CN1089991A - 螺旋藻的封闭式培养方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种螺旋藻的封闭式培养方法及装 置，特点是采用封闭循环式立式管道培养槽。将藻种 和培养液置入培养槽，鼓风机通过供气管道和培养槽 底部的散气石向槽内通入CO2混合气体，同时气举 原理使藻液循环流动；测试和控制装置完成培养液自 动补给、二氧化碳气体混合比、光照和温度调节；藻液 采收和培养液回收分离器采集藻泥和回收培养液，藻 泥经清洗、干燥形成藻粉或制成各种成品。

Description

本发明涉及螺旋藻的封闭式培养方法和装置，特别是涉及采用封闭循环式立体培养方法实现工厂化大量培养螺旋藻的方法及用于该方法的装置。
目前，国内外工厂化大面积培养螺旋藻均采用开放式或半开放式培养池平面养殖方法，培养池多数为水泥池，少数为瓷砖贴面水泥池或简易池;开放式为露天池，半开放式为塑料大棚或玻璃钢顶温室型，池水循环采用叶轮式搅拌。螺旋藻在室外大量培养，要求光照、温度及控制污染达到最适合其生长的条件，才能良好成长。但事实上，各方面均符合条件的自然环境是难以找到的。因此，现有开放式和半开放式培养池养殖螺旋藻的缺点是：池水易受环境（如雨水、灰尘等）污染，即便将培养池置于温室内，也同样难以避开昆虫与其它生物的污染和侵害;培养池的建筑材料成份复杂，其有害成份（如铅等）将会溶解在培养液中，而使藻体吸收富集，从而影响藻的品质;水泥池占地面积大，特别是在地价高的地区，增加了投资和生产成本;天然环境难以满足螺旋藻生长所必需的温度、光照度等生长条件，致使生产地域和季节受很大限制。
此外，目前采用封闭式方法培养螺旋藻，是靠水泵提升水位后形成自然落差而使藻液流动，该方法由于工序复杂，生产成本高，尚不能形成工厂化大量生产。
本发明的目的是提供一种封闭循环式立式管道培养槽培养螺旋藻的方法及装置。运用该方法和装置能克服现有开放式和半开放式培养池平面养殖螺旋藻易受污染、成本高及受地域和季节限制大的缺陷，亦能解决实验室封闭式培养方法工序复杂，尚不能工厂化大量生产的问题。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.采用本发明的封闭式培养方法，螺旋藻不受自然环境的污染;封闭循环式立式管道培养槽由透光、无毒并具有一定硬度的材料制成，生产出来的螺旋藻纯净高质，适宜保健食品加工和药物制作。
2.封闭循环式立式管道培养槽培养螺旋藻，是利用鼓风装置向培养液提供CO2气体的同时利用气举原理促使藻液循环流动，实现连续培养、连续收获的生产程序，形成工厂化大量生产。本方法可克服以往实验室封闭式培养研究中，为使藻液循环流动，要以水泵作动力，工序复杂的缺点。
3.封闭循环式立式管道培养槽高达2米以上，可有效利用空间，在同等产量下，节约占地面积的70%;降低温室修造设施费的50%。
4.封闭循环式立式管道培养槽设在透明温室内，采取自控系统调节光照和温度，保持最适合螺旋藻生长的条件，可使目前螺旋藻的生产水平由8g-10g/m2·day提高到25g/m2·day以上，并使螺旋藻生产扩展至所有地域和任何季节，极大地增加了产量。
本发明目的通过如下技术方案实现：
螺旋藻的封闭循环式培养方法程序（图1）
1.培养液的配制供应
