專利名稱：一種培養(yǎng)微藻的方法及使用的光生物反應器系統的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光生物反應器培養(yǎng)微藻的方法及使用的光生物反應器系統。
背景技術：
現有的微藻培養(yǎng)主要在光生物反應器中進行，迄今已研制成功種類繁多、結構各異的光生物反應器，有開放池式、水平管狀、垂直管狀、柔性袋狀等多種類型。代表性的有兩類跑道池式和封閉式光生物反應器。前者適合于可以開放培養(yǎng)的微藻，生產成本較低，并能在大面積生產中維持一定的產量，是目前商業(yè)規(guī)模大量培養(yǎng)微藻所普遍采用的培養(yǎng)系統。而封閉式光生物反應器可用于大多數藻類的培養(yǎng)，易于控制培養(yǎng)條件及生長參數；CO2利用率高。其中較典型的有水平回旋管型和垂直管狀，適用于不宜開放培養(yǎng)或經濟價值較高的藻類，能防治污染、維持單種培養(yǎng)、運轉過程能嚴格控制，有較高的光能利用率，因而可獲得較高的生物密度和產量。目前的封閉式光生物反應器微藻的培養(yǎng)過程主要包括以下步驟①清洗光生物反應器，消毒、接種；②在封閉式光生物反應器中添加培養(yǎng)基；③在光生物反應器中充氣，進行培養(yǎng)液的充氣培養(yǎng)；④收集微藻產物；⑤添加新的培養(yǎng)基。上述的培養(yǎng)過程，每一個循環(huán)都要進行一次清洗、消毒和接種才能進行下一次新的培養(yǎng)循環(huán)，培養(yǎng)的數量相對較少，培養(yǎng)的效率比較低下，一般比較適合于實驗室使用，而用于產業(yè)化生產則相應地增加了培養(yǎng)的成本；這種培養(yǎng)的方式，培養(yǎng)基的添加通過手工完成的，費時費力，而使用水泵添加培養(yǎng)基則容易導致培養(yǎng)基的污染以及因水泵的運轉引起的溫度變化；而如果采用部分收集培養(yǎng)產物并同時部分添加培養(yǎng)基的方式，由于單體的光生物反應器以相對獨立的方式進行培養(yǎng)，培養(yǎng)基的添加與培養(yǎng)產物的收集在時間和空間上是相連續(xù)的，容易導致收集的培養(yǎng)產物有一部分是才添加的培養(yǎng)基，會影響培養(yǎng)的效果，造成培養(yǎng)的效率低下。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述現有技術現狀而提供一種培養(yǎng)微藻的方法及使用的光生物反應器系統，用于微藻大量、快速、經濟、高效的培養(yǎng)，在短時間內能夠連續(xù)培養(yǎng)以提供大量高密度的微藻，并能夠持續(xù)相當長的時期，適用于微藻培養(yǎng)產業(yè)化的需要。
本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為一種培養(yǎng)微藻的方法，在一個多級光生物反應器系統中進行，它包括以下步驟①在第一級封閉式光生物反應器中添加培養(yǎng)基；②在每一級封閉式光生物反應器中進行培養(yǎng)液的充氣培養(yǎng)，③將上一級封閉式光生物反應器中的培養(yǎng)液輸送到下一級封閉式光生物反應器中，④從末一級封閉式光生物反應器中收集微藻產物。
所述的步驟①是通過一個容納有培養(yǎng)基的高位貯水容器及一根連接所述的高位貯水容器和所述的第一級封閉式光生物反應器的加注導流管以自流的方式來完成的。
所述的步驟④是通過一個低位貯水容器及一根連接所述的末一級的單體的封閉式光生物反應器和所述的低位貯水容器的收集導流管以自流的方式完成的。
所述的步驟③是通過連接相鄰封閉式光生物反應器的連接導流管來完成的。
一種用于培養(yǎng)微藻的光生物反應器系統，是由二個以上的封閉式光生物反應器組成的多級封閉式光生物反應器系統，所述的封閉式光生物反應器之間通過連接導流管相互連接，一個高位貯水容器通過加注導流管與第一級封閉式光生物反應器相連，所述的高位貯水容器通過所述的加注導流管向所述的第一級封閉式光生物反應器輸送培養(yǎng)基，一個低位貯水容器通過收集導流管與所述的末級封閉式光生物反應器相連，所述的低位貯水容器通過收集導流管從所述的末級封閉式光生物反應器中收集微藻產物。
