一种一体化微藻异养发酵、脱水系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种一体化微藻异养发酵、脱水系统及方法，该系统包括发酵装置、自动脱水装置和增压装置，发酵装置设置于自动脱水装置上方，增压装置设置于远离自动脱水装置进水口的一侧，增压装置与发酵装置、自动脱水装置之间分别连接压缩空气管路，通过三通阀门控制压缩空气进入发酵装置或自动脱水装置。本发明专利技术充分利用了发酵装置中藻液自身的重力，改善了发酵工艺，并结合增压装置辅助过滤和脱水，同时，利用增压装置反向吹风干燥，实现了发酵、脱水和干燥一体化的生产微藻生物质，装置简单、能耗低，生产成本低，效果好。效果好。效果好。

【技术实现步骤摘要】
一种一体化微藻异养发酵、脱水系统及方法


[0001]本专利技术涉及微生物制品加工
，尤其涉及一种一体化微藻异养发酵、脱水系统及方法。

技术介绍

[0002]微藻是指微型藻类，其种类繁多，个体大小差异大，其中，只能在显微镜下辨识出形态的极其微小的藻类被称为微藻。微藻通常是单细胞，个体大小约为10
‑
100μm，广泛生长于海洋、湖泊等水域中，常被应用于生物技术研究领域的微藻有螺旋藻、硅藻、小球藻、新月菱形藻、盐藻等。微藻富含蛋白质、氨基酸、维生素、矿物质和微量元素，以及叶酸、DHA等多种活性物质，在保健食品、美容护肤、生物制药等方面有广泛应用；此外，微藻中富含微藻油，是合成生物柴油的最佳原料，并且微藻的光合作用效率高，利用光合固碳生产有机物质，还可以减缓温室效应。
[0003]目前，商业化微藻生产主要采用光自养培养模式，该模式较高的生产成本制约其作为替代蛋白源的开发。异养发酵作为一种更为经济、高效的工业化生产模式，是降低微藻生产成本、提升产能的有效途径。现有技术中，利用小型生物反应器自动化高密度发酵微藻已经获得成功，最大细胞干重达到了271g/L培养液，被认为是一种可替代传统蛋白质资源的低价原料；同时，业界经多年的研究验证了利用工业级大型发酵罐规模化发酵微藻具备可行性，然而，相关文献对与之配套的批量脱水的方法并没有详细的阐述，现有技术中脱水和采收成本高、难度大仍然是微藻大规模制备的重要瓶颈。
[0004]因此，对于规模化微藻发酵生产，如何实现发酵、脱水、采收一体化，便捷高效地生产微藻生物质，同时控制生产成本，不会大幅增加运行能耗仍为亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005](一)要解决的技术问题
[0006]鉴于现有技术的上述缺点、不足，本专利技术提供一种一体化微藻异养发酵、脱水系统及方法，其实现了发酵、脱水、采收一体化，装置结构简单，易实现，成本低。
[0007](二)技术方案
[0008]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
[0009]第一方面，本专利技术提供一种一体化微藻异养发酵、脱水系统，该系统包括发酵装置、自动脱水装置和增压装置，
[0010]发酵装置设置于自动脱水装置上方，发酵装置通过连通管道与自动脱水装置的进水口相连，连通管道上设置有阀门；
[0011]增压装置设置于远离自动脱水装置进水口的一侧，增压装置与发酵装置、自动脱水装置之间分别连接压缩空气管路，增压装置通过三通阀门控制压缩空气进入发酵装置或自动脱水装置。
[0012]本专利技术将发酵装置设置于自动脱水装置上方，借助藻液自身的重量，在重力势能
推动下流入脱水装置进行脱水，同时，增压装置在滤液流出速度明显降低时提供压力，促使发酵装置和连通管道中残余藻液流入自动脱水装置继续脱水，另外，增压装置也可以在开始脱水的同时便提供压力，以提高脱水效率。同时，脱水结束后，增压装置提供的压缩空气可以为微藻生物质吹风干燥，并且，本专利技术中的增压装置设置于远离自动脱水装置进水口的一侧，压缩空气从进水口反侧进入，与微藻藻液流动方向相反，采用反向吹风的方式进行干燥，进一步强化脱水和干燥效果。专利技术提供的系统充分利用了藻液自身的重力进行过滤，并结合增压装置辅助脱水，提高脱水效率，同时反向吹风干燥，利用简易的设备，实现了发酵、脱水干燥一体化，并且不仅脱水效果好，而且成本低。
[0013]进一步的，本专利技术提供的系统中发酵装置为直立式生物反应器。
[0014]进一步的，本专利技术提供的系统中发酵装置为发酵罐，更进一步的，发酵装置为搅拌式或气升式生物发酵罐。
[0015]进一步的，本专利技术提供的系统中增压装置为气体压力泵，更进一步的，增压装置为500W不锈钢气动泵。
[0016]进一步的，本专利技术提供的系统中连通管道用于排出滤液的所述管道均为钢材质，其内径尺寸为8
‑
10cm。
[0017]进一步的，本专利技术提供的系统还包括杀菌装置，杀菌装置设置于自动脱水装置和增压装置之间，杀菌装置设置于自动脱水装置和增压装置之间，杀菌装置为蒸汽发生器，蒸汽发生器和压缩空气管路连接。
[0018]进一步的，本专利技术提供的系统中，蒸汽发生器温度设置为110
