CN104988067A - 一种微藻贴壁式培养和液体浸没式培养转换的方法 - Google Patents

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王妍
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    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
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Abstract

一种微藻贴壁式培养和液体浸没式培养转换的方法，它涉及一种培养微藻的方法。它要解决目前无法实现液体浸没式培养和贴壁式培养之间多次反复转换的问题。方法：采用微藻贴壁式培养和液体浸没式培养转换装置，进行藻液浓缩，培养，收集培养后的藻液，重复操作浓缩和培养过程，完成微藻贴壁式培养和液体浸没式培养转换。本发明的优点：成本低，操作简单，易于维护；实现了微藻贴壁式培养和液体浸没式培养转换，在实现微藻高固碳效率的同时，实现了快速高密度培养，有效地提高微藻的生长速率，降低微藻的培养成本，微藻培养至最高生物量时，置于浓缩机中可再现上述过程，实现多次反复的转换目标。

Description

一种微藻贴壁式培养和液体浸没式培养转换的方法
技术领域
本发明涉及一种培养微藻的方法。
背景技术
微藻是能进行放氧的、光合作用的低等水生生物，其结构简单，繁殖迅速，对太阳能利用率高，具有减排温室气体(二氧化碳)的能力，对环境适应性强，被视为第三代生物质能源原料。
培养微藻多采用液体浸没式培养，耗水巨大，并且存在光在水体中传播发生衰减和CO2在水体中的溶解度较低等问题，限制了小球藻固碳效率和光吸收效率。贴壁培养利用藻细胞的贴壁特性，减少了水消耗，使得CO2与藻细胞能够充分接触，CO2的利用率明显提高，并且光的传导无需较长的水体传输，光能利用率显著提高，但微藻生长率低于液体浸没式培养。
目前贴壁式和液体浸没式培养方式基本是独立进行，没有出现实现液体浸没式培养和贴壁式培养之间多次反复转换的方法。
发明内容
本发明目的是为了解决目前无法实现液体浸没式培养和贴壁式培养之间多次反复转换的问题，而提供的一种微藻贴壁式培养和液体浸没式培养转换的方法。
一种微藻贴壁式培养和液体浸没式培养转换的方法，按以下步骤进行：
一、采用微藻贴壁式培养和液体浸没式培养转换装置，取500L初始浓度为0.5×109个/ml-1×109个/ml的藻液经过浓缩机，在操作压力为0.10-0.20MPa的条件下浓缩2-8h；
二、浓缩后的藻液以0.008ml/s的速率滴落并附着于凹槽板上表面，在温度为20-30℃，转速为100-300r/min的条件下培养30-60min；
三、收集培养后的藻液重新置于浓缩机中，重复操作浓缩和培养过程1-3次，完成微藻贴壁式培养和液体浸没式培养转换。
本发明工作原理：含微藻的液体通过浓缩机利用超滤技术进行浓缩，流出的微藻附着于凹槽板上表面，实现液体浸没式培养状态到贴壁式培养状态的转变，经摇晃震荡培养，实现附着于凹槽板上表面的微藻通过摇晃震荡回归到液体浸没式培养状态，收集藻液，当微藻培养至最高生物量时，置于浓缩机中可再现上述过程，实现多次反复的转换目标。
本发明的优点：
1、本发明中微藻贴壁式培养和液体浸没式培养转换的方法，成本低，操作简单，易于维护。
2、采用本发明的方法培养微藻，解决了浸没式培养存在的由于藻相互遮蔽，导致的光衰减现象，同时解决了CO2在水体中的溶解度较低，限制CO2吸收效率的不足。
3、采用本发明的方法培养微藻，解决了贴壁式培养存在的微藻生长率较慢的问题。
4、采用本发明的方法培养微藻，在微藻生长阶段，实现了微藻贴壁式培养和液体浸没式培养转换，充分发挥了液体浸没式培养和贴壁式培养的优势，在实现微藻高固碳效率的同时，实现了快速高密度培养，有效地提高微藻的生长速率，降低微藻的培养成本。
5、采用本发明的方法培养微藻，微藻培养至最高生物量时，置于浓缩机中可再现上述过程，实现多次反复的转换目标。
附图说明
图1为本发明中微藻贴壁式培养和液体浸没式培养转换装置的结构示意图，其中1为浓缩机、2为连通管、3为滴灌管、4为凹槽板、5为可旋转支架、6为收集箱；
图2为本发明中微藻贴壁式培养和液体浸没式培养转换装置中凹槽板的侧视剖视图，其中7为上表面柔性的液体可透过性材料板、8为下表面刚性的液体不可透材料板；
图3为实施例1中微藻贴壁式培养和液体浸没式培养转换装置中凹槽板上表面的示意图，其中为9结构单元；
图4为实施例2中微藻贴壁式培养和液体浸没式培养转换装置中凹槽板上表面的示意图，其中为9结构单元。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种微藻贴壁式培养和液体浸没式培养转换的方法，按以下步骤进行：
一、采用微藻贴壁式培养和液体浸没式培养转换装置，取500L初始浓度为0.5×109个/ml-1×109个/ml的藻液经过浓缩机，在操作压力为0.10-0.20MPa的条件下浓缩2-8h；
