CN205954009U - 藻类通气培养装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于藻类培养的藻类通气培养装置，包括：用于装载藻类培养液的培养瓶；用于与培养瓶结合的上盖，且上盖顶面具有开孔及设置于上盖与培养瓶之间的气密塞，气密塞用于使培养瓶内形成封闭的培养环境；用于连接空气帮浦的进气管，进气管的出气端可于藻类培养液中形成气泡及用于排放培养瓶中空气的出气管，其中，进气管与出气管穿设固定于气密塞。

Description

藻类通气培养装置

技术领域

本实用新型是有关于一种藻类培养装置，尤指一种用于藻类培养的封闭式藻类通气培养装置。

背景技术

自工业革命开始，人类对于地球耗竭性能源的需求与日俱增，历史上每次的能源危机都带来经济上的巨大损失。耗竭性能源如：煤炭、石油、天然气等化石燃料与核燃料、矿产等，虽然带给人们生活上便利，但对地球的破坏也日益严重，包括：温室效应、气候变迁、生物型态转变等。因耗竭性能源消耗速度过快且无法于短时间内再生成，使人们不得不开始寻找与研究其他替代能源，而再生能源由于具有低碳排放量与永续利用的特性，目前各国正积极发展再生能源，以取代耗竭性能源。

现有可利用的再生能源包括：风力、太阳能、地热、海水温差、波浪、潮汐、黑潮及海流、生质能等。其中，生质能泛指利用各种自然或人为化学反应，将有机物中蕴含的化学能释出，转化为供人类使用之热能。目前，生质能转换(Biomass conversion)主要有三种：(1).物理转换，例如：将废弃物分类压缩，从植物中榨油等；(2).热转换，包括：热解、燃烧、气化等，可产生热、气体与油，其中，燃烧为最常使用的手段；及(3).生物转换，利用微生物或酵素将生质转化成酒精、生质燃油或沼气等。由于生质能除利用有机物自身携带的能量外，亦可透过植物、微生物的生理机制，透过利用太阳能的方式，将水分及二氧化碳转化为化学能，因此，除可产生能源外，也同时降低污染及二氧化碳的排放。

早期生质能多以农林作物为原料，如将甘蔗、甜菜、玉米、菜籽油、大豆油、棕榈油等作物利用水解、发酵、转酯化等技术，制造生质能源。或以农业及都市废弃物，例如：稻杆、稻梗、木屑、蔗渣、废油脂等为原料，利用纤维素水解、发酵、转酯化等技术，制造生质酒精或生质柴油等替代能源。近代生质能以藻类为原料，再利用油脂萃取、水解、转酯化等技术来生产生质能。

由于以农林作物或农业及都市废弃物作为生质能原料，容易造成粮食作物能源化而造成粮食短缺，耕地面积的扩张亦让雨林面积逐年缩小，而导致物种灭绝及温室效应等问题的发生。

不同于农林作物或农业及都市废弃物，藻类具有高碳吸附量、高油脂含量、易于培养、生长时间短等优势，且其并非粮食作物，不影响粮食的供应，因藻类对于环境耐受度高易于培养，除可在海中立体培养外，甚至可于都市或工业废水培中养，在新式的培养方法下，其所需的土地面积日益缩小，且亦不受天候影响。此外，藻类行光合作用时可吸收二氧化碳，亦有效改善温室效应。

现有应用于生质能的藻类可粗分为微藻(Micro algae)与巨藻(Macro algae)，在制造生质燃料方面则以单细胞的微藻为主。

微藻的数量繁多，目前已知的种类超过3,000种，分布在全球各地，显见其具有很高的环境适应力而易于培养，例如：栅藻属(Scenedesmus)、红球藻属(Haematococcus)、小球藻属(Chlorella)、节螺藻属(Arthrospira)等。而依据不同藻类特性，现有的主要的培养基包括：BBM、f/2、花宝二号、Jaworski’s、BG-11、Mes-Volvox等。

