專利名稱：用于生產微生物的系統(tǒng)的制作方法
用于生產微生物的系統(tǒng) 本發(fā)明涉及任何種類的微藻類和藍細菌、以及更廣義來說其生長依賴于液體培養(yǎng)
基中的光合作用的任何微生物的生物質的生產裝置。 本發(fā)明也涉及所述裝置的使用方法。 具體來說，所述裝置和所述方法目標在于食品加工、化學、制藥、化妝品和能源生 產工業(yè)的工業(yè)家們。 除了在天然培養(yǎng)基中收獲外，本技術領域的專業(yè)人員已知的用于生產這類微生物 的裝置，屬于兩個主要類別 第一類是實驗室或工業(yè)規(guī)模的封閉系統(tǒng)或光生物反應器，其容量小，通常小于 一千升。它們借助于人工的光、熱和機械攪拌源進行操作。它們被用于密集或超密集地生 產少量的在純度或組成方面質量非常高的生物質。所述質量，通過連續(xù)控制實際上所有的 培養(yǎng)參數(shù)和嚴格限制培養(yǎng)基被污染物的污染而獲得，這些污染物例如大的或小的生物體、 灰塵和氣體。 這樣的裝置優(yōu)先考慮生產的生物質的質量，但不能進行工業(yè)應用所需的大量生 產。它們的高的制造和運行成本，特別是能量和維修成本，從經濟的角度來說，使它們被廣 泛應用是不現(xiàn)實的。 第二類是開放系統(tǒng)，由具有中等或大的容量的開放池組成，其容量從幾千到幾 百萬升。它們主要借助于自然資源、例如太陽提供的光和熱進行操作，因此對依賴這些因素 的培養(yǎng)參數(shù)的控制是有限的。池有時是被覆蓋的，通常在溫室里，從而最小化污染并改進溫 度控制。超過一千平方米的覆蓋池容積接近兩百立方米，需要使用具有顯著暴露于風中的 缺點的巨大結構，或者使用需要在池本身內部安裝支撐結構的較小結構。加蓋的開放池的 這些解決方法，在其安裝或維修方面，仍然存在問題并且昂貴。 這些裝置用大尺寸來彌補它們低或中等的生產率。它們優(yōu)先考慮生產的生物質的 數(shù)量。它們的缺點是它們不能完全滿足食品加工或制藥工業(yè)生物質用戶的質量要求。
為了緩解這些不同的問題，本發(fā)明公開了包含任何種類的微藻類和藍細菌、以及 更廣義來說其生長依賴于液體培養(yǎng)基中的光合作用的任何微生物的生物質生產裝置，允許 生產例如能在與其尺寸相近的開放系統(tǒng)中獲得的大量生物質，同時具有封閉光生物反應器 系統(tǒng)所特有的質量水平。 本發(fā)明的通用或具體實施方案，允許進一步節(jié)約用于建立生產場所的技術工具和 材料的成本。
根據本發(fā)明的一個主要方面，所述裝置具有兩個原位建造的埋置式封閉外殼
i)第一個封閉外殼包含光生物反應器，它由兩個并置的相互依賴的子裝置構成， 所述子裝置組成如下 a)氣密和水密的培養(yǎng)室，其上部分可透過可見光，理想的內部體積大于50立方 米，縱向建在外形平坦的地面上； b)與所述的培養(yǎng)室的至少一個末端并置的技術組塊，所述的技術組塊包括所有用 于實施和控制生物質培養(yǎng)、所有使用液體的熱調節(jié)和循環(huán)的技術設備。
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ii)第二個封閉外殼包含幾個并置的光生物反應器技術組塊，所述第二個外殼包 含了一方面光生物反應器正常操作所需、另一方面收獲和加工被回收生物質所需的所有技 術工具。 優(yōu)選所述生物質采用這樣的方式來收獲，即在封閉和受控環(huán)境中維持生產，直到 最后包裝階段，然后例如由裝置的用戶決定其后續(xù)應用。 根據本發(fā)明的另一方面，裝置具有U-型培養(yǎng)室，該培養(yǎng)室配有兩個并置的懸空 端，所述懸空端與光生物反應器的技術組塊相連。 根據本發(fā)明的另一方面，光生物反應器的技術組塊被置于地平面以下，并低于培 養(yǎng)室的水平。 根據本發(fā)明的另一方面，培養(yǎng)室含有維持在正壓的空氣和氣體。
