CN105087350B - 一种折叠式微藻固定化培养系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种折叠式微藻固定化培养系统，属于微藻培养领域，以提高培养系统对光能的利用程度，提高微藻的生产量。所述折叠式微藻固定化培养系统，包括支撑件和设置在所述支撑件内的多个培养板，相邻所述培养板的首尾依次连接，且连接处分别与所述支撑件相连接。本发明可用于微藻的培养中。

Description

一种折叠式微藻固定化培养系统

技术领域

本发明涉及微藻培养领域，尤其涉及一种折叠式微藻固定化培养系统。

背景技术

微藻是能够进行光合作用的水生藻类，其可通过利用太阳能、二氧化碳和水来合成油脂、淀粉、碳水化合物以及多种高附加值的生物活性物质，并且生长周期短，生物量积累能力还远远高于陆生植物。因此，微藻作为一种潜在的可再生能源生产原料，正越来越广泛地受到各国科学家的关注。

到目前为止，微藻多采用开放池或生物反应器系统进行培养，其特点在于藻细胞多分散于大量培养基水体中。由于水体较大，微藻的培养效率有所减缓，且成本较高，严重地制约了微藻的产业化培养。为了解决该问题，Michael B等明确提出了一种固定化培养微藻的思路，即将微藻固定在培养面表层，通过不断向其补充能够保持藻细胞群体湿润的培养液来维持藻细胞的高效生长。基于这一思路，专利申请CN103289888A提出了一种插板式微藻半干固态贴壁培养装置，如图1所示。

在图1的培养装置中，培养板a具有垂直(固定角为90°)、独立的培养板结构，但培养板a无法随太阳高度角的变化进行合理地调整，当太阳高度角α较高或较低时，大量的光能(可达总光能的30-40％，甚至以上)均会出现穿过培养板系统而照在地面上(如图2所示，其中A代表直射光穿过培养板未能接受光能的部分，C代表阴影区)或仅有少量的太阳光照射在培养板上(如图3所示，其中B代表培养板直接接受光能的部分)的现象，使得整个培养系统对光能的利用程度大大降低，进而影响了微藻的生产量。

发明内容

本发明实施例提供了一种折叠式微藻固定化培养系统，以提高培养系统对光能的利用程度，提高微藻的生产量。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

本发明提供了一种折叠式微藻固定化培养系统，包括支撑件和设置在所述支撑件内的多个培养板，相邻所述培养板的首尾依次连接，且连接处分别与所述支撑件连接。

可选的，所述支撑件的高度是可调节的；与所述支撑件相连接的所述培养板的首尾连接处在水平方向上是可滑动的。

可选的，还包括折叠扣件，所述折叠扣件分别设置在所述支撑件的上部和下部，以分别对所述培养板的首尾连接处进行固定。

进一步的，所述折叠扣件在水平方向上是可滑动的。

可选的，还包括控制组件，所述控制组件与所述折叠扣件以及所述支撑件相连，以用于对所述折叠扣件的滑动以及所述支撑件的高度进行调整。

可选的，在所述控制组件上还设有太阳高度角追踪器，以根据太阳高度角的变化，对所述培养板的倾角进行调整。

可选的，还包括接种组件，所述接种组件包括依次连通的种子液贮液罐、种子液供给管和种子液接种器，通过所述种子液接种器以将种子液分别接种在每个所述培养板上。

可选的，还包括培养基组件，所述培养基组件与所述支撑件相连通，以对所述培养板进行补给和回收培养基。

进一步的，所述培养基组件包括培养基贮液罐、培养基分布器和培养基收集器；其中，

所述培养基贮液罐连有循环泵，用于将培养基泵入所述培养基分布器内；

所述培养基分布器与所述培养基贮液罐相连，用于接收所述循环泵泵入的培养基；所述培养基分布器包括主干分布器和支干分布器，所述支干分布器通过所述主干分布器将泵入的培养基滴落在所述培养板上，在所述支干分布器上还开设有多个向所述培养板滴落培养基的孔；

