CN102220242A - 单胞藻培养的连续加注培养液方法和系统 - Google Patents

单胞藻培养的连续加注培养液方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种单胞藻培养的连续加注培养液方法和系统，其方法包括将海水加热消毒冷却后储存，并与各个营养盐罐中的含营养盐的培养液混合再经砂滤装置过滤；最后通过带定量控制夹的管道输入单胞藻培养反应器中。其系统包括连接有海水加热消毒装置的带有输液管道的恒压储罐、经泵向输液管道注入营养液的营养盐罐；输液管道出口端经砂滤装置连接设置于培养支架上的料液输送管道的分支，而与挂袋式光生物反应器相通。本发明的方法可实现培养液的自动、无菌、定量、无人看管的流水作业。本发明的系统具有密闭性、系统性、可定量，以及洁净功能和缓冲效果。

Description

单胞藻培养的连续加注培养液方法和系统
技术领域
本发明涉及一种藻类培养的连续加注培养液的方法和系统，具体涉及一种单胞藻培养的连续加注培养液方法和系统，适用于生产上作为培养单胞藻时连续加注培养液。
背景技术
藻类，特别是单胞藻的培养，目前尚未形成规模，绝大部分停留在实验室的烧瓶培养，烧瓶培养过程中，料液是通过利用实验室容器进行加注的。也有少量的培养是简单地从海里用桶或其他容器打来海水后，倒入开放式容器如盆或桶等中，通过利用气石充气进行培养。生产上，也有少数的利用土池或水泥池，从海中经引水渠加入海水后，露天培养。
以上方法存在的不足之处在于，加入的海水一般未经消毒，也未经有效过滤，容易带入杂质或细菌，甚至敌害生物。加注料液的过程中，开放式的加入方法也容易使空气或环境中的污染物污染培养水体。分次加入的方法，如果没有专人看护，培养单胞藻的水体会出现少水或者断水的情况。这样加注料液时，液体加入的过程不连续，会造成培养水体环境的不稳定。一次性加入大量的水时，会对培养水体的温度和盐度造成较大程度的冲击，培养水体环境的突然变化，会使单胞藻产生应激反应甚至出现停止生长的情况。这样加注料液时，无法实现定量控制。
存在以上问题的原因在于，现有的单胞藻培养方法停留在实验室阶段，单胞藻的培养方式较落后，未形成有效的生产模式，这就造成单胞藻培养过程中加注料液的环节未得到重视，加注料液的过程也较为落后。因而，就会出现当单胞藻培养走向生产化、批量化，进行流水作业时，现有的料液加注方式无法满足要求。在这样的背景下，开发出一套切实有效的无菌、封闭、可控、可连续的加注料液的装置和方法迫在眉睫。
发明内容
本发明目的是提供一种单胞藻培养的连续加注培养液方法和系统，以克服现有技术的不足。
本发明是通过以下技术方案实现的：
其中单胞藻培养的连续加注培养液方法，其特征在于包括以下步骤：
将海水加热消毒并冷却后储存；将各个营养盐罐中的含营养盐的培养液抽吸并与上述消毒后的海水混合；再将该混合液经砂滤装置过滤；并通过设有定量控制夹的管道输入用于单胞藻培养的反应器中。
上述将海水加热消毒并冷却后储存，尤其可以利用加热消毒装置将海水加热消毒并冷却后储存于恒压储罐中。
为了给单胞藻的生长提供充分的营养物质，并针对其生长特点，使营养物质的配比合理，上述各个营养盐罐中培养液的营养盐成分、比例及配制可以包括以下两种：
营养液A：六水氯化铁： 1~3 g，六水氯化锰：0.2~0.7 g，硼酸：20~50 g， 二水EDTA 钠盐：2 0~50 g，二水磷酸二氢钠：1 0~40 g，硝酸钠：8 0~120 g， 硅酸钠：10~30 g，溶于1L无离子水中；作为母液，放入营养盐罐A中；
营养液B：维生素B12：0.1~0.5 g，维生素B1：20~30 g，维生素H：0.05~0.3 g，溶于1L无离子水中；作为母液，放入营养盐罐B中。
上述的1L营养液A中还包括0.1～3 mL的营养液C，该营养液C的成分、比例及配制如下：氯化锌：1~3 g，六水氯化钴：1~3 g，四水镆酸氨：0.5~2g ，五水硫酸铜：1~3 g，盐酸：5~15 mL，溶于0.1 L无离子水中，作为母液。
