CN106635783A - 一种气升式微藻生物膜培养系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气升式微藻生物膜培养系统，包括培养罐、壳体、温度控制器、气体钢瓶，培养罐底部设有控温棒、气石、收集口，培养罐顶部设有出气口和加样口，培养罐设有光纤管和夹套，夹套内设有温度探针且与温度控制器连接，温度控制器与控温棒连接，光纤管内设有光纤，光纤与工控机连接，工控机与集控室连接，工控机连接有报警器，培养罐为透光培养罐，壳体内壁设有发光二极管组，发光二极管组与光照控制器连接，本发明具有双温度检测设备，报警设备，培养罐耐温性好的特点，能有效控制光强和光质，提高微藻培养产量和质量。

Description

一种气升式微藻生物膜培养系统

技术领域

本发明属于生物培养技术领域，具体涉及一种气升式微藻生物膜培养系统。

背景技术

微藻细胞富含氨基酸、蛋白质、维生素、不饱和脂肪酸等多种高附加值的生物物质，已经成为人类食品、医药、染料、精细化工领域的重要材料来源。目前，随着石油、煤炭等化石能源的日益枯竭，基于生物质的生物炼制引起了人们的高度重视，微藻作为重要的可再生能源能够提供大量的生物质( 油脂、淀粉、纤维素)，在生物炼制领域，具有广阔的应用前景。

现有技术如授权公告号CN 103773673 B 一种用于微藻培养的圆柱形气升式高效光生物反应器及应用 该发明公开了一种用于微藻培养的圆柱形气升式高效光生物反应器及应用，包括透光培养罐，还包括设置在透光培养罐外部的光照控制装置、设置在透光培养罐内部的温度控制装置和设置在透光培养罐底部的气体供应装置，透光培养罐的顶部设置有接种加样口和出气口，出气口上设置有第二过滤器，透光罐体底部设置有藻液收集口，藻液收集口上设置有阀门，该反应器采用高度和直径比例较大的圆柱形罐体，且设置了光强和光质可更换调节的光照装置，解决微藻培养密度增高以后产生的藻细胞自我遮蔽现象以及特定藻种对不同光质的需求情况，保证充足的光能供应，提高微藻的光合作用效率，易于实现高密度培养，但是仅用一种温度监测设备来检测培养罐内的温度似乎精确性不高，光照控制的安全性还有提升空间。

发明内容

本发明为解决上述技术问题提供一种可靠性好的气升式微藻生物膜培养系统，具有双温度检测设备，报警设备，培养罐耐温性好的特点，能有效控制光强和光质，提高微藻培养产量和质量。

本发明针对上述技术问题所采取的方案为：一种气升式微藻生物膜培养系统，包括培养罐、壳体、温度控制器、气体钢瓶，培养罐底部设有控温棒、气石、收集口，培养罐通过导管与收集口连接，收集口设有阀门，气石均布在培养罐底部，气石通过导管与气体供应口连接，气体供应口通过导管与第一过滤器连接，第一过滤器通过三通接头与第一流量计和第二流量计连接，第一流量计与空气泵连接，第二流量计与气体钢瓶连接，空气泵和气体钢瓶分别连接有空气过滤器，培养罐顶部设有出气口和加样口，出气口设有第二过滤器，培养罐设有光纤管和夹套，夹套内设有温度探针，温度探针通过导线与温度控制器连接，温度控制器通过导线与控温棒连接，温度控制器设有显示屏和温度调节器，光纤管底部连接至培养罐底部，光纤管顶部与培养罐顶部平齐，光纤管内设有光纤，光纤与工控机连接，工控机与集控室连接，工控机连接有报警器，集控室设有服务器、监视屏和上位机，培养罐安置于壳体内，培养罐为透光培养罐，壳体的直径为培养罐的1~3倍，培养罐的高度为培养罐直径的5~10倍，壳体内壁设有发光二极管组，壳体内壁与发光二极管组之间设有反光层，发光二极管组与壳体通过真空吸盘或螺栓或胶接方式连接，发光二极管组通过导线与光照控制器连接，光照控制器连接有光照开关和时间控制器。设有双温度检测设备和报警设备，保证培养温度在指定范围内且安全，使用的空气经过过滤，可防止细菌和杂质进入培养罐，气升式模式改善培养液的流动，促进微藻光合作用和生物产量，可有效控制光强和光质。

作为优选，光照控制器还连接有GSM手机卡报警器，GSM手机卡报警器连接有天线，可防止光照控制器出错导致培养失败的情况发生，可通过手机随时监控光照时间及控制光照开关。

