一种用于微藻异养和混养培养的薄膜式无菌生物反应器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于微藻异养和混养培养的薄膜式无菌生物反应器，包括盖板、垫板环、薄膜袋和密封箍；垫板环位于盖板的下端，薄膜袋的开口设置在盖板和垫板环之间，密封箍沿周向将盖板和垫板环固定；盖板中心设有减速机，减速机的一端连接搅拌轴，搅拌轴穿过盖板伸入至薄膜袋内；盖板上还设有用于向薄膜袋提供无菌空气的通气管、用于排气的出气管、用于向薄膜袋提供无菌液体培养基的进料管以及用于取料的取样管。本实用新型专利技术采用透明且廉价的塑料薄膜材料作为生物反应主体，大幅度增加反应器的光照面积，通过密封箍的拆离，实现对薄膜内腔体的彻底清洗和重复使用，大幅度降低微藻异养和混养的投资成本、运行成本和维护成本。本。本。

【技术实现步骤摘要】
一种用于微藻异养和混养培养的薄膜式无菌生物反应器


[0001]本技术涉及一种微藻薄膜式生物反应器，尤其涉及一种用于微藻异养和混养培养的薄膜式无菌生物反应器。

技术介绍

[0002]微藻富含蛋白质、类胡萝卜素，不饱和脂肪酸、维生素、矿物元素等多种营养成分，广泛应用于生物医药、营养功能食品、食品和食品添加剂、饲料和动物保健、水产养殖等诸多领域。微藻除了利用阳光、二氧化碳和水开展光合作用合成有机物并进行生长以外，还可以利用有机碳源（如葡萄糖、甘油、乙酸）在光照条件下进行生长，被称为混养生长，另外部分微藻还能像微生物一样仅利用有机碳源在黑暗条件下进行生长，称为异养生长。与微藻光自养相比，在微藻混养和异养培养过程中加入了有机碳源，微藻可以快速利用这些有机碳源进行生长，因为可以实现很高的藻细胞生长速率和藻细胞浓度。例如，小球藻的光自养生长速率一般在0.1
‑
0.2 g/L/d，最大藻细胞浓度在0.5
‑
2 g/L左右；而小球藻混养和异养的生长速率一般均可以达到1
‑
3 g/L/d，最大藻细胞浓度可以达到100 g/L以上。因此，微藻混养和异养培养能够获得极高的藻细胞浓度和生长速率，显著地提高藻细胞产量并降低生产周期，具有极大的技术优势。近年来，基于异养培养技术的小球藻和裸藻以及基于混养培养技术的雨生红球藻均已经实现产业化。正因如此，微藻行业正在以传统的光自养技术培养为核心的“设施农业”模式转变成以微藻混养和异养技术为核心的“工业化”模式。
[0003]由于微藻的异养和混养培养需要在无菌环境中开展，因此，目前微藻异养培养主要是在传统的不锈钢发酵罐中进行培养，而微藻混养培养主要在安装有内光源的不锈钢发酵罐中进行培养。由此可见，微藻的异养和混养均基于传统的发酵罐系统为基础进行培养，然而发酵设备的投资非常大，配套系统复杂（需要配套锅炉等），运行和维护成本高，使得基于异养和混养培养技术生产的微藻成本居高不下，在成本上与基于微藻光自养培养技术生产的微藻并无明显优势。此外，由于培养微藻之前发酵罐需要在高温高压下灭菌，在发酵罐内部安装光源（如LED灯）或在发酵罐筒体上安装透明视镜（在玻璃视镜外安装光源，提供光照）的方法会显著破坏发酵罐的结构，降低发酵罐的承压能力，使得发酵罐的安全性显著下降。因此，为了保障发酵罐使用安全性，在发酵罐内部安装光源或在发酵罐筒体上开孔安装视镜的数量极为有限，无法满足微藻混养培养对光照的需求。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本技术的目的在于提供一种可以重复灭菌使用且可以提高光照面积的微藻异养和混养培养的薄膜式无菌生物反应器。
[0005]技术方案：本专利技术的一种用于微藻异养和混养培养的薄膜式无菌生物反应器，包括盖板、垫板环、薄膜袋和密封箍；所述垫板环位于盖板的下端，所述薄膜袋的开口设置在盖板和垫板环之间，所述密封箍沿周向将盖板和垫板环固定，所述盖板、垫板环和薄膜袋通过密封箍形成封闭的内腔；所述盖板中心设有减速机，所述减速机的一端连接搅拌轴，所述
搅拌轴穿过盖板伸入至薄膜袋内；所述盖板上还设有用于向薄膜袋提供无菌空气的通气管、用于排气的出气管、用于向薄膜袋提供无菌液体培养基的进料管以及用于取料的取样管；所述通气管和取样管伸入至薄膜袋的底部，所述出气管和进料管伸入至薄膜袋内。
[0006]进一步的，所述垫板环下端设有用于支撑反应器的支架，所述薄膜袋外侧设有用于支撑薄膜袋的镀锌网圈，所述薄膜袋底部设有用于对薄膜袋进行控温的换热夹套；所述换热夹套通过支撑片与支架连接。镀锌网圈起到薄膜袋的外部支撑作用，防止薄膜袋接入液体培养基和藻种后向外胀开而破裂，换热夹套采用不锈钢材质，包裹着塑料袋底端，用于对塑料袋中培养液进行控温，通过换热夹套与恒温循环水机相连接而实现，其中，换热夹套的两侧分别设有循环水入口和循环水出口，循环水从夹套的进水口进入，从出水口排出，从而实现控制培养液的温度。