‑
120℃。
[0019]本专利技术提供的系统中还包括了杀菌装置，杀菌装置与增压装置和自动脱水装置相连接的压缩空气管路相连接，在开启增压装置为微藻生物质干燥同时，开启杀菌装置，使经过雾化的臭氧水随着压缩空气喷入自动脱水装置中为微藻生物质杀菌消毒，同时还可以为自动脱水装置中的滤材消毒，减少更换次数，延长滤材使用寿命。
[0020]进一步的，本专利技术提供的系统中，自动脱水装置包含板框压滤机和微藻收集盘，微藻收集盘固定于板框压滤机的滤室正下方。
[0021]进一步的，本专利技术提供的系统中，板框压滤机为液压式板框压滤机，液压式板框压滤机总容积为2
‑
4m3，其中滤室容积为1
‑
2m3，滤框过滤面积为0.8
‑
1m3。
[0022]更进一步的，本专利技术提供的系统中，板框压滤机为液压式板框压滤机，液压式板框压滤机总容积为2m3，其中滤室容积为1m3，滤框过滤面积为0.8m3。
[0023]进一步的，本专利技术提供的系统中，可以包括两个以上的板框压滤机。当欲制备的微藻生物质体积大于板框压滤机一次脱水的最大容积时，可按照实际需求设置多个板框压滤机并联使用。
[0024]进一步的，本专利技术提供的系统中，板框压滤机设置两层或两层以上的滤材；滤材孔径为0.5
‑
1.0μm；滤材选自全棉滤布、聚乙烯纤维滤布、聚丙烯纤维滤布、聚酯纤维滤布或尼龙滤布。
[0025]第二方面，本专利技术提供一种一体化微藻异养发酵、脱水方法，该方法采用上述系统进行微藻的异养发酵和脱水，方法具体包括：
[0026]S1、微藻藻株经基础培养后，转接至含有液体培养基的发酵装置中发酵培养，液体培养基以酵母粉作为唯一氮源，发酵装置中细胞密度为30
‑
50g/L，当发酵装置中碳源耗尽
后，培养结束；
[0027]S2、打开发酵装置与自动脱水装置间连通管道的阀门，使发酵装置中的藻液通过连通管道流入自动脱水装置，并在重力势能推动下流经自动脱水装置进行过滤，脱除藻液中的培养基清液；
[0028]S3、当培养基清液流速缓慢时，采用增压装置进行辅助脱水，控制三通阀门，使压缩空气管路与发酵装置连通，在增压装置产生的压力作用下，利用压缩空气的推动力促进脱水；
[0029]S4、当自动脱水机无液体排出时，调整三通阀门，使压缩空气管路和自动脱水装置连通，在增压装置产生的压力作用下，利用压缩空气为自动脱水装置中的微藻进行吹风干燥，干燥后收集脱水装置中的微藻，完成一体化微藻异养发酵和脱水。
[0030]现有技术中，微藻采收方法主要包括离心分离、过滤、沉降、浮选和絮凝，其中过滤法操作简单，运行成本低，是十分便本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种一体化微藻异养发酵、脱水系统，其特征在于，所述系统包括发酵装置、自动脱水装置和增压装置，所述发酵装置设置于所述自动脱水装置上方，所述发酵装置通过连通管道与所述自动脱水装置的进水口相连，所述连通管道上设置有阀门；所述增压装置设置于远离所述自动脱水装置进水口的一侧，所述增压装置与所述发酵装置、所述自动脱水装置之间分别连接压缩空气管路，所述增压装置通过三通阀门控制压缩空气进入所述发酵装置或所述自动脱水装置。2.根据权利要求1所述的一体化微藻异养发酵、脱水系统，其特征在于，所述发酵装置为直立式生物反应器。3.根据权利要求1所述的一体化微藻异养发酵、脱水系统，其特征在于，所述系统还包括杀菌装置，所述杀菌装置设置于所述自动脱水装置和所述增压装置之间，所述杀菌装置为蒸汽发生器，所述蒸汽发生器和所述压缩空气管路连接。4.根据权利要求3所述的一体化微藻异养发酵、脱水系统，其特征在于，所述蒸汽发生器温度设置为110
‑
120℃。5.根据权利要求1所述的一体化微藻异养发酵、脱水系统，其特征在于，所述自动脱水装置包含板框压滤机和微藻收集盘，所述微藻收集盘固定于所述板框压滤机的滤室正下方。6.根据权利要求5所述的一体化微藻异养发酵、脱水系统，其特征在于，所述板框压滤机为液压式板框压滤机，所述液压式板框压滤机总容积为2
‑
4m3，其中滤室容积为1
‑
2m3，滤框过滤面积为0.8
‑
1m3。7.根据权利要求3所述的一体化微藻异养发酵、脱水系统，其特征在于，所述板框压滤机中设置两层或两层以上的滤材；所述滤材孔径为0.5
‑
1.0μm；所述滤材选自全棉滤布、聚乙烯纤维滤布、聚丙烯纤维滤布、聚酯纤维滤布或尼龙滤布。8.一种一体化微藻异养发酵、脱水方法，其特征在于，所述方法采用权利要求1至7中的任一项所述系统进行微藻的异养发酵和脱水，方法包括：S1、微藻藻株经基础培养后，转接至含有液体培养基的发酵装置中发酵培养，所述液体培养基以酵母粉作...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢悦，屈玉娇，肖奕博，
申请(专利权)人：珠海元育生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：