作为优选，培养罐为圆柱形，培养罐底部设有环形凸环，培养罐表面设有隔热涂料，隔热涂料由以下成分及重量份组成：丙烯酸改性有机硅树脂30~52份、3-氨基异丁酸0.03~0.07份、低粘度高氯化聚乙烯树脂15~30份、纳米二氧化钛5~10份、盐酸萘乙二胺0.08~0.15份、纳米氧化锌2~3份、醋酸丁酯20~30份、正丁醇2~5份、环己酮2~5份。避免光照强度太大导致光照温度过高对微藻培养效果的影响。

作为优选，光纤管表面设有圆形凹点，光纤管为橡胶管，光纤管由以下成分及重量份组成：氯醇橡胶60~70份、聚乙二醇200 0.05~0.1份、快压出炭黑15~20份、2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体1~2份、β-丙氨酸0.1~0.2份、N，N′-二苯基-对苯二胺2~4份、2-乙酰基吡嗪0.02~0.06份、钛白粉3~5份、三氧化二锑5~8份、十溴二苯乙烷4~5份、氢氧化钙5~10份、硬脂酸0.5~1份、滑石粉8~12份、二氧化硅8~12份、氧化镁1~5份。橡胶管可很好的传递温度到橡胶管内壁且温差很小，光纤可拾取橡胶管周围的温度，达到准确的温度检测的效果。

有益效果：本发明采用温度计、控温棒和温度控制器可有效的控制培养罐内的培养液温度，采用光纤测温系统可在温度控制器失效时还可继续对培养液进行温度监测及超出设定温度的报警，提高培养安全性，设有的光照控制器连接有GSM手机卡报警器可防止光照控制器出错导致培养失败的情况发生，可通过手机随时监控光照时间及控制光照开关，在培养罐表面设有的隔热涂料可避免光照强度太大导致光照温度过高对微藻培养效果的影响，且不会影响培养罐的透光性，光纤管可很好的传递温度，利于提升光纤检测温度准确性。

附图说明

图1为本发明一种气升式微藻生物膜培养系统的结构示意图；

图2为本发明一种气升式微藻生物膜培养系统的夹套与温度探针示意图；

图3为本发明一种气升式微藻生物膜培养系统的培养罐俯视图；

图4为本发明一种气升式微藻生物膜培养系统的光纤传感系统示意图。

附图标记说明：1培养罐；2壳体；21发光二极管组；22光照控制器；23反光层；3温度控制器；31温度探针；32夹套；33控温棒；4气体钢瓶；41第一过滤器；42气石；43气体供应口；44第一流量计；45空气泵；46第二流量计；5阀门；6收集口；7出气口；8第二过滤器；9集控室；91光纤管；92工控机；93报警器；10支架；11加样口；12 GSM手机卡报警器。

具体实施例

以下结合附图和实施例作进一步详细描述：

实施例1：

如图1~4所示：一种气升式微藻生物膜培养系统，包括培养罐1、壳体2、温度控制器3、气体钢瓶4，培养罐1底部设有控温棒33、气石42、收集口6，培养罐1通过导管与收集口6连接，收集口6设有阀门5，气石42均布在培养罐1底部，气石42通过导管与气体供应口43连接，气体供应口43通过导管与第一过滤器41连接，第一过滤器41通过三通接头与第一流量计44和第二流量计46连接，第一流量计44与空气泵45连接，第二流量计46与气体钢瓶4连接，空气泵45和气体钢瓶4分别连接有空气过滤器，培养罐1顶部设有出气口7和加样口11，出气口7设有第二过滤器8，培养罐1设有光纤管91和夹套32，夹套32内设有温度探针31，温度探针31通过导线与温度控制器3连接，温度控制器3通过导线与控温棒33连接，温度控制器3设有显示屏和温度调节器，光纤管91底部连接至培养罐1底部，光纤管91顶部与培养罐1顶部平齐，光纤管91内设有光纤，光纤与工控机92连接，工控机92与集控室9连接，工控机92连接有报警器93，集控室9设有服务器、监视屏和上位机，培养罐1安置于壳体2内，培养罐1为透光培养罐，壳体2的直径为培养罐1的1~3倍，培养罐1的高度为培养罐1直径的5~10倍，壳体2内壁设有发光二极管组21，壳体2内壁与发光二极管组21之间设有反光层23，发光二极管组21与壳体2通过真空吸盘或螺栓或胶接方式连接，发光二极管组21通过导线与光照控制器22连接，光照控制器22连接有光照开关和时间控制器。设有双温度检测设备和报警设备，保证培养温度在指定范围内且安全，使用的空气经过过滤，可防止细菌和杂质进入培养罐1，气升式模式改善培养液的流动，促进微藻光合作用和生物产量，可有效控制光强和光质。

光照控制器22还连接有GSM手机卡报警器12，GSM手机卡报警器12连接有天线，可防止光照控制器22出错导致培养失败的情况发生，可通过手机随时监控光照时间及控制光照开关。