微藻除含油量高外，其含碳量亦超过50％，显示其于培养时需要大量的二氧化碳，此一特性亦有助于解决部分温室气体排放的问题，目前已有利用燃煤电厂排放的二氧化碳养殖微藻的相关研究。此外，微藻亦可多元化的应用，例如雨生红球藻可提取虾红素用于保健食品及动物饲料，另外还有一些藻油可制作生质柴油、蛋白质可制作动物饲料、碳水化合物可发酵为酒精，而氮与磷等则可作为土壤肥料。

使用微藻制造生质燃料，过程大致包括：藻种选取、养殖、采收、浓缩与萃取等步骤。藉由藻种的选取，可选出含油量高、易于养殖与采收、后端制程成本低的藻种。而藻类的养殖，可分为开放式与封闭式两种模式，目前藻类养殖多采用开放式，虽成本低且技术门坎不高，但在养殖过程中易受气候、杂质、外界生物等因素影响而阻碍藻类的生长，且开放式的空间也降低了藻类对光与二氧化碳的利用率，因而降低了生质能制造的效率。封闭式系统则为一种密闭的光合生物反应器，能培育纯种的微藻，同时可有效控制环境条件，以提高藻类对光能与二氧化碳的利用率，且封闭系统的培养密度高，容易采收。

现有封闭式系统，如图1所示，图1为现有用于藻类培养的藻类通气培养装置的示意图，其包括培养瓶11，培养瓶11具有瓶身111及瓶颈112，瓶口位于瓶颈112并连接具有弹性的硅胶塞21，使培养瓶11形成封闭的状态。进气管31穿设固定于硅胶塞21上，且通过瓶颈112，进气管31的出气端311位在瓶身111内并连接一个气泡细化器41；进气管31的进气端312位于相对于出气端311的另一侧，并依序连接快接球阀51及滤菌膜61。此外，出气管71亦穿设固定于硅胶塞2上，出气管71的第一端711位在瓶身111内并高于藻类培养液91的液面；出气管71的第二端712位于相对于第一端711的另一侧，并连接一个L型快速接头81。

于图1中，滤菌膜61的孔隙为0.22μm，滤菌膜61透过管路连接空气帮浦(未示于图中)，空气帮浦打出的空气先通过滤菌膜61，以过滤掉空气中的杂质或细菌后，随后通过进气管31，并藉由出气端311连接的气泡细化器41将空气细化成许多微小的气泡911，气泡911一方面协助藻类培养液91中气体的交换，另一方面藉由气泡911的浮力来扰动藻类培养液91，使藻类培养液91可维持在均质的状态，同时亦避免藻类培养液91中的藻类沉淀。而散逸至藻类培养液91液面的气泡911则透过出气管71排放至瓶外。

于现有技术中，可利用倒L型快速接头81连接管路至装有5％浓食盐水的容器中(未示于图中)，排放出的气体则利用管路打入5％浓食盐水中，在5％浓食盐水中形成气泡后，再自装有5％浓食盐水的容器散逸至外界环境中，如此可避免环境中的空气透过出气管71与培养瓶11内的气体环境直接接触，而可降低藻类培养液91交叉感染的机会。

