CN112654696A - 用于生产微藻的设备和方法 - Google Patents

Abstract

用于生产微藻的该设备(30)包括旨在接收微藻的培养基的容器(1)以及旨在定位在容器中、培养基内部的照明装置(6)。照明装置(6)配置成发射至少在对微藻的光合作用有用的波长范围内的光。该设备包括：控制系统(15)，其用于自动控制照明装置(6)的电源，以便根据容器(1)中的微藻的浓度来调节照明装置(6)的输出光强度。

Description

用于生产微藻的设备和方法

本发明涉及用于生产诸如螺旋藻(钝顶节旋藻)的微藻的装置和方法。具体地，本发明涉及用于自主生产和家用生产新鲜微藻的装置和方法。

使用微藻来维持食物转换是非常有意义的，特别是在增加动物蛋白的替代的过程中。全世界大约有150种不同种类的微藻被培养出来。钝顶节旋藻(也称为螺旋藻)是最广泛培养的微藻，占世界产量的50％。螺旋藻是一种具有高度生态和营养品质的超级食物，其能够针对大部分的人群。这种丝状蓝绿藻(filamentous blue-green algae)或蓝藻(cyanobacterium)天然存在于热带湖泊中，营养价值很高。生物质由60％以上的蛋白质组成，而蛋白质营养全面，含有所有必需的氨基酸。它还具有包括显著量的铁和硒的矿物质，维生素A、D、E、Bl、B2、B3、B6、B7、B8、B12和K，包括藻蓝蛋白、必需脂肪酸、甾醇等的天然抗氧化剂。由于无细胞壁，生物很容易消化。

大多数可商购获得的微藻(特别是螺旋藻)是在开放系统中并且利用自然条件(如阳光、环境温度和适时的季节)在工厂规模的培养中生产的。微藻在收获后必须进行转化，以保证商业化终端产品的长期保存。转化过程的每一步(包括升温、加压、挤压、干燥)通常都会降低微藻的营养品质。此外，对于进口微藻，可能存在与可追溯性或污染有关的问题。由于这些原因，对于允许日常和高质量的食用新鲜微藻的本地生产(并且，最近对家庭生产)的需求日益增长。

对于微藻的生产，还已知的是使用光生物反应器，这些光生物反应器是允许光合微生物在光能的存在下发育的封闭系统。与开放系统相比，这种封闭系统具有许多优点，其生产力更高、耗水量更低、污染风险更低。然而，利用已知的光生物反应器，不可能优化出于家庭使用目的的生产力，特别是当培养浓度波动时，就像允许每天收获微藻的光生物反应器那样。

US 2010/028977 A1公开了用于生产藻类的生物反应器，所述藻类用作生物燃料工业的原料。在一个实施例中，生物反应器包括旨在接收藻类培养基的圆柱形容器和定位于容器中、培养基内部的照明装置。该照明装置包括多个发光条，这些发光条轴向间隔开并且附接到转盘上，该转盘能够围绕在该容器内的旋转轴线可变旋转。可以执行使用粘度传感器的粘度监测和使用光学传感器的浊度监测。然后，可以自动调节转盘的旋转速率，以保持光和强度的均匀分布。这种布置使得可以在培养的每个步骤或当培养浓度波动时优化生产率。

本发明旨在更具体地通过提出一种用于生产微藻的装置和方法来弥补这些缺点，使得在培养的每个步骤中以优化的生产率每天培养和食用新鲜、安全的微藻成为可能。

为此目的，本发明的主题是一种用于生产微藻的设备，该设备包括旨在接收微藻的培养基的容器和旨在定位在容器内、培养基内部的照明装置，该照明装置配置成发射至少在对微藻的光合作用有用的波长范围内的光，其中，该设备包括：控制系统，其用于自动控制照明装置的电源，以便根据容器中微藻的浓度来调节照明装置的输出光强度。

通过本发明，可以根据容器中微藻的浓度来实时调节照明装置发射的和微藻接收的光强度。这样，可以优化培养的每个步骤的生产率。具体地，在培养开始时，当微藻的浓度低时，将照明装置的输出光强度控制为避免细胞光解。然后，在微藻的生长阶段期间，照明装置的输出光强度不断地适应(特别是增加)，以应对于微藻的光合作用需要。在微藻的收获阶段期间，每次提取一定体积的微藻之后，将照明装置的输出光强度控制为调节至容器中剩余的微藻的新的较低浓度。