培养罐1为圆柱形，培养罐1底部设有环形凸环，培养罐1表面设有隔热涂料，隔热涂料由以下成分及重量份组成：丙烯酸改性有机硅树脂30~52份、3-氨基异丁酸0.03~0.07份、低粘度高氯化聚乙烯树脂15~30份、纳米二氧化钛5~10份、盐酸萘乙二胺0.08~0.15份、纳米氧化锌2~3份、醋酸丁酯20~30份、正丁醇2~5份、环己酮2~5份。避免光照强度太大导致光照温度过高对微藻培养效果的影响。

光纤管91表面设有圆形凹点，光纤管91为橡胶管，光纤管91由以下成分及重量份组成：氯醇橡胶60~70份、聚乙二醇200 0.05~0.1份、快压出炭黑15~20份、2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体1~2份、β-丙氨酸0.1~0.2份、N，N′-二苯基-对苯二胺2~4份、2-乙酰基吡嗪0.02~0.06份、钛白粉3~5份、三氧化二锑5~8份、十溴二苯乙烷4~5份、氢氧化钙5~10份、硬脂酸0.5~1份、滑石粉8~12份、二氧化硅8~12份、氧化镁1~5份。橡胶管可很好的传递温度到橡胶管内壁且温差很小，光纤可拾取橡胶管周围的温度，达到准确的温度检测的效果。

实施例2：

如图1~4所示，培养罐1底部设有控温棒33、气石42、收集口6，培养罐1通过导管与收集口6连接，收集口6设有阀门5，气石42均布在培养罐1底部，气石42通过导管与气体供应口43连接，气体供应口43通过导管与第一过滤器41连接，第一过滤器41通过三通接头与第一流量计44和第二流量计46连接，第一流量计44与空气泵45连接，第二流量计46与气体钢瓶4连接，空气泵45和气体钢瓶4分别连接有空气过滤器，培养罐1顶部设有出气口7和加样口11，出气口7设有第二过滤器8，培养罐1设有光纤管91和夹套32，夹套32内设有温度探针31，温度探针31通过导线与温度控制器3连接，温度控制器3通过导线与控温棒33连接，温度控制器3设有显示屏和温度调节器，光纤管91底部连接至培养罐1底部，光纤管91顶部与培养罐1顶部平齐，光纤管91内设有光纤，光纤与工控机92连接，工控机92与集控室9连接，工控机92连接有报警器93，集控室9设有服务器、监视屏和上位机，培养罐1安置于壳体2内，培养罐1为透光培养罐，壳体2与培养罐1可拆卸，壳体2的直径为培养罐1优选的2倍，培养罐1的高度为培养罐1直径优选的7倍，壳体2内壁设有发光二极管组21，壳体2内壁与发光二极管组21之间设有反光层23，发光二极管组21与壳体2通过真空吸盘或螺栓或胶接方式连接，发光二极管组21通过导线与光照控制器22连接，光照控制器22连接有光照开关和时间控制器。设有双温度检测设备和报警设备，保证培养温度在指定范围内且安全，光纤测温采用分布式光纤测温系统，。光纤测试采用BOTDA与DAS技术，稳定性和可靠性高于温度探针，使用的空气经过过滤，可防止细菌和杂质进入培养罐1，气升式模式改善培养液的流动，促进微藻光合作用和生物产量，可有效控制光强和光质。

光照控制器22还连接有GSM手机卡报警器12，GSM手机卡报警器12连接有天线，可防止光照控制器22出错导致培养失败的情况发生，若发生光照控制器出错的情况，GSM手机卡报警器会将报警信息发送到指定手机提醒相关人员，培养人员还可通过手机随时监控光照时间及控制光照开关。

培养罐1为圆柱形，培养罐1底部设有环形凸环，增加培养罐容量，培养罐1表面设有隔热涂料，隔热涂料由以下成分及优选的重量份组成：丙烯酸改性有机硅树脂40份、3-氨基异丁酸0.038份、低粘度高氯化聚乙烯树脂22份、纳米二氧化钛7份、盐酸萘乙二胺0.1份、纳米氧化锌2.3份、醋酸丁酯24份、正丁醇3份、环己酮2份。避免光照强度太大导致光照温度过高对微藻培养效果的影响，且隔热涂料不影响培养罐的透光性。

光纤管91表面设有圆形凹点，利于光纤管91外部温度传递到内壁，光纤管91为橡胶管，光纤管91由以下成分及优选的重量份组成：氯醇橡胶68份、聚乙二醇200 0.08份、快压出炭黑17份、2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体1.2份、β-丙氨酸0.15份、N，N′-二苯基-对苯二胺2.6份、2-乙酰基吡嗪0.05份、钛白粉4份、三氧化二锑7份、十溴二苯乙烷4.2份、氢氧化钙8份、硬脂酸0.7份、滑石粉10份、二氧化硅11份、氧化镁4份。橡胶管可很好的传递温度到橡胶管内壁且温差很小，光纤可拾取橡胶管周围的温度，达到准确的温度检测的效果。