但如图1所示，现有的藻类通气培养装置其藉由具有弹性的硅胶塞21塞住培养瓶11的瓶口，使培养瓶11内形成封闭的培养系统，但若欲于培养过程中，对培养中的藻类进行取样观察，硅胶塞21可能因长时间的连接使其难以取下，或在硅胶塞21取下的过程中使力过度而造成进气管31、接球阀51、滤菌膜61、出气管71或倒L型快速接头81等通气套件的损坏。且现有的通气套件如进气管31，其材质多为塑料软管(如：RO管)，仅能使用75％酒精进行灭菌消毒，无法使用高温高压的方式灭菌，因此，于培养前的预备过程中，并不适合将通气套件放入无菌操作台中进行组装。此外，气泡细化器41产生的微小气泡911虽有效达到气体交换的目的，但大量的微小气泡往往会打断如雨生红球藻等微藻类的鞭毛，而影响其生长，因此培养过程中，往往需降低进气量以避免藻类鞭毛被打断的情况发生，但降低进气量以减少产生微小气泡911的方式也同时降低了藻类培养液91中气体的交换率，另一方面，由于气泡911的量减少了，扰动藻类培养液91的能力亦同时下降，如此造成藻类培养液91无法循环并维持在均质的状态，增生的藻类也容易因循环不良，产生沉淀或贴附在瓶身111的内壁或底部上的现象，沉淀或贴附的藻类因气体或养份交换不易而容易发生死亡的情况，进而影响整个藻类通气培养装置中培养液状态的平衡。

有鉴于此，如何提供一个可完整灭菌，且气泡不易打断藻类鞭毛，又可同时维持藻类培养液高度循环的藻类通气培养装置，为本实用新型欲解决的技术课题。

实用新型内容

本实用新型提供一种可完整灭菌的藻类通气培养装置，且其出气端具有较大的气孔，以产生较大的气泡，使其不易打断藻类鞭毛，并可同时维持藻类培养液高度的循环。

为达上述目的，本实用新型提供一种藻类通气培养装置，其特征在于，包括：

培养瓶，用于装载藻类培养液；

上盖，用于与培养瓶结合，上盖顶面具有开孔；

气密塞，设置于上盖与培养瓶之间，气密塞用于使培养瓶内形成封闭的培养环境；

进气管，用于连接空气帮浦，并于藻类培养液中形成气泡；以及

出气管，用于排放培养瓶中的气体；

其中，进气管与出气管穿设固定于气密塞。

较佳的，本实用新型的培养瓶由瓶颈及瓶身所构成，瓶颈表面具有螺纹结构。

较佳的，本实用新型的上盖为中空螺盖。

较佳的，本实用新型的气密塞由第一气密部、第二气密部及第三气密部所构成。

较佳的，本实用新型的进气管具有出气端，出气端包括至少一个气孔。

较佳的，本实用新型的气孔的直径介于0.1mm至10mm之间。

较佳的，本实用新型的培养瓶包括循环套筒。

较佳的，本实用新型的进气管及出气管为玻璃材质。

较佳的，本实用新型的气密塞为可灭菌的铁氟龙、硅胶或聚丙烯。

较佳的，本实用新型的培养瓶的容积介于50mL至20L之间。

附图说明

图1为现有藻类通气培养装置的示意图；

图2为本实用新型培养瓶气密套件的分解图；

图3为本实用新型培养瓶气密套件组装的示意图；

图4为本实用新型藻类通气培养装置的示意图；

图5为本实用新型进气管出气端第一实施方式的示意图；及

图6为本实用新型进气管出气端第二实施方式的示意图。

具体实施方式

本实用新型的优点及特征以及达到其方法将参照例示性实施例及附图进行更详细的描述而更容易理解。然而，本实用新型可以不同形式来实现且不应被理解仅限于此处所陈述的实施例。相反地，对所属技术领域具有通常知识者而言，所提供的此些实施例将使本揭露更加透彻与全面且完整地传达本实用新型的范畴。