所述的一種光生物反應器系統，最好是由五個封閉式光生物反應器組成的五級封閉式光生物反應器，所述的封閉式光生物反應器之間通過連接導流管相互連接，所述的高位貯水容器通過加注導流管與第一級封閉式光生物反應器相連，所述的高位貯水容器通過所述的加注導流管向所述的第一級封閉式光生物反應器輸送培養(yǎng)基，所述的低位貯水容器通過收集導流管與所述的第五級封閉式光生物反應器相連，所述的低位貯水容器通過收集導流管從所述的第五級封閉式光生物反應器中收集微藻產物。
所述的連接導流管上設置有玻璃三通。
所述的封閉式光生物反應器的外筒的底部呈圓錐形結構。
所述的連接導流管的開口是設置在所述的封閉式光生物反應器的外筒與內筒之間。
與現有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于微藻的培養(yǎng)過程是在一個由高位貯水容器、低位貯水容器和多個封閉式光生物反應器組成的多級光生物反應器系統中進行，培養(yǎng)基的添加、培養(yǎng)液的培養(yǎng)及培養(yǎng)產物的收集處于一個連續(xù)的狀態(tài)，從而能夠連續(xù)、迅速、高效地進行微藻的大量培養(yǎng)，并維持更長的培養(yǎng)時期；培養(yǎng)基的添加與培養(yǎng)產物的收集在時間與空間上的相對隔離，保持光生物反應器中的培養(yǎng)條件更加適合于培養(yǎng)物的生長，收集有更高的效果，使培養(yǎng)系統能夠長期、有效地發(fā)揮功能；設置一個高位貯水容器，通過加注導流管將其中的培養(yǎng)基通過虹吸作用自流到光生物反應器中，光生物反應器培養(yǎng)產物通過收集導流管自流到一個低位貯水容器，可以節(jié)省人力和物力，同時避免了培養(yǎng)基的污染及因水泵的運轉所造成的能源浪費和水泵的運轉所引起的溫度變化；連接導流管中間用一個玻璃三通連接，可以方便地排除管內的氣體，調節(jié)相鄰封閉式光生物反應器的液面高低，有利于培養(yǎng)液的添加與導出，并且隨時能夠添加營養(yǎng)鹽或者其他的培養(yǎng)液調節(jié)物質，達到快速培養(yǎng)的目的；連接相鄰封閉式光生物反應器的連接導流管的開口在光生物反應器的內外筒之間，與封閉式光生物反應器中的培養(yǎng)液循環(huán)的方向一致，不會露出液面，在整個培養(yǎng)過程中都能穩(wěn)定地定位在設置的位置上。
本發(fā)明的培養(yǎng)方法，培養(yǎng)微藻的生長可以保持長時間的指數生長期，并連續(xù)收獲，比傳統的方法減少了延緩期、平穩(wěn)期，生長更加迅速，每一次培養(yǎng)過程比常規(guī)的培養(yǎng)工藝減少了光生物反應器的清洗、消毒、接種，以及微藻生長的延緩期、指數生長期、平穩(wěn)期及衰老期，具有更高的經濟效益，并適合于大規(guī)模的產業(yè)化生產。
如采用五個光生物反應器連接成的五級光生物反應器系統，可以進行所有常見微藻的大量快速培養(yǎng)，以3～6升/小時的速度添加新鮮培養(yǎng)基，以同樣的速度收集培養(yǎng)產物，在最后的一個光生物反應器的密度是第一個光生物反應器的密度8～30倍。培養(yǎng)物的生長速度及密度是通常的2～5倍，培養(yǎng)的周期是通常的1/2～1/5。


圖1為本發(fā)明的五級封閉式光生物反應器系統示意圖；圖2為本發(fā)明俯視的五級封閉式光生物反應器系統示意圖；圖3為本發(fā)明實施例四的結構示意圖(省略高、低位貯水容器)；圖4為本發(fā)明封閉式光生物反應器結構之一的示意圖；圖5為本發(fā)明封閉式光生物反應器結構之二的示意圖；圖6為本發(fā)明實施例一的試驗結果之一與現有技術的培養(yǎng)結果對照表；圖7為本發(fā)明實施例一的試驗結果之二與現有技術的培養(yǎng)結果對照表。
具體實施例方式
以下結合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