所述培养基收集器与所述培养基贮液罐相连，用于回收所述培养板上滴落的富余培养基；所述培养基收集器包括主干收集器和支干收集器，所述支干收集器通过所述主干收集器将富余培养基回收至所述培养基贮液罐。

进一步的，所述培养基贮液罐还连有碳源补给系统。

可选的，还包括收集组件，所述收集组件包括藻泥收集器和藻泥收集槽。

本发明实施例提供了一种折叠式微藻固定化培养系统，与现有的培养系统不同的是，多个培养板在支撑件内首尾依次连接，且连接处分别与支撑件相连，呈“W”型分布在支撑件内，这样太阳光线无论从哪个角度照射，培养板都可以较好地通过调整接受到太阳光，以避免对太阳光造成浪费，从而提高培养板对光能的利用率，进而可使整个培养系统培养微藻的产量大幅度提高。

附图说明

图1为现有技术中插板式微藻半干固态贴壁培养装置的示意图；

图2为现有技术中插板式微藻半干固态贴壁培养装置在太阳高度角较大时培养板上的光照射示意图；

图3为现有技术中插板式微藻半干固态贴壁培养装置在太阳高度角较小时培养板上的光照射示意图；

图4为本发明实施例提供的折叠式微藻固定化培养系统的示意图；

图5为本发明实施例提供的折叠式微藻固定化培养系统在太阳高度角较大时培养板上的光照射示意图；

图6为本发明实施例提供的折叠式微藻固定化培养系统在太阳高度角较小时培养板上的光照射示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明实施例提供的折叠式微藻固定化培养系统进行详细描述。

图4为本发明实施例提供的折叠式微藻固定化培养系统的示意图。如图4所示，本发明实施例提供了一种折叠式微藻固定化培养系统，包括支撑件1和设置在支撑件1内的多个培养板2，相邻培养板2的首尾依次连接，且连接处分别与支撑件1连接。

微藻是能够进行光合作用的水生藻类，其生长的关键因素在于其光合作用的程度，换言之，关键因素在于培养微藻的培养板2对光能的利用程度，所以，本发明所提供的培养系统需置于室外(或是室内)光照环境中。在本申请中，支撑件1为长方体的框架结构，由于其框架的结构大小完全依赖于微藻的培养规模，所以其大小并不作具体限定，同时，由于规模不定，所以对于在支撑件1内能够设置的培养板2的数量也不作具体限定。其中，培养板2的形状可为矩形，与支撑件1等宽，这样可将培养板2更好地放置于支撑件1内。培养板2的表面所选用的材料在本发明中并不作具体限定，只要是适宜种子液进行生长的吸水保水性材料即可，如多孔材料或毛绒材料。

在本申请中，相邻的培养板2的首尾依次连接，且连接处分别与支撑件1连接。在本申请中，相邻的培养板2的首尾依次连接的连接处分别交替与支撑件1的上部或下部相连，这样可有效地提高在具有一定大小的支撑件1内部的培养板2的数量，可最大程度上的实现微藻的超高密度的培养。相邻的培养板2的首尾连接处可设置于支撑件1的内槽中，通过支撑件1对培养板2固定，以实现较稳定地整体的折叠式结构。需要说明的是，培养板2可以是分开的若干的培养板2，通过首尾连接以形成整体的折叠式结构；也可以是一个整体，通过一定的间隔固定在支撑件1上，以形成培养基的首尾连接处依次与支撑件1连接的整体折叠式结构。

本发明实施例提供了一种折叠式微藻固定化培养系统，与现有的培养系统不同的是，多个培养板在支撑件内首尾依次连接，且连接处分别与支撑件相连，呈“W”型分布在支撑件内，这样太阳光线无论从哪个角度照射，培养板都可以较好地通过调整接受到太阳光，以避免对太阳光造成浪费，从而提高培养板对光能的利用率，进而可使整个培养系统培养微藻的产量大幅度提高。