[0007]进一步的，为了对培养过程中的相关参数进行监测和调控，所述盖板上设有用于监测环境温度的温度电极、用于监测环境pH的pH电极以及用于监测含氧量的溶解氧电极；所述温度电极、pH电极和溶解氧电极穿过盖板伸入至薄膜袋内。
[0008]进一步的，所述盖板底部设有凹槽，所述垫板环顶面设有与凹槽对应的嵌槽，所述凹槽和嵌槽形成的腔体内设有用于密封的硅胶条。
[0009]进一步的，所述盖板、垫板环和薄膜袋均采用透明材料。其中，盖板和垫板环的材料为透明有机玻璃，通气管、进料管、出气管和出料管的材料为硅胶，搅拌轴和搅拌桨的材料为四氟乙烯，密封箍的材料为不锈钢或铝合金，薄膜袋由食品级尼龙、涤纶树脂、聚碳酸酯、聚乙烯中的一种或几种复合透明材料制成。由于采用透明材料，整个反应器基本是透明的，使得反应器的光照面积接近100%，大幅度增加光照面积。
[0010]进一步的，所述薄膜袋外部设有用于提供光源的LED灯。当微藻采用混养培养方式在该生物反应器中进行培养时，该生物反应器需要置于有光照的环境条件或在薄膜袋外部安装光源，反应器可以利用户外太阳光，例如将反应器置于玻璃房或塑料大棚内或人工光源，例如采用LED灯。
[0011]进一步的，所述搅拌轴上设有用于对培养液进行混合的搅拌桨。
[0012]进一步的，所述出气管通过空气过滤器或发酵罐呼吸器与外界空气相通，防止塑料袋内腔被外界的空气所污染；所述通气管、进料管和出料管的接口处均装有鲁尔阀和快接接头，可方便的与外部通气系统，进料系统和出料系统相互连接。
[0013]工作原理：本技术由盖板、垫板环、薄膜袋及密封箍形成的封闭内腔为无菌环境，通过密封箍的移除，能够将盖板和薄膜袋拆离，对微藻培养后的内腔进行彻底清洗，然后可以再次对盖板、垫板环、薄膜袋、密封箍组装形成薄膜式内腔，通过辐射、电子束和紫外杀菌技术的一种或多种方式联合使用进行消毒和灭菌，实现薄膜袋内腔的无菌环境，通过灭菌处理后反应器可再次重复使用，实现微藻的异养或混养培养。
[0014]有益效果：本技术和现有技术相比，具有如下优点：本技术采用透明且廉价的塑料薄膜材料作为生物反应主体，大幅度增加反应器的光照面积，满足微藻混养培养对于光照面积和强度的需求；通过辐射、电子束和紫外杀菌技术的一种或多种方式联合使用实现薄膜袋内腔的无菌环境，同时通过密封箍的拆离，实现对薄膜内腔体的彻底清洗和重复使用，大幅度降低微藻异养和混养的投资成本、运行成本和维护成本。
附图说明
[0015]图1为本技术整体结构示意图；
[0016]图2为本技术盖板结构示意图；
[0017]图3为图2的俯视图；
[0018]图4为本技术垫板结构示意图；
[0019]图5为图4的俯视图；
[0020]图6为本技术密封箍结构示意图。
具体实施方式
[0021]下面结合附图和实施例对本技术作进一步说明。
[0022]如图1
‑
6所示的薄膜式无菌生物反应器，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于微藻异养和混养培养的薄膜式无菌生物反应器，其特征在于：包括盖板(1)、垫板环(2)、薄膜袋(3)和密封箍(4)；所述垫板环(2)位于盖板(1)的下端，所述薄膜袋(3)的开口设置在盖板(1)和垫板环(2)之间，所述密封箍(4)沿周向将盖板(1)和垫板环(2)固定，所述盖板(1)、垫板环(2)和薄膜袋(3)通过密封箍(4)形成封闭的内腔；所述盖板(1)中心设有减速机(101)，所述减速机(101)的一端连接搅拌轴(109)，所述搅拌轴(109)穿过盖板(1)伸入至薄膜袋(3)内；所述盖板(1)上还设有用于向薄膜袋(3)提供无菌空气的通气管(105)、用于排气的出气管(107)、用于向薄膜袋(3)提供无菌液体培养基的进料管(106)以及用于取料的取样管(108)；所述通气管(105)和取样管(108)伸入至薄膜袋(3)的底部，所述出气管(107)和进料管(106)伸入至薄膜袋内。2.根据权利要求1所述的用于微藻异养和混养培养的薄膜式无菌生物反应器，其特征在于：所述垫板环(2)下端设有用于支撑反应器的支架(501)，所述薄膜袋(3)外侧设有用于支撑薄膜袋的镀锌网圈(502)，所述薄膜袋(3)底部设有用于对薄膜袋(3)进行控温的换热夹套(503)；所述换热夹套(503)通过支撑片(506)与支架(501)连接。3.根据权利要求2...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄建科，赵哲，顾平，陈达，邓雪娟，柴学森，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：新型
国别省市：