CN116445256A - 一种微藻培养装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于微藻培养领域，具体公开了一种微藻培养装置，包括培养池和固定化装置。固定化装置包括两个对称分布的环形滑轨，环形滑轨与地面相对固定。两个环形滑轨之间滑动设置有多个滑杆，各滑杆沿环形滑轨均匀分布。相邻两个滑杆之间均设置有培养板，培养板的两端分别与两个滑杆连接。培养板用于固定化培养微藻。培养池内承装有培养液，培养液中悬浮培养有微藻，环形滑轨的下部浸泡于培养液的液面以下。本发明能够实现“接种‑固定化培养‑收获‑接种”循环体系，让培养池中的微藻密度维持在适宜范围内，并使得培养板的两个面都能够培养微藻，光源得到二十四小时的充分利用。

Description

一种微藻培养装置

技术领域

本发明属于微藻培养领域，特别涉及一种微藻培养装置。

背景技术

微藻是指那些个体微小，介于微生物和植物之间，能进行放氧光合作用的藻类类群。通过光合作用，微藻细胞能有效地利用光能，将水、二氧化碳和无机盐类转化为有机物质，并释放出氧气，从而为其它生物的生存创造条件，从这个意义上说，微藻是地球生命的重要源泉。此外，微藻细胞由于富含蛋白质、氨基酸、碳水化合物、维生素、抗生素、高不饱和脂肪酸、多糖和色素等多种高附加值的生物物质，是人类食品、医药、燃料、精细化工材料等的重要资源。

目前常用的微藻培养方法主要包括悬浮式培养法和固定化培养法。悬浮式培养法操作简单，培养周期较短，可以快速得到大量微藻，但随着微藻大量繁殖，容易出现光照难以穿透而引起光照不均匀不均、二氧化碳浓度降低等现象，影响微藻的生长和繁殖。固定化培养法可以避免悬浮式培养法中的问题，具有更好的研发应用场景。

公开号为CN105087350B的中国发明专利，公开了一种折叠式微藻固定化培养系统，包括支撑件和设置在支撑件内的多个培养板，相邻培养板的首尾依次连接，且连接处分别与支撑件相连接。该技术方案中包括接种组件，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，种子液接种器可沿支撑件上部的水平方向进行移动，通过种子液接种器以将种子液分别接种在每个培养板上。还配有循环泵，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中的种子液通过种子液接种器接种到每个培养板上，以提高培养板上的自动化接种效率。

然而，上述技术方案存在以下问题：由于光源是从上方照射来的，只能在培养板的上表面培养微藻，下表面常年不见光，不能进行微藻的培养，造成培养空间浪费，而装置下方空间有限，难以布设有效的光源。

发明内容

本发明提供了一种微藻培养装置，将悬浮式培养法和固定化培养法相结合，解决悬浮式培养法随着微藻大量繁殖，容易出现光照难以穿透而引起光照不均匀不均、二氧化碳浓度降低等现象，影响微藻的生长和繁殖的问题，以及背景技术中引用的技术方案只能在培养板的上表面培养微藻，下表面常年不见光，不能进行微藻的培养，造成培养空间浪费的问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种微藻培养装置，包括培养池（100），还包括固定化装置（200）；所述固定化装置（200）包括两个对称分布的环形滑轨（210），所述环形滑轨（210）与地面相对固定；两个所述环形滑轨（210）之间滑动设置有多个滑杆（220），各所述滑杆（220）沿所述环形滑轨（210）均匀分布；相邻两个所述滑杆（220）之间均设置有培养板（230），所述培养板（230）的两端分别与两个所述滑杆（220）连接；所述培养板（230）用于固定化培养微藻；所述培养池（100）内承装有培养液，培养液中悬浮培养有微藻，所述环形滑轨（210）的下部浸泡于培养液的液面以下。

进一步，所述滑杆（220）为中空结构，并开设有多个透气微孔（221）。

进一步，所述培养板（230）上粘贴有培养基薄片（231）。

进一步，所述培养基薄片（231）上涂有凝固胶。

进一步，所述培养池（100）内设置有扰流装置（110）。

进一步，所述扰流装置（110）包括转动杆（111），所述转动杆（111）的一端可旋转安装于所述培养池（100）侧壁上，另一端贯穿所述培养池（100）侧壁，并与驱动电机（112）的输出端连接；转动杆（111）上均匀分部有扰流叶片（113）。