在本发明的另一实施例中，支撑件1的高度是可调节的；与支撑件1相连接的培养板2的首尾连接处在水平方向上是可滑动的。将首尾连接处在水平方向上设置为可滑动的同时，将支撑件1的高度设置为可调节的，那么就可通过同时调节支撑件1的高度，再配以调节首尾连接处的滑动就可对培养板2的倾角进行调节，在调节的过程中，支撑件1的高度升高，则相邻培养板2连接形成的夹角变小；支撑件1的高度降低，则相邻培养板2连接形成的夹角变大，使培养板2的倾角随太阳高度角的变化而变换，就可使培养板2最大程度利用光能提供可能。需要说明的是，连接处在水平方向上的滑动可以是手动滑动，也可以是自动的，包括下文所述的折叠扣件的滑动，也是如此，以下不再赘述。

在本发明的另一实施例中，还可包括折叠扣件3，所述折叠扣件3分别设置在所述支撑件1的上部和下部，以分别对培养板2的首尾连接处进行固定。设置折叠扣件3的作用是对培养板2进行固定，即当培养板2为独立的培养板2时，可通过折叠扣件3对培养板2的首尾连接处进行固定，以使其可拉伸为平整的平面结构；当培养板2为整体式培养板2时，也可通过折叠扣件3对具有一定间隔的培养板2进行固定，以使其也可形成拉伸平整的平面结构。可以理解的是，在本申请中，折叠扣件3对培养板2主要起到紧固作用，所以只要能够对吸水保水性材料起到固定作用的物件，本领域技术人员均可将其用作折叠扣件3，例如折叠夹、折叠扣等，在本申请中对折叠扣件3的具体形式不作具体限定。

进一步的，折叠扣件3在水平方向上是可滑动的。由于折叠扣件3分别设置在支撑件1的上部和下部，即支撑件1的上部和下部的内槽中，且其在内槽中还可在水平方向上进行滑动，那么通过折叠扣件3的滑动，就可以实现培养板2在水平方向上的移动，也为其能够根据太阳高度角的变化而进行滑动提供基础，以使培养板2最大程度利用光能。

在本发明的又一实施例中，还可包括控制组件4，控制组件4与所述折叠扣件3以及所述支撑件1相连，以对折叠扣件3的滑动以及支撑件1的高度进行调整。其中，控制组件4对折叠扣件3的滑动以及支撑件1的高度起到调控作用，这样，在培养板2有需要调整其倾角以最大程度的接受太阳光线时，就可通过控制组件4对折叠扣件3的滑动以及支撑件1的高度进行调整，以使培养板2能够在最大程度上接受微藻生长所需的光能。例如，在太阳高度角较大时，可将折叠扣件3在水平方向上调整为较疏松，并同时降低支撑件1的高度，以增大培养板2之间的角度来进行调整，如图5所示，其中C’代表培养板2的阴影区域；在太阳高度角较小时，可将折叠扣件3在水平方向上调整为较紧密，并同时升高支撑件1的高度，以减小培养板2之间的角度来进行调整，如图6所示，其中，B’代表培养板2直接接受太阳光的区域。由图5和图6可看出，通过对培养板2倾角的调整，可使培养板2最大程度的接受太阳光。可以理解的是，在本申请中，控制组件4主要起到连接调控作用，只要能够实现此目的，本领域技术人员均可将其用作控制组件4，例如折叠控制器等，在本申请中对控制组件4的具体形式不作具体限定。

在本发明的又一实施例中，在所述控制组件4上还可设有太阳高度角追踪器，以根据太阳高度角的变化，对所述培养板2的倾角进行调整。配有太阳高度角追踪器后，可使培养板2自行根据太阳高度角进行调整，这样就可使太阳光的利用率大大提高。