一种单胞藻培养的连续加注培养液系统，包括海水加热消毒装置和用于悬挂挂袋式光生物反应器的培养支架，其特征在于还包括连接在海水加热消毒装置出口端的带有输液管道的恒压储罐，还有经泵向输液管道注入营养液的营养盐罐，所述的输液管道的出口端经砂滤装置连接设置于培养支架上的料液输送管道，该料液输送管道带有与挂袋式光生物反应器的料液进入管相连的分支。
其中，上述泵为蠕动泵，可将两个营养盐罐中用无离子水溶解按所需比例配比后的营养液注入输液管道中。
输液管道的出口端连接的砂滤装置可为密闭的球形容器，在其上方、下方侧面分别有与输液管道和料液输送管道连接的开口，底部有带阀门的开口，且滤材为石英砂。
输液管道和料液输送管道由硅胶管相互连接的玻璃管组成，且在硅胶管处设置控制培养液流速的定量控制夹。通过调节定量控制夹，可控制料液输送管道中培养液的流速。
所述的料液输送管道设有显示管道内压力的压力表。根据压力表的读数，可获得连续加注培养液系统相应管道中的压力，并根据所得压力大小，通过调节阀门、定量控制夹，控制系统中的压力，避免管道中的玻璃管受到破损。
本发明的方法可实现培养液的自动、无菌、定量、无人看护的流水作业。本发明的装置具有密闭性、系统性、可定量，具有洁净功能和缓冲效果。一是密闭性。该系统可通过玻璃管与硅胶管的相互嵌合，通过控制夹的开闭，使整个系统具有良好的密闭性。这样一来可使外界污染物不会进入系统，培养水体不会受到污染，也可防止加注的培养液渗漏。二是系统性。加热消毒后冷却的海水进入系统后，储存在恒压储罐中，并通过各管道的连接，控制夹的开闭，整个系统的系统性较好。便于操作，也便于连续加注培养液。可随时进行大小的调节和加注过程的控制。三是可定量。通过料液输送管道硅胶管处设置的定量控制夹，可控制进入培养系统的培养液体积。通过料液加入管外侧设置的控制培养液流速的定量控制夹，可控制进入反应器的培养液的量。并可随时开启和关闭，实现无人看管条件下的自动加注。四是洁净功能。通过加热消毒系统对海水的消毒，控制进入系统的海水的洁净度，避免外界细菌杂质的进入。另外，还有一个砂滤装置，可通过砂滤装置的过滤，使进入系统中的混合有营养盐后的海水得到进一步的净化。五是缓冲效果。本发明的系统可连续、缓慢加注培养液。通过定量控制夹的调节，可有效控制进入系统的培养液的量。一次加注的培养液的量不过量，不会对反应器里的培养系统造成较大的冲击，还可推动培养液进行水体流动。与充气共同作用，可为藻液的排出提供动力来源。连续加注，可使得整个培养系统中的水体不会有大的影响。系统设计经输液管道后，以料液输送管道的形式分支进入各个单元，并在各单元处分支成料液加入管后进入并联分布的反应器中，整个系统设计精密，合理，充分利用了空间和管道。
本发明使得加液过程与外界有效隔离，能防止外界污染物的侵入；还可通过对管道材料的选择，实现加注培养液过程的可视化。同时，管道材料具有良好的透光性能，可使加注过程中加藻种时在管道中可进行光合作用。该系统能够实现培养液的连续加注，可完全实现自动化，系统设计合理，实用性强。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图。
其中，1、海水加热消毒装置，2、恒压储罐，3、泵，4、营养盐罐，5、输液管道，6、砂滤装置，7、定量控制夹，8、压力表，9、料液输送管道，10、培养支架，11、料液进入管，12、挂袋式光生物反应器。
具体实施方式
一种单胞藻培养的连续加注培养液方法，包括以下步骤：
考虑到使加入的海水无菌，避免污染培养水体，作为营养盐输入的介质，将海水加热消毒并冷却后储存；尤其是可以利用加热消毒装置1将海水加热消毒并冷却后储存于恒压储罐中；
为了使藻类生长所需的营养盐能通过与海水混合形成培养液加入到反应器中，将各个营养盐罐中的含营养盐的培养液抽吸并与上述消毒后的海水混合;
为了使进入反应器中的培养液不带有杂质，也避免管道中掉落或操作过程中带入固体杂质，再将该混合液经砂滤装置过滤；
为了实现对所加入培养液的定量控制并构成支路，使系统更为集成，通过设有定量控制夹的管道输入用于单胞藻培养的反应器中即完成了单胞藻培养的连续加注培养液。