进一步，所述微藻培养装置的使用方法包括：定义所述微藻培养装置的两个所述环形滑轨（210）的对称面为对称面，该对称面的两侧为所述微藻培养装置的两侧；为所述微藻培养装置提供光照的光源布置在所述微藻培养装置两侧的斜上方。

进一步，所述微藻培养装置的使用方法还包括：定期旋转所述培养板（230），分配各所述培养板（230）的各侧面的平均每日光照时间均为十二小时。

进一步，所述微藻培养装置的使用方法还包括：将多个所述微藻培养装置整齐排列成多排多列，每个所述微藻培养装置的两侧均设置有光源，相邻两个所述微藻培养装置的临近侧共用一个光源。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

本发明能够实现“接种-固定化培养-收获-接种”循环体系，让培养池中的微藻密度维持在适宜范围内，从而解决悬浮式培养法随着微藻大量繁殖，容易出现光照难以穿透而引起光照不均匀不均、二氧化碳浓度降低等现象，影响微藻的生长和繁殖的问题。

本发明通过定期旋转培养板，可以分配各培养板的各侧面的平均每日光照时间均为十二小时左右，使得培养板的两个面都能够培养微藻，光源得到二十四小时的充分利用，解决了背景技术中引用的技术方案只能在培养板的上表面培养微藻，下表面常年不见光，不能进行微藻的培养，造成培养空间浪费的问题。而且，在旋转的过程中，每块培养板都有一段时间浸泡在培养液中，可以为培养板补充微藻繁殖所需的物质。

本发明收获时，只需取下沾满微藻的培养基薄片，换上新的培养基薄片即可，方便快捷，操作简单，而且装置结构简单，成本较低，适宜推广使用。

本发明巧妙利用旋转过程中滑杆在液位上、下位置的变化，通过开设微孔，实现为培养液补充二氧化碳的效果。

本发明通过将旋转的培养板与培养池结合，从而将将悬浮式培养法和固定化培养法相结合，用有限的装置同时产生多项有益效果：一是带走多余的微藻，维持培养池中微藻的浓度，消除了悬浮式培养法的弊端，并完成了固定化培养的接种过程；二是充分利用了二十四小时的光照，使得培养板的两个面均能够进行培养；三是可以使得培养板定期浸入培养液中补充养分，无需额外设置补充养分的装置；四是可以利用旋转运动促进空气中的二氧化碳溶于培养液中；五是借助旋转过程完成接种和收获，无需采用其他工具将培养板放入培养液中、在培养液中进行固定以及从培养液中取出。

微藻的规模化培养中，成本控制尤为重要，过多的部件意味着过高的成本以及更多的故障，这在潮湿的、长期的微藻培养中是不利因素。本发明通过装置在结构上的革新，无需配备过多的自动化部件，即可获得多项有益效果，值得推广和借鉴。

在一定程度上，本发明公开的其实是一种悬浮式培养法和固定化培养法相结合的、充分利用二十四小时光照的、方便接种和收获的全新的微藻培养方法，只不过这种方法要依靠本发明的装置来实现。

附图说明

图1为本发明微藻培养装置的结构图；

图2为本发明培养板的局部放大图；

图3为本发明转动杆的立体图；

图4为本发明规模化实施的立体示意图；

图5为本发明光照设置的俯视图；

图6为本发明光照设置的侧视图。

图中：100-培养池、110-扰流装置、111-转动杆、112-驱动电机、113-扰流叶片、200-固定化装置、210-环形滑轨、220-滑杆、221-透气微孔、230-培养板、231-培养基薄片、300-光源。

具体实施方式

在本实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本实施例得以实施的现实基础是：微藻每天需要的最佳光照时间约为十小时到十四小时左右，而由于天气情况变化不定，自然光照时常和强度难以控制，因此微藻规模化培养主要依靠人工光源。

参照图1至图3，本实施例公开了一种微藻培养装置，包括培养池100和固定化装置200。固定化装置200包括两个对称分布的环形滑轨210，环形滑轨210与地面相对固定。两个环形滑轨210之间滑动设置有多个滑杆220，各环形滑杆220沿滑轨均匀分布。相邻两个滑杆220之间均设置有培养板230，培养板230的两端分别与两个滑杆220连接。培养板230用于固定化培养微藻。培养池100内承装有培养液，培养液中悬浮培养有微藻，环形滑轨210的下部浸泡于培养液的液面以下。