实施例3：

如图1~4所示， 在接种之前对培养罐1内进行灭菌，灭菌时温度探针31和光纤均取出培养罐1，在培养罐1中加入培养基采用高压蒸汽灭菌，培养基为培养罐1体积的80%，在壳体2内壁安装发光二极管组21，光质为白光，6 组发光二极管组21光强分别为15、15、15、15、30和30μmol photonsm-2s-1，通过发光二极管组21的组合可提供光强范围为30-120μmolphotons m-2s-1 的4 档光照强度，每档依次提高30μmol photons m-2s-1，等培养罐1内培养基温度降至室温将其余部件安装好组成气升式微藻生物膜培养系统，然后，将微藻细胞通过加样口11接种于培养罐1中，接种密度为0.4×107cells/mL，持续光照，进行培养。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (4)

1.一种气升式微藻生物膜培养系统，包括培养罐（1）、壳体（2）、温度控制器（3）、气体钢瓶（4），其特征在于：所述培养罐（1）底部设有控温棒（33）、气石（42）、收集口（6），所述培养罐（1）通过导管与收集口（6）连接，收集口（6）设有阀门（5），所述气石（42）均布在培养罐（1）底部，气石(42)通过导管与气体供应口(43)连接，所述气体供应口(43)通过导管与第一过滤器(41)连接，所述第一过滤器(41)通过三通接头与第一流量计（44）和第二流量计（46）连接，所述第一流量计（44）与空气泵（45）连接，所述第二流量计（46）与气体钢瓶（4）连接，所述空气泵（45）和气体钢瓶（4）分别连接有空气过滤器，所述培养罐（1）顶部设有出气口（7）和加样口（11），所述出气口（7）设有第二过滤器（8），所述培养罐（1）设有光纤管（91）和夹套（32），所述夹套（32）内设有温度探针（31），所述温度探针（31）通过导线与温度控制器（3）连接，所述温度控制器（3）通过导线与控温棒（33）连接，所述温度控制器（3）设有显示屏和温度调节器，所述光纤管（91）底部连接到培养罐（1）底部，光纤管（91）顶部与培养罐（1）顶部平齐，所述光纤管（91）内设有光纤，光纤与工控机（92）连接，所述工控机（92）与集控室（9）连接，所述工控机（92）连接有报警器（93），所述集控室（9）设有服务器、监视屏和上位机，所述培养罐（1）安置于壳体（2）内，所述培养罐（1）为透光培养罐，所述壳体（2）的直径为培养罐（1）的1~3倍，所述培养罐（1）的高度为培养罐（1）直径的5~10倍，所述壳体（2）内壁设有发光二极管组（21），所述壳体（2）内壁与发光二极管组（21）之间设有反光层（23），所述发光二极管组（21）与壳体（2）通过真空吸盘或螺栓或胶接方式连接，所述发光二极管组（21）通过导线与光照控制器（22）连接，所述光照控制器（22）连接有光照开关和时间控制器。

2.根据权利要求1所述的一种气升式微藻生物膜培养系统，其特征在于：所述光照控制器（22）还连接有GSM手机卡报警器（12），所述GSM手机卡报警器（12）连接有天线。

3.根据权利要求1所述的一种气升式微藻生物膜培养系统，其特征在于：所述培养罐（1）为圆柱形，培养罐（1）底部设有环形凸环，所述培养罐（1）表面设有隔热涂料，所述隔热涂料由以下成分及重量份组成：丙烯酸改性有机硅树脂30~52份、3-氨基异丁酸0.03~0.07份、低粘度高氯化聚乙烯树脂15~30份、纳米二氧化钛5~10份、盐酸萘乙二胺0.08~0.15份、纳米氧化锌2~3份、醋酸丁酯20~30份、正丁醇2~5份、环己酮2~5份。

4. 根据权利要求1所述的一种气升式微藻生物膜培养系统，其特征在于：所述光纤管（91）表面设有圆形凹点，所述光纤管（91）为橡胶管，所述光纤管（91）由以下成分及重量份组成：氯醇橡胶60~70份、聚乙二醇200 0.05~0.1份、快压出炭黑15~20份、2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体1~2份、β-丙氨酸0.1~0.2份、N，N′-二苯基-对苯二胺2~4份、2-乙酰基吡嗪0.02~0.06份、钛白粉3~5份、三氧化二锑5~8份、十溴二苯乙烷4~5份、氢氧化钙5~10份、硬脂酸0.5~1份、滑石粉8~12份、二氧化硅8~12份、氧化镁1~5份。