[發明專利]表面生長式光合微生物培養單元、培養系統及培養方法

無效

• 申請號: 201410602029.7
• 申請日: 2014-10-30
• 公開（公告）號: CN104328032A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發明（設計）人: 胡強
• 申請（專利權）人: 國家開發投資公司;中國電子工程設計院
• 主分類號: C12M1/00
• 分類號: C12M1/00;C12M1/34;C12M1/04;C12N1/12;C12N1/20
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 王小京

技術領域

本發明涉及一種表面生長式光合微生物培養單元、培養系統，及其用于培養光合微生物的方法。

背景技術

光合微生物是一類以光為唯一的或主要能量來源而生長繁殖的微生物，包括微藻、藍細菌等含有葉綠素可進行光合作用的微生物，微生物有著重要生物利用價值。據目前文獻報道，藻類富含蛋白質，可以作為水產餌料或畜禽飼料(如螺旋藻)；更重要的，某些微藻在特定條件下能夠大量合成次生代謝物，如油脂、類胡蘿卜素、多糖等，這些物質往往具有極高經濟價值的生物活性物質，可以被用在功能食品、食品添加劑、制藥、生物能源等領域。特別是，通過微藻大規模培養以從中提取微藻油脂，進而轉化成生物柴油被認為是解決能源短缺與固碳減排的最重要途徑之一。

微藻培養已有幾十年歷史，目前的工業化微藻培養為液體浸沒式，以大量水作為微藻生活的支撐介質。主要包括開放式培養池與密閉式光生物反應器(photobioreactor，PBR)兩種形式。開放式培養池的優點在于建造和運行的成本較低。但由于開放池的光照面積/體積比較小，液體表面與下部混合較差，只有表層藻細胞能夠接受較充足的光照，池底細胞往往難以接受到充分光照；其次，開放池培養運行水深較淺，一般只有10-30厘米，使得通氣補碳時氣液接觸時間短，補碳效率低，培養液中溶解二氧化碳(CO₂)的不足使光合作用受到限制；再一個是開放式升溫慢，不能在短時間內升到酶活性最好的溫度25℃，經常錯失光利用的最佳時機；而在夜間開放式池內溫度自然下降太慢，使藻細胞仍然保持旺盛的呼吸作用，將白天存儲的能量消耗掉，故使藻細胞內有用的代謝物含量太低。因此開放池培養的細胞生長速度與培養密度細胞均較低，另外其占地還大，容易受到污染。與其相比，PBR—般是采用透光材料(如玻璃、有機玻璃、塑料薄膜等)制成的細薄結構，由于光徑小、培養體系光照面積/體積比較大，所以細胞光照較充分。同時，補碳氣體與液體接觸時間長，培養液溶解CO₂濃度較高，因而細胞生長速度與培養密度均較開放培養池高。但該類PBR通常造價昂貴、運行成本高、維護困難、難于大型化，產率為5～30g/m²/d，遠遠低于理論預測值100～200g/m²/d，達不到產業化的理論計算目標，光能利用率低，這項微藻大規模培養實現產業化最重要的直接制約因素仍有待提高。

近年來，出現了一種半干式培養系統，并且已有文獻報道。但是，目前的半干式培養系統一般是采用濾紙、濾布、海綿、塑料泡沫、纖維織物(例如帆布)中的一種或幾種作為基質材料。然而，該類軟質材料具備如下缺點：(1)機械強度低，需要復雜的支撐和固定等配套裝置，不合適大尺寸和空間高度上的放大，只能制成低矮細薄結構；(2)表面濕度不均勻，微藻生長不牢固，容易受到環境影響而脫落；(3)不耐循環使用，需要經常更換，增加成本；(4)容易掉落纖維等雜質，使收獲的微藻受到污染；(5)吸水和保水性能差，不利于微藻生長繁殖逐漸增加的培養液消耗要求并且能源成本增加，和(6)這些柔性材料在作為培養載體時，其生物兼容性和耐化學腐蝕性等方面都具有一定局限性。因此目前此類培養系統仍不適于大規?；a。

鑒于現有技術的上述缺點，本發明采用一種新型表面生長式光合微生物培養單元、培養系統及培養方法。

發明內容

為克服上述缺點，本發明提供一種表面生長式光合微生物培養單元，該培養單元包括：

至少一個多孔板，所述多孔板由剛性的吸水滲水材料制成，其表面用于附著光合微生物；

至少一個供液裝置，所述供液裝置用于向所述多孔板提供光合微生物生長所需的培養液，所述培養液被所述的多孔板吸收并滲透至該多孔板的表面；

至少一個培養液回收裝置，所述培養液回收裝置設于所述多孔板下端，以將各多孔板下端滲出或未被多孔板吸收的培養液收集。

在一個實施方案中，所述多孔板為透水陶瓷板、水泥板、青磚板、紅磚板、陶土制成板或瓦板。

在一個實施方案中，所述多孔板是由基質材料和添加劑制成的硬質多孔板，其中，所述添加劑包括粘結劑，所述基質材料為分子篩、玻璃粉、玻璃砂或者青石。

在一個實施方案中，所述粘結劑包含鋁石。

在一個實施方案中，所述粘結劑還包含田菁粉和硝酸。

在一個實施方案中，所述基質材料為分子篩，所述分子篩具有的第一孔徑。

在一個實施方案中，所述分子篩具有的第一孔徑。

在一個實施方案中，所述多孔板包含分子篩和鋁石，其中所述分子篩為50-90質量份，鋁石為5-45質量份。