根据本发明的一个方面，控制系统包括至少一个光传感器，至少一个光传感器配置成接收由照明装置发射并且已经穿过培养基的光。通过这种布置，由光传感器接收的光强度与容器中的微藻的浓度相关。

根据一个实施例，控制系统包括处理单元，处理单元配置成控制照明装置的电源，以便根据容器中微藻的浓度将由光传感器接收的光强度调节为光强度的预定值。这样，根据预定关系，控制系统根据由光传感器接收的光强度来控制照明装置的输出光强度。特别地，从比尔-朗伯定律(Beer-Lambert law)得出了这种关系，并且对该装置进行了调整和优化。

根据一个实施例，该容器的壁是透明的，光传感器配置成接收总光，所述总光对应于：由照明装置发射并且已经穿过在容器中接收的培养基的光；以及由外部光源发射的、对于微藻的光合作用有用的环境光，控制系统包括处理单元，处理单元配置成控制照明装置的电源，以便根据光传感器接收到的环境光以及容器中微藻的浓度来调节照明装置的输出光强度。

根据一个实施例，处理单元配置成通过比较照明装置的输出光强度与光传感器从照明装置接收的光强度来确定容器中的微藻的浓度。基于所述比较和光传感器相对于照明装置的位置，可以确定培养基的吸光度。然后，可以根据比尔-朗伯定律从吸光度计算容器中微藻的浓度。

注意，为了具有由光传感器从照明装置接收的光强度的值，必须针对环境光校正由光传感器接收的总光强度。然后，通过在数秒期间关闭照明装置来测量环境光强度。这由处理单元自动完成。处理单元通过从总光强度中减去环境光强度来计算从照明装置接收的光强度。

根据一个具体实施例，处理单元配置成通过比较照明装置在其最大强度下的输出光强度与光传感器接收到的光强度来每天一次(在夜晚)确定容器中微藻的浓度。

根据一个实施例，照明装置居中地定位在容器内部。有利地，照明装置配置成从容器的中心沿所有径向方向发射光。这样，照明装置发射的光可以均匀地分布在容器中接收的培养基中，并且可以最优化地到达微藻进行光合作用。

根据一个实施例，光传感器定位在容器的周壁上。当容器的周壁是透明的时，光传感器优选地定位于容器的周壁的外表面上，以避免微藻在光传感器上的积累和校准问题。光传感器可以是对可见光敏感的光电晶体管。

优选地，光传感器相对于照明装置的位置以这样的方式选择：由光传感器接收的光强度代表容器中的微藻的平均浓度。例如，在圆筒形容器的情况下，当照明装置定位在圆筒形容器的中心处且沿着圆筒形容器的纵向轴线延伸并且光传感器定位在圆筒形容器的周壁上时，由光传感器接收的光强度代表容器中微藻的平均浓度，但前提是容器中微藻的浓度是均匀的，这可以通过适当地混合容器中接收的培养基来确保。

根据一个实施例，光传感器配置成不仅接收来自该设备的照明装置的光，而且接收外部光源发射的光，该外部光源发射在对微藻的光合作用有用的波长范围内的光，具体地包括白天期间的自然阳光。然后，包括光传感器和处理单元的控制系统可以以优化的方式控制照明装置的输出光强度，使得照明装置发射的光强度与周围外部光源发射的光强度互补，以符合微藻的光合作用需要。

根据一个有利的特征，为了使生产力最大化，照明装置配置成发射具有与微藻的色素特异性相匹配的波长的光。光传感器被选择为对至少这些波长敏感。在一个实施例中，照明装置可以配置成发射白光，使得微藻的所有色素参与光合作用。作为变体，照明装置可以配置成发射彩色光，并且然后，可以通过微藻的色素特异性和设备的所期望的外观(其必须吸引家庭使用)两者来决定光的颜色。对于螺旋藻(钝顶节旋藻)的培养，照明装置有利地配置成发射包括400nm-700nm波长范围的白光。

