生产微生物培养物的方法和生物反应器技术

描述了生产微生物培养物(4)的生物反应器(1)，其包括至少一个圆柱形容器(2)和摇动并混合容纳在所述容器(2)中的所述微生物培养物(4)的摇动混合装置(11)，所述生物反应器(1)还包括用声波(10)辐射所述微生物培养物(4)的声波源(5)。进一步描述了通过生物反应器(1)生产微生物培养物(4)的方法，该方法包括以下步骤：a)通过所述摇动混合装置(11)摇动并混合所述微生物(4)，和b)用声波(10)辐射所述微生物培养物(4)。该生物反应器和方法以声波(10)的频率(f)作为锯齿形函数随着时间在包括在50Hz和8kHz之间、优选在100Hz和6kHz之间的范围内变化为特征。

Methods and bioreactors for producing microbial cultures

Describes the production of microbial cultures (4) biological reactor (1), which includes at least one cylindrical container (2) and shake and mixed in the container (2) of the microbial cultures (4) shake device (11), the bioreactor (1) also includes the use of acoustic radiation (10) of the microbial cultures (4) of the sound source (5). A method for producing microbial culture (4) by bioreactor (1) is further described. The method comprises the following steps: a) the microorganism culture (4) is radiated and mixed with the microorganism (4) and B by acoustic wave (10) through the shaking mixing device (11). In the bioreactor and method, the frequency of sound wave (10) is used as the zigzag function, which changes with time in the range between 50Hz and 8kHz, preferably between 100Hz and 6kHz, f.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生产微生物培养物的方法和生物反应器
本专利技术涉及用于生产微生物培养物，如微藻、蓝藻细菌、硅藻、酵母等的方法和生物反应器。
技术介绍
生物反应器是允许细胞或组织在给定培养基(通常为液体)中独立生长(没有操作人员持续干预)的设备。人们已知，以机械换能形式由自然事件、其它形式的声污染(气候事件和动物相互作用)产生的被植物世界所感知的声音在空气中的作用和扩散。知晓的是在生物反应器中通过由发射人类可听声域(100Hz-20kHz)的源所产生的声波辐射放置在其中的微生物培养物。然而，这种生物反应器需要声波具有高强度而不能以任何方式显著增加微生物的生长，以便至少从经济角度上满足市场需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供用于生产微生物培养物的方法，该方法能够加速培养物生长，继而获得比现有技术方法更高的生长速率。本专利技术的另一目的是提供用于生产微生物培养物的生物反应器，该生物反应器易于制造且允许积极增加微生物生长动力学，以比已知的生物反应器更快地生产生物体培养物。本专利技术通过根据权利要求1及各自的从属权利要求的用于生产微生物培养物的方法以及根据权利要求8及各自的从属权利要求的生物反应器解决了这些和其它目的。具体地，通过生物反应器进行该生产微生物培养物的方法，该生物反应器包括至少一个圆柱形容器和摇动并混合容纳在所述容器中的所述微生物培养物的摇动混合装置。该方法包括以下步骤：a)通过摇动混合装置摇动并混合所述微生物，和b)用声波辐射微生物培养物。根据本专利技术的一个方面，在步骤b)期间，用声波辐射培养物，该声波的频率作为锯齿形函数随时间变化。声波的频率在包括在50Hz和8kHz之间、优选在100Hz和6kHz之间的范围内变化。从而，所获得的声波(在术语中称为“扫描”)具有在包括在50Hz和8kHz之间、优选在100Hz和6kHz之间的范围内得到的两个值之间线性变化的频率。例如，可以从开始时间t0获得锯齿形函数(其中声波的频率等于例如100Hz)，在给定时间段T之后，频率线性地达到6kHz的值，然后返回(在比T短得多的时间段-理想地为零)到100Hz，通过重复这样的操作，获得了频率是T周期的(锯齿形)函数的声波。根据本专利技术的具体方面，锯齿形函数的T周期在包括在5和20秒之间，优选10秒。申请人注意到，如上所述，相对于具有固定频率的声波获得的值，借助频率随时间变化的声波对微生物(例如微藻)的培养物的刺激产生了生长增长。这样的结果可以是合理的，因为调制的非连续压力可能比连续且恒定的随时间的作用更好地被容忍。对密集和稀疏的声波频率的生物化学反应使得细胞以某种方式享受健康放松效果，其对保持微生物(例如微藻)的生理平衡更有效。根据本专利技术的另一方面，作为具有相同周期T的锯齿形函数，声波的强度随时间从0dB变化到70dB。优选地，作为彼此同步并具有相同周期T(包括在5和20秒之间，优选地10秒)的锯齿形函数，声波的强度和频率可以随时间变化。因此，频率的增加对应于声波强度的增加。根据本专利技术的另一方面，该方法包括以下步骤：c)通过至少部分地放置在微生物培养物内部的水听器检测由在所述微生物培养物内的所述声波辐射出的信号，和d)基于水听器检测到的信号确定液体培养物的浓度。具体地，步骤d)包括以下步骤：d1)计算在步骤c)期间检测到的声波的傅里叶变换，和d2)计算在步骤c)期间检测到的声波的声压。因此，申请人通过对由水听器检测到的声波的频域进行分析，观察到穿过培养物的声波具有关于培养物中微生物的细胞数目的信息。具体地，通过水听器测量到的声压与随时间变化的培养微生物的浓度成比例。由于本专利技术，可以连续并自动地随时间获得生物反应器中的每毫升细胞数量和微生物生长速率的测量量。