螺旋藻封闭循环式立管道培养槽内的培养液须经预先配制。每种营养盐经单独溶解、沉淀、过滤后存入各自的营养盐贮液罐，然后按比例输入培养液配制罐。培养液配制罐通过管道与各组培养槽连接，及时输送或补充培养液。各营养盐贮液罐有单独管道与培养槽连接，根据测试装置所显示的数据，向培养槽及时补充培养液中所欠缺的营养元素，使培养槽中的营养盐维持合理水平。
2.封闭循环式立式管道培养槽养殖螺旋藻
一组培养槽（图2）是由10至30个透光、无毒的硬性材料（如有机玻璃、玻璃或聚碳酸脂等）制成的、高2m至2.5m、直径200mm至300mm的U型管道（1）直立连接而成，U型管的个数和培养槽的组数可依生产规模的大小而定。藻液在培养槽内的循环流动是靠供气装置向藻液供气所产生的气举原理实现的。每个U型管一侧底部装有一个散气石（2），通过供气管道（7）与鼓风机（8）相连通;通入气体后（可以是CO2的混合气体），气体从散气石释出，形成小气泡，带动藻液一起上升，在U型管两端形成水位差;U型管后端提升的水位流到该U型管相连的后一个U型管，每个U型管前端所损失的液位差，由前个U型管补充，这样形成连续的藻液流动和循环。同时，通过控制气量，可以调节藻液的流速。每组首个U型管前端的上部安装有培养液输入管（3），输入和补充因采收藻体所损失的培养液，以使液面保持恒定水平。每组U型管末端安装有分流管（5），与藻液采收和培养液回收分离器相连，将藻液送入分离器;再将分离后的培养液通过管道（6）再回流到培养槽。通过控制藻液的采收量，维持培养槽内的藻液浓度。
3.藻液采收和培养液回收分离
每组培养槽末端设分流管，分流管与藻液采收和培养液回收分离装置（9）相连;藻液经管道流入分离装置后，培养液大部分被滤出进入回收槽，经管道回流到培养槽;而藻泥则被输送到一条水槽里，被稀释后随水流到清洗装置。
4.清洗和干燥
清洗装置是由一个内置300目筛绢的不锈钢滚筒和一组喷头组成。滚筒斜放，藻液从滚筒一端进入，滚筒缓缓转动，同时喷头向藻液喷出雾状水珠，藻液在滚筒内受水珠不断冲洗，并沿滚筒流动到另一端。被清洗干净的藻液流进一个用300目筛绢做成的长条形布袋，藻液在布袋中因自然重力过滤作用，被浓缩成含水量85%至90%的藻泥。这些藻泥被送入干燥设备进行干燥，生产出藻粉或被提炼成各种产品。
实现上述方法的设备和装置包括：
（1）营养盐、溶解、沉淀、过滤装置;
（2）营养盐贮液罐;
（3）培养液配制罐;
（4）封闭循环式立式管道培养槽;
（5）供气装置;
（6）内置人工光源和自然光线折射板：采用特制的日光灯，插入培养槽的藻液内，利用人工光照，可使无自然光或自然光不足的情况下仍可继续生产，在培养槽的周围安装光线折射板，可使培养槽的每个部分都能接受到来自不同方向的光线。
（7）藻液采收和培养液回收分离装置;
（8）测试装置与控制装置：每组培养槽均设有1至2个测试点，连续测试CO2、N、P等含量和PH、光照度、温度及藻液浓度（用光密度法）。将测得数据输入电脑，通过控制装置调节和控制营养盐的输入浓度，调节CO2气体的混合比，调节光照度和温度，决定培养螺旋藻的采收量和时间。
（9）清洗装置;
（10）干燥设备;
（11）温室
图面说明：
图1是螺旋藻的封闭循环式培养方法流程图;
图2是封闭循环式立式管道培养槽示意图;
下面将结合附图描述本发明的实施方案;
向国内科研机构购买螺旋藻种（如武汉水生生物研究所），将螺旋藻种放入专门的藻种保种设备内，用继代培养保存藻种或筛选法选新藻株。采用改进的Zarrouk配方配制培养基和培养液。将藻种置入不同规格的玻璃瓶里逐级扩大培养，到所需生物量后，从盖口（4）放入到封闭循环式立式管道培养槽（1）内进行生产性培养。同时，营养盐分别在装置中经溶解、沉淀与过滤后置入营养盐贮液罐，再按所需比例输入培养液配制罐;培养液配制罐通过培养槽首个U型管上端管道（3）与各组培养槽连接，及时输送或补充培养液。
