一种多营养模式培养微藻的管道式光生物反应器及其使用方法技术

本发明专利技术公开了一种多营养模式培养微藻的管道式光生物反应器，包括若干组反应单元、以及循环单元；反应单元包括前后两排透明管道；循环单元包括缓冲罐以及循环泵；缓冲罐包括罐体、盖体、加热夹套；加热夹套内还设置有加热装置；罐体内设有pH传感器和温度传感器；罐体的底部设置有排料总管，排料总管与循环泵的进口连通，循环泵的出口管线分为进料支路，进料支路与反应单元的进料口连通；每个进料支路上均设置有采料管线；每个反应单元的出料口通过出料管道与循环总管连通；循环总管与缓冲罐连通；排料总管上还设置排料支管；盖体上设置有呼吸阀、接种口、二氧化碳管线、营养盐补充管线以及浊度测试管线；浊度测试管线连通有浊度检测装置。测装置。测装置。

【技术实现步骤摘要】
一种多营养模式培养微藻的管道式光生物反应器及其使用方法


[0001]本专利技术属于微藻培养
，尤其涉及一种多营养模式培养微藻的管道式光生物反应器及其使用方法。

技术介绍

[0002]微藻是一类光合自养微生物，少数几种藻类同时也能营异养代谢。藻类细胞中含有丰富的营养物质，已经被广泛开发为保健食品、医药、美妆产品等，例如藻油DHA作为膳食营养补充剂被强制添加到婴幼儿奶粉中。但是，目前微藻的产能有限，限制其更广泛的应用。其中，微藻养殖密度低、活性物质含量少是产能不足的主要原因。在传统的微藻培养过程中，由于受到温度、光照、营养盐等因素的影响，藻细胞浓度不能达到较高的水平，例如光自养条件下，规模化培养小球藻的密度仅有1克(干基)/升。异养培养是在对藻种进行驯化的基础上，在自养培养基中添加葡萄糖等有机碳源，在无菌条件下进行发酵生产，据文献报道异养培养的小球藻密度可达50克(干基)/升。然而，由于没有光照作用，藻细胞中的活性物质含量降低，异养培养的小球藻中类胡萝卜素含量仅有自养培养条件下的50%，多不饱和脂肪酸含量同样大幅度降低。如何在实现高密度培养的同时，提高活性物质的含量，也即在整个培养过程中提高目标产品的产率是微藻产业发展的瓶颈。在规模化生产雨生红球藻时，部分企业采用了两阶段培养的模式，即首先在发酵罐中异养培养提高藻细胞密度，其次将培养液稀释在管道反应器中进行光照培养进而诱导虾青素的合成，该方法存在较多弊端，其一是培养液倒罐极易发生污染，其二高密度的藻细胞重新稀释增加了后续采收的成本等。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种多营养模式培养微藻的管道式光生物反应器，本专利技术的管道式光生物反应器可以实现微藻的自养培养、异养培养和兼养培养，并可以有效解决上述现有技术中存在的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种多营养模式培养微藻的管道式光生物反应器，包括设置在管架不同高度上的若干组反应单元、以及循环单元；每个所述反应单元均包括前后两排透明管道，前排所述透明管道和后排所述透明管道的数量相同且交错设置，两者通过弯管依次连通形成螺旋形的管道；所述循环单元包括缓冲罐以及循环泵；缓冲罐包括罐体、与罐体可拆卸地连接的盖体、以及设置在罐体外部的加热夹套；所述加热夹套上设置有加热介质的进口和出口，所述加热夹套内还设置有加热装置；所述罐体内设有pH传感器和温度传感器；所述罐体的底部设置有排料总管，所述排料总管与所述循环泵的进口连通，所述循环泵的出口管线分为若干个与反应单元个数相同数量的进料支路，所述进料支路与所述反应单元的进料口连通；每个所述进料支路上均设置有采料管线；每个所述反应单元的出料口通过出料管道与循环总
管连通；所述循环总管与所述缓冲罐连通；所述排料总管上还设置有用于对缓冲罐排料的排料支管；所述盖体上设置有呼吸阀、接种口、用于补充二氧化碳的二氧化碳管线、用于补充营养盐的营养盐补充管线以及浊度测试管线；所述浊度测试管线位于罐体外的一端连通有浊度检测装置。
[0005]进一步地，所述浊度检测装置包括隔膜泵、浊度检测盒；所述浊度测试管线与所述隔膜泵的进口连通，所述隔膜泵出口与所述浊度检测盒连通，所述浊度检测盒内设置有浊度传感器；所述浊度检测盒与所述循环总管之间设置有返料管线。
[0006]进一步地，所述二氧化碳管线与设置在机柜中的二氧化碳压力气源连通；所述营养盐补充管线分别与机柜中的第一蠕动泵、第二蠕动泵、第三蠕动泵、第四蠕动泵、第五蠕动泵的出口管线连通；第一蠕动泵、第二蠕动泵、第三蠕动泵、第四蠕动泵、第五蠕动泵的进口管线分别与氮源的存储罐、磷源的存储罐、钙源的存储罐、微量元素的存储罐、维生素的存储罐连通，所述存储罐设置在机柜内。