根据一个实施例，照明装置包括至少一个LED(发光二极管)作为光源。使用LED作为光源是有利的，特别是由于它们的高寿命和经济可承受性。在一个实施例中，照明装置可以包括沿着定位在容器的中心处的透明圆柱形管分布的多个LED。优选地，照明装置的每个光源具有至少120°的角度扩散(angle diffusion)。根据一个实施例，照明装置包括至少一个发射白光的LED，其CCT(颜色相关温度)大约在3000K至5000K之间，优选为大约4000K，提供宽光谱和良好的视觉外观。使用具有这种CCT的LED特别适用于螺旋藻(钝顶节旋藻)的培养。

根据一个实施例，照明装置配置成根据每天的开/关(ON/OFF)周期被激活，并且在打开(ON)期间，照明装置的输出光强度根据容器中微藻的浓度进行调节。有利地，关闭(OFF)期间在夜晚。根据一个实施例，处理单元配置成根据容器中微藻的浓度来控制照明装置的开/关切换以及在打开期间照明装置的输出光强度。

根据本发明的一个方面，该设备包括收获装置，收获装置配置成确保从一定体积的培养基过滤微藻。并且允许剩余的培养基返回到容器中。以此方式，收获装置确保了从容器中所取的给定体积的培养基中过滤微藻，同时允许营养物和水返回到容器中剩余的培养基中。

根据一个实施例，收获装置包括：隔膜泵，其配置成允许从容器吸入一定体积的培养基；和杯，其配置成接收从隔膜泵转移的待过滤的微藻。在一个实施例中，收获装置的隔膜泵和杯被容纳在旨在定位在容器上的盖中。优选地，杯以可移除的方式容纳在盖中，使得可以容易地收集过滤的微藻。

根据一个实施例，收获装置的隔膜泵的输出被连接到过滤膜，该过滤膜位于杯上方，具有第一孔径，特别是数量级为300-400μm，而杯具有比第一孔径小的第二孔径，特别是数量级为30-60μm。以一种有利的方式，隔膜泵和过滤膜允许从容器中吸入培养基并且将其在杯中转移而不损坏细胞形态，确保了微藻的营养品质得以保存。

根据一个实施例，该设备包括处理单元，处理单元配置成：当用户应用相应的指令时，激活收获装置并允许自动过滤给定体积的培养物。特别地，该设备可以设置有收获按钮，用户可以点击收获按钮，其中，每次点击收获按钮触发给定体积的培养基的自动过滤。有利地，过滤的体积可以通过在收获按钮上点击若干次来调节。

根据本发明的一个特征，该设备包括加热装置，加热装置旨在调节在容器中接收的培养基的温度。根据本发明的另一个特征，该设备包括曝气混合装置，曝气混合装置旨在确保在容器中接收的培养基中的温度的均匀性和微藻分布的均匀性，并且旨在向培养基提供大气中的CO₂，并且从培养基中去除过量的溶解的O₂。

根据一个实施例，该设备包括处理单元，处理单元配置成控制照明装置、收获装置、加热装置、曝气混合装置全部。

根据有利的特征，该设备的电子元件容纳在可移除部分中，旨在装配到容器中。以此方式，容器一旦与可移除部分分离，就可以容易地洗涤，而没有损害电子元件的风险。设备的电子元件至少包括处理单元和电力变压器，该电力变压器旨在向该设备的电气部件(例如照明装置、收获装置、加热装置、曝气混合装置)供电。收获装置的隔膜泵和曝气混合装置的曝气泵也可以容纳在可移除部分中。具体地，可移除部分可以是可移除盖，该可移除盖旨在被定位在容器的顶部上，以便将其关闭。

本发明还涉及通过上述设备生产微藻的方法。

本发明的另一个主题是一种用于生产微藻的方法，该方法包括：

-用微藻的培养基来填充容器；

-激活定位于容器中、培养基内部的照明装置，照明装置配置成发射至少在对微藻的光合作用有用的波长范围内的光；

-自动控制照明装置的电源，以便根据容器中微藻的浓度来调节照明装置的输出光强度。

根据一个实施例，通过根据容器中微藻的浓度将由至少一个光传感器接收的光强度调节为光强度的预定值来执行照明装置的电源的自动控制。

根据本发明的一个特征，光传感器布置为接收由照明装置发射并且已经穿过培养基的光。然后，由光传感器接收的光强度取决于培养基的吸光度，其与容器中微藻的浓度相关。将培养基的吸光度的评估校正为考虑环境光强度。

