CN207347545U - 一种光合细菌旋转培养装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光合细菌旋转培养装置，其包括支架、光源和反应器，光源和反应器设置于支架上；培养装置还包括挂架和转轴系统，转轴系统包括变频电机、旋转轴和时控开关，旋转轴穿过挂架并带动其旋转，反应器设置于挂架外围；反应器为膜生物反应袋，膜生物反应袋呈扁平状并由软性透光材料压制而成，膜生物反应袋上设有若干个供物料进出的开口。此外还公开了一种光合细菌的旋转装着方法，该装置和方法通过将培养物置于透光扁平的袋状反应器中从而减小光径、提高培养效果；并且可旋转的挂架通过旋转使反应器上下颠倒而使培养物充分混匀，还使各反应器间相互遮光而形成“明‑暗”循环，既保证了培养所需的光强，也可以使得光强不至于过强。

Description

一种光合细菌旋转培养装置

技术领域

本实用新型涉及微生物的培养装置及方法，具体来说涉及一种光合细菌旋转培养装置及光合细菌的旋转培养方法。

背景技术

光合细菌(英文名：Photosynthetic Bacteria Abbr.name：PSB)是地球上出现最早、自然界中普遍存在、具有原始光能合成体系的原核生物，是能在厌氧光照条件下进行不放氧光合作用细菌的总称，是一类没有形成芽孢能力的革兰氏阴性菌，是一类以光作为能源、能在厌氧光照或好氧黑暗条件下利用自然界中的有机物、硫化物、氨等作为供氢体兼碳源进行光合作用的微生物。光合细菌可以吸收适宜生长的450-550μm波长光，适宜水温为15℃-40℃，最适水温为28℃-36℃。在水产养殖中，能够降解水体中的亚硝酸盐、硫化物等有毒物质，实现充当饵料、净化水质、预防疾病、作为饲料添加剂等功能。农业种植是肥沃土壤和促进动植物生长的主要力量，叶面喷施促进光合作用。光合细菌适应性强，能忍耐高深度的有机废水和较强的分解转化能力，对酚、氰等毒物有一定有忍受和分解能力等特点，它的诸多特性，使其在无公害水产养殖和农业种植中具有巨大的应用价值。

目前，光合细菌的培养方式有全封闭式厌氧培养和开口式微气培养。全封闭式培养一般多用于实验室小规模培养，而开口式(水泥池)培养光照条件不好，细菌有聚光贴壁现象，还需要人工翻动，培养过程中杂菌污染程度大，生长缓慢。培养所能达到的菌体密度低，容易失败，通常不能连续生产、劳动强度大，不适合现代高标准微生物菌的规模化生产；并且为了维持其厌氧环境和其培养物的均匀受光，通常在密闭培养容器中采用机械搅拌或人工处理，这造成了大量的动力消耗和人力劳动。而大型反应器因本身光径等因素，导致培养物密度不是很高。此外，培养过程中培养物还可能因为光强过大而导致光合细菌被强大伤害，进而影响产品的品质。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种培养过程中混合均匀、光强可控制并且包装方便的的光合细菌旋转培养装置及光合细菌的旋转培养方法。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的方案为：

一种光合细菌旋转培养装置，其包括支架、光源和反应器，所述光源和反应器设置于支架上；所述培养装置还包括挂架和转轴系统，所述转轴系统包括变频电机、旋转轴和时控开关，旋转轴穿过挂架并带动其旋转，反应器设置于挂架外围；所述反应器为膜生物反应袋，膜生物反应袋呈扁平状并由软性透光材料压制而成，膜生物反应袋上设有若干个供物料进出的开口。