實施例一一種培養(yǎng)微藻的方法，在一個五級光生物反應器系統1中進行，包括以下步驟①通過一個容納有培養(yǎng)基的高位貯水容器4及一根連接高位貯水容器4和第一級封閉式光生物反應器11的加注導流管5以自流的方式向第一級封閉式光生物反應器11中添加培養(yǎng)基；②在每一級封閉式光生物反應器中通過充氣管9充入CO2氣體并進行培養(yǎng)液的循環(huán)培養(yǎng)，③通過連接相鄰的封閉式光生物反應器的連接導流管3將上一級的封閉式光生物反應器中的培養(yǎng)液輸送到下一級的封閉式光生物反應器中，④通過一個低位貯水容器6及一根連接第五級封閉式光生物反應器15和低位貯水容器6的收集導流管7以自流的方式從第五級封閉式光生物反應器15中收集微藻產物。
在一個五級光生物反應器系統中進行了下述的培養(yǎng)試驗以亞心形扁藻Platymonas subcordiformis高密度培養(yǎng)的試驗為例，采用XB.K25血球計數板，在OLYMPUS-CH30顯微鏡下計數結果表明培養(yǎng)10d，藻細胞由最初的接種密度6.4×104個/ml；2d后上升到25.2×104個/ml；4d后上升到最高值111.5×104個/ml；6d后上升到390.0×104個/ml；8d后上升到758.3×104個/ml；10d后上升到1200×104個/ml；放去三分之一體積的藻液，加回新鮮培養(yǎng)基繼續(xù)培養(yǎng)，培養(yǎng)2d，藻細胞密度800×104個/ml升高到1350×104個/ml，放去三分之一體積的藻液，加回新鮮培養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng)，培養(yǎng)2d，藻細胞密度900×104個/ml升高到2170×104個/ml，放去二分之一體積的藻液，加回新鮮培養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng)，培養(yǎng)2d，藻細胞密度1035×104個/ml升高到1500×104個/ml，放去三分之一體積的藻液，加回新鮮培養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng)，培養(yǎng)2d，藻細胞密度750×104個/ml升高到1300×104個/ml，放去三分之一體積的藻液，加回新鮮培養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng)，培養(yǎng)2d，藻細胞密度780×104個/ml升高到1300×104個/ml。如圖6所示，與對照比較，能達到的最高密度及生長速度都是采用本發(fā)明有更大的優(yōu)勢。
以添加硅進行新月菱形藻Nitzschia closterium的高密度培養(yǎng)為例，培養(yǎng)開始時接種的細胞密度為60.6×104個/ml，2d后上升到408.3×104個/ml；4d后上升到1336.7×104個/ml；6d后上升到2378.3×104個/ml；8d后上升到4483.3×104個/ml；放去三分之一體積的藻液，加回新鮮培養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng)，培養(yǎng)2d，藻細胞密度2990×104個/ml升高到4800×104個/ml，放去三分之一體積的藻液，加回新鮮培養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng)，培養(yǎng)2d，藻細胞密度3200×104個/ml升高到5230×104個/ml，放去二分之一體積的藻液，加回新鮮培養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng)，培養(yǎng)2d，藻細胞密度2620×104個/ml升高到3800×104個/ml，放去三分之一體積的藻液，加回新鮮培養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng)，培養(yǎng)2d，藻細胞密度2530×104個/ml升高到4300