首先，请参阅图2及图3，其中，图2为本实用新型培养瓶气密套件的分解图；以及图3为本实用新型培养瓶气密套件组装的示意图。如图2所示，培养瓶气密套件包括：培养瓶12、气密塞22及上盖23，其中，培养瓶12是由瓶身121及具瓶口1221的瓶颈122所构成，且于瓶颈122外表面上具有多个螺纹结构，使得内表面具有螺纹槽的上盖23可藉由瓶颈122上螺纹结构与培养瓶12紧密结合；于一较佳实施方式中，上盖23可为一个带有对应于瓶颈122螺纹结构的中空螺盖，且上盖23的顶面具有一个开孔231。此外，具有弹性的气密塞22是由第一气密部221、第二气密部222及第三气密部223所构成，其中，气密塞22可以选择具有灭菌的材质，例如:铁氟龙、硅胶或聚丙烯等。另外，第一气密部221的直径与瓶颈12的内径D2相同，而第二气密部222的直径与瓶颈122的外径D1相同；其中，外径D1大于内径D2；而第三气密部223的直径与上盖23顶面的开孔231的直径相同。当然，本实用新型虽仅提出以螺纹结构让上盖23与培养瓶12紧密结合，但亦可使用其它可拆卸的卡扣形式，而不以螺纹结构结合的形式为限，此外，培养瓶12的容积介于50mL至20L之间。

接着，请继续参阅图3，当培养瓶气密套件组装后，上盖23藉由瓶颈122上的螺纹结构与培养瓶12紧密结合，气密塞22的第一气密部221经由瓶口1221塞入瓶颈122中，由于第二气密部222的直径与瓶颈122的外径D1相同，使第二气密部222可与瓶口1221相互抵顶，以避免气密塞22掉入瓶身121中，第三气密部223则穿过上盖23顶面的开孔231而突出或平行于中空螺盖23的顶面，另一方面，中空螺盖23顶面的边缘亦可抵顶第二气密部222，使第二气密部222可与瓶口1221紧密贴合，如此，藉由上盖23、气密塞22与瓶颈122的紧密结合，让培养瓶12内形成封闭的培养环境。

再接着，请参阅图4，图4为本实用新型藻类通气培养装置的示意图。如图4所示，培养瓶12具有瓶身121及瓶颈122，瓶颈112藉由上盖23、气密塞22与瓶颈122的紧密结合，使瓶身121内形成封闭的培养环境。进气管32穿设固定于气密塞22上并通过瓶颈122，进气管32的出气端321位在瓶身121，同时出气端321具有气孔(请参阅图5及图6)以产生较大的气泡；进气管32的进气端322位于相对于出气端321的另一侧，并依序连接快接球阀52及滤菌膜62。此外，出气管72亦穿设固定于气密塞22上，出气管72的第一端721位在瓶身121内并高于藻类培养液92的液面；出气管72具有倒L型的转折并于第二端722处连接一个L型快速接头82。与本实用新型较佳的实施方式中，进气管32与出气管72为玻璃材质，使其可进行高温高压的灭菌处理，而方便在无菌操作台中进行组装，另一方面，由于进气管32与出气管72为玻璃材质，于使用后，可对进气管32与出气管72进行酸洗，清理十分地方便。此外，由于气密套件与培养瓶均为可灭菌材质，因此可将整组藻类通气培养装置组装完成后直接进行灭菌，一较佳的灭菌方式可以121℃的高压湿热灭菌法对整组藻类通气培养装置进行灭菌程序。

另外，于图4中，滤菌膜62的孔隙为0.22μm，滤菌膜62透过管路连接空气帮浦(未示于图中)，于一较佳的实施方式中，可于滤菌膜62与空气帮浦间加装孔隙为5μm或1μm的滤心，以降低滤菌膜62阻塞的机率。空气帮浦打出的空气通过滤菌膜62过滤掉空气中的杂质或细菌后，随后通过进气管32，并藉由出气端321的气孔(请参阅图5及图6)形成较大的气泡921。

此外，瓶身121内更设置有空心的循环套筒42，循环套筒42由阻隔层421及设置于阻隔层421表面的多个固持部422所构成，循环套筒42藉由固持部422抵顶瓶身121的内壁，让循环套筒42维持在瓶身121内固定的位置，于一较佳的实施方式中，循环套筒42维持在固定的位置并浸泡于藻类培养液92中，当气泡921产生时，一方面协助藻类培养液92中气体的交换，另一方面藉由气泡921浮力的扰动，带动阻隔层421内的藻类培养液92向上流动，在到达阻隔层421顶部后，则开始沿瓶身121的内壁向下流动(如箭头F所示)，如此，可使藻类培养液92维持在循环流动的均质的状态，如此可提高藻类气体与养份的交换率，同时亦避免增生的藻类沉淀或贴附在瓶身1212的内壁或底部上。而散逸至藻类培养液92液面的气泡921则透过出气管72排放至瓶外。