根据一个特征，通过比较照明装置的输出光强度与光传感器从照明装置接收的光强度来确定容器中微藻的浓度。

根据一个特征，容器的壁是透明的，光传感器配置成接收总光，总光对应于：由照明装置发射并且已经穿过容器中接收的培养基的光；以及由外部光源发射的、对于微藻的光合作用有用的环境光，其中，控制照明装置的电源，以便根据由光传感器接收的环境光和容器中微藻的浓度来调节照明装置的输出光强度。

在一个有利的实施例中，在微藻的生长阶段和/或在微藻的收获阶段执行自动控制照明装置的电源以便根据容器中微藻的浓度来调节照明装置的输出光强度。因此，可以避免在生长阶段中在低浓度微藻下的细胞光解和/或适应在收获阶段中微藻提取所产生的微藻浓度的每个变化。照明装置的输出光强度的自动控制还考虑了环境光强度。

从根据本发明的用于生产微藻的设备和方法的实施例的以下描述中，本发明的特征和优点将变得显而易见，该描述仅通过实例并且参考附图给出，在附图中：

图1是根据本发明的用于生产微藻的设备的透视图；

图2是沿着图1的平面II的截面图；

图3是沿着图2的线III-III的截面图；和

图4是曲线图，该曲线图显示了：在通过图1至3的设备进行的螺旋藻(钝顶节旋藻)生产周期的示例性实例中，该设备的照明装置的输出光强度和该设备的容器中微藻的浓度根据在生长阶段中时间变化而发生的变化。

如图1至图3所示，根据本发明示例性实施例的设备30包括：圆柱形容器1，其旨在容纳微藻的碱性培养基；和盖2，其位于容器1上部。盖2旨在容纳和保护培养微藻所需的技术部件。盖2设计成封闭容器1，以降低蒸发并保护培养物免受污染。设备30还具有(230V的)通用电源系统23和容纳在盖中的电力变压器20，该电力变压器旨在以低电压(24V或12V)为设备的几个部件供电。设备30设置有用于切换设备开/关的主开关按钮18。

以有利的方式，容器1的壁是透明的，使得可以用来自定位于容器中的内部光源和外部光源两者的光来进行微藻的光合作用。作为变体，容器1的壁可以不是透明的，在这种情况下，设备30涉及仅利用内部光源的光进行微藻的光合作用。在该实施例中，容器1由玻璃制成，其具有作为惰性材料、耐受培养基特性、对微藻积聚提供弱粘附表面、易于洗涤和可持续的优点。当然，也可以考虑将除玻璃之外的透明材料用于容器1。

设备30包括照明装置6，照明装置6以这样的方式固定在盖2的下部3上：当盖2装配到容器1时，照明装置6浸没在容器1中接收的培养基中。在该实施例中，照明装置6包括在底部处气密地封闭的外部透明圆柱形管12和放置在外部管12内的内部透明圆柱形管21。LED14的灯带固定在内部管21上，使得LED 14沿着管12、21分布在两个管之间限定的体积中。在该实例中，圆柱形管12和21有利地由与食品用途兼容的PMMA(聚甲基(丙烯酸甲酯))制成。

在该示例性实施例中，当盖2装配到容器1时，照明装置6定位于容器1的中心。以此方式，由照明装置6发射的光均匀地分布在容器1中接收的培养基中，并且可以最佳地到达微藻以进行光合作用。LED 14的波长适合于要在设备中生产的微藻的色素特异性。例如，在设备30用于生产螺旋藻(钝顶节旋藻)的情况下，LED 14有利地为CCT为4100K的白色LED，使得所有螺旋藻色素都参与光合作用。

