一种光合微生物的培养方法及光生物反应器技术

本发明专利技术涉及一种光合微生物的培养方法，所述方法是将光合微生物接种到薄层的液态培养基中培养，其中培养液的厚度不大于10cm，在培养周期内不对培养液做任何均质化操作，向该培养液提供光源照射。本发明专利技术包括按照上述方法培养光合微生物的光生物反应器，包括至少一个板体，所述板体沿水平方向延伸，具有相反的上表面和下表面，并且在外围设有从相应板体的上表面向上延伸的围堰部，各板体的上表面和围堰部的内表面形成用于容纳培养目标光合微生物(下文中简称“光生物”)的培养液的空间，其中，所述围堰部的最小竖直高度不大于10cm。本发明专利技术还涉及一种包含多层所述板体按照一定间距在竖直方向上层叠的光生物反应器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光合微生物的培养领域，具体涉及一种静态薄层液体培养模式的培养方法及光生物反应器。
技术介绍
光合微生物是一类以光为唯一或主要能量来源而生活的微生物，包括微藻、蓝细菌等含有叶绿素、可进行光合作用的微生物。这类微生物有着重要的生物利用价值，特别是微藻，富含蛋白质，可作为水产饵料或畜禽饲料(如螺旋藻)；更重要的，某些微藻在特定条件下能够大量合成次生代谢物，如油脂、类胡萝卜素、多糖等，这些物质往往是具有极高经济价值的生物活性物质，可以用在功能食品、食品添加剂、制药、生物能源等领域。其中，通过微藻大规模培养提取微藻油脂，进而转化成液体燃料、如生物柴油被认为是解决生物能源生产与固碳减排的最重要途径之一。微藻大量培养已有几十年历史，目前的工业化微藻培养为液体浸没式，即以大量培养液作为微藻生长的介质，将藻种浸没在培养液内进行培养。浸没式培养又主要包括开放式培养池与密闭式光生物反应器(photo-bioreactor，PBR)两种形式。开放式培养池的优点在于建造和运行的成本较低，然而，液体表面下部藻细胞受光度弱，池底细胞往往难以接受到充分光照，而且，开放池占地面积大，在培养时还需使用大功率的搅拌装置和曝气设备。此外，开放式培养池受外部自然环境影响很大，易受到细菌体和病虫害的污染，直接影响藻的生长和生物质增殖。与此相比，密闭式PBR一般是采用透光材料(如玻璃、有机玻璃、塑料薄膜等)制成光径小的容器。如卧式或立式玻璃管、平板式玻璃水槽等现有光生物反应器，其培养体系的光照面积/体积比较大，细胞光照较充分，光合微生物细胞培养密度较开放式培养池更高，环境条件可控性强，更不易受外部环境污染。但是密闭式PBR同样也需要循环\\搅拌装置、曝气装置，而单位空间体积的有效培养面积较小。而且，该类PBR通常其本体的造价较昂贵，运行维护成本高，难于规模化培养，无法达到理想的产业化目标，这些是实现微藻规模化产业最直接的制约因素，也是微藻产品成本无法达到大众化消费目标的原因。同时，这些传统的浸没式培养方式，由于必须使用搅拌、曝气、循环机械等，因此无法供一些特殊藻类的高效培养，如发菜、葛仙米及地皮菜。另外，密闭式光生物反应器若采用玻璃材质，由于玻璃容器通常采用吹制工艺，要制作大型的、适于规模化生产的玻璃容器，目前存在很大的技术难度，即使是中小型试验用的玻璃管，其造价也相当高，而在连接组装过程中，还要借助许多连接组件，如专用的连接胶套，连接头，U形弯管等，还会经常出现玻璃管或连接组件的破损，维护起来也有困难。前述的开放式、封闭式由于培养液在不停的循环和流动，因此，一旦培养液的局部被污染，则很快在全部的培养液范围内产生爆发性的污染；而固态的培养方式，经常是通过顶部的供液装置给多孔质材料表面供液，故同样无法避免污染源的快速传播。另外，还有一类固态培养的光生物反应器，将藻种附着在能够吸附并释放水分的多孔质材料表面，通过慢慢向多孔质材料供应培养液，供附着其上的藻种生长。然而这种固态培养方法，往往在很大程度上要依赖多孔质材料的保水性能以及藻种附着特性，若材质保水性差，则需要不停地供水，耗费能量；而若藻种附着性差，藻种易脱离，则无法使藻种正常生长。这些多孔材质往往是不透光材料，会吸附较多光能，藻种对光的利用效率不高，其多孔性还会让藻种进入其内堵塞孔道，给后续供液、收获、清洁及消毒带来困难。而且，该固态培养方式往往非常不适用于体积较大的藻类，如发菜、葛仙米及地皮菜等的培养。综上所述，现有的光生物反应器大致存在如下一些技术问题：①、开放式跑道池占地大，培养密度低，培养液循环能耗高，易受外界污染；②、密闭式的透光容器造价高，尤其玻璃容器，受限于玻璃加工工艺的特殊性，无法一次成型，制造成本、安装及维护成本都非常高，且同样存在细胞密度低，空间利用度不足，能耗高的问题。③、无论是开放式跑道池还是密闭式透光容器，都需要消耗大量培养液和能量，收获时培养液浓度低，需经过繁琐的分离、过滤和干燥处理程序的技术缺陷，无法降低微藻产品成本。④固态培养光生物反应器，对于材质本身的依赖性很大、光利用效率低，其适用性也比较受局限，其供液装置是一种耗能装置，故无法更进一步降低培养成本。⑤现有的光生物反应器均不利于污染源的有效隔离与控制。