根據本發(fā)明的另一方面，并根據具體的實施方案，所述培養(yǎng)室(1)的上蓋由撓性 材料制成，并對空氣和氣體的正壓水平進行調節(jié)，以將所述上蓋的整個表面保持在高處，并 保持其遠離液體培養(yǎng)基的自由表面。 根據本發(fā)明的另一方面，所述培養(yǎng)室具有通道高度和寬度，所述高度低于通道寬 度的25%。 根據本發(fā)明的另一方面，并根據涉及使用撓性材料覆蓋培養(yǎng)室的具體實施方案， 在疾風的情況下，裝置可以通過暫時終止培養(yǎng)室中包含的空氣和氣體的正壓來保證牢固。 蓋子下降到培養(yǎng)室中包含的液體培養(yǎng)基的表面上，相當大地減少了裝置在風中的暴露，因 此保證了牢固。 根據本發(fā)明的另一方面，并根據涉及使用撓性材料覆蓋培養(yǎng)室的具體實施方案， 在颶風的情況下，裝置的牢固性可以通過在前面描述的下降之前，在培養(yǎng)室的上蓋的頂部 放置一層水來增強。培養(yǎng)室中包含的空氣和氣體的正壓的恢復，引起所述水層回流并被推 向所述蓋子的邊緣。 根據本發(fā)明的另一方面，所述培養(yǎng)室可以位于天然或人工的淺水水域上。 本發(fā)明的另一個目標是提供使用所述裝置生產生物質的方法。 根據本發(fā)明的另一個主要方面，方法包含至少一個以下階段-在培養(yǎng)室的兩個通道之間循環(huán)培養(yǎng)基，-對培養(yǎng)室實施連續(xù)正壓，-提供固體、液體或氣體輸入，-利用任何測量裝置連續(xù)或間歇控制培養(yǎng)，-從培養(yǎng)室移除無機和有機廢棄物， _為了收獲生產的生物質，將培養(yǎng)基暫時移出和重新引入培養(yǎng)室，
-培養(yǎng)室中液體內含物進行熱調節(jié)，
-封閉形成工作區(qū)的裝置，
-處理和包裝收獲的生物質。 本發(fā)明補救了上面提到的缺點，因為它允許生產在例如與其尺寸相近的開放系統(tǒng)
中獲得的大量的生物質，同時提高了生產率，并獲得了封閉系統(tǒng)所特有的高質量。 本發(fā)明的通用和具體實施方案，進一步允許節(jié)約用于建立生產場所的技術工具的成本。
上述以非限制性方式顯示的本發(fā)明的方面，從下面的優(yōu)選實施方案和具體實施方
案的描述中，將變得更加明顯。所述描述參考了附圖

圖1是光生物反應器部件排列的頂視圖培養(yǎng)室和技術組塊。
圖2是包含幾個光生物反應器的生產單位配置的頂視圖。 圖3是圖2中A-A的橫截面視圖。 圖4是圖1中B-B的橫截面視圖，涉及本發(fā)明的一個具體實施方案。
圖1和2描繪了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。 本發(fā)明是基于在無遮蔽的、推平的、平坦和水平地面上，通過本技術領域的專業(yè)人 員已知的適合的土木工程獲得的兩個原位建造的埋置式封閉外殼。 所述第一個封閉外殼由獨立單位構成，所述單位形成大型光生物反應器，該光生 物反應器由兩個并置的相互依賴的子裝置組成-培養(yǎng)室(1)，體積優(yōu)選超過50立方米，縱向建在外形平坦的地面上。
-技術組塊(2)，并置于所述培養(yǎng)室(1)的一個末端(4)，與該末端以不可滲透的方 式相連接。所述技術組塊(2)包含了所有用于實施和控制生物質培養(yǎng)、所有流體的熱調節(jié) 和循環(huán)的技術設備。它構成了所有流體和材料進出所述光生物反應器的唯一的出入口。
