一种微藻光发酵培养装置

技术领域

本发明涉及微藻培养领域，具体是一种微藻光发酵培养装置。

背景技术

微藻是一种微小的藻类，富含蛋白质、氨基酸、不饱和脂肪酸、维生素、多糖等多种营养和活性物质，作为功能食品、营养强化剂、饲料添加剂、生物肥料、土壤改良剂而被广泛应用。同时，由于微藻能够通过光合作用进行生长，在这过程中可以吸收氮、磷、COD等水物质并释放氧气，具有水质净化的功能，在水产上常常作用调水剂。此外，海洋微藻如硅藻等中含有丰富的不饱和脂肪酸EPA和DHA，常常用在水产育苗上作为生物饵料和动物性饵料的强化剂进行应用。

然后，由于常规的光自养培养时微藻的生长速率非常慢，导致生物量很低，使得生产成本极高，极大地限制了微藻的应用，尤其是在水产和畜牧行业中的应用。微藻除了光自养生长外，绝大部分微藻还可以在有机碳源和光照同时存在条件下进行生长，称为兼养生长或光发酵。与光自养相比，微藻的光发酵的生长速率远远超过光自养生长，最高藻细胞浓度基本是微藻光自养的10倍之上。因此，微藻光发酵培养具有显著的优势。然后由于微藻光发酵需要可灭菌的且透明的培养装置，通常的可灭菌玻璃发酵罐存在放大困难、投资成本高等诸多不足，使得难以进行低成本、规模化培养。当前由于没有合适的微藻光发酵培养装置，极大地限制了具有明显优势的微藻光发酵技术在微藻培养领域中的应用。因此，开发出一种适合于微藻光发酵技术的培养装置，是实现微藻光发酵培养技术用于微藻低成本培养的核心。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微藻光发酵培养装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

发明了一种用于微藻光发酵的培养装置，主要由带边框的透明袋、顶板结构、参数检测系统和卡箍组成，其中透明袋、上盖板卡箍形成的密闭袋子经灭菌处理实现无菌，然后接入藻种进行培养，同时连接参数检测系统，实现pH,温度和溶解氧的测定，待培养结束后，打开卡箍，取出藻液，然后彻底清洗各部件，经重新组装灭菌后重新循环使用。

所述带边框的透明袋有薄膜袋和外周边框组成。在边框上有一个环形的内凹槽，内槽中嵌有硅胶条。

所述顶板结构上带有上盖板、搅拌轴，搅拌桨，进料管、进气管、料液循环管和减速机。进料管、进气管、出气管、料液循环管处均装有鲁尔阀门和快接接头。

所述参数检测系统含有玻璃瓶、温度电极、pH电极、溶解氧电极，进料支管，出料支管，电极线，控制器和蠕动泵组成。

所述透明袋的外周边框和上盖板的材料为透明有机玻璃，进料管、进气管、出气管、料液循环管的材料为硅胶，搅拌轴和搅拌桨的材料为四氟乙烯，卡箍的材料为铝合金，薄膜袋由食品级尼龙、涤纶树脂、聚碳酸酯、聚乙烯的一种或几种复合透明材料制成。

带边框的透明袋和顶板通过上盖板中的凸起与外周边框上的内凹槽互相契合进行密封，然后再用卡箍进行加强巩固。然后通过环氧乙烷、核辐照、电子束和紫外杀菌技术的一种或多种联合使用进行灭菌。

参数检测系统中的玻璃瓶，温度电极、pH电极、溶解氧电极，进料支管，出料支管在高压灭菌锅中进行灭菌。然后，再与微藻培养袋通过连接管连接。在微藻培养过程中，开启蠕动泵，使得藻液在薄膜袋和玻璃瓶之间循环，实现培养液的在线参数如温度、pH和溶解氧的监测。

所述微藻培养装置，置于有光照的环境条件包括太阳光或LED等人工光照环境，以给微藻培养提供光能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用透明且廉价的透明薄膜材料作为微藻光发酵培养的主体容器，通过辐射、电子束、环氧乙烷和紫外杀菌技术的一种或多种方式联合使用对薄膜袋进行灭菌，实现微藻的无菌培养，同时由于透明材料制成，外部光照可以照射到培养液中，提供光能，从而实现微藻的光发酵培养，实现微藻的高效培养，同时该装置制造成本低廉、可循环使用，大大降低微藻培养的投资和运行成本，实现微藻的低成本培养。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中透明袋的结构示意图；

