CN208617887U - 一种微藻培养优化设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及微藻培养技术领域，更具体地，涉及一种微藻培养优化设备，包括：主体机、光合反应器发酵罐、灯、pH值传感器、温度传感器和温度调节板；其中，所述光合反应器发酵罐具有进气孔和进料口，所述温度传感器和所述pH值传感器置于所述光合反应器发酵罐内，并且所述光合反应器发酵罐置于所述主体机设备平台上；所述灯置于所述主体机的设备平台上；所述温度调节板半包裹于所述光合反应器发酵罐的外侧；所述主体机设备平台下的控制装置与所述灯、所述pH值传感器、所述温度传感器和所述温度调节板均电连接。本申请提供的微藻培养优化设备可以通过控制单因子变量，以温度、pH值、CO2气体浓度等条件，培育筛选最佳条件的高固碳、高产油的优良的藻种。
Description
技术领域
本申请涉及微藻培养技术领域，更具体地，涉及一种微藻培养优化设备。
背景技术
因全球化石燃料的大量使用，“温室效应”日益加重，CO2作为对“温室效应”贡献最大的气体，约占“总效应”的65％。我国在减少CO2的排放，仅局限在节约能源、提高化石燃料的利用率、开发新能源等方面，而有关利用微藻固定高浓度CO2的研究甚少。微藻具有光合速率高、繁殖速度快、环境适应能力强等特点，因此基于微藻的CO2生物固定成为最具潜力的减排技术。CO2是微藻进行光合作用时必不可少的元素；通常CO2体积分数为1％-5％是适宜微藻生长的，但是当CO2体积分数大于5％时却对微藻的生长起到抑制作用。所以，培育与筛选高固碳高产油微藻及筛选优良藻种在环境、能源方面具有极其重要的意义。
实用新型内容
本申请提供了一种微藻培养优化设备，以培育与筛选优良的藻种。
一种微藻培养优化设备，包括：主体机、光合反应器发酵罐、灯、pH值传感器、温度传感器和温度调节板；其中，所述光合反应器发酵罐具有进气孔和进料口，所述温度传感器和所述pH值传感器置于所述光合反应器发酵罐内，并且所述光合反应器发酵罐置于所述主体机设备平台上；所述灯置于所述主体机的设备平台上；所述温度调节板半包裹于所述光合反应器发酵罐的外侧；所述主体机设备平台下的控制装置与所述灯、所述 pH值传感器、所述温度传感器和所述温度调节板均电连接。
如上所述的微藻培养优化设备，其中，优选的是，所述光合反应器发酵罐还具有排气孔和取料口。
如上所述的微藻培养优化设备，其中，优选的是，所述进气孔、所述排气孔、所述进料口和所述取料口均设置于所述光合反应器发酵罐的顶部。
如上所述的微藻培养优化设备，其中，优选的是，所述光合反应器发酵罐为圆筒状光合反应器发酵罐。
如上所述的微藻培养优化设备，其中，优选的是，所述主体机的设备平台边缘向上延伸有围挡板，所述灯固定于所述围挡板的内壁。
如上所述的微藻培养优化设备，其中，优选的是，还包括：空气压缩机和CO2气瓶，所述空气压缩机和所述CO2气瓶均与所述进气孔连通。
如上所述的微藻培养优化设备，其中，优选的是，所述空气压缩机与空气流量计连通，所述CO2气瓶与CO2流量计连通，所述空气流量计和所述CO2流量计均与混合气流量计连通，所述混合气流量计与所述进气孔连通。
如上所述的微藻培养优化设备，其中，优选的是，还包括：种子液试剂瓶，所述种子液试剂瓶与所述进料口连通。
如上所述的微藻培养优化设备，其中，优选的是，还包括：试剂瓶支架，所述试剂瓶支架固定于所述主体机的设备平台上并且向上延伸，所述种子液试剂瓶置于所述试剂瓶支架的试剂瓶放置筐内。
如上所述的微藻培养优化设备，其中，优选的是，所述试剂瓶支架与所述光合反应器发酵罐的外侧壁固定连接。
相对于背景技术，本申请提供的微藻培养优化设备，包括：主体机、光合反应器发酵罐、灯、pH值传感器、温度传感器和温度调节板；其中，所述光合反应器发酵罐具有进气孔和进料口，所述温度传感器和所述pH值传感器置于所述光合反应器发酵罐内，并且所述光合反应器发酵罐置于所述主体机设备平台上；所述灯置于所述主体机的设备平台上；所述温度调节板包裹于所述光合反应器发酵罐的外侧；所述主体机设备平台下的控制装置与所述灯、所述pH值传感器、所述温度传感器和所述温度调节板均电连接。本申请提供的微藻培养优化设备可以通过控制单因子变量，以温度、pH值、CO2气体浓度等条件，培育筛选最佳条件的高固碳、高产油的优良的藻种。