[0007]进一步地，所述盖体的下表面的中心部位设置有第一LED灯；在管架上位于前后两排透明管道之间或者位于透明管道的后侧设置有外部LED光源，所述外部LED光源包含若干组设置在不同高度上的LED灯组，所述LED灯组包括从上往下依次设置在管架上的第二LED灯、第三LED灯、第四LED灯；所述第一LED灯和所述第二LED灯为白色LED灯管，所述第三LED灯为红色LED灯管，所述第四LED灯为蓝色LED灯管；所述外部LED光源与所述透明管道平行且分别与透明管道一一对应设置；所述第一LED灯、第二LED灯、第三LED灯、第四LED灯的光强范围为0-20000LUX。
[0008]进一步地，所述循环总管上还设置有蒸汽管线和冲洗管线；所述循环泵的进口与出口之间设置有循环泵旁路管线。
[0009]进一步地，还包括控制单元；所述控制单元包括上位机、PLC控制器、pH传感器、温度传感器、加热装置以及浊度传感器；所述上位机具有人机交互操作界面和控制程序，并与所述PLC控制器之间双向连接；所述PLC控制器的输入端分别与所述pH传感器、浊度传感器、温度传感器的输出端电性连接，所述PLC控制器的输出端分别与二氧化碳管线上设置的进气电磁阀、所述第一蠕动泵、第二蠕动泵、第三蠕动泵、第四蠕动泵、第五蠕动泵、加热装置、以及所述第一LED灯、第二LED灯、第三LED灯、第四LED灯之间电性连接。
[0010]本专利技术的另一个目的在于提供一种多营养模式培养微藻的管道式光生物反应器的使用方法，所述使用方法为微藻的自养培养、兼养培养或异养培养中的任意一种；包括以下具体步骤：所述自养培养包括反应器灭菌、自养培养基配置、藻种接种、藻种培养、藻液采收、反应器清洗；所述兼养培养包括反应器灭菌、兼养培养基配置、培养基灭菌、培养基冷却、藻种接种、藻种培养、藻液采收、反应器清洗；所述异养培养包括反应器灭菌、异养培养基配置、培养基灭菌、培养基冷却、藻种接种、藻种培养、藻液采收、反应器清洗；所述反应器灭菌包括缓冲罐灭菌和反应单元灭菌；通过蒸汽管线依次将蒸汽从循环总管通入缓冲罐，从各个反应单元的出料管线通入反应单元的透明管道内，蒸汽以及凝液分别从排料支管和采料管线排出缓冲罐和反应单元，完成反应器灭菌操作；所述自养培养基配置包括以下步骤：首先通过0.1um超滤膜对自来水过滤得到的超滤水，再从接种口向缓冲罐中加入超滤水和培养的藻种所需要的营养盐；
所述兼养培养基配置包括以下步骤：通过接种口向缓冲罐中加入自来水，再从接种口加入培养的藻种所需要的营养盐，最后按照每升溶液中加入10g葡萄糖的比例从接种口加入葡萄糖；所述异养培养基配置包括以下步骤：通过接种口向缓冲罐中加入自来水，再从接种口加入培养的藻种所需要的营养盐，最后按照每升溶液中加入20g葡萄糖的比例从接种口加入葡萄糖；所述培养基灭菌包括以下步骤：灭菌时开启循环泵，使培养基在反应单元和缓冲罐之间循环以便培养基内温度均匀，通过加热介质对培养基进行加热至90℃以上，并维持30min以上，完成培养基的灭菌；所述培养基冷却包括以下步骤：排出加热夹套内的加热介质，通入冷却水，保持循环泵开启，当培养基温度降低至30℃以下时，完成培养基的冷却；所述藻种接种包括以下步骤：然后利用酒精对接种口进行消毒，点燃接种环，打开接种口，将需要接种的种子液从接种环加入缓本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多营养模式培养微藻的管道式光生物反应器，其特征在于：包括设置在管架（35）不同高度上的若干组反应单元、以及循环单元；每个所述反应单元均包括前后两排透明管道（36），前排所述透明管道（36）和后排所述透明管道（36）的数量相同且交错设置，两者通过弯管依次连通形成螺旋形的管道；所述循环单元包括缓冲罐（34）以及循环泵（21）；缓冲罐（34）包括罐体、与罐体可拆卸地连接的盖体、以及设置在罐体外部的加热夹套（16）；所述加热夹套（16）上设置有加热介质的进口和出口，所述加热夹套内还设置有加热装置（17）；所述罐体内设有pH传感器（18）和温度传感器（19）；所述罐体的底部设置有排料总管（22），所述排料总管（22）与所述循环泵（21）的进口连通，所述循环泵（21）的出口管线分为若干个与反应单元个数相同数量的进料支路（25），所述进料支路（25）与所述反应单元的进料口（38）连通；每个所述进料支路（25）上均设置有采料管线（26）；每个所述反应单元的出料口通过出料管道（27）与循环总管（28）连通；所述循环总管（28）与所述缓冲罐（34）连通；所述排料总管（22）上还设置有用于对缓冲罐（34）排料的排料支管（20）；所述盖体上设置有呼吸阀（13）、接种口（14）、用于补充二氧化碳的二氧化碳管线（11）、用于补充营养盐的营养盐补充管线（10）以及浊度测试管线；所述浊度测试管线位于罐体外的一端连通有浊度检测装置。