该装置通过采用软性透光的扁平袋状膜生物反应袋作为反应器，减小了光径，有利于光合小细菌的培养；同时，将反应器设置于可旋转的挂架上，一方面可以在培养时由于旋转而使膜生物反应袋不断地被上下颠倒，实现了培养物的充分混合；另一方面还可以利用可膜生物反应袋间相互的位置实现相互遮盖的效果，实现对于各膜生物反应袋明暗相间的培养过程，从而防止培养物被强光伤害；再次，还可以通过旋转速度来调整各膜生物反应袋接受光源照射的时间从而可以根据需求调整培养条件。该装置操作方便、生产效率高、培养时混合均匀并且可以规模化生产。

优选地，所述挂架由硬质可承重且不易变形材料制，其形状为圆柱形、长方体形或多边体形形状，或者可以实现本实用新型功能的其他形状。

优选地，所述挂架为骨架结构或具有实体表面的空间体结构。骨架结构即所述挂架在设置膜生物反应袋的位置无实体表面，仅为若干棱边的骨架，膜生物反应袋设置于两棱边之间；空间体结构即在骨架结构的基础上还包括各实体表面，膜生物反应袋设置于各表面上。这两种方式都可以实现本实用新型的功能，骨架结构更轻盈但各膜生物反应袋之间的遮挡效果稍差而空间体结构的虽然更重些但遮光效果更好。

优选地，所述膜生物反应袋上部和下部均设有挂孔，所述挂孔通过挂钩将膜生物反应袋上部和下部配合于挂架上。上部和下部均设置挂孔可使膜生物反应袋的固定效果更好，有利于翻转时的稳定性。

优选地，所述膜生物反应袋上还设有空气过滤器和逆止阀，所述空气过滤器经由逆止阀与开口相连接，以使培养过程中可以有气体交换并且由于逆止阀的止逆功能而不使培养液外流。

优选地，所述光源的颜色和光强度和/或转轴系统与光源间的距离是可以调节的。这样设置以后可以使该装置对于培养条件的调节范围更加广泛。

优选地，所述培养装置包括若干个串联于旋转轴上的挂架。多个挂架串联设置于旋转轴上可以使该装置的产能相应倍数地增加。

一种光合细菌的旋转培养方法，包括以下步骤：

1)将培养液灌装于膜生物反应袋中，所述膜生物反应袋呈扁平状并由软性透光材料压制而成，灌装完成后在膜生物反应袋开口处装配有空气过滤器和逆止阀；

2)将膜生物反应袋置于上述光合细菌旋转培养装置的可旋转的挂架外围上，并设定光源参数、挂架旋转速度和培养时间，进行培养，培养时膜生物反应袋旋转而相对光源接近或远离从而调节光照时间和强度，同时旋转也会使物料倒置混合充分；

3)培养完成后取下膜生物反应袋并将空气过滤器和逆止阀替换为密封装置，将密封后的膜生物反应袋作为包装袋使用。

该方法使用上述的培养装置，通过将培养物置于透光扁平的袋状反应器中，可以减小光径、提高培养效果；并且可旋转的挂架一方面通过旋转使反应器上下颠倒而使培养物充分混匀，另一方面还通过各反应器间相关遮光而形成“明-暗”循环，即保证了培养所需的光强，也可以使得光强不至于过强；并且还可以通过对旋转的调整来调节光强。

优选地，所述光源的颜色和光强度和/或转轴系统与光源间的距离可调节。

优选地，所述挂架为不具有实体表面的骨架结构，所述膜反应器分层设置于挂架上。

本实用新型的培养装置和培养方法，通过将培养物置于透光扁平的袋状反应器中，可以减小光径、提高培养效果；并且可旋转的挂架一方面通过旋转使反应器上下颠倒而使培养物充分混匀，另一方面还通过各反应器间相互遮光而形成“明-暗”循环，既保证了培养所需的光强，也可以使得光强不至于过强；并且还可以通过对旋转的调整来调节光强。