附图说明
当连同附图阅读时，通过参考后面对示例性的实施例的详细描述，将最佳地理解本申请以及优选的使用模式和其进一步的目的及优点，其中附图包括：
图1是根据本申请实施例的微藻培养优化设备的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
请参阅图1，图1是根据本申请实施例的微藻培养优化设备的结构示意图。
本申请实施例提供了一种微藻培养优化设备，包括：光合反应器发酵罐1、主体机2、灯25、pH值传感器15、温度传感器16和温度调节板21。
其中，光合反应器发酵罐1是盛装进行光合作用微藻的发酵罐，也就是盛装在光合反应器发酵罐1内的微藻可以接收到光合反应器发酵罐1外部的光线。例如：光合反应器发酵罐1的壁可以是透明的，也可以是光合反应器发酵罐1的部分壁是透明的。光合反应器发酵罐1可以优选为圆筒状光合反应器发酵罐，尺寸大小可以是：高25cm、直径 12cm、体积2.5L，当然也可以是其他形状的发酵罐，只要能满足本申请实施例所要达到的技术效果即可。
光合反应器发酵罐1具有进气孔12，进气孔12向外连接有管道，进气孔12通过管道与空气压缩机4和CO2气瓶5连通。空气压缩机4将压缩后的空气输入至光合反应器发酵罐1内部，供微藻生长使用；CO2气瓶5将内部存储的CO2气体输入至光合反应器发酵罐1内部，供微藻生长使用。为了对输入至光合反应器发酵罐1的空气和CO2气体的气体量进行控制，空气压缩机4与空气流量计24连通，CO2气瓶5与CO2流量计23连通，空气流量计24和CO2流量计23均与混合气流量计22连通，混合气流量计22与进气孔12 连通。
另外，进气孔12向光合反应器发酵罐1内可以连接进气管。为了保证光合反应器发酵罐1内的微藻能够充分接触通入的气体，本领域技术人员还可以将进气管伸至光合反应器发酵罐1的底部，当然也可以是其他形式，只要能达到本申请所要达到的技术效果即可。
此外，光合反应器发酵罐1还具有进料口11，进料口11向外连接有管道，进料口 11通过管道与种子液试剂瓶6连通。种子液试剂瓶6内盛放有需要培养筛选的微藻，例如：盛放小球藻种子液，通过进料口11与种子液试剂瓶6之间连接的管道，将小球藻种子液接种于光合反应器发酵罐1内。
在上述基础上，本领域技术人员还可以在光合反应器发酵罐1上设置排气孔14和取料口13。排气孔14也可以向外连接有管道，通过管道向外排出气体，对于排气孔14的大小、个数本申请实施例中不作限定，只要能满足本申请实施例的需要即可。取料口13 的大小和形式本申请实施例中也不作限定，只要能通过取料口13取出培育筛选的藻种即可。本申请实施例中优选将进气孔12、排气孔14、进料口11和取料口13均设置于光合反应器发酵罐1的顶部。
温度传感器16和pH值传感器15置于光合反应器发酵罐1内，以检测光合反应器发酵罐1内部的温度和pH值。为了有效的检测光合反应器发酵罐1内部盛装的培养液和藻种的温度和pH值，优选将温度传感器16和pH值传感器15伸入培养液和藻种的溶液中。
温度调节板21半包裹于光合反应器发酵罐1的外侧，设置在光源(灯25)的对测，可以通过调节温度调节板21，例如加热或冷凝，从而实现调节光合反应器发酵罐1内部盛装的培养液和藻种的温度。
灯25是为光合反应器发酵罐1藻种生长提供光源的装置，本申请优选等25是白炽灯，当然也可以是其他的光源。本申请实施例中优选光照的光量子通量密度为 36-180μmol/(m2·s)。
光合反应器发酵罐1置于主体机2的设备平台上，灯25也可以置于主体机2的设备平台上，主体机2的设备平台下设置有控制装置，主体机2的控制装置与灯25、pH值传感器15、温度传感器16和温度调节板21均电连接，以控制灯25提供光线、pH值传感器15测试pH值、温度传感器16测量温度、温度调节板21加热或冷凝。主体机2的控制装置还可以与空气流量计24、CO2流量计23以及混合气流量计22电连接，通过控制空气流量计24、CO2流量计23和混合气流量计22实现对通入光合反应器发酵罐1的气体量的控制。在主体机2的设备平台下方还可以设置主体机的操作界面26，通过操作界面可以显示pH值、温度等信息，还可以通过操作界面控制主体机2的控制装置。