×104個/ml，放去三分之一體積的藻液，加回新鮮培養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng)，培養(yǎng)2d，藻細胞密度2870×104個/ml升高到4000×104個/ml，放去三分之一體積的藻液，加回新鮮培養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng)，培養(yǎng)2d，藻細胞密度2670×104個/ml升高到4000×104個/ml，這對于快速、高密度培養(yǎng)餌料生物具有重要意義。如圖7所示，與對照的比較，高密度培養(yǎng)新月菱形藻能達到的最高密度及生長速度都是采用本發(fā)明的有更大的優(yōu)勢。
實施例二一種培養(yǎng)微藻的方法，在一個二級光生物反應器系統1′中進行，包括以下步驟①通過一個容納有培養(yǎng)基的高位貯水容器4′及一根連接高位貯水容器4′和第一級封閉式光生物反應器11′的加注導流管5′以自流的方式向第一級封閉式光生物反應器11′中添加培養(yǎng)基；②在每一級封閉式光生物反應器中通過充氣管9′充入CO2氣體并進行培養(yǎng)液的循環(huán)培養(yǎng)，③通過連接導流管3′將第一級封閉式光生物反應器11′中的培養(yǎng)液輸送到第二級封閉式光生物反應器12′中，④通過一個低位貯水容器6′及一根連接第二級封閉式光生物反應器12′和低位貯水容器6′的收集導流管7′以自流的方式從第二級封閉式光生物反應器12′中收集微藻產物。
實施例三一種光生物反應器系統，是由五個封閉式光生物反應器組成的五級封閉式光生物反應器系統1，五個封閉式光生物反應器設置在支架2上，各個封閉式光生物反應器之間通過連接導流管3相互連接，一個高位貯水容器4通過加注導流管5與第一級封閉式光生物反應器11相連，高位貯水容器4通過加注導流管5向第一級封閉式光生物反應器11輸送培養(yǎng)基，一個低位貯水容器6通過收集導流管7與第五級封閉式光生物反應器15相連，低位貯水容器6通過收集導流管7從第五級封閉式光生物反應器15中收集培養(yǎng)產物；連接導流管5上設置有玻璃三通8，封閉式光生物反應器的外筒101的底部最好呈圓錐形結構或圓筒狀結構，連接導流管3的開口31設置在封閉式光生物反應器的外筒101與內筒102之間，加注導流管5和收集導流管7都可以設置有調節(jié)閥門(圖中未顯示)，在封閉式光生物反應器的外筒101的底部設置有進氣口103，通過一個充氣管9連接到充氣裝置(圖中未顯示)，封閉式光生物反應器的內筒102的頂部設置有溢氣孔104，連接導流管3可以從溢氣孔104的位置連接相鄰的封閉式光生物反應器，還可以從進氣口103的位置連接相鄰的封閉式光生物反應器。內筒102接近外筒101的上端處留有溢流孔105，內筒102接近外筒101下端處留有回流孔106，利用氣泡的浮力帶動內筒102內的培養(yǎng)液，形成在內筒102的上升流與與外筒101的下降流的定向的液體循環(huán)，在支架2上設置有環(huán)繞在五級封閉式光生物反應器系統1周圍的可調控的光照裝置10。
實施例四一種光生物反應器系統，是由兩個封閉式光生物反應器組成兩級封閉式光生物反應器系統1′，各個封閉式光生物反應器之間通過連接導流管3′相互連接，一個高位貯水容器4′通過加注導流管5′與第一級封閉式光生物反應器11′相連，高位貯水容器4′通過加注導流管5′向第一級封閉式光生物反應器11′輸送培養(yǎng)基，一個低位貯水容器6′通過收集導流管7′與第二級封閉式光生物反應器12′相連，低位貯水容器6′通過收集導流管7′從第二級封閉式光生物反應器12′中收集培養(yǎng)產物；連接導流管5′上設置有玻璃三通8′，第一級封閉式光生物反應器11′的外筒101的底部呈圓錐形結構，第二級封閉式光生物反應器12′的外筒101的底部呈圓筒狀結構，連接導流管3′的開口31′設置在封閉式光生物反應器的外筒101與內筒102之間，加注導流管5′和收集導流管7′都可以設置有調節(jié)閥門(圖中未顯示)，在封閉式光生物反應器的外筒101的底部設置有進氣口103，通過一個充氣管9′連接到充氣裝置(圖中未顯示)，封閉式光生物反應器的內筒102的頂部設置有溢氣孔104，連接導流管3可以從溢氣孔104的位置連接相鄰的封閉式光生物反應器，還可以從進氣口103的位置連接相鄰的封閉式光生物反應器。內筒102接近外筒101的上端處留有溢流孔105，內筒102接近外筒101下端處留有回流孔106，利用氣泡的浮力帶動內筒102內的培養(yǎng)液，形成在內筒102的上升流與與外筒101的下降流的定向的液體循環(huán)。