本实施例接种的基本模式如下：

培养池100内采用悬浮式培养法培养微藻，为成熟的现有技术。培养板230能够沿环形滑轨210滑动，优选的，培养板230的两端分别与两个滑杆220铰接，避免因装置形状不规整导致无法转动的情况发生。接种时，环形滑轨210依次在培养池100中浸泡一段时间，使得微藻附着或固定在培养板230上，完成接种的培养板230从培养池100中移出，进行固定化培养。固定化培养结束后，从培养板230上收获微藻，并对培养板230进行处理后，再次移入培养液中进行接种，从而实现“接种-固定化培养-收获-接种”循环体系。

在操作成熟后，每间隔固定时间，收获并重新接种一个培养板230。可以预见的是，培养池100容积越大，微藻的繁殖空间和养分越多，单位时间里新增的微藻数量越多；培养板230面积越大，能够容纳并从培养池100中带走的微藻数量越多；在接种时，培养池100中微藻的浓度越大，培养板230能够固定并带走的微藻数量越多，从而能够调节培养池100中微藻的浓度。在上述基础上，通过设置培养池100的容积、培养板230的面积，并结合培养池100中养料的供给，可以使得培养池100中新增的微藻数量与培养板230从培养池100带走的微藻数量相近，并根据培养池100中微藻实际的繁殖速度波动适当延长或缩短收获和接种周期，让培养池100中的微藻密度维持在适宜范围内，从而解决悬浮式培养法随着微藻大量繁殖，容易出现光照难以穿透而引起光照不均匀不均、二氧化碳浓度降低等现象，影响微藻的生长和繁殖的问题。

本实施例在完成上述“接种-固定化培养-收获-接种”循环体系的同时，改进光照利用机制的原理如下：

参照图4至图6，提供了本实施例在规模化实施时的一种场景。定义本装置的两个环形滑轨210的对称面为对称面，该对称面的两侧为本装置的两侧。为本装置提供光照的光源300应当布置在装置两侧的斜上方。在倾斜光源300的照射下，旋转中心线以上的培养板230以及旋转中心线以下的培养板230均能够得到光照，且均是上表面见光，下表面背光。通过定期旋转培养板230，例如上下颠倒后，所有培养板230的培养面的上、下位置随之发生颠倒，原本背光的面见光，原本见光的面背光。因此，通过定期旋转培养板230，可以使得各培养板230的各侧面均能得到光照，光照时间大约在十小时到十四小时之间。采用这种方式，培养板230的两个面都能够培养微藻，光源300得到二十四小时的充分利用，解决了背景技术中引用的技术方案只能在培养板的上表面培养微藻，下表面常年不见光，不能进行微藻的培养，造成培养空间浪费的问题。

当然，在实际使用中，由于光源300发射的光线并非平行光，而是朝向各个方向，而且多个光源300之间也有互相的干扰，只不过大致是从上向下倾斜照射。因此背光面和见光面的过渡也并非准且的以旋转轴线所在的水平面为分界，尤其是处于中部的培养板230，其位置处于背光和见光的过渡阶段，培养板230外侧平均见光的时间要长于十二小时。内侧中间和边缘区域接受的光照时间也不相同，具体的照射面积及每个位置的照射时长与装置的半径、宽度、整体尺寸以及光源与装置的水平距离、垂直距离都相关，而实际现场所能提供的空间条件不确定，操作人员可根据实际情况进行调整，例如可建立三维模型模拟光照情况，在既定的空间内调整装置的半径、宽度以及光源位置，使得光照达到预期效果，然后再依据三维模型等比例实施。

综上所述，本发明在实施过程中需要根据场地情况事先进行调整规划，最终达到的效果也一定不是让培养板230的各个位置均完美获得平均每日十二个小时的光照，而是让培养板230的各个位置均获得大概平均每日半天左右的光照即可。本领域技术人员应当知晓，微藻对于光照时间的需求并没有那么苛刻，不影响本发明的实施。另外，本实施例每次旋转的角度也并非一百八十度，可以是六十度、九十度、一百二十度等等，也不一定一天必须转够一圈，旋转的目的是让所有的培养板230接受光照的时间相对均匀，都比较接近每日半天光照即可。