所述第一個封閉外殼僅包含生長中的生物質及其培養(yǎng)基組分。所述培養(yǎng)室不是在 場人員可以進行現(xiàn)場操作的。 所述第二個封閉外殼(5)包含幾個并置的光生物反應器技術組塊(2)。所述第二 外殼(5) —方面包含了所述光生物反應器正常操作所需的、以及收獲和加工被回收生物質 所需的所有技術工具，以便另一方面在封閉和受控環(huán)境中維持生產，直到最后包裝階段，之 后例如由用戶決定其后續(xù)應用。所述第二個封閉外殼(5)通常是在場人員可以進行現(xiàn)場操 作的。 根據本發(fā)明的通用實施方案，每個光生物反應器如下建造 所述U型培養(yǎng)室(1)，按照本技術領域的規(guī)章，通過土木工程建在無遮蔽的、平坦 的、水平的、推平和成形的地面上。 支撐板的建造包括兩個等長并隔開的平行通道的測繪和水平校準，通道的寬度， 例如根據本發(fā)明的不同實施方案，從小于1米到幾十米。所述兩個通道由位于它們的一個 末端(3)的彎管相連。 對每個通道進行水平校準，以便獲得零到10%的縱向傾斜，以及擴開很大的V-型 橫截面外形，它具有0到20度的雙軸傾斜，如圖4中所示。 根據本發(fā)明的具體實施方案，縱向傾斜可以在相同方向，或在相反方向上。
所述每個光生物反應器的培養(yǎng)室(1)，其總長度是其寬度的20倍到2000倍。其高 度隨著具體的實施方案而變化，少于其寬度的25%，例如對于4米的通道寬度來說，高度為 l米。 計劃容納所述液體培養(yǎng)基的所述培養(yǎng)室(1)，根據以下規(guī)則通過任何適合的方法 建造 所述的培養(yǎng)室(1)采用U-型帶蓋的通道或管道的形式，在其整個長度上是不透氣 和不透水的，其上部分可透過可見光，能經受空氣或氣體的少于500毫巴的內部正壓。所述 的培養(yǎng)室(1)的上部分可以用任何剛性或撓性材料制成，由單個零件或并置的多個零件構成。所述上部分的建造，要允許液體相和/或氣體中的流體，通過培養(yǎng)室(1)的彎管(3)，在 所述裝置的形成了 U型支路或通道的兩個直線部分之間循環(huán)。 所述培養(yǎng)室(1)的液體內含物(7)，占所述培養(yǎng)室(1)的橫截面下部分的10%到 70%，如圖4中所示。在所述培養(yǎng)室(1)的整個長度上，在沒有被所述液體內含物(7)占據 的所述橫截面的上部分(頂部空間)中，空氣和氣體(6)的自由循環(huán)是自由保證的。
不論所述培養(yǎng)室(1)的實施方案，利用任何適合的技術工具例如壓縮機、渦輪機 和風扇，將它維持在內部正空氣壓力下。在所述培養(yǎng)室(1)壁之一泄漏的情況下，所述正壓 避免外部流體、氣體或液體通過所述泄漏處進入所述培養(yǎng)室(1)。 根據本發(fā)明的具體實施方案，所述培養(yǎng)室(1)可以通過撓性或剛性材料的任何組 裝、或撓性部分與剛性部分連接的組裝來建造。 根據本發(fā)明的具體實施方案，所述培養(yǎng)室(1)可以完全放置在天然或人工的淺水 水域上。 在使用撓性材料建造所述培養(yǎng)室(1)的上部分的情況中，所述上部分通過調節(jié)內 部氣體的正壓保持遠離液體內含物(7)的自由表面。所述正壓將所述上部分保持在遠離所 述培養(yǎng)室(1)整個表面的上方。 在使用撓性材料建造所述培養(yǎng)室(1)的上部分的情況中，所述上部分的尺寸和位 置安排，使得當放氣時，它將無張力地落在排空了所有液體內含物(7)的所述培養(yǎng)室(1)的 底部。 因此，需要時，所述上部分可以被有意用幾厘米厚的水層淹沒和覆蓋，以保護所述 裝置抵抗疾風的破壞性影響。 所述培養(yǎng)室的所述兩個并置開放末端(4)中的每個，與所述技術組塊(2)永久地、 不可滲透地相連。 根據本發(fā)明的實施方案，所述技術組塊(2)是一個緊湊裝置，其尺寸隨著具體實 施方案而變化，包含在下列限制中其長度等于到不超過所述培養(yǎng)室(1)的兩個支持通道 的寬度加上它們相隔的空間的寬度，其寬度少于3米，其內部體積為與其相連的所述培養(yǎng) 室(1)的最大體積的千分之一到千分之二十。 