權利要求
1.一種培養(yǎng)微藻的方法，其特征在于它包括以下步驟①在第一級封閉式光生物反應器中添加培養(yǎng)基；②在每一級封閉式光生物反應器中進行培養(yǎng)液的充氣培養(yǎng)，③將上一級封閉式光生物反應器中的培養(yǎng)液輸送到下一級封閉式光生物反應器中，④從末一級封閉式光生物反應器中收集微藻產物。
2.如權利要求1所述的一種培養(yǎng)微藻的方法，其特征在于所述的步驟①是通過一個容納有培養(yǎng)基的高位貯水容器及一根連接所述的高位貯水容器和所述的第一級封閉式光生物反應器的加注導流管以自流的方式來完成的。
3.如權利要求1所述的一種培養(yǎng)微藻的方法，其特征在于所述的步驟④是通過一個低位貯水容器及一根連接所述的末一級封閉式光生物反應器和所述的低位貯水容器的收集導流管以自流的方式完成的。
4.如權利要求1所述的一種培養(yǎng)微藻的方法，其特征在于所述的步驟③是通過連接相鄰封閉式光生物反應器的連接導流管來完成的。
5.一種用于培養(yǎng)微藻的光生物反應器系統，其特征在于它是由二個以上的封閉式光生物反應器組成的多級封閉式光生物反應器系統，所述的封閉式光生物反應器之間通過連接導流管相互連接，一個高位貯水容器通過加注導流管與第一級封閉式光生物反應器相連，所述的高位貯水容器通過所述的加注導流管向所述的第一級封閉式光生物反應器輸送培養(yǎng)基，一個低位貯水容器通過收集導流管與所述的末級封閉式光生物反應器相連，所述的低位貯水容器通過收集導流管從所述的末級封閉式光生物反應器中收集微藻產物。
6.如權利要求6所述的一種光生物反應器系統，其特征在于它是由五個封閉式光生物反應器組成的五級封閉式光生物反應器系統，所述的封閉式光生物反應器之間通過連接導流管相互連接，所述的高位貯水容器通過加注導流管與第一級封閉式光生物反應器相連，所述的高位貯水容器通過所述的加注導流管向所述的第一級封閉式光生物反應器輸送培養(yǎng)基，所述的低位貯水容器通過收集導流管與所述的第五級封閉式光生物反應器相連，所述的低位貯水容器通過收集導流管從所述的第五級封閉式光生物反應器中收集微藻產物。
7.如權利要求6或7所述的一種光生物反應器系統，其特征在于所述的連接導流管上設置有玻璃三通。
8.如權利要求7所述的一種光生物反應器系統，其特征在于所述的封閉式光生物反應器的外筒的底部呈圓錐形結構，所述的連接導流管的開口是設置在所述的封閉式光生物反應器的外筒與內筒之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種培養(yǎng)微藻的方法及使用的光生物反應器系統，通過將多個封閉式光生物反應器組合成多級的封閉式光生物反應器系統，使培養(yǎng)微藻的方法包括以下步驟①在第一級封閉式光生物反應器中添加培養(yǎng)基；②在每一級封閉式光生物反應器中進行培養(yǎng)液的充氣培養(yǎng)，③將上一級封閉式光生物反應器中的培養(yǎng)液輸送到下一級封閉式光生物反應器中，④從末一級封閉式光生物反應器中收集微藻產物，優(yōu)點是培養(yǎng)微藻的生長可以保持長時間的指數生長期，并連續(xù)收獲，比傳統的方法減少了延緩期、平穩(wěn)期，生長更加迅速，培養(yǎng)過程減少了清洗、消毒、接種，具有更高的經濟效益，并適合于大規(guī)模的產業(yè)化生產。
文檔編號C12M3/00GK1563346SQ200410017249
公開日2005年1月12日 申請日期2004年3月26日 優(yōu)先權日2004年3月26日
發(fā)明者駱其君, 裴魯青, 嚴小軍, 馬斌, 徐善良, 徐繼林, 周成旭 申請人:寧波大學