根据本专利技术的一个有利方面，步骤a)包括以下步骤：a1)通过摇动混合装置使微生物培养物以往复运动且沿着基本上竖直的方向移动。优选地，步骤a1)持续约60秒且每10分钟重复一次。根据本专利技术，将生物反应器进一步实施用于生产微生物培养物，该生物反应器包括至少一个圆柱形容器(优选具有椭圆形截面)和摇动并混合容纳在容器中的微生物培养物的摇动混合装置。根据本专利技术的一个方面，生物反应器还包括用声波辐射微生物培养物的声波源。具体地，该源适合于发射其频率作为锯齿形函数随时间在包括在50Hz和8kHz之间、优选在100Hz和6kHz之间的范围内变化的声波。根据本专利技术的另一方面，锯齿形函数的周期T在包括在5和20秒之间，优选10秒。优选地，声波的强度至少在所述周期T期间从0dB变化到70dB。根据本专利技术的另一方面，生物反应器包括至少部分地放置在微生物培养物内部的至少一个水听器，以检测微生物培养物内的声波源辐射的信号。如上所述，由水听器检测到的信号用于确定培养物的微生物浓度。有利地，根据本专利技术的生物反应器的摇动混合装置包括设置有具有基本竖直的纵向轴线的杆的至少一个摇动元件和相对于杆的纵向轴线倾斜布置的至少一个第一盘。优选地，摇动混合装置包括相对于杆的纵向轴线倾斜布置的至少一个第二盘。优选地，所述至少一个第一盘和所述至少一个第二盘以相对的角度布置。有利地，摇动混合装置还包括电动马达，以使摇动元件以杆的纵向轴线的方向往复运动而移动。因此微生物可以在生物反应器内连续均匀地分布，从而防止微生物生物膜形成在生物反应器壁上并且不干扰声波。附图说明从下面的描述中，本专利技术的其它方面和优点将变得更加明显的，参考示例性附图，以下描述仅用于说明的目的而不是限制性的，其中：-图1是根据本专利技术的生物反应器的实施方式的操作图；-图2A和2B分别是本专利技术实施方式中的辐射出的声波的频率和强度随时间的曲线图；-图3是根据本专利技术的摇动混合装置的操作图；-图4是本专利技术的实施方式中的用于产生声波的声音信号的T周期内的对数尺度声谱图。具体实施方式图1示出了根据本专利技术的用于生产微生物培养物的生物反应器1的操作图。在附图所示的具体实施方式中，生物反应器1已被用于生产微藻(例如斜生栅藻(Scenedesmusobliquus))的培养物。在适合用于在本专利技术中使用的微藻菌株中，可以包括以下菌株、例如但不限于：斜生栅藻(Scenedesmusobliquuus)、四尾栅藻(Scenedesmusquadricaula)、栅藻(Scenedesmussp.)、浮水小球藻(Chlorellaemersonii)、普通小球藻(Chlorellavulgaris)、蛋白核小球藻(Chlorellapyrenoidosa)、耐热性小球藻(Chlorellasorokiniana)、椭圆小球藻(Chlorellaellipsoidea)、海水小球藻(Chlorellasalina)、微小小球藻(Chlorellaminutissima)、原始小球藻(Chlorellaprotothecoides)、Phaeodactulumtricornutum、三角褐指藻(Phaeodactylumtricornutum)、紫球薄(Porphyridiumcruentum)、钝顶螺旋藻(Spirulinaplatensis)、杜氏盐藻(Dunaliellasalina)、特氏杜氏藻(Dunaliellatertiolecta)、盐生微拟球藻(Nannochloropsissalina)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过生物反应器(1)生产微生物培养物(4)的方法，所述生物反应器(1)包括至少一个圆柱形容器(2)和摇动并混合容纳在所述容器(2)中的所述微生物培养物(4)的摇动混合装置(11)，所述方法包括以下步骤：a)通过所述摇动混合装置(11)摇动并混合所述微生物(4)，和b)用声波(10)辐射所述微生物培养物(4)，其特征在于，所述步骤b)包括通过其频率(f)作为锯齿形函数随着时间在包括在50Hz和8kHz之间、优选在100Hz和6kHz之间的范围内变化的声波(10)辐射所述培养物(4)的步骤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.19 IT PG2015A0000161.一种通过生物反应器(1)生产微生物培养物(4)的方法，所述生物反应器(1)包括至少一个圆柱形容器(2)和摇动并混合容纳在所述容器(2)中的所述微生物培养物(4)的摇动混合装置(11)，所述方法包括以下步骤：a)通过所述摇动混合装置(11)摇动并混合所述微生物(4)，和b)用声波(10)辐射所述微生物培养物(4)，其特征在于，所述步骤b)包括通过其频率(f)作为锯齿形函数随着时间在包括在50Hz和8kHz之间、优选在100Hz和6kHz之间的范围内变化的声波(10)辐射所述培养物(4)的步骤。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述声波(10)的强度(I)作为锯齿形函数随着时间在包括在0dB至70dB之间的范围内变化。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述锯齿形函数的周期(T)在包括在5和20秒之间，优选10秒。4.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：c)通过至少部分地放置在所述微生物培养物(4)内的水听器(9)检测穿过所述微生物培养物(4)的所述声波(10)，和d)基于由所述水听器(9)提供的信号确定所述培养物(4)的浓度。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤d)包括以下步骤：d1)计算在步骤c)期间检测到的所述声波(10)的所述信号的傅立叶变换，和d2)计算在步骤c)期间检测到的所述声波(10)的声压。6.根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法，其特征在于，所述步骤a)包括以下步骤：a1)通过所述摇动装置(11)以往复运动且沿着基本竖直的方向(14)使所述微生物培养物(4)移动。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤a1)持续约60秒并且每隔10分...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得罗·拉布鲁佐，
申请(专利权)人：彼得罗·拉布鲁佐，
类型：发明
国别省市：意大利,IT