设备30还包括控制系统，该控制系统用于自动控制照明装置6的电源以便根据容器1中微藻的浓度来调节照明装置的输出光强度。如图1至图3中可见，该控制系统包括：光传感器15，其定位在容器1的周壁22的外表面22A上；以及处理单元19，其容纳在盖2中。例如，光传感器15可以是硅NPN外延平面光电晶体管，其对可见光的敏感度非常像人眼，具有570nm处的峰值灵敏度和20°的半灵敏度角。

根据本发明，处理单元19配置成控制照明装置6的电源以便以取决于容器1中的微藻的浓度的预定光强度值来调节由光传感器15接收的光强度。在该实例中，处理单元19还配置成根据每日开/关周期来激活照明装置6。根据具体实例，照明装置6的特性如下：每米60个LED；14,4W/m；以及照明装置6的控制参数为：在上午6点至下午10点之间开/关16小时/8小时，并根据打开期间容器1中的微藻的浓度调整输出光强度。

如图1中可见，光传感器15附接到沿着容器1的周壁22的高度延伸的竖直排水沟24。更准确地，光传感器15放置在排水沟24下方并抵靠容器1的周壁22。以这种方式，光传感器15可以捕获总光，所述总光对应于由照明装置6发射并且已经穿过在容器1中接收的培养基的光以及由外部光源发射的、对于微藻的光合作用也是有用的环境光，例如白天的自然阳光。为了一方面区分由光传感器15从照明装置6接收的光和另一方面区分由光传感器15从外部光源接收的环境光，处理单元19关闭照明装置6几秒钟。此时，光传感器15仅接收由外部光源发射的环境光。通过从所述总光中减去由外部光源发射的环境光，处理单元19计算由照明装置6发射并且已经穿过培养基的光。

该配置允许考虑周围外部光源的最佳光利用。以有利的方式，通过这样的配置，处理单元19可以以这样的方式控制照明装置6的输出光强度：由照明装置6发射的光强度补充由周围光源发射的光强度，以致由光传感器15接收的光强度被调节到光强度的预定值。

根据由光传感器15接收的光强度，处理单元19根据预定等式引导照明装置6的LED14的输出光强度，其中LED强度和容器中的微藻浓度之间的关系对应于在培养基的给定温度下微藻的光合作用需要。因此，处理单元19引导LED 14的输出光强度，使得：根据此时并在培养基的给定温度下微藻的光合作用需要来调节每个时间微藻接收的光强度。LED的输出光强度与微藻浓度之间的指数关系特别适用。

特别地，根据特定实施例，通过从光传感器15接收的总光强度(IR)减去当照明装置6关闭时由光传感器15测量的环境光强度(I_amb)来计算从照明装置6接收的光强度(IR_cor)。这由等式(1)表示：

IR_cor＝IR-I_amb (1)

根据等式(2)，由照明装置的输出光强度(I_LED)和从照明装置接收的光强度(IR_cor)来计算培养基的吸光度(A)：

微藻的浓度(c)由照明装置6与光传感器15之间的距离(1)和微藻溶液的吸收率(ε)根据等式(3)得出：

作为变体，吸光度与微藻浓度之间的关系可以通过在用具有不同浓度的样品校准之后的线性回归获得。

处理单元19还配置成通过控制加热装置10来自动调节容器1中接收的培养基的温度，加热装置10也固定在盖2的下部，并因此在盖2装配到容器1时浸没在培养基中。加热装置10呈加热电阻的形式，优选地由符合食品法规的不锈钢制成。加热装置10具有过热自控安全性。处理单元19配置成以成本有效的方式控制加热装置10，以保持培养物的最佳温度而不损坏细胞。根据具体实例，加热装置10的控制参数为：加热功率适于将培养基保持在35℃+/-l℃。

处理单元19还配置成控制曝气混合装置28，该曝气混合装置28旨在确保容器1中所接收的培养基中的温度的均匀性、微藻分布的均匀性以及气体交换。曝气混合装置28包括具有入口抗菌空气过滤器的空气泵8，该空气泵容纳在盖中，并通过柔性管25连接到曝气元件13。柔性管25穿过照明装置6的内部管21的内部空间，并密封连接到曝气元件13。曝气元件13延伸到照明装置6的管12、21的端部之外，以便在盖2装配到容器1时浸没在培养基中。根据食品法规，曝气元件13优选为不锈钢。处理单元19配置成控制曝气混合装置28，保持细胞在培养基中悬浮，维持气体交换,并且具体地，保持向光合生物供应CO₂并除去过量的溶解的O₂，并且确保培养基中的温度均匀性。CO₂的供应还保持培养基的pH值高于10。pH值水平有利于螺旋藻(钝顶节旋藻)的生长，并防止其他微生物群落的生长。除去过量的氧防止了高氧条件的累积。