2.如权利要求1所述一种多营养模式培养微藻的管道式光生物反应器，其特征在于：所述浊度检测装置包括隔膜泵（31）、浊度检测盒（32）；所述浊度测试管线与所述隔膜泵（31）的进口连通，所述隔膜泵（31）出口与所述浊度检测盒（32）连通，所述浊度检测盒（32）内设置有浊度传感器；所述浊度检测盒（32）与所述循环总管（28）之间设置有返料管线（33）。3.如权利要求1所述一种多营养模式培养微藻的管道式光生物反应器，其特征在于：所述二氧化碳管线（11）与设置在机柜（1）中的二氧化碳压力气源连通；所述营养盐补充管线（10）分别与机柜（1）中的第一蠕动泵（5）、第二蠕动泵（6）、第三蠕动泵（7）、第四蠕动泵（8）、第五蠕动泵（9）的出口管线连通；第一蠕动泵（5）、第二蠕动泵（6）、第三蠕动泵（7）、第四蠕动泵（8）、第五蠕动泵（9）的进口管线分别与氮源的存储罐、磷源的存储罐、钙源的存储罐、微量元素的存储罐、维生素的存储罐连通，所述存储罐设置在机柜（1）内。4.如权利要求3所述一种多营养模式培养微藻的管道式光生物反应器，其特征在于：所述盖体的下表面的中心部位设置有第一LED灯（15）；在管架（35）上位于前后两排透明管道（36）之间或者位于透明管道（36）的后侧设置有外部LED光源，所述外部LED光源包含若干组设置在不同高度上的LED灯组，所述LED灯组包括从上往下依次设置在管架（35）上的第二LED灯（37）、第三LED灯（39）、第四LED灯（24）；所述第一LED灯（15）和所述第二LED灯（37）均为白色LED灯管，所述第三LED灯（38）为红色LED灯管，所述第四LED灯（24）为蓝色LED灯管；所述外部LED光源与所述透明管道（36）平行且分别与透明管道（36）一一对应设置；所述第一LED灯（15）、第二LED灯（37）、第三LED灯（39）、第四LED灯（24）的光强范围为0到20000LUX。5.如权利要求4所述一种多营养模式培养微藻的管道式光生物反应器，其特征在于：所述循环总管（28）上还设置有蒸汽管线（29）和冲洗管线（30）；所述循环泵（21）的进口与出口之间设置有循环泵旁路管线（23）。6.如权利要求5所述一种多营养模式培养微藻的管道式光生物反应器，其特征在于：还包括控制单元；所述控制单元包括上位机、PLC控制器、pH传感器（18）、温度传感器（19）、加
热装置（17）以及浊度传感器；所述上位机具有人机交互操作界面（4）和控制程序，并与PLC控制器之间双向连接；所述PLC控制器的输入端分别与所述pH传感器（18）、浊度传感器、温度传感器（19）的输出端电性连接，所述PLC控制器的输出端分别与二氧化碳管线（11）上设置的进气电磁阀（12）、所述第一蠕动泵（5）、第二蠕动泵（6）、第三蠕动泵（7）、第四蠕动泵（8）、第五蠕动泵（9）、加热装置（17）、以及所述第一LED灯（15）、第二LED灯（37）、第三LED灯（3）、第四LED灯（24）之间电性连接。7.一种如权利要求6所述的多营养模式培养微藻管道式光生物反应器的使用方法，其特征在于：所述使用方法为微藻的自养培养、兼养培养或异养培养中的任意一种；包括以下具体步骤：所述自养培养包括反应器灭菌、自养培养基配置、藻种接种、藻种培养、藻液采收、反应器清洗；所述兼养培养包括反应器灭菌、兼养培养基配置、培养基灭菌、培养基冷却、藻种接种、藻种培养、藻液采收、反应器清洗；所述异养培养包括反应器灭菌、异养培养基配置、培养基灭菌、培...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙中亮，梁信志，
申请(专利权)人：信阳碧园生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：