統(tǒng)也稱為微藻植物。微藻具有 高效吸收太陽能、固定二氧化碳產(chǎn)生生物質(zhì)的能力（即光合作用能力）；同時微藻作為微生 物的一種，其增殖速度較快。作為單細(xì)胞生物，微藻的主要組成為蛋白、脂肪、碳水化合物和 核酸等。目前，微藻已經(jīng)是重要的養(yǎng)殖餌料被養(yǎng)殖企業(yè)廣泛應(yīng)用，同時微藻也已經(jīng)成為類胡 蘿卜素、蛋白質(zhì)、多糖等保健食品的來源。隨著化石能源枯竭的預(yù)期加劇，微藻在能源制品 和精細(xì)化學(xué)品的潛在應(yīng)用也得到了極大關(guān)注。但是所有這些存在的共同問題是如何獲得足 夠的微藻生物質(zhì)，即微藻大規(guī)模培養(yǎng)效率低、成本高。為了實現(xiàn)微藻大規(guī)模高效培養(yǎng)，一方 面需要優(yōu)化微藻對光能的利用效率，另一方面，要降低微藻培養(yǎng)系統(tǒng)成本。
[0003] 光是微藻規(guī)模培養(yǎng)，尤其是自養(yǎng)培養(yǎng)，細(xì)胞生長的能量來源，但是過高的光強(qiáng)會導(dǎo) 致細(xì)胞內(nèi)光合系統(tǒng)發(fā)生損傷，尤其是在微藻生物量較低時，如種子液的培養(yǎng)過程中，過高的 光強(qiáng)會導(dǎo)致生長緩慢或死亡?，F(xiàn)有光生物反應(yīng)器常見形式包括平板式、管道式、圓柱式等， 其共同的缺點是在培養(yǎng)過程中，培養(yǎng)系統(tǒng)的光程不可調(diào)。因為，為了適應(yīng)不同培養(yǎng)階段微藻 對光能的需求變化，在室內(nèi)可以通過改變光源光強(qiáng)實現(xiàn)；而在戶外，只能通過遮光網(wǎng)或遮光 網(wǎng)降低入射光。同時，微藻生長過程中隨著生物量的增加，細(xì)胞間會產(chǎn)生自屏蔽效應(yīng)。這些 因素都導(dǎo)致了微藻光生物反應(yīng)器培養(yǎng)過程中光能利用效率的下降。
[0004] 通常，光在藻液中的正向衰減符合郎伯比爾定律（Lambert-BeerLaw),即
[0005] In(I/I〇) =~aL,
[0006] 其中，I為光程為L時的入射光，L為入射光，L為光程，a為表觀消光系數(shù)，與溶 液中微藻細(xì)胞生物量相關(guān)，隨著生物量的增加而增大。1〇_1即單位面積下培養(yǎng)系統(tǒng)所吸收 的光能。
[0007] 目前已有的方法調(diào)整的都是L，但實際上光程L調(diào)整將會產(chǎn)生類似的效果，不過對 于常規(guī)使用剛性透光材料(有機(jī)聚合物、玻璃等）或固定支撐材的袋式反應(yīng)器，并不具備改 變光程的能力。
[0008] 針對現(xiàn)有光生物反應(yīng)器光程不可調(diào)這一缺點，在常規(guī)光生物反應(yīng)器基礎(chǔ)上，本發(fā) 明通過剛性透光材料為外部支撐，柔性透光材料為內(nèi)襯，通過調(diào)整支撐結(jié)構(gòu)的間距，實現(xiàn)了 光程可調(diào)，即在低光強(qiáng)條件下減少光程，在高光強(qiáng)下增加光程，實現(xiàn)所培養(yǎng)微藻處于適宜光 照條件下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明為一種可變光程板式微藻培養(yǎng)反應(yīng)器，其特征在于包括通氣裝置以及培 養(yǎng)過程中光程可調(diào)的光生物反應(yīng)系統(tǒng)。通氣裝置由流量計、通氣管和曝氣裝置組成，氣 體流量可控，形成的氣泡較小且分布均勻。通氣裝置中的氣體為含有一定濃度二氧化碳 (0. 04-10%，質(zhì)量比)的空氣。培養(yǎng)裝置為內(nèi)襯透明塑料袋的簡易平板式光生物反應(yīng)器，培養(yǎng) 過程中，隨著微藻細(xì)胞濃度的增加，通過改變板式反應(yīng)器擋板間距，進(jìn)而不斷改變光程，滿 足藻細(xì)胞生長對光能的需要，尤其適用于利用太陽光為光源的培養(yǎng)。
[0010] 本發(fā)明的光生物反應(yīng)器示意圖見圖1。具體為：
[0011] -種可變光程板式微藻培養(yǎng)反應(yīng)器，包括光程可變板式光生物反應(yīng)系統(tǒng)、通氣管 ③和曝氣管⑤，
[0012] 所述光程可變板式光生物反應(yīng)系統(tǒng)包括：透光剛性支撐①、透光柔性內(nèi)襯②和滾 珠絲杠或?qū)к墷埽?br>[0013] (1)培養(yǎng)系統(tǒng)：光生物反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)襯透明塑料薄膜②，外側(cè)為間距可調(diào)的平行透光 夾板或支撐網(wǎng)格①。其中內(nèi)襯可以是②聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺或上述材料復(fù)合物制成的無 毒透光薄膜，外側(cè)剛性支撐①可以為有機(jī)玻璃板、聚碳酸酯板，以及工程塑料、不銹鋼等硬 質(zhì)材料制成的支撐網(wǎng)格。根據(jù)微藻所需光強(qiáng)，通過④滾珠絲杠或能夠限位的導(dǎo)軌調(diào)整夾板 或支撐網(wǎng)間距，光生物反應(yīng)器的光程在5厘米-15厘米范圍內(nèi)可調(diào)。