设备30还具有收获装置29，收获装置29容纳在盖2的内部，收获装置配置成用于确保从容器1中取出的给定体积的培养基中过滤微藻，同时允许营养物和水返回到容器中剩余的培养基中。收获装置29包括连接到吸入培养管11的自吸式隔膜泵9，以允许从容器1吸入一定体积的培养基。收获装置29还包括具有不锈钢底部和圆柱形壁的杯16，其容纳在盖2内部并且由具有铰链的盖5保护。杯16可移除地保持在由盖2限定的过滤器支撑件4上，这样使得过滤后的微藻可以通过将杯16与盖2分离而容易地收获。

收获装置29的配置是这样的：在已经从容器1中泵出一定体积的培养基之后，微藻首先被过滤穿过具有315μm数量级的第一孔径的过滤膜，过滤膜被连接到隔膜泵9上并且位于杯16上方。该步骤允许从微藻中排除培养污泥。然后，将培养物转移并通过杯16过滤，杯16的底部和壁具有小于过滤膜的孔径的第二孔径，特别是大约55μm或30μm数量级。以这种方式，收获装置29允许从容器1吸取培养基并在杯16中转移，而不损害细胞形态，因此保持了微藻的营养品质。

在此，处理单元19再次配置成控制收获装置29。更具体地，该设备设置有收获按钮7，用户可以点击收获按钮7，从而对于每次点击，处理单元19触发给定体积的培养基的过滤，例如1L的培养基。可以通过在收获按钮7上点击几次来调整过滤的体积，例如，每次点击对应于1L。可选地，设备30可以包括收获指示器(图中未示出)以指示正确的收获时间。

如上所述，培养物的重要参数由处理单元19自动控制，包括：温度的均匀性；容器1中接收的培养基的温度；根据容器1中的微藻浓度变化而变化的照明装置6的开/关切换和在打开期间照明装置6的输出光强度；通过收获装置29提取的培养基的体积。特别地，由于处理单元19控制照明装置6和收获装置29两者，光控制可以在培养的任何时间进行，从而允许在待收获的微藻的时刻和数量方面具有广泛的使用自由度。

例如，在通过设备30生产螺旋藻(钝顶节旋藻)的情况下，整个生产周期在约40天的时间内发生，并被分为两个不同的阶段，即生长阶段和收获阶段。生长阶段持续时间为7-10天。收获阶段为约30天，这对应于螺旋藻的推荐固化时间(cure time)。如设备30所示，本发明的优点在于，其确保了在培养的每一个步骤中(在生长阶段和收获阶段两者期间)的最优化的生产率。处理单元19具有从加热装置10、光传感器15、曝气混合装置28、收获装置29获得的所有信息，以便根据容器1中的微藻的浓度和培养基的温度来实时调节由照明装置6发射并由微藻接收的光强度。

具体地，在培养开始时，当微藻的浓度低时，将照明装置6的输出光强度控制为避免细胞的光解。然后，在生长阶段，照明装置6的输出光强度不断地适应于微藻的光合作用需要。在收获阶段，在通过收获装置29每次提取一定体积的微藻之后，将照明装置6的输出光强度控制为调节至容器1中剩余的微藻的新的较低浓度，这可以通过处理单元19来计算。

作为实例，图4示出了：在通过设备30生产螺旋藻的示例性实例中，，照明装置6的输出光强度和容器1中微藻浓度根据生长阶段期间的时间变化而发生的变化。在该实例中，照明装置6的输出光强度由处理单元19自动调节，以便满足螺旋藻在每个时间的光合作用需要。