二、浓缩后的藻液以0.008ml/s的速率滴落并附着于凹槽板上表面，在温度为20-30℃，转速为100-300r/min的条件下培养30-60min；
三、收集培养后的藻液重新置于浓缩机中，重复操作浓缩和培养过程1-3次，完成微藻贴壁式培养和液体浸没式培养转换。
如图1和图2所示，本实施方式中所用微藻贴壁式培养和液体浸没式培养转换装置，它包括浓缩机1、连通管2、滴灌管3、凹槽板4、可旋转支架5、收集箱6；所述凹槽板4的放置方向与水平面呈5-15°的夹角；所述凹槽板4由上表面柔性的液体可透过性材料板7和下表面刚性的液体不可透材料板8组成；所述上表面柔性的液体可透过性材料板7表面有凸起的结构单元9，并且沿横向延伸的行和沿纵向延伸的列构成结构单元阵列；所述结构单元9的横截面为圆形、方形、矩形、椭圆形、三角形或菱形；所述结构单元9在同一行中相等间距排列或者依次增大间距；所述结构单元阵列的相邻行之间的行间距以恒定的增量增大或者增量线性地变化；所述沿横向延伸的行在水平方向上成同一角度延伸，沿纵向延伸的列在垂直方向上成同一角度延伸；所述浓缩机1出口处流出的为浓缩后的藻液，浓缩机1的操作压力为0.10-0.20MPa；所述滴灌管3，负责将藻液平铺于凹槽板4的上表面，实现液体浸没式培养状态到贴壁式培养状态的转变，滴灌管3的公称直径为12-16mm；所述凹槽板4放置有滴灌管3的一段置于最高处，滴灌管3流出藻液的速率为0.008ml/s；所述可旋转支架5的两端分别连接在凹槽板4和收集箱6，用以实现固定凹槽板4的旋转，并将附着于凹槽板4上表面的微藻通过摇晃震荡回归到液体浸没式培养状态；所述可旋转支架5的转速为100-300r/min，材质为301不锈钢、304不锈钢、312不锈钢或316不锈钢；所述收集箱6用以储存从凹槽板4上表面脱落的微藻，实现藻液的收集，长宽比为(1-8):1，高为0.2-0.35m；所述结构单元9的高度为5-20mm；所述则沿纵向延伸的列中的单元结构9具有相同的尺寸；所述沿纵向延伸的列中的单元结构9的尺寸还能以恒定的减小量减小或者减小量线性地变化；所述上表面柔性的液体可透过性材料板7的材质为玻璃纤维、尼龙、棉、麻、碳纤维、合成纤维、海绵、塑料泡沫中的一种或多种材料制成。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，步骤一中取500L初始浓度为0.8×109个/ml的藻液经过浓缩机。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是，步骤一中在操作压力为0.15MPa的条件下浓缩5h。其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是，步骤二中在温度为25℃，转速为150r/min的条件下培养40min。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是，步骤三中重复操作浓缩和培养过程2次。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1：
结合图1、图2和图3所示
一种微藻贴壁式培养和液体浸没式培养转换的方法，按以下步骤进行：
一、采用微藻贴壁式培养和液体浸没式培养转换装置，取500L初始浓度为1×109个/ml的藻液经过浓缩机，在操作压力为0.15MPa的条件下浓缩3h；
二、浓缩后的藻液以0.008ml/s的速率滴落并附着于凹槽板上表面，在温度为28℃，转速为150r/min的条件下培养40min；
三、收集培养后的藻液重新置于浓缩机中，重复操作浓缩和培养过程1次，完成微藻贴壁式培养和液体浸没式培养转换。
本实施例中凹槽板的材质为玻璃纤维，尺寸为300mm×300mm；结构单元的横截面为圆形，高度为5mm。
本实施例中浓缩3h后微藻浓度变为7.342×1010个/ml，浓缩液为6.8L；1小时后铺满凹槽板上表面；将浓缩液与滴定过程中从凹槽板滑下的低浓度藻液收集混合，总体积约为500L，测得藻浓度为6.3×107个/ml。
贴在凹槽板上的藻量占原来总藻量的比例为：
1 - 500 × 6.3 × 10 7 500 × 1 × 10 9 = 93.7 %
培养1天后，将凹槽板上贴附的藻放入收集的低浓度藻液中清洗，转速为1500r/min，测量藻的浓度为4.5×109个/ml，藻液总体积为499L，体积变化不大。
藻的增长倍数为：
可见，采用本发明装置可提高微藻的生长速率、较为理想的贴壁效果。
实施例2：
结合图1、图2和图4所示
本实施例中结构单元的横截面为菱形，高度为6mm；其它与实施例1相同。
测量凹槽板上的藻量占原来总藻量的比例为：
1 - 500 × 6.8 × 10 7 500 × 1 × 10 9 = 93.2 %
培养1天后，将凹槽板上贴附的藻放入收集的低浓度藻液中清洗，测量藻的浓度为3.0个/ml，藻液总体积为499L，体积变化不大。
藻的增长倍数为：
可见，采用本发明装置可提高微藻的生长速率、较为理想的贴壁效果。

