一种栅藻培养方法及培养装置制造方法及图纸

本申请涉及微藻工业应用领域，具体而言，涉及一种栅藻培养方法及培养装置。

Scenedesmus culture method and culture device

The application relates to the industrial application field of microalgae, in particular relates to a method for culturing Scenedesmus and a culture device.

【技术实现步骤摘要】
一种栅藻培养方法及培养装置专利
本申请涉及微藻工业应用领域，具体而言，涉及一种栅藻培养方法及培养装置。专利技术背景栅藻是一类单细胞生物，广泛存在于各类水体。栅藻富含蛋白质、脂肪和碳水化合物，其代谢产物附加值高，可应用于食品，医药、保健、能源等领域。但是自然界很难得到大量的栅藻生物量，这是制约栅藻产业化的主要因素。因此，如何大规模、低成本培养栅藻是将栅藻产业化应用前必须解决的技术问题。目前培养栅藻的方法主要采用液体浸没法，典型的代表有开放式跑道池以及平板式、管道式、立柱式等其他的透明容器等构成的封闭式光生物反应器。浸没法是将藻浸没在大量的培养基中，通过搅拌机或循环设备或鼓泡设备使培养基持续处于运动状态，使每个藻细胞可均匀地接受光照和吸收CO2。然而，这些培养方法和培养装置具有能耗大、细胞密度低(仅能做到细胞干重2g/l)、污染源内部传播速度快、光利用效率低、占用空间大、用水量大、单位体积空间产率低等缺点。此外，浸没法培养栅藻会使收获的栅藻含水量相当大，必须要经过滤浓缩或离心浓缩后，再进入喷雾干燥塔进行喷雾干燥，此过程能耗非常高，效率也非常低。现有的另一种栅藻培养方法是半干法，即将藻附着在片状吸水性材料表面，通过给这些吸水性材料供给培养液，使附着的藻类似青苔一样生长。这些吸水性材料可以一定间距竖直悬挂，并在在侧向放置一光墙以提供光照。半干法的好处是无需搅拌培养液，相对浸没法能够节省能耗；占用空间小，在一个单位空间内可以挂许多吸水膜片；且藻细胞附着于膜片表面，可直接利用空气中的CO2，无需人工通入CO2。半干法培养栅藻的培养密度可达细胞干重50g/m2/d。然而，半干法的吸水材料(如帆布、棉布等)表面非常容易长霉。这是因为霉菌的生长环境与吸水性材料膜所在的环境非常吻合，霉的生长速度甚至超过藻的速度。一旦染上霉菌，整块吸水性材料都会在一段时间内发生变质变性甚至腐烂破碎。目前没有对藻无毒害残留的霉菌处理方法。此外，半干法培养方式需要连续或间断地将培养液泵到吸水材料顶端往下喷洒，也有不小的能耗需求。因此，本领域仍然需要新的栅藻培养方法和装置。
技术实现思路
在一方面，本专利技术提供了一种层叠式薄板栅藻培养装置，包括在竖直方向上层叠布置的多个薄板，所述多个薄板被支撑使得相邻的薄板之间间隔一预定距离，各薄板沿水平方向延伸，具有相反的上表面和下表面，并且在外围设有从相应薄板的上表面向上延伸的围堰部，各薄板的上表面和围堰部的内表面形成用于容纳栅藻培养液的空间，其中，所述围堰部的最小竖直高度不大于15mm。在一些实施方式中，上下方向相邻的薄板之间设置多个支撑柱，所述支撑柱用于支撑上面的薄板。在一些实施方式中，所述围堰部与相应薄板一体地形成，或者单独形成之后被附接到相应薄板。在一些实施方式中，所述支撑柱与相应薄板一体地形成，或者单独形成之后被附接到相应薄板的下表面。在一些实施方式中，所述围堰部相对于相应薄板的上表面成大于或等于90度的倾角。在一些实施方式中，所述围堰部高出相应薄板的上表面1.5mm-15mm，例如1.5mm-4.5mm、6mm-9mm或10.5-15mm。在一些实施方式中，所述围堰部由与薄板相同或不同的材料制成，和/或所述支撑柱由与薄板相同或不同的材料制成。在一些实施方式中，所述薄板由下述材料之一制成：玻璃，GPPS，透明ABS，AS(苯乙烯丙烯腈)，PVC、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，PC(聚碳酸脂)，PS(聚苯乙烯)。在一些实施方式中，所述薄板由平板玻璃制成，并且所述围堰部是附接到薄板的胶条，优选为透明胶条，即在该平板玻璃的四周粘接一圈透明胶条形成一个培养液的容纳空间。在一些实施方式中，所述薄板由有机材料制成，并且所述围堰部与薄板一体成型。在一些实施方式中，上下方向各薄板之间的间距相同或不同，相邻薄板之间的间距可以为5mm-25mm，例如5mm-9mm或11-25mm，优选是5mm。在一些实施方式中，所述栅藻培养装置的侧面设置有光源。在另一方面，本专利技术提供了一种栅藻培养方法，其中包括在薄层液体培养基静态培养所述栅藻，其中所述薄层液体培养基的厚度为1mm-10mm，例如1mm-2.5mm、3.5mm-4.5mm、或5mm-10mm。在一些优选实施方式中，所述薄层液体培养基厚度为1mm-2.5mm。在一些实施方式中，所述栅藻是尖细栅藻(Scenedesmusacuminatus)。在一些实施方式中，所述栅藻培养中使用的环境温度为20-30℃。在一些实施方式中，所述栅藻培养中使用的光强为1-238umol·m-2·s-1。在一些实施方式中，所述栅藻培养中使用的培养基是BG11培养基。在一些实施方式中，所述栅藻培养中的环境湿度范围是80-99％。在一些实施方式中，所述栅藻培养中栅藻初始接种的密度是0.1-0.6OD750。在一些实施方式中，所述栅藻培养在本专利技术的层叠式薄板栅藻培养装置中进行。在一些实施方式中，多个层叠式薄板栅藻培养装置可以在水平方向被布置成阵列，其中在阵列的一侧布置有光源。附图简述图1是根据本专利技术优选实施例的层叠式薄板栅藻培养装置的立体图。图2是图1的正视图。图3是沿图1中A-A的剖视图。图4A是本专利技术装置阵列的俯视图，其中左侧设置1m×1m的光源，沿光线传播方向设置10排本专利技术的装置。图4B是传统平板容器型反应器的俯视图，其中左侧设置1m×1m的光源。图5示出本专利技术装置阵列各排培养基表面的光强值和最终收获的栅藻生物量。专利技术详述本专利技术提供了一种栅藻培养方法，其中包括在厚度为1mm-10mm的薄层液体培养基静态培养所述栅藻。在一些实施方式中，所述栅藻是尖细栅藻(Scenedesmusacuminatus)。由于本专利技术的方法中培养基的厚度足够小(1mm-10mm)，因此不需要搅拌混合等均质化操作，仍然能够保证培养液内的所有栅藻细胞可以较为均匀地获得光照(在光线向水下传递的有效距离内)。并且通过使用本专利技术所述的培养基厚度(1mm-10mm)，使得栅藻细胞能够通过气体交换从培养液的液面直接获得光合作用所需要的CO2和并排放对光合作用产生抑制的O2，因此不需要向培养液进行通气操作。藻体收获和干燥是藻类培养的重要步骤，其能耗大，效率低。然而，根据本专利技术的方法，使用薄层液体培养基静态培养栅藻，在藻生长至成熟的时候(一般大约8-9天)，培养基通常被消耗掉大部分。此时，细胞干重已达较高比值，非常有利于藻体收获、干燥。在本专利技术的培养基厚度范围内(1mm-10mm)，可以根据栅藻接种量、光强、湿度和温度等因素对培养基的厚度进行调整，使得培养基的量恰好可供藻生长到成熟期而不会有过多的富余。此外，由于藻体一直处于薄层培养液中，较不易生霉菌。本专利技术的方法中所使用的培养基厚度可以为大约1mm、1.5mm、2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm，或上述任意值之间的范围。例如，所述厚度可以为1mm-2.5mm、3.5mm-4.5mm、或5mm-10mm。优选地，所述厚度为1mm-2.5mm。在一些实施方式中，所述栅藻培养方法中使用的温度为20-30℃。在一些实施方式中，所述栅藻培养中使用的光强为1-238umol·m-2·s-1。在一些实施方式中，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种层叠式薄板栅藻培养装置，其特征是，所述层叠式薄板栅藻培养装置包括在竖直方向上层叠布置的多个薄板，所述多个薄板被支撑使得相邻的薄板之间间隔一预定距离，各薄板沿水平方向延伸，具有相反的上表面和下表面，并且在外围设有从相应薄板的上表面向上延伸的围堰部，各薄板的上表面和围堰部的内表面形成用于容纳栅藻培养液的空间，其中所述围堰部的最小竖直高度不大于15mm。