在本发明的又一实施例中，还可包括接种组件，所述接种组件包括依次连通的种子液贮液罐8、种子液供给管9和种子液接种器10，通过所述种子液接种器10以将种子液分别接种在每个所述培养板2上。其中，种子液接种器10可沿支撑件1上部的水平方向进行移动，同时，种子液接种器10还可配有循环泵，这样通过控制种子接种器的移动，就可通过循环泵自动地将种子液接种器10中的种子液通过种子液接种器10接种到每个培养板2上，以提高培养板2上的自动化接种效率。此外，通过种子液接种器10的移动，还可使整个培养面均覆盖种子液，从而进一步提高接种效率。

在本发明的又一实施例中，还可包括培养基组件，所述培养基组件与支撑件1相连通，以对培养板2进行补给和回收培养基。在整个微藻的培养过程中，需不断地向培养板2提供能够保持藻细胞群体湿润的培养基，以维持藻细胞的高效生长，换言之，培养基的补给与回收始终处于动态平衡的过程中。

所述培养基组件可进一步包括培养基贮液罐5、培养基分布器6和培养基收集器7；其中，培养基贮液罐5配有循环泵，用于将培养基泵入培养基分布器6内；培养基分布器6与培养基贮液罐5相连，用于接收所述循环泵泵入的培养基；培养基分布器6包括主干分布器和支干分布器，所述支干分布器通过所述主干分布器将泵入的培养基滴落在培养板2上，在所述支干分布器上还开设有多个向培养板2滴落培养基的孔；培养基收集器7与培养基贮液罐5相连，用于回收培养板2上滴落的富余培养基；培养基收集器7包括主干收集器和支干收集器，所述支干收集器通过所述主干收集器将富余培养基回收至培养基贮液罐5。

其中，培养基贮液罐5连有循环泵，此外，培养基贮液罐5还与碳源补给系统相连，这样通过循环泵，可将培养基贮液罐5中的培养基以及碳源补给系统中的碳源一同泵入培养基分布器6中。所述碳源可以是含有二氧化碳的空气、纯二氧化碳、碳酸盐或碳酸氢盐溶液等等，本领域技术人员可以自行选择，本实施例中对碳源的种类不作具体限定。

培养基分布器6由两部分组成，即主干分布器和支干分布器，其中，所述主干分布器一方面用于接收通过循环泵泵入的培养基以及碳源，另一方面用于将上述培养基及碳源输送至所述支干分布器内，主要起到过渡作用；所述支干分布器则一方面用于接收主干分布器输送的培养基，另一方面则用于向培养板2滴落培养基。需要说明的是，每个支干分布器可与在支撑件1上部相连的两块培养板2相对应，也可与单独的一块培养板2相对应(例如位于边缘侧的培养板2)，这样可使每块培养板2在培养过程中均接受到不断供给的培养基。另外，在所述支干分布器上还开设有多个向培养板2滴落培养基的孔，可以理解的是，对于所述支干分布器上开设的孔的具体形式在这里并不作具体限定，还可以是槽、喷淋管等其它形式，采用的形式只要是能够向培养板2均匀滴落培养基即可。可以理解的是，所述支干分布器的宽度应窄于两块培养板2在支撑件1上部连接处的宽度，以避免大量的培养基滴落从而使培养板2上的种子液被冲刷掉。

培养基收集器7与培养基贮液罐5相连，用于回收所述培养板2上滴落的富余培养基，以使整个培养基的补给与回收处于动态平衡过程中。其中，培养基收集器7包括主干收集器和支干收集器，所述支干收集器通过所述主干收集器将富余培养基回收至培养基贮液罐5。可以理解的是，所述支干收集器的宽度应宽余两块培养板2在支撑件1下部连接处的宽度，设置的宽度只要能够保证富余流下的培养基均能经所述支干收集器流向所述主干收集器回收至培养基收集器7即可，从而避免富余流下的培养基外流而造成浪费。

在本发明的又一实施例中，还可包括收集组件，所述收集组件包括藻泥收集器11和藻泥收集槽12。藻泥收集器11采用单面刮板形式，且是可以移动的，通过藻泥收集器11的移动，可提高微藻在培养面上生长后的自动化收获效率。其中，单面刮板形式可以是刮刀、刮板等具体形式，只要能够将培养板2上的微藻收获即可，具体形式不作限定。