请参阅图5及图6，图5为本实用新型进气管出气端第一实施方式的示意图；及图6为本实用新型进气管出气端第二实施方式的示意图。首先，如图5所示，进气管32的出气端321具有一个切口3211，切口可以是平面切口或是斜面切口，但一般斜面切口较适合气泡的转向。气泡可自切口3211生成，同时若切口3211为斜面切口时，可藉由切口3211的转向，调整气泡上升的位置。其次，如图6所示，进气管32的出气端321具有多个气孔3212，气泡92可自气孔3212生成，且使用者在培养不同藻类时，可依据需求制作多种具有不同直径的气孔3212，用以产生不同大小的气泡，其中，气孔3212的直径介于0.1mm至10mm之间。

于培养过程中，使用者可藉由拆卸上盖23与气密塞22对藻类培养液92进行取样观察，于本实用新型的又一实施方式中，可额外在气密塞22或瓶身121的表面设置至少一个取样孔(未示于图中)，让使用者无须拆卸上盖23与气密塞22即可进行取样。

相较于现有技术，本实用新型提供一种可进行高温高压灭菌的藻类通气培养装置，使其便于在无菌操作台中进行组装，气密套件除可简易拆卸外，亦可达到完整的气密效果，而完整的气密效果亦可有效降低藻类培养液水分的蒸散。此外，由于进气管于藻类培养液中产生较大的气泡，可避免打断藻类的鞭毛，而有助于藻类的增生。再者，其中的循环套筒可有效提高藻类培养液的循环并有利于藻类气体与养份的交换，亦同时避免增生的藻类沉淀或贴附在瓶身的内壁或底部上；故，本实用新型实为一极具产业价值的创作。

本实用新型得由熟悉本技艺之人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附申请专利范围所欲保护。

Claims (10)

1.一种藻类通气培养装置，其特征在于，包括：

培养瓶，用于装载藻类培养液；

上盖，用于与所述培养瓶结合，所述上盖顶面具有开孔；

气密塞，设置于所述上盖与所述培养瓶之间，所述气密塞用于使所述培养瓶内形成封闭的培养环境；

进气管，用于连接空气帮浦，并于所述藻类培养液中形成气泡；以及

出气管，用于排放所述培养瓶中的气体；

其中，所述进气管与所述出气管穿设固定于所述气密塞。

2.如权利要求1所述的藻类通气培养装置，其特征在于所述培养瓶由瓶颈及瓶身所构成，所述瓶颈外表面具有螺纹结构。

3.如权利要求1所述的藻类通气培养装置，其特征在于所述上盖为中空螺盖。

4.如权利要求1所述的藻类通气培养装置，其特征在于所述气密塞由第一气密部、第二气密部及第三气密部所构成。

5.如权利要求1所述的藻类通气培养装置，其特征在于所述进气管具有出气端，所述出气端包括至少一个气孔。

6.如权利要求1所述的藻类通气培养装置，其特征在于所述至少一个气孔的直径介于0.1mm至10mm之间。

7.如权利要求1所述的藻类通气培养装置，其特征在于所述培养瓶包括循环套筒。

8.如权利要求1所述的藻类通气培养装置，其特征在于所述进气管及所述出气管为玻璃材质。

9.如权利要求1所述的藻类通气培养装置，其特征在于所述气密塞为可灭菌的铁氟龙、硅胶或聚丙烯。

10.如权利要求1所述的藻类通气培养装置，其特征在于所述培养瓶的容积介于50mL至20L之间。