通过设备30生产螺旋藻(钝顶节旋藻)的方法的示例性实例包括如下的步骤。

首先，为了开始生长阶段，设备30的容器1填充有9L的脱矿质水。然后，将第一营养袋的内容物加入容器1内的水中。例如，第一营养袋的成分如下：NaHCO₃、NaCl、KNO₃、K₂SO₄、MgSO₄ 7H₂O、NH₄H₂PO₄、CaCl₂、CO(NH₂)₂。另外，提供FeSO₄以喂养微藻。

为了激活加热装置10和曝气混合装置28，随后通过主开关18打开设备30。溶解后，将接种菌株(1L，浓度为2g/L)轻轻加入到容器1中接收的培养基中。螺旋藻生长阶段以浓度为0.2g/L的10L培养物开始。接种菌株可以在浓度为2g/L微藻的1L的瓶中提供。还可以以另一种形式提供，例如在受保护的气氛中在新鲜的螺旋藻生物质下浓缩，从而允许接种菌株延长寿命。在生长阶段，微藻浓度在7至10天内由鲜绿色向深绿色演变。

生长阶段结束时，是收获阶段开始，对应于30天的新鲜螺旋藻食用期。每天，根据用户的需要，通过点击收获按钮7来收获培养基体积的最多30％。每次点击允许自动过滤1L培养基。剩余的培养基被回收并返回到容器1中。通过打开铰接罩5，过滤的微藻在位于设备30的盖2中的可移除杯16中是可获得的。经过允许加压过滤的微藻的人工步骤之后，新鲜的螺旋藻直接食用或添加到烹饪制剂中。新鲜螺旋藻可以在冰箱中4-5℃下保存48小时，或者通过冷冻或干燥保存更长时间。

为了补偿培养基中营养物的损失并维持生产率，在收获阶段期间定期向培养基中添加营养物。例如，30天的收获阶段需要的第二营养袋的成分如下：NaHCO₃、NaNO₃、NH₄H₂PO₄、K₂SO₄、MgSO₄ 7H₂O。提供FeSO₄以喂养或富集培养基。营养袋设计为保护营养物免受氧化和潮湿。蒸发也通过加入脱矿质水来补偿。30天的收获阶段之后，可以提供新的接种菌株和培养基以开始新的周期。

以有利的方式，可以提供具有较高浓度的一种或几种特定化合物(例如铁、锌、硒)的营养袋，以应对用户的特定营养缺乏。这些袋支持在特定化合物中富集培养物，导致新鲜螺旋藻中特定化合物的浓度更高。

根据本发明，在生产周期的生长阶段和收获阶段两者期间，为了避免光抑制现象，照明装置6的输出光强度由处理单元19根据容器1中的微藻浓度自动控制。光传感器15被校准成根据螺旋藻的具体需要接收光强度的预定值。如图4的曲线图中所示的，在低微藻浓度下，要由光传感器15接收的实现光强度的预定值所需要的照明装置6的输出光强度低。实际上，在低微藻浓度下，光吸收率低，并且对于所有微藻都确保了光在培养物中的渗透。微藻浓度越高，微藻细胞通过衍射现象吸收和反射光越多，使得光在培养物中的渗透越少。然后，随着微藻浓度的增加，照明装置6的输出光强度增加以在光传感器15处实现光强度的预定值。

本发明不限于所描述和示出的实例。特别地，在根据本发明的设备和方法的上述示例性实施例中，设备30包括独特的光传感器15，其是成本有效的但需要微藻浓度的高度均匀性。作为变体，根据本发明的设备和方法可以包括若干个光传感器，这些光传感器随后有利地周边分布在容器的壁上，以便检测培养基的几个区的光强度。此外，在上述实例中，已经提及了螺旋藻(钝顶节旋藻)，但是应当理解，本发明可应用于任何类型的微藻的生产，例如，小球藻或其他特定的营养物(例如，红茶菌)的生产。培养的条件适应于培养的微藻的具体类型，特别是培养基的温度和照明装置发射的光的波长和强度。

Claims (16)