图3为本发明图2中B处放大图。

图中：1、带边框的透明袋；101、薄膜袋；102、外边框；103、内凹槽；104、硅胶条；2、顶板结构；201、上盖板；202、搅拌轴；203、搅拌桨；204、进料管；205、进气管；206、料液循环管；208、减速机；209、电机；210、出气管；3、参数检测系统；301、玻璃瓶；302、温度电极；303、pH电极；304、溶解氧电极；305、进料支管；306、出料支管；307、电极线；308、控制器；309、蠕动泵；4、卡箍。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，该培养装置主要由带边框的透明袋1、顶板结构2、电机209、参数检测系统3、卡箍4组成；所述带边框的透明袋1、顶板结构2卡箍4形成的密闭袋子经灭菌处理实现无菌；接入藻种进行培养，连接参数检测系统3，实现pH,温度和溶解氧的测定；培养结束后，打开卡箍4，取出藻液，然后清洗各部件，经重新组装灭菌后重新使用。

所述参数检测系统3有上玻璃瓶301，温度电极302、pH电极303、溶解氧电极304，进料支管305，出料支管306，电极线307，控制器308和蠕动泵309组成。

该微藻培养装置的主体为透明方形薄膜袋101，它的上部与外边框102相连，外边框102内设置有内凹槽103，凹槽内放置有密封硅胶条104，顶板结构2中的上盖板201，通过其底部的凸起与外边框102中的内凹槽103互相契合进行密封连接，同时通过外部卡箍4在四周进行加强巩固，使得带边框的透明袋1与顶板结构2实现密封。顶板结构2中上盖板201中的中央安装有搅拌轴202，搅拌轴202中有搅拌桨203，搅拌轴202与上盖板201外部的减速机208相互链接，在使用时，电机209与减速机208衔接后，开启电机209带动搅拌轴202和搅拌桨203转动，起到混合培养液，防止藻细胞沉降的作用，同时通过搅拌桨203打破气泡，提高气液传质系数，提高溶解氧浓度，促进微藻细胞生长，进气管205与外部无菌供气系统相互连接，从而向藻液中提供无菌空气，提供藻细胞生长所需的氧气，同时，通过出气管210排出气体，维持薄膜袋101中的压力基本稳定，在上盖板201中含安装有进料管204，主要用于培养基和微藻藻种的接入，此外，在上盖板201中含安装有料液循环管206，主要用于将薄膜袋101中的藻液间歇的通过蠕动泵309输送至参数监测系统中的玻璃瓶301内再次通过蠕动泵309返回至薄膜袋101之中，因为在玻璃瓶301中安装有温度电极302、pH电极303和溶解氧电极304，从而可以对藻液进行温度、pH和溶解氧的测定，各电极通过电极线307与控制器308连接，可以将测定的数据输送至控制器308进行处理和记录，从而为微藻培养条件的控制提供依据。

带边框的透明袋1和顶板结构2主要通过紫外、环氧乙烷、辐射或电子束杀菌技术进行消毒。

经杀菌消毒后，将带边框的透明袋1置于外部支架之中，然后将进料管204与外部培养液供应系统相互连接，通过蠕动泵309将培养基通过无菌过滤膜输送至薄膜袋101中，同时打开出气管210的阀门，使得袋内气体排出，待装入培养基后，打开进气管205的阀门，通入无菌空气，并打开搅拌电机209，进行搅拌，实现培养基的混合。然后通过进料管204接入微藻藻种并进行培养。培养温度主要通过外部环境温度的调控进行控制。为了测定培养过程中温度、pH和溶解氧的浓度，可以将参数监测系统与培养系统互相连接，将料液循环管206与参数监测系统的管道通过快接方式连接，启动蠕动泵309，将薄膜袋101之中的藻液输送至玻璃瓶301之中后返回培养袋中，通过玻璃瓶301的各电极对培养液进行参数的监测并输送至控制器308并记录下来。

当微藻培养结束后，停止搅拌和通气，打开卡箍4，用泵将生物反应器内的藻液抽取到外部后进行后续加工处理，同时清洗薄膜袋101、搅拌轴202、搅拌桨203及上盖板201的反面，经彻底清洗后晾干，然后将这些部件重新组装形成一个封闭的薄膜袋101系统，经紫外、环氧乙烷、辐照杀菌或电子束杀菌后重新使用，如此循环，形成一个可重复使用的低成本培养袋系统，大幅度降低投资、运行和维护成本。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。