为此，本专利技术人希望能够提供一种造价成本低廉、单位空间体积有效培养面积更大、光能利用效率高、培养能耗低、适用性广、收获程序简化及适于藻大规模产业化培养的光生物反应器，以便整体降低微藻的生产成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种有别于传统的、产率高，能耗少、适用性广、适于规模化培养光合微生物的培养方法及光生物反应器。为此目的，提供了一种光合微生物培养方法，所述方法是将光合微生物接种到薄层的液态培养基中培养，其中培养液的厚度不大于10cm，在培养周期内不对培养液做任何均质化操作，向该培养液提供光源照射。其中，所述培养液以层状在竖直高度上层叠。根据所述的培养方法，本专利技术还涉及一种光生物反应器，其包括在至少一个板体，所述板体沿水平方向延伸，具有相反的上表面和下表面，并且在外围设有从相应板体的上表面向上延伸的围堰部，所述板体的上表面和围堰部的内表面形成用于容纳培养目标光合微生物(下文中简称“光生物”)的培养液的空间，其中，所述围堰部的高度不大于10cm。借助上述特征，可使本专利技术的光生物反应器在培养微藻的时候，培养液的最大厚度不超过10cm，因而可在不搅拌的情况下，处于培养液底层的光合微生物依然可以接收到充分的光照，节省了由于搅拌、混合等均质化所需的巨大能耗。根据一个可行实施方式，所述光生物反应器包括多个所述板体，所述多个板体在竖直方向上层叠布置，且所述多个板体被支撑使得相邻的板体之间间隔一预定距离。根据一个可行实施方式，相邻的板体之间设置多个支撑柱，所述支撑柱用于支撑上面的板体。根据一个可行实施方式，所述围堰部与相应板体一体地形成，或者单独形成之后被附接到相应板体。根据一个可行的实施方式，所述支撑柱与相应板体一体地形成，或者单独形成之后被附接到相应板体的下表面。根据一个可行实施方式，所述围堰部相对于相应板体的上表面成大于或等于90度的倾角。根据一个可行实施方式，所述围堰部高出相应板体的上表面1mm-10cm，优选为1mm-5mm、10mm-30mm或30mm-100mm。根据一个可行实施方式，所述围堰部由与板体相同或不同的材料制成，和/或所述支撑柱由与板体相同或不同的材料制成。根据一个可行实施方式，所述支撑柱是具有圆形、长方形或方形横截面的柱或管的形式。根据一个可行实施方式，所述板体由透光的玻璃或透光率高的塑料制成。根据一个可行实施方式，所述板体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)。根据一个可行实施方式，所述板体由平板玻璃制成，并且所述围堰部是附接到板体的胶条，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。根据一个可行实施方式，所述板体由有机材料制成，并且所述围堰部与板体一体成型。根据一个可行实施方式，各板体之间的间距相同或不同。根据一个可行实施方式，所述各板体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光合微生物培养方法，其特征是，所述方法是将光合微生物接种到薄层的液态培养基中培养，其中培养液的厚度不大于10cm，在培养周期内不对培养液做任何均质化操作，向该培养液提供光源照射。

【技术特征摘要】
2015.08.14 CN PCT/CN2015/0869821.一种光合微生物培养方法，其特征是，所述方法是将光合微生物接种到薄层的液态培养基中培养，其中培养液的厚度不大于10cm，在培养周期内不对培养液做任何均质化操作，向该培养液提供光源照射。2.根据权利要求1所述的光合微生物培养方法，其特征是，所述培养液以层状在竖直高度上层叠。3.一种光生物反应器，其特征是，所述光生物反应器包括至少一个板体，所述板体沿水平方向延伸，具有相反的上表面和下表面，并且在外围设有从相应板体的上表面向上延伸的围堰部，所述板体的上表面和围堰部的内表面形成用于容纳培养目标光合微生物的培养液的空间，其中，所述围堰部的最小高度不大于10cm。4.根据权利要求3所述的一种光生物反应器，其特征是，所述光生物反应器包括多个所述板体，所述多个板体在竖直方向上层叠布置，且所述多个板体被支撑使得相邻的板体之间间隔一预定距离。5.根据权利要求4所述的一种光生物反应器，其特征是，相邻的板体之间设置多个支撑柱，所述支撑柱用于支撑上面的板体。6.根据权利要求4所述的一种光生物反应器，其特征是，所述围堰部与相应板体一体地形成，或者单独形成之后被附接到相应板体，和/或支撑柱与相应板体一体地形成，或者单独形成之后被附接到相应板体的下表面。7.根据权利要求3或4所述的一种光生物反应器，其特征是，所述围堰部相对于相应板体的上表面成大于或等于90度的倾角。8.根据权利要求3或4所述的一种光生物反应器，其特征是，所述围堰部高出相应板体的上表面1mm-10cm。9.根据权利要求8所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡强，迟庆雷，
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