为了给单胞藻的生长提供充分的营养物质，并针对其生长特点，使营养物质的配比合理，上述各个营养盐罐中培养液的营养盐成分、比例及配制可以包括以下两种：
营养液A：六水氯化铁： 1~3 g，六水氯化锰：0.2~0.7 g，硼酸：20~50 g， 二水EDTA 钠盐：2 0~50 g，二水磷酸二氢钠：1 0~40 g，硝酸钠：8 0~120 g， 硅酸钠：10~30 g，溶于1L无离子水中；作为母液，放入营养盐罐A中；
营养液B：维生素B12：0.1~0.5 g，维生素B1：20~30 g，维生素H：0.05~0.3 g，溶于1L无离子水中；作为母液，放入营养盐罐B中。
对于一部分单胞藻，在培养时需要在上述的1L营养液A中添加0.1～3 mL的营养液C，该营养液C的成分、比例及配制如下：氯化锌：1~3 g，六水氯化钴：1~3 g，四水镆酸氨：0.5~2g ，五水硫酸铜：1~3 g，盐酸：5~15 mL，溶于0.1 L无离子水中，作为母液。
使用时，营养液将按照上述比例添加到容积不同的各种营养盐罐中。
如图1所示，考虑到系统中的输液管道较多，且材质抗外力作用弱，也使单胞藻连续培养的各系统可立体分布，有效节省空间，本发明的单胞藻培养的连续加注培养液系统，包括海水加热消毒装置1和用于悬挂挂袋式光生物反应器12的培养支架10，如现有的发明专利：藻类培养用水加热消毒系统与挂袋式单胞藻培养支架，可将输液管道5设置在挂袋式单胞藻培养支架的侧面；
考虑到海水需要进行无菌处理，冷却后储存在恒压储罐2中以供输液管道5输送，海水加热消毒装置1与恒压储罐2连接后进入输液管道5；
为了将单胞藻生长所需的营养盐注入反应器中，还有经泵3向输液管道5注入营养液的多个营养盐罐4；
为了使加入系统中的培养液得以进一步净化，避免带入固体杂质，同时考虑到砂滤装置6的过滤作用，以及其在系统中所起到的承上启下作用，所述的输液管道5的出口端经砂滤装置6连接设置于培养支架10上的料液输送管道9；
为了使培养液加入反应器中，也使整个系统更为集成，所述的料液输送管道9带有与挂袋式光生物反应器12的料液进入管11相连的分支。
考虑到管路连接的便利，并有利于在管路中加入定量控制夹7进行控制，输液管道5和料液输送管道9是由硅胶管相互连接的玻璃管组成，且在硅胶管处设置有控制培养液流速的定量控制夹7。
考虑到加注培养液过程的稳定性和便于调节培养液在管道内的流速，所述的泵3为蠕动泵。考虑到便于制作和便于有效过滤，并有效连接系统内的各管道，所述的砂滤装置6为球形密闭容器，在其上方、下方侧面分别有与输液管道5和料液输送管道9连接的开口，底部有带阀门的开口，且滤材为石英砂。
为了更好地掌握管道内的压力并进行调节，也避免管道内压力过大造成玻璃管的破裂，所述的料液输送管道9设有显示管道内压力的压力表8。
本系统中，挂袋式光生物反应器12可以采用专门用于培养单胞藻的薄膜挂袋式单胞藻光生物反应器；培养支架7可采用与上述单胞藻光生物反应器配套的挂袋式单胞藻培养支架。
实施例1
首先配置营养液如下：
营养液C如下：氯化锌：2g，六水氯化钴：2.5 g，四水镆酸氨：1.2g ，五水硫酸铜：2g，盐酸：10 mL，溶于0.1 L无离子水中；作为母液。
营养液A：用1L无离子水溶解2.8g六水氯化铁，0.5 g六水氯化锰，27.6g硼酸，27g 二水EDTA 钠盐，30g二水磷酸二氢钠，90g硝酸钠，硅酸钠：20 g；并添加上述营养液C：2mL。
营养液B：维生素B12：0.3 g，维生素B1：23 g，维生素H：0.13 g，溶于1L无离子水中，作为母液。
以16L营养盐罐为例，将上述添加了营养液C的营养液A按照以上比例——即作为母液加入到16L营养盐罐中，将B液作为母液加入另一个16L营养盐罐中。经蠕动泵可将该16L营养盐罐中的营养盐加入到输液管道中。
蠕动泵速度控制在每分钟50mL，使营养盐罐4中的含营养盐的培养液抽吸并与上述消毒后的海水混合。