附图说明

图1是本实用新型的培养装置的主要结构示意图；

图2是挂架、旋转轴和反应器的一种配合示意图；

图3(图3a和图3b)是膜生物反应袋的两种结构示意图；

图4是挂架的一种结构示意图；

图5是挂架与膜生物反应袋的一种配合示意图；

图6(图6a和图6b)是挂架的两种结构示意图；

其中：1、光源，2、反应器，3、挂架，4、旋转轴，21、开口，22、挂孔。

具体实施方式

为了使本领域技术人员可以更好地理解本实用新型的实用新型构思，从而对本实用新型的保护范围作出更清楚地限定，下面结合附图对本实用新型进行详细说明。

一种光合细菌旋转培养装置，其由支架、光源1和反应器2组成，所述光源1采用适合光和细菌生长的光源，光源1和反应器2设置于支架上，光源1可以为若干个，设置于支架上若干位置(可以是在某一面上，也可以是在某几个面上)；如图1、2所示，图1为光源1、反应器2、挂架3和旋转轴4的配合示意图，实际的挂架3和反应器3的数量不限于图中所示，支架为装置的支撑结构，图中未显示；图2是长方体状具有实体表面的挂架3，反应器2设置于挂架3外表面上，每个表面可以设置若干个(不限于图中显示的一个)。所述培养装置还包括挂架3和转轴系统，所述转轴系统包括变频电机、旋转轴4和时控开关，变频电机带动旋转轴4转动，时控开关用于根据需要对变频电机进进行控制；旋转轴4穿过挂架3并带动其旋转，更佳地从挂架3中心穿过；反应器2设置于挂架外围(例如外表面或接近外表面的位置)，通过旋转使设置于挂架3外围的反应器2轮流接受光源1的照射；挂架3由硬质可承重且不易变形材料制，其形状为圆柱体形、长方体形、或多边体形等形状；所述挂架3为骨架结构或具有实体表面的空间体结构(如图1、2、4、5和6所示，图6中的若干直钩为挂钩)，即挂架3可以是上述各种形状的骨架状结构而不必具有各实体的表面，也可以是具有若干实体表面的上述各形状的结构。所述反应器2为膜生物反应袋，膜生物反应袋呈扁平状并由软性透光材料压制而成，其整体呈扁平结构，减少光径，保证培养物可与光充分接触；膜生物反应袋上设有若干供物料进出的开口21，膜生物反应袋上还设有空气过滤器，所述空气过滤器配合于开口上，其具有止逆功能；在培养中除了其中一处开口需要接与止逆功能的空气过滤器外，其余都应该关闭。所述膜生物反应袋上部和下部均设有挂孔32，所述挂孔22通过挂钩将膜生物反应袋上部和下部配合于挂架3外壁上，配合后膜反应袋位于骨架外表面位置或设置于具有实体表面的挂架的外表面上。培养结束后，可直接将膜生物反应袋当做产品包装袋。

在某些较佳实施例中，所述光源1的颜色和光强度是可以调节的，通过可调节的光源和旋转的支架进一步增加该培养装置可调节的范围，增加实用性。更佳地，所述培养装置包括若干个串联于旋转轴上的挂架，将多个挂架串联设置后可以使该培养装置的产量显著增加。

一种使用上述培养装置的光合细菌的旋转培养方法，包括以下步骤：

1)将培养液灌装于膜生物反应袋中，所述膜生物反应袋呈扁平状并由软性透光材料压制而成，灌装完成后在膜生物反应袋开口装配有空气过滤器和逆止阀，空气过滤器经由逆止阀与开口相连接，以使培养过程中可以有气体交换并且由于逆止阀的止逆功能而不使培养液外流；扁平状的膜生物反应袋可以减少光径提高效果，而软性透光材料则一方面可以在培养时作为容器而在培养完成后作为包装袋使用(软性材质具有很好的缓冲效果)。

2)将膜生物反应袋置于上述光合细菌旋转培养装置的可旋转的挂架外围上；

3)设定光源参数、挂架旋转速度和培养时间，进行培养，培养时膜生物反应袋相对光源接近或远离从而调节光照时间和强度，同时旋转也会使物料倒置混合充分；通过挂架的旋转实现各膜生物反应袋轮流接受光源照射，当需要加大光强时，可以调低转速，而需要减小少强时则可以调高转速。更佳地，所述光源的颜色和光强度是可调节的，配合转速的调整可使该培养装置的培养过程可调节性更宽。