Claims (5)

1.一种微藻贴壁式培养和液体浸没式培养转换的方法，其特征在于它按以下步骤进行：
一、采用微藻贴壁式培养和液体浸没式培养转换装置，取500L初始浓度为0.5×109个/ml-1×109个/ml的藻液经过浓缩机，在操作压力为0.10-0.20MPa的条件下浓缩2-8h；
二、浓缩后的藻液以0.008ml/s的速率滴落并附着于凹槽板上表面，在温度为20-30℃，转速为100-300r/min的条件下培养30-60min；
三、收集培养后的藻液重新置于浓缩机中，重复操作浓缩和培养过程1-3次，完成微藻贴壁式培养和液体浸没式培养转换。
2.根据权利要求1所述的一种微藻贴壁式培养和液体浸没式培养转换的方法，其特征在于步骤一中取500L初始浓度为0.8×109个/ml的藻液经过浓缩机。
3.根据权利要求1所述的一种微藻贴壁式培养和液体浸没式培养转换的方法，其特征在于步骤一中在操作压力为0.15MPa的条件下浓缩5h。
4.根据权利要求1所述的一种微藻贴壁式培养和液体浸没式培养转换的方法，其特征在于步骤二中在温度为25℃，转速为150r/min的条件下培养40min。
5.根据权利要求1所述的一种微藻贴壁式培养和液体浸没式培养转换的方法，其特征在于步骤三中重复操作浓缩和培养过程2次。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102373156A (zh) * 2010-08-10 2012-03-14 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种用于微藻工业化生产的半干固态培养方法
CN103289886A (zh) * 2012-03-01 2013-09-11 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种明暗交替光照的微藻半干固态贴壁培养装置

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刘金丽: "栅藻的贴壁培养及其高效的生理生态基础", 《中国海洋大学硕士学位论文》 *
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