在旋转的过程中，每块培养板230都有一段时间浸泡在培养液中，可以为培养板230补充微藻繁殖所需的物质。

培养板230的旋转可以通过动力装置驱动，也可以手动转动，均为成熟的现有技术，不做赘述。

进一步，滑杆220为中空结构，并开设有多个透气微孔221。在培养液液位以上时，滑杆220内充满空气，在滑杆220浸没在培养液中后，滑杆220内的空气通过透气微孔221缓慢释放到培养液中，为培养液补充二氧化碳。采用这种设计，巧妙利用了装置的旋转动作，获得新的有益效果。

具体而言，在本实施例的培养板230上粘贴有培养基薄片231，培养基薄片231上涂有凝固胶，凝固胶使得微藻有效固定在培养基薄片231上。培养基薄片231可以是硬质材料，如木板，也可以是软质材料，如布料，只要具备一定的吸水性即可，固定方式也可以采用常规的方式，不做赘述。收获时，只需取下沾满微藻的培养基薄片231，换上新的培养基薄片231即可，方便快捷。

培养池100内设置有扰流装置110，用于带动培养液维持流动状态，让微藻与培养板230接触更充分，加快接种进程，同时减少微藻贴壁、沉底现象，还能够促进空气中的二氧化碳溶于培养液中。一种优选的实施方式，扰流装置110包括转动杆111，转动杆111的一端可旋转安装于培养池100侧壁上，另一端贯穿培养池100侧壁，并与驱动电机112的输出端连接。转动杆111上均匀分部有扰流叶片113。

本实施例还提供工了一种本装置的规模化实施方法，将多个本装置整齐排列成多排多列，每个装置的两侧均设置有光源300，相邻两个装置的临近侧共用一个光源300。

以上仅对本发明的较佳实施例进行了详细叙述，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种微藻培养装置，包括培养池（100），其特征在于，还包括固定化装置（200）；所述固定化装置（200）包括两个对称分布的环形滑轨（210），所述环形滑轨（210）与地面相对固定；两个所述环形滑轨（210）之间滑动设置有多个滑杆（220），各所述滑杆（220）沿所述环形滑轨（210）均匀分布；相邻两个所述滑杆（220）之间均设置有培养板（230），所述培养板（230）的两端分别与两个所述滑杆（220）连接；所述培养板（230）用于固定化培养微藻；所述培养池（100）内承装有培养液，培养液中悬浮培养有微藻，所述环形滑轨（210）的下部浸泡于培养液的液面以下。

2.根据权利要求1所述的微藻培养装置，其特征在于，所述滑杆（220）为中空结构，并开设有多个透气微孔（221）。

3.根据权利要求1所述的微藻培养装置，其特征在于，所述培养板（230）上粘贴有培养基薄片（231）。

4.根据权利要求3所述的微藻培养装置，其特征在于，所述培养基薄片（231）上涂有凝固胶。

5.根据权利要求1所述的微藻培养装置，其特征在于，所述培养池（100）内设置有扰流装置（110）。

6.根据权利要求5所述的微藻培养装置，其特征在于，所述扰流装置（110）包括转动杆（111），所述转动杆（111）的一端可旋转安装于所述培养池（100）侧壁上，另一端贯穿所述培养池（100）侧壁，并与驱动电机（112）的输出端连接；转动杆（111）上均匀分部有扰流叶片（113）。

7.根据权利要求1-6任一项所述的微藻培养装置，其特征在于，使用方法包括：定义所述微藻培养装置的两个所述环形滑轨（210）的对称面为对称面，该对称面的两侧为所述微藻培养装置的两侧；为所述微藻培养装置提供光照的光源（300）布置在所述微藻培养装置两侧的斜上方。

8.根据权利要求7所述的微藻培养装置，其特征在于，使用方法还包括：定期旋转所述培养板（230），分配各所述培养板（230）的各侧面的平均每日光照时间均为十二小时。

9.根据权利要求8所述的微藻培养装置，其特征在于，使用方法还包括：将多个所述微藻培养装置整齐排列成多排多列，每个所述微藻培养装置的两侧均设置有光源（300），相邻两个所述微藻培养装置的临近侧共用一个光源（300）。