4)培养完成后取下膜生物反应袋并将空气过滤器替换为密封装置(例如密封嘴)，将膜生物反应袋作为包装袋使用。

在另一些较佳实施例中，所述挂架为不具有实体表面的骨架结构，所述膜反应器分层设置于挂架上。将挂架设置为不具有实体表面的骨架结构，可以使骨架上可以挂载的膜生物反应袋的数量更多，并且可以在同一面上从内到外设置若干层膜生物反应袋；虽然设置于内部的膜生物反应袋较外部的接受的光照射更少，但这样做一方面可以使挂架可以同时挂载的数量显著增加；这样一来，一方面可以同时生产出不同照射效果的培养液，配合培养液的调整和旋转及照射效果调整，可以实现同时培养相同或不同条件的样品；另一方面，即便是按两样参数配置培养液，也可以在外层膜生物反应袋培养的同时对于内层的培养液起到预培养的效果，待外层培养好以后移除并将内层的膜生物反应袋转移到外层，从而可以从整体上来说提高效率、增加产能。

具体实施例

培养装置长65cm，宽30cm，高35cm，在长65cm的轴上均匀分布着3组4叶螺旋桨状挂架，挂架上相邻两个叶轮之间悬挂1个2L扁平塑料袋；接种比为1：4，初始OD660为0.2，装液量为95％；培养基成分为：醋酸钠1.145g/L，蛋白胨0.055g/L，碳酸氢钠0.6g/L，硫代硫酸钠0.4g/L，氯化钠0.3g/L，硫酸镁0.1g/L，磷酸二氢钾0.05g/L；叶轮的旋转速度为5r/min；采用60w灯泡3盏，叶轮旋转时反应器离灯泡最近距离为10cm。培养中，监测温度在27-35℃之间。以同样规格扁平培养袋围绕60w灯泡悬挂静培的培养物作为对照(每天摇动3次)。分别在培养的第3天，第5天取样测OD660并根据公式Y＝(7.62*OD+0.17)*10⁹换算细胞浓度。实验结果及参照如下：

表一实验结果

注：OD：optical density，光密度，用于根据透光率计算细胞数。

表2一些文献记载的培养结果

可见，通过该培养装置进行培养光合细菌，培养物的密度比已知文献中培养密度都高，表现除了较好的优势。

Claims (7)

1.一种光合细菌旋转培养装置，其包括支架、光源和反应器，所述光源和反应器设置于支架上；其特征在于，所述培养装置还包括挂架和转轴系统，所述转轴系统包括变频电机、旋转轴和时控开关，旋转轴穿过挂架并带动其旋转，反应器设置于挂架外围；所述反应器为膜生物反应袋，膜生物反应袋呈扁平状并由软性透光材料压制而成，膜生物反应袋上设有若干个供物料进出的开口。

2.根据权利要求1所述的光合细菌旋转培养装置，其特征在于，所述挂架由硬质可承重且不易变形材料制，其形状为圆柱形、长方体形或多边体形形状。

3.根据权利要求1所述的光合细菌旋转培养装置，其特征在于，所述挂架为骨架结构或具有实体表面的空间体结构。

4.根据权利要求1所述的光合细菌旋转培养装置，其特征在于，所述膜生物反应袋上部和下部均设有挂孔，所述挂孔通过挂钩将膜生物反应袋上部和下部配合于挂架上。

5.根据权利要求1所述的光合细菌旋转培养装置，其特征在于，所述膜生物反应袋上还设有空气过滤器和逆止阀。

6.根据权利要求1所述的光合细菌旋转培养装置，其特征在于，所述光源的颜色和光强度和/或转轴系统与光源间的距离是可以调节的。

7.根据权利要求1所述的光合细菌旋转培养装置，其特征在于，所述培养装置包括若干个串联于旋转轴上的挂架。