[實用新型]表面生長式光合微生物培養(yǎng)板及其系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420640474.8
• 申請日: 2014-10-30
• 公開（公告）號: CN204151350U
• 公開（公告）日: 2015-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡強(qiáng);遲慶雷
• 申請（專利權(quán)）人: 國家開發(fā)投資公司;中國電子工程設(shè)計院
• 主分類號: C12M3/00
• 分類號: C12M3/00;C12M3/06;C12M1/00;C12M1/12
• 代理公司: 北京永新同創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11376
• 代理人: 楊勝軍

技術(shù)領(lǐng)域

本申請總體上涉及表面生長式光合微生物培養(yǎng)板及其系統(tǒng)，屬于微生物培養(yǎng)領(lǐng)域。具體地，本申請涉及一種微生物培養(yǎng)系統(tǒng)以及在微生物培養(yǎng)系統(tǒng)中使用的改進(jìn)型復(fù)合表面生長式光合微生物培養(yǎng)板及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

光合微生物是一類以光為唯一的或主要能量來源而生活的微生物，包括微藻、藍(lán)細(xì)菌等含有葉綠素可進(jìn)行光合作用的微生物，微生物有著重要生物利用價值。特別是微藻，富含蛋白質(zhì)，可以作為水產(chǎn)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(zhì)往往是具有極高經(jīng)濟(jì)價值的生物活性物質(zhì)，可以被用在功能食品、食品添加劑、制藥、生物能源等領(lǐng)域。特別是通過微藻大規(guī)模培養(yǎng)提取微藻油脂，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成液體燃料，如生物柴油被認(rèn)為是解決生物能源生產(chǎn)與固碳減排的最重要途徑之一。

微藻大量培養(yǎng)已有幾十年歷史，目前的工業(yè)化微藻培養(yǎng)為液體浸沒式，以大量水作為微藻生長的介質(zhì)。主要包括開放式培養(yǎng)池與密閉式光生物反應(yīng)器(photo-bioreactor，PBR)兩種形式。開放式培養(yǎng)池的優(yōu)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(xì)胞能夠接受較充足的光照，池底細(xì)胞往往難以接受到充分光照；其次，開放池培液的深度較淺，一般只有10-30厘米，使得通氣補(bǔ)碳時氣液接觸時間短，補(bǔ)碳效率低，培養(yǎng)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(nèi)升到酶活性最好的溫度25℃，經(jīng)常錯失光利用的最佳時機(jī)；而在夜間開放式池內(nèi)溫度自然下降太慢，使藻細(xì)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(xì)胞內(nèi)有用的代謝物含量太低。因此開放池培養(yǎng)的細(xì)胞生長速度與細(xì)胞密度均較低，另外其占地還大。與其相比，PBR—般是采用透光材料(如玻璃、有機(jī)玻璃、塑料薄膜等)制成的細(xì)薄結(jié)構(gòu)，由于光徑小、培養(yǎng)體系光照面積/體積比較大，所以細(xì)胞光照較充分。同時，補(bǔ)碳?xì)怏w與液體接觸時間長，培養(yǎng)液溶解濃度較高，因而細(xì)胞生長速度與細(xì)胞密度均較開放培養(yǎng)池高。但該類PBR通常造價昂貴、運行成本高、維護(hù)困難、難于大型化，產(chǎn)率在5～30g/m²/d，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論預(yù)期的100～200g/m²/d，達(dá)不到產(chǎn)業(yè)化的理論計算目標(biāo)，光能利用率低這項微藻大規(guī)模培養(yǎng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化最重要的直接制約因素仍有待提高。

近年來，出現(xiàn)了一種附著式培養(yǎng)系統(tǒng)，已有專利報道，這種附著式是采用濾紙、濾布、塑料泡沫、纖維織物(例如帆布)中的一種或幾種作為基質(zhì)材料，但是該類軟質(zhì)材料具備如下缺點：1)機(jī)械強(qiáng)度低，需要復(fù)雜的支撐，不合適大尺寸和空間高度上的放大，只能制成低矮細(xì)薄結(jié)構(gòu)，而往往能自支撐，剛性較高的多孔材料其鎖水性又比較有限，無法很好地滿足微藻生長所需的營養(yǎng)液量；2)現(xiàn)有的濾布和纖維織物等表面濕度不均勻，微藻生長不牢固；并且3)現(xiàn)有的濾布和纖維織物等不耐循環(huán)使用，需要經(jīng)常更換，增加成本，4)現(xiàn)有的濾布和纖維織物等容易掉落纖維等雜質(zhì)；另外，5)這些柔性材料在作為培養(yǎng)板表面材料時，其生物兼容性、和耐化學(xué)腐蝕性等方面都具有一定局限性。因此，目前此類培養(yǎng)系統(tǒng)沒有進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)。

為此，本發(fā)明人在另外一些申請中，提出一種微藻培養(yǎng)系統(tǒng)，其采用夾心式復(fù)合培養(yǎng)板進(jìn)行微藻的培養(yǎng)。如圖1a所示的一種夾心式復(fù)合培養(yǎng)板10，其主要包括兩個外板12和14以及位于兩個外板12和14之間的芯體16。其中，外板為剛性吸水透水性材料板，芯體為吸水透水性填充材料。

在培養(yǎng)過程中，夾心式復(fù)合培養(yǎng)板10的芯體16吸收培養(yǎng)液，在夾心式復(fù)合培養(yǎng)板10的兩個外板12和14的外表面上接種附著藻種，芯體16吸收的培養(yǎng)液滲透過兩個外板12和14而到達(dá)在外表面上的藻種，在設(shè)置適當(dāng)?shù)沫h(huán)境濕度和溫度、光強(qiáng)下，藻類得以生長。上述夾心式復(fù)合培養(yǎng)板10，借助其夾心復(fù)合式結(jié)構(gòu)，外板12、14表面的水量非常適合藻生長，且相對于現(xiàn)有的帆布等培養(yǎng)方式，由于其剛性材料外板12、14可以輕易實現(xiàn)自支撐，具有空間率用率高、耐環(huán)境因素性好、重復(fù)利用率高、不會掉纖維等優(yōu)勢。

但是，由于培養(yǎng)板10在豎直方向上存在一定高度，例如0.5-5.0米，在培養(yǎng)板的芯體吸水飽和后，在豎直方向上不可避免存在一定的靜水壓。如圖1b所示，由于高度H1小于高度H2，距上邊緣高度H2處的B點處的靜水壓高于距上邊緣高度H1處的A點處的靜水壓。