如圖3中所示，根據本發(fā)明的具體實施方案，所述技術組塊(2)的建造方式，使得 其底部位于低于所述培養(yǎng)室(1)的支撐地平面0到3米之間，其頂部位于比所述培養(yǎng)室(1) 更高的位置。 所述的技術組塊(2)形成了封閉的、完整的整體，它包含了光生物反應器適當操 作所必需的所有的技術工具。它執(zhí)行以下功能-在任何適當裝置的幫助下，將培養(yǎng)基在所述培養(yǎng)室(1)的兩個通道之間循環(huán)，這 些裝置包括非限制性的例子例如通道、管子或軟管、閥、泵、"空氣升液管"、罐或其它任何適 合具體實施方案的裝置，-通過任何適合的裝置為所述培養(yǎng)室(1)提供連續(xù)正壓以及對正壓進行控制，這 些裝置包括非限制性的例子例如風扇、鼓風機、壓縮機、通風口、壓力計，-經本技術領域的專業(yè)人員已知的適當?shù)膶Ч?、管子和閥，輸入執(zhí)行培養(yǎng)所需的固 體、液體或氣體成分，-利用任何測量裝置，包括非限制性的例子如溫度計、流量計、pH計、電導計、傳感器，對培養(yǎng)進行連續(xù)或間歇控制，-利用任何適當裝置，包括非限制性的例子如泵、過濾器、沉淀器、離心機，將無機 和有機廢棄物移出所述培養(yǎng)室(1)，-為了收獲生產的生物質，利用任何適合于每個具體實施方案的裝置，例如泵、虹 吸管、旁流通道，將所述培養(yǎng)基暫時移出所述培養(yǎng)室(1)和重新引入所述培養(yǎng)室(1)，
-通過任何適于具體實施方案的制冷或產熱系統(tǒng)和浸沒式熱交換器，對所述培養(yǎng) 室(1)包含的所述液體進行熱調節(jié)。 根據圖2中所示的本發(fā)明的通用實施方案，第二個封閉外殼(5)由其尺寸和形狀 適合于具體實施方案、并根據本技術領域的規(guī)則建造的結構構成。所述第二個外殼(5)所 占的面積少于它包含的光生物反應器組面積的百分之五。 除了所述技術組塊(7)之外，所述第二個外殼含有執(zhí)行下列功能所必需的裝置
-通過本技術領域的專業(yè)人員已知的、在制藥工業(yè)中常用的裝置的安裝，封閉工作 區(qū)，這些裝置包括非限制性的例子如固定框架窗口，進出端口，正壓封裝和空氣過濾系統(tǒng)。
-通過本技術領域的專業(yè)人員已知的任何適合裝置收獲所述生物質內含物，這些 裝置包括非限制性的例子如滾筒過濾機，震動過濾篩，真空過濾器，移動布過濾器，離心 機。-為所述光生物反應器提供液體、氣體或固體輸入，這是假定所需產物儲存單位、 氣體和液體管道適合于具體實施方案的操作要求，-利用技術裝置加工所述收獲的生物質，并將它以新鮮、冷凍或脫水的形式包裝， 這些技術裝置包括非限制性的例子如壓力機，干燥機，蒸發(fā)器，干燥器，離心機，冷凍干燥 系統(tǒng)，隧道式冷凍機，裝袋機，冷室，噴淋塔，粉碎機，等等。 為了使所述技術組塊(2)相對于所述相連的培養(yǎng)室(1)符合前面描述的空間定 位，根據本發(fā)明的具體實施方案，需要或者將所述第二個封閉外殼(5)建造在地平面和所 述培養(yǎng)室(1)所處位置的下方，或者在所述外殼中，在每個技術組塊(2)的位置處，安裝用 于定位的凹座。 根據本發(fā)明的優(yōu)選具體實施方案，所述培養(yǎng)室(1)由撓性、防水和不透氣的片材 建成，可透過可見光，可膨脹，同時能夠經受小于500毫巴的內部空氣或氣體正壓。