培养槽内的接种浓度为1g/L藓藻时，螺旋藻经6-7天的培养可达10g/L藓藻，此时即可收获，此为连续收获和连续培养周期。该期间，营养盐贮液罐根据测试装置所显示的数据，通过控制装置及时补充培养液中因藻体生长消耗而减少的营养元素，使培养槽中营养维持良好的水平;鼓风机（8）通过通气管道（7）与每个U型培养槽底部的散气石（2）相连通，将气体混合装置中的CO2混合气体通过散气石向培养槽内释出，向藻体提供光合作用所需的CO2，并带动藻液一起上升，在U型管两端形成水位差，这样形成连续藻液流动和循环;调节光线折射板，使培养槽各部分均能接受到来自不同方向的光线;若自然光照的强度不足，可开启人工内置光源。调节温室内温度至28℃～35℃，使螺旋藻处于最佳生长状态;连续测试CO2、N、P等含量、PH、光照度、温度及藻液浓度（用光密度法），将数据输入电脑，通过控制装置进行调节，并决定采收量和时间;维持藻液在培养槽的浓度10g/L，每天藻体所增加的部分，就是收获的产量，预计每日每升培养液的产量为5g/L。
采收时，藻液通过培养槽U型管末端与分离器相连的分流管（5）进入藻液采收和培养液回收分离器（9），培养液与藻泥被分隔开，培养液通过培养槽首个U型管与分离器相连通的管道（6），又回流到培养槽内;而藻泥则被输送到一条水槽里，被稀释后随水流到清洗装置;经清洗后，藻液经测试为中性，没有多余杂质（主要是培养液中的盐分），即可用300目筛绢制作的布袋承接，并在此浓缩成含水量85%～90%的藻泥。
随后，每袋浓缩后的藻泥（放置过程不超过2小时）放入冷冻干燥设备干燥，便可生产出高品质的螺旋藻粉产品。

Claims (3)

1、一种螺旋藻的封闭式培养方法，其特征(图1)是将藻种和培养液置入封闭循环式立式管道培养槽内，鼓风机通过供气管道和培养槽底部的散气石向槽内通入CO2的混合空气，气举原理促使藻液搅动和循环流动；运用测试和控制装置完成培养液供应、二氧化碳气体的混合比、光照和温度调节；然后，通过藻液采收和培养液回收分离器采收藻泥和回收培养液；藻泥经清洗及干燥后形成藻粉或被提炼成各种成品，形成一个连续培养，连续采收的工厂化大量生产过程。
2、一种用于权利要求1所述方法的专用设备和装置包括：
（1）营养盐溶解、沉淀、过滤装置;
（2）营养盐贮液罐;
（3）培养液配制罐;
（4）温室;
（5）供气装置;
（6）内置人工光源和自然光线折射板;
（7）藻液采收和培养液回收分离装置;
（8）测试装置与控制装置;
（9）清洗装置;
（10）干燥设备.
其特征在于：封闭式工厂化生产螺旋藻所专用的封闭循环式立式管道培养槽（图2）。
3、根据权利要求2所述的封闭循环式立式管道培养槽（图2），其特征是由10至30个透光、无毒的硬性材料制成的、高2m至2.5m，直径200mm至300mm的U型管道（1）直立连通，每个U型管顶部有盖口（4），首个U型管上部有管道（3）与营养盐贮液罐和培养液配制罐相通，首个U型管有管道（6）、末个U型管有分流管（5）与藻液采收和培养液回收分离器（9）连通，每个U型管底部的一侧装有散气石（2），通过供气管道（7）与豉风机（8）相连。
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