【技术特征摘要】
1.一种层叠式薄板栅藻培养装置，其特征是，所述层叠式薄板栅藻培养装置包括在竖直方向上层叠布置的多个薄板，所述多个薄板被支撑使得相邻的薄板之间间隔一预定距离，各薄板沿水平方向延伸，具有相反的上表面和下表面，并且在外围设有从相应薄板的上表面向上延伸的围堰部，各薄板的上表面和围堰部的内表面形成用于容纳栅藻培养液的空间，其中所述围堰部的最小竖直高度不大于15mm。2.根据权利要求1的层叠式薄板栅藻培养装置，其特征是，上下方向相邻的薄板之间设置多个支撑柱，所述支撑柱用于支撑上面的薄板。3.根据权利要求1或2的层叠式薄板栅藻培养装置，其特征是，所述围堰部与相应薄板一体成型，或者单独形成之后被附接到相应薄板。4.根据权利要求1-3中任一项的层叠式薄板栅藻培养装置，其特征是，所述支撑柱与相应薄板一体成型，或者单独形成之后被附接到相应薄板的下表面。5.根据权利要求1-4中任一项的层叠式薄板栅藻培养装置，其特征是，所述围堰部相对于相应薄板的上表面成大于或等于90度的倾角。6.根据权利要求1-5中任一项的层叠式薄板栅藻培养装置，其特征是，所述围堰部高出相应薄板的上表面1.5mm-15mm，例如1.5mm-4.5mm、6mm-9mm或10.5mm-15mm。7.根据权利要求1-6中任一项的层叠式薄板栅藻培养装置，其特征是，所述围堰部由与薄板相同或不同的材料制成，和/或所述支撑柱由与薄板相同或不同的材料制成。8.根据权利要求1-7中任一项的层叠式薄板栅藻培养装置，其特征是，所述薄板由下述材料之一制成：玻璃，GPPS，透明ABS，AS(苯乙烯丙烯腈)，PVC、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，PC(聚碳酸脂...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡强，王宇，韩丹翔，
申请(专利权)人：国家开发投资公司，中国电子工程设计院，
类型：发明
国别省市：北京,11