在上述实施例的基础上，本申请实施例中还可以设置试剂瓶支架3，剂瓶支架3固定于主体机2的设备平台上并且向上延伸，种子液试剂瓶6置于试剂瓶支架3的试剂瓶放置筐31 内。可以在试剂瓶支架3上设置多个试剂瓶放置筐31，从而放置多个试剂瓶，例如：放置盛装不同种培养基成分的试剂瓶，盛装异养生长的糖类的试剂瓶。
为了保证光合反应器发酵罐1稳定，不易发生移动，还可以将光合反应器发酵罐1的外侧壁固定连接于试剂瓶支架3上。也可以是光合反应器发酵罐1与试剂瓶支架3之间不固定连接，试剂瓶支架3支撑光合反应器发酵罐1。
在主体机2的设备平台边缘还可以设置向上延伸的围挡板，可以将灯25固定在围挡板的内壁上。也可以将空气流量计24、CO2流量计23以及混合气流量计22固定于围挡板上。
本申请实施例提供的微藻培养优化设备可以通过控制单因子变量，以温度、pH值、CO2气体浓度等条件，培育筛选最佳条件的高固碳、高产油的优良的藻种。
作为举例，以小球藻为例进行培育筛选，小球藻是一种生长速度快、逆境耐受性强、总脂含量高等特性藻种，是生物固碳研究中常用的藻种，以蛋白核小球藻为列，优化培养条件，提高固碳率及产油量。
(1)温度优化
将小球藻种子液接种于光合反应器发酵罐中，初始细胞密度为1×106/mL，控制pH在7 左右范围内，通入空气，控制DO值(溶氧量)在20％～40％范围内，以5℃为间隔，设置20℃、 25℃、30℃、35℃、40℃为温度梯度，培养7天，通过测定小球藻的细胞密度、干重、中性油脂含量等参数，获得最适培养温度。
(2)pH值优化
采用单因子试验方法，同温度优化所述，初始细胞密度为1×106/mL，控制温度为25℃，通入空气，控制DO值(溶氧量)在20％～40％范围内，初始培养基pH值为4、5、6、7、8，利用pH值传感器，检测培养7天的pH值变化，获得细胞密度最大的初始pH值。
(3)自养-异样培养
将小球藻种子液接种于光合反应器发酵罐中，初始细胞密度为1×106/mL，以自养培养为对照，在自养培养2天后，加入葡萄糖或蔗糖，异样培养3-5天，观察细胞大小，细胞密度、干重级油脂含量等参数变化，自养-异样培养的小球藻与自养小球藻比较，发现细胞体积变大，细胞密度增多等现象。
(4)固碳效率优化
将小球藻种子液接种于光合反应器发酵罐中，初始细胞密度为1×106/mL，控制pH在7 左右范围内，通入空气和二氧化碳，以通入空气为对照，设置通入二氧化碳的浓度为5％、10％、 15％、20％、100％，控制DO值(溶氧量)在20％～40％范围内，培养7天后，计算固碳率、细胞密度、干重及油脂含量指标，获得产油高的CO2浓度。
以上选小球藻为原始小球藻(Chlorella protothecoides)。
作为举例，还可以以不同浓度CO2培养小球藻，采用的培养液为TAP培养基，培养基成分为如下表所述：
Tris 2*10-2M(其中，Tris常用作生物缓冲液)，NH4Cl 7*10-3M，MgSO4·7H2O 8.3*10-4M， CaCl2·2H2O 4.5*10-4M，K2HPO4 1.65*10-3M,KH2PO4 1.05*10-3M,微量元素1ml/L,其中微量元素溶液组成为Na2EDTA 1.34*10-4M,ZnSO4·7H2O 1.36*10-4M,H3BO3 1.84*10-4M,MnCl2·4H2O 4*10-5M, FeSO4·7H2O 3.29*10-5M,CoCl2·6H2O 1.23*10-5M,CuSO4·5H2O 1*10-5M,(NH4)6Mo7O24·4H2O 9.28*10-7M。
将配置好的培养基加入1ml/L乙酸调节pH值。在自养培养基可以加入葡萄糖、蔗糖或其他成分，将配好的加料液放置种子液试剂瓶中，按试验需求加料异样培养。