在单胞藻的培养过程中，可根据实际情况，调节各营养盐罐4中营养盐的成分和组成比例，并通过调节蠕动泵的速率控制营养盐进入输液管道5中的量和组成比例。根据每个反应器中每升海水中加入1mL营养盐的比例，控制恒压储罐2中经加热消毒后冷却的海水进入输液管道5中的速率。
混合有按比例添加的营养盐的培养液进入输液管道5后，与输液管道5中从恒压储罐2而来的海水混匀后一道进入培养系统。可在恒压储罐2后，营养盐罐4与输液管道5连接前的位置设置阀门，通过阀门调节进入系统的海水的量和流速。
在单胞藻生长的不同阶段，可根据实际情况，调节定量控制夹7，控制料液输送管道9中培养液的流速，使料液进入管11中的培养液的量得到有效控制。输液管道5中的混合液经砂滤装置6过滤，调节定量控制夹7，控制料液输送管道9中培养液的流速，达到每分钟30 mL。
最后经分支成的料液进入管11输入用于单胞藻培养的薄膜挂袋式单胞藻光生物反应器12中。
在培养系统运行前，打开阀门、定量控制夹7，并调节到适当大小。在关闭培养系统后关闭相应的阀门、定量控制夹7。
还可通过砂滤装置6底部带阀门的开口连接蒸汽消毒装置，进行管道蒸汽消毒，可有选择地开关阀门、定量控制夹7，起到有选择地对系统消毒的效果。其中，砂滤装置6底部带阀门的开口还可用于装置的清洁。

Claims (9)

1.一种单胞藻培养的连续加注培养液方法，其特征在于该方法包括以下步骤：将海水加热消毒并冷却后储存；将各个营养盐罐中的含营养盐的培养液抽吸并与上述消毒后的海水混合；再将该混合液经砂滤装置过滤；并通过设有定量控制夹的管道输入用于单胞藻培养的反应器中。
2.如权利要求1所述的单胞藻培养的连续加注培养液方法，其特征在于上述各个营养盐罐中培养液的营养盐成分、比例及配制包括以下两种：
营养液A：六水氯化铁：1~3 g，六水氯化锰：0.2~0.7 g，硼酸：20~50 g， 二水EDTA 钠盐：2 0~50 g，二水磷酸二氢钠：10~40 g，硝酸钠：80~120 g，硅酸钠：10~30 g，溶于1L无离子水中；作为母液，放入营养盐罐A中；
营养液B：维生素B12：0.1~0.5 g，维生素B1：20~30 g，维生素H：0.05~0.3 g，溶于1L无离子水中；作为母液，放入营养盐罐B中。
3.如权利要求2所述的单胞藻培养的连续加注培养液方法，其特征在于上述的1L营养液A中还包括0.1～3 mL的营养液C，该营养液C的成分、比例及配制如下：氯化锌：1～3 g，六水氯化钴：1~3 g，四水镆酸氨：0.5～2 g，五水硫酸铜：1～3 g，盐酸：5～15 mL，溶于0.1 L无离子水中，作为母液。
4.如权利要求1所述的单胞藻培养的连续加注培养液方法，其特征在于上述将海水加热消毒并冷却后储存，是利用加热消毒装置将海水加热消毒并冷却后储存于恒压储罐中。
5.一种单胞藻培养的连续加注培养液系统，包括海水加热消毒装置（1）和用于悬挂挂袋式光生物反应器（12）的培养支架（10），其特征在于还包括连接在海水加热消毒装置（1）出口端的带有输液管道（5）的恒压储罐（2），还有经泵（3）向输液管道（5）注入营养液的营养盐罐（4），所述的输液管道（5）的出口端经砂滤装置（6）连接设置于培养支架（10）上的料液输送管道（9），该料液输送管道（9）带有与挂袋式光生物反应器（12）的料液进入管（11）相连的分支。
6.如权利要求5所述的单胞藻培养的连续加注培养液系统，其特征在于输液管道（5）和料液输送管道（9）是由硅胶管相互连接的玻璃管组成，且在硅胶管处设置有控制培养液流速的定量控制夹（7）。
7.如权利要求5所述的单胞藻培养的连续加注培养液系统，其特征在于所述的泵（3）为蠕动泵。
8.如权利要求5所述的单胞藻培养的连续加注培养液系统，其特征在于所述的砂滤装置（6）为球形密闭容器，在其上方、下方侧面分别有与输液管道（5）和料液输送管道（9）连接的开口，底部有带阀门的开口，且滤材为石英砂。
9.如权利要求5所述的单胞藻培养的连续加注培养液系统，其特征在于所述的料液输送管道（9）设有显示管道内压力的压力表（8）。
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