[0014] 培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)襯材料為聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺或上述聚合物的復(fù)合物制成的有 機(jī)聚合物薄膜，外側(cè)可調(diào)的剛性支撐為有機(jī)玻璃板、聚碳酸酯板、工程塑料及不銹鋼材料制 成的硬質(zhì)支撐網(wǎng)格。
[0015] (2)通氣系統(tǒng)：光生物反應(yīng)器內(nèi)通過由曝氣管⑤、通氣管③組成的通氣系統(tǒng)提供微 藻生長和氣升混合的氣體。根據(jù)培養(yǎng)微藻種類不同的需求，氣體為空氣或補(bǔ)加一定濃度二 氧化碳的空氣（〇. 04-10%，質(zhì)量比)，流量通過氣體流量計控制。
[0016] 所述微藻包括單細(xì)胞的金藻、綠藻、藍(lán)藻、硅藻，以及螺旋藻。
[0017] 本發(fā)明具有以下效果：
[0018] (1)根據(jù)微藻對光的需求，通過改變光程，改變培養(yǎng)系統(tǒng)實際獲得光能的量，實現(xiàn) 光能的_效利用；
[0019] (2)本發(fā)明通過調(diào)整實際光能輸入，增加了反應(yīng)器適宜培養(yǎng)生物量的范圍，有利于 將種子液培養(yǎng)和生產(chǎn)在同一個裝置內(nèi)實現(xiàn)，簡化了培養(yǎng)操作。在接種生物量較低的情況下， 可以通過縮短光程維持較小培養(yǎng)體積，隨著生物量增加，光程增大，也增大了培養(yǎng)體積，利 于擴(kuò)種至正常生產(chǎn)規(guī)模；在微藻生長至較高密度由于自屏蔽效應(yīng)，限制生長的時候，又可以 縮短光程，減少單位光照面積下的培養(yǎng)體積，滿足細(xì)胞生長的需要，已獲得更高生物量。
【附圖說明】
[0020] 圖1可變光程板式微藻培養(yǎng)反應(yīng)器示意圖。
[0021] 其中，①透光剛性支撐，②透光柔性內(nèi)襯，③通氣管，④滾珠絲杠或?qū)к?，⑤曝?管。
【具體實施方式】
[0022] 結(jié)合附圖1和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行說明。
[0023] 實施例1
[0024] 以初始1000萬細(xì)胞每毫升接種密度，進(jìn)行湛江等鞭金藻培養(yǎng)，培養(yǎng)基為通用的 F/2培養(yǎng)基，二氧化碳濃度為1. 4%，入射光光強(qiáng)為95yM/m?s_2。通過調(diào)整滾珠絲杠④，測 定相同生物量下不同光程下系統(tǒng)的透過光光強(qiáng)，見表1。結(jié)果表明，通過調(diào)整光程，改變了培 養(yǎng)系統(tǒng)的光能利用情況。
[0025]表1、不同光程時的透過光強(qiáng)
【主權(quán)項】
1. 一種可變光程板式微藻培養(yǎng)反應(yīng)器，包括光程可變板式光生物反應(yīng)系統(tǒng)、通氣管③ 和曝氣管⑤，其特征在于： 所述光程可變板式光生物反應(yīng)系統(tǒng)包括：透光剛性支撐①、透光柔性內(nèi)襯②和滾珠絲 杠或?qū)к墷埽? (1) 培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)襯透明塑料薄膜，外側(cè)為間距可調(diào)的平行透光夾板或支撐網(wǎng)格，通過 調(diào)整夾板或支撐網(wǎng)間距，光生物反應(yīng)器的光程在5厘米-15厘米范圍內(nèi)可調(diào)。 (2) 培養(yǎng)反應(yīng)器內(nèi)襯材料為聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺或上述聚合物的復(fù)合物制成的有機(jī) 聚合物薄膜，外側(cè)可調(diào)的剛性支撐為有機(jī)玻璃板、聚碳酸酯板、工程塑料及不銹鋼材料制成 的硬質(zhì)支撐網(wǎng)格。 (3) 根據(jù)培養(yǎng)微藻種類不同的需求，氣體為空氣或補(bǔ)加一定濃度（0. 04-10%，質(zhì)量比)二 氧化碳的空氣，流量通過氣體流量計控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述微藻培養(yǎng)反應(yīng)器，其特征在于：所述微藻包括單細(xì)胞的金藻、綠 藻、藍(lán)藻、硅藻，以及螺旋藻。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可變光程板式微藻培養(yǎng)反應(yīng)器，包括通氣裝置以及培養(yǎng)過程中光程可調(diào)的光生物反應(yīng)系統(tǒng)。通氣裝置由流量計、通氣管和曝氣裝置組成，通入氣體為含有一定濃度二氧化碳（0.04-10%，質(zhì)量比）的空氣。培養(yǎng)裝置為內(nèi)襯透明塑料袋的簡易平板式光生物反應(yīng)器，培養(yǎng)過程中，隨著微藻細(xì)胞濃度的增加，通過改變板式反應(yīng)器擋板間距，進(jìn)而不斷改變光程，滿足藻細(xì)胞生長對光能的需要，尤其適用于利用太陽光為光源的培養(yǎng)。
【IPC分類】C12M1-00, C12M1-04, C12R1-01, C12R1-89
【公開號】CN104711163
【申請?zhí)枴緾N201310691089
【發(fā)明人】薛松, 陸洪斌, 褚亞東, 周建男, 曹旭鵬
【申請人】中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2013年12月13日