本示例中采用的小球藻为均为原始小球藻(Chlorella protothecoides)，购自中科院水生生物研究所淡水藻种库，编号为FACHB-9。
具体包括以下步骤:
(1)在不通入CO2下自养培养小球藻
将细胞密度为1×106/mL的小球藻接种于发酵罐中，培养温度25℃，初始pH为7，只通入空气，控制DO值(溶氧量)在20％～40％范围内，培养10天后，测定细胞密度为4*107/mL，总干物质为1g/L，pH值为8.5，检测藻细胞总酯含量和脂含量；
(2)通入10％CO2下自养培养小球藻。
与步骤(1)条件一样，CO2与空气比例为10％的混合气体，培养10天后，测定细胞密度为4.2*107/ml，总干物质1.9g/L，pH值最终达到7，几乎没有变化，与步骤(1)相比，检测藻细胞总酯含量及中性脂含量增加了20％，藻细胞密度与干物质也增加。
(3)通入20％CO2下自养培养小球藻。
与步骤(1)条件一样，CO2与空气比例为20％的混合气体，培养10天后，测定细胞密度为3*107/mL，pH值为6.2，干物质为1.5g/L,与步骤(2)相比细胞密度显著降低，而且在培养过程中细胞颜色较钱，叶绿素含量低，但细胞总酯含量与中性脂含量却较之增加。
(4)通入100％CO2下自养培养小球藻。
与步骤(1)条件一样，只通入CO2气体，藻细胞几乎不生长，到第8天几乎测不到数值，此时pH值在4.5左右。
因此，通过以上实验，通过改变单因子条件，找到油脂含量高的最佳CO2及藻细胞培养条件。
虽然当前实用新型参考的示例被描述，其只是为了解释的目的而不是对本申请的限制，对实施方式的改变，增加和/或删除可以被做出而不脱离本申请的范围。
这些实施方式所涉及的、从上面描述和相关联的附图中呈现的领域中的技术人员将认识到这里记载的本申请的很多修改和其他实施方式。因此，应该理解，本申请不限于公开的具体实施方式，旨在将修改和其他实施方式包括在所附权利要求书的范围内。尽管在这里采用了特定的术语，但是仅在一般意义和描述意义上使用它们并且不是为了限制的目的而使用。
Claims (10)
1.一种微藻培养优化设备，其特征在于，包括：主体机、光合反应器发酵罐、灯、pH值传感器、温度传感器和温度调节板；其中，所述光合反应器发酵罐具有进气孔和进料口，所述温度传感器和所述pH值传感器置于所述光合反应器发酵罐内，并且所述光合反应器发酵罐置于所述主体机设备平台上；所述灯置于所述主体机的设备平台上；所述温度调节板半包裹于所述光合反应器发酵罐的外侧；所述主体机设备平台下的控制装置与所述灯、所述pH值传感器、所述温度传感器和所述温度调节板均电连接。
2.根据权利要求1所述的微藻培养优化设备，其特征在于，所述光合反应器发酵罐还具有排气孔和取料口。
3.根据权利要求2所述的微藻培养优化设备，其特征在于，所述进气孔、所述排气孔、所述进料口和所述取料口均设置于所述光合反应器发酵罐的顶部。
4.根据权利要求1至3任一项所述的微藻培养优化设备，其特征在于，所述光合反应器发酵罐为圆筒状光合反应器发酵罐。
5.根据权利要求4所述的微藻培养优化设备，其特征在于，所述主体机的设备平台边缘向上延伸有围挡板，所述灯固定于所述围挡板的内壁。
6.根据权利要求5所述的微藻培养优化设备，其特征在于，还包括：空气压缩机和CO2气瓶，所述空气压缩机和所述CO2气瓶均与所述进气孔连通。
7.根据权利要求6所述的微藻培养优化设备，其特征在于，所述空气压缩机与空气流量计连通，所述CO2气瓶与CO2流量计连通，所述空气流量计和所述CO2流量计均与混合气流量计连通，所述混合气流量计与所述进气孔连通。
8.根据权利要求7所述的微藻培养优化设备，其特征在于，还包括：种子液试剂瓶，所述种子液试剂瓶与所述进料口连通。
9.根据权利要求8所述的微藻培养优化设备，其特征在于，还包括：试剂瓶支架，所述试剂瓶支架固定于所述主体机的设备平台上并且向上延伸，所述种子液试剂瓶置于所述试剂瓶支架的试剂瓶放置筐内。
10.根据权利要求9所述的微藻培养优化设备，其特征在于，所述试剂瓶支架与所述光合反应器发酵罐的外侧壁固定连接。
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