下面将结合附图4对本发明所提供的折叠式微藻固定化培养系统的工作过程进行详细说明。

将本发明所提供的折叠式微藻固定化培养系统置于室外(或是室内)光照环境中。在种子液贮液罐8内装入微藻种子液，开启循环泵，使种子液通过种子液供给管9输送到种子液接种器10，然后通过移动种子液接种器10的位置将种子液均匀地接种在培养板2的表面上；在培养基贮液罐5内装入适合特定微藻种生长的培养基，将培养基贮液罐5与碳源补给系统连通，开启循环泵，并调节水泵流速使培养基通过培养基分布器6补给到培养板2上的藻细胞固定化生长的附着材料上，以保持培养表面的湿润，并为其生长提供营养成分。将培养板2上滴落下的富余培养基通过培养基收集器7回流入培养基贮液罐5内。当培养至细胞收获时期，控制藻泥收集器11，使其从培养板2的一端开始滑动，从而将培养板2表面上的微藻细胞全部收获至藻泥收集槽12中即可。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围。

Claims (10)

1.一种折叠式微藻固定化培养系统，包括支撑件和设置在所述支撑件内的多个培养板，其特征在于，相邻所述培养板的首尾依次连接，且连接处分别与所述支撑件相连接；

所述培养系统还包括接种组件，所述接种组件包括依次连通的种子液贮液罐、种子液供给管和种子液接种器，通过所述种子液接种器以将种子液分别接种在每个所述培养板上，其中，所述种子液接种器可沿所述支撑件上部的水平方向进行移动，同时，所述种子液接种器还配有循环泵，以通过控制所述种子接种器的移动，通过所述循环泵自动地将所述种子液接种器中的种子液通过所述种子液接种器接种到每个培养板上。

2.根据权利要求1所述的培养系统，其特征在于，所述支撑件的高度是可调节的；与所述支撑件相连接的所述培养板的首尾连接处在水平方向上是可滑动的。

3.根据权利要求1所述的培养系统，其特征在于，还包括折叠扣件，所述折叠扣件分别设置在所述支撑件的上部和下部，以分别对所述培养板的首尾连接处进行固定。

4.根据权利要求3所述的培养系统，其特征在于，所述折叠扣件在水平方向上是可滑动的。

5.根据权利要求1或3所述的培养系统，其特征在于，还包括控制组件，所述控制组件与所述折叠扣件以及所述支撑件相连，以用于对所述折叠扣件的滑动以及所述支撑件的高度进行调整。

6.根据权利要求5所述的培养系统，其特征在于，在所述控制组件上还设有太阳高度角追踪器，以根据太阳高度角的变化，对所述培养板的倾角进行调整。

7.根据权利要求1所述的培养系统，其特征在于，还包括培养基组件，所述培养基组件与所述支撑件相连通，以对所述培养板进行补给和回收培养基。

8.根据权利要求7所述的培养系统，其特征在于，所述培养基组件包括培养基贮液罐、培养基分布器和培养基收集器；其中，

所述培养基贮液罐连有循环泵，用于将培养基泵入所述培养基分布器内；

所述培养基分布器与所述培养基贮液罐相连，用于接收所述循环泵泵入的培养基；所述培养基分布器包括主干分布器和支干分布器，所述支干分布器通过所述主干分布器将泵入的培养基滴落在所述培养板上，在所述支干分布器上还开设有多个向所述培养板滴落培养基的孔；

所述培养基收集器与所述培养基贮液罐相连，用于回收所述培养板上滴落的富余培养基；所述培养基收集器包括主干收集器和支干收集器，所述支干收集器通过所述主干收集器将富余培养基回收至所述培养基贮液罐。

9.根据权利要求8所述的培养系统，其特征在于，所述培养基贮液罐还连有碳源补给系统。

10.根据权利要求1所述的培养系统，其特征在于，还包括收集组件，所述收集组件包括藻泥收集器和藻泥收集槽。