1.一种用于生产微藻的设备(30)，所述设备包括：容器(1)，其旨在接收所述微藻的培养基；和照明装置(6)，其旨在定位在所述容器中、所述培养基内部，所述照明装置(6)配置成发射至少在对所述微藻的光合作用有用的波长范围内的光，其中，所述设备包括控制系统(15，19)，所述控制系统用于自动控制所述照明装置(6)的电源，以便根据所述容器(1)中微藻的浓度来调节所述照明装置(6)的输出光强度。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制系统包括：至少一个光传感器(15)，其配置成接收光，所述光由所述照明装置(6)发射并且已经穿过在所述容器(1)中接收的所述培养基。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述控制系统包括：处理单元(19)，其配置成控制所述照明装置(6)的电源，以便根据所述容器(1)中所述微藻的浓度将由所述光传感器(15)接收的所述光强度调节为光强度的预定值。

4.根据权利要求2或3中任一项所述的设备，其中，所述控制系统包括：处理单元(19)，其配置成通过比较所述照明装置(6)的所述输出光强度与所述光传感器(15)从所述照明装置(6)接收的所述光强度来确定所述容器(1)中所述微藻的浓度。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的设备，其中，所述容器(1)的壁是透明的，所述光传感器(15)配置成接收总光，所述总光对应于：由所述照明装置(6)发射并且已经穿过在所述容器(1)中接收的所述培养基的光；以及由外部光源发射的、对于所述微藻的所述光合作用有用的环境光，所述控制系统包括处理单元(19)，所述处理单元配置成控制所述照明装置(6)的电源，以便根据所述光传感器(15)接收到的所述环境光以及所述容器(1)中所述微藻的浓度来调节所述照明装置(6)的所述输出光强度。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的设备，其中，所述照明装置(6)居中地定位在所述容器(1)内部，同时所述光传感器(15)定位在所述容器(1)的周壁(22)上，优选地在所述容器(1)的所述周壁的外表面(22A)上。

7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述照明装置(6)包括至少一个发射白光的LED(发光二极管)，优选地具有在约3000K与5000K之间的CCT(颜色相关温度)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，所述设备包括收获装置(29)，所述收获装置(29)配置成确保从一定体积的所述培养基中过滤微藻并且允许剩余的培养基返回到所述容器(1)中。

9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述收获装置(29)包括隔膜泵(9)、具有第一孔径的过滤膜和具有比所述第一孔径小的第二孔径的杯(16)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，所述设备包括加热装置(10)，所述加热装置(10)旨在调节在所述容器(1)中接收的所述培养基的温度。

11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括曝气混合装置(28)，所述曝气混合装置(28)旨在确保在所述容器(1)中接收的所述培养基中温度的均匀性、微藻分布的均匀性以及气体交换。

12.一种用于生产微藻的方法，所述方法包括：

用所述微藻的培养基来填充容器(1)；

激活定位于所述容器中、所述培养基内部的照明装置(6)，所述照明装置(6)配置成发射至少在对所述微藻的光合作用有用的波长范围内的光；

自动控制所述照明装置(6)的电源，以便根据所述容器(1)中的微藻的浓度来调节所述照明装置(6)的输出光强度。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，通过根据所述容器(1)中的所述微藻的浓度将由至少一个光传感器(15)接收的光强度调节到光强度的预定值来执行所述自动控制所述照明装置(6)的电源的步骤，其中，所述光传感器(15)布置成接收由所述照明装置(6)发射并且已经穿过在所述容器(1)中接收的所述培养基的光。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，通过比较所述照明装置(6)的所述输出光强度与所述光传感器(15)从所述照明装置(6)接收的所述光强度来确定所述容器(1)中所述微藻的浓度。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，所述容器(1)的壁是透明的，所述光传感器(15)配置成接收总光，所述总光对应于：由所述照明装置(6)发射并且已经穿过在所述容器(1)中接收的所述培养基的光；以及由外部光源发射的、对于所述微藻的所述光合作用有用的环境光，其中，控制所述照明装置(6)的所述电源，以便根据由所述光传感器(15)接收的所述环境光和所述容器(1)中的所述微藻的浓度来调节所述照明装置(6)的所述输出光强度。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其中，在所述微藻的生长阶段期间和/或在所述微藻的收获阶段期间执行所述自动控制所述照明装置(6)的电源以便根据所述容器(1)中的微藻的浓度来调节所述照明装置(6)的输出光强度的步骤。

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