通過已知的工業(yè)擠壓過程獲得的、最小厚度為一毫米的百分之二十的農用半透明 聚乙烯片材，是足夠用于建造所述裝置的材料的非限制性的例子。 所述片材的長度是其寬度的20到2000倍。本發(fā)明的該具體實施方案所需要的長 度，可以通過將幾塊寬度相同、長度短于所需的片材端對端放置，并通過本技術領域的專業(yè) 人員已知的任何適當?shù)募夹g工具焊接或膠粘進行裝配，來獲得。 根據本發(fā)明的通用實施方案，水平支撐板、例如前面描述的，其襯里可以按照技術 規(guī)則，使用任何合適的材料來建造，這些材料包括非限制性的例子如沙子，混凝土，瀝青， 木材，磚瓦。所述襯里的主要功能是保護所述撓性片材的物理完整性，這些片材已知是易碎 的。 所述保護作用，可以通過在所述片材和帶有或不帶襯里的所述支撐板之間插入保 護層來加強。所述層可以由塑料薄膜、氈、地膜、土工織物或任何其它適合于所述用途的物 質或材料構成。
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在支撐板的橫截面形狀給定的情況下，形成培養(yǎng)基的液體的質量，在被引入片材 后，確保了裝置被錨定在地面上，這一點是必需的。 培養(yǎng)室維持在由適當?shù)目諝鈮嚎s裝置產生的大約幾十毫巴的空氣或氣體的輕微 正壓下，該空氣壓縮裝置位于與所述培養(yǎng)室(1)并置的所述技術組塊(2)中。內部正壓被 連續(xù)調節(jié)，使所述培養(yǎng)室(1)在風或以任何方式施加于所述片材外表面的壓力的作用下變 形。 具體來說，本發(fā)明的裝置打算用于裝備光合水生微生物的大量生物質的生產場 所，其操作面積至少等于一公頃。 應該指出，前面提到的裝置可以容納任何未描述到的部件，并與本發(fā)明保持一致。
上面例舉的本發(fā)明的實施方案根據它們的實用性質進行選擇。然而，不可能提供 本發(fā)明所包含的所有實施方案的詳盡的列表。 具體來說，任何描述過的方法，都可以用沒有超出本發(fā)明范疇的等價的方法來替 代。
權利要求
用于生產任一種類的微藻類和藍細菌、以及更廣義上其生長依賴于液體培養(yǎng)基中光合作用的任何微生物的生物質的裝置，其特征在于包含兩個埋置式和原位建造的封閉外殼i)所述第一個封閉外殼包含光生物反應器，它由兩個并置的相互依賴的子裝置構成，子裝置由下述組成a)氣密和水密的培養(yǎng)室(1)，其上部分可透過可見光，并且理想的內部容積大于50立方米，縱向建在外形平坦的地面上；b)與所述培養(yǎng)室(1)的至少一個末端(4)并置的技術組塊(2)，所述技術組塊(2)包含所有用于實施和控制生物質培養(yǎng)、所有使用液體的熱調節(jié)和循環(huán)的技術設備；ii)所述第二個封閉外殼(5)包含幾個并置的光生物反應器的所述技術組塊(2)，所述第二個外殼(5)包含一方面所述光生物反應器正常操作所需的、另一方面收獲和加工所述生物質所需的所有技術工具，以便將其維持在封閉環(huán)境，直到根據裝置的用戶決定的應用進行最后包裝階段之前。
2. 權利要求1的生產裝置，其特征在于培養(yǎng)室(1)在兩個并置的自由末端(4)處呈U 型，所述末端(4)與所述光生物反應器的技術組塊(2)相連。
3. 前述權利要求任一項的生產裝置，其特征在于所述光生物反應器的技術組塊(2)被 置于低于地平面和低于所述培養(yǎng)室(1)的水平。
4. 前述權利要求任一項的生產裝置，其特征在于所述培養(yǎng)室(1)中包含的空氣和氣體 維持在正壓下。
5. 權利要求4的生產裝置，其特征在于所述培養(yǎng)室(1)的上蓋由撓性材料制成，并對所 述培養(yǎng)室中包含的空氣和氣體(6)的正壓水平進行調節(jié)，從而將上蓋的整個表面保持在高 處，并保持其遠離所述培養(yǎng)室(1)的液體內含物(7)的物質。
6. 前述權利要求任一項的生產裝置，其特征在于所述培養(yǎng)室(1)具有通道高度和寬 度，所述高度小于所述寬度的25%。
7. 權利要求5的生產裝置，其特征在于所述培養(yǎng)室(1)的撓性上蓋可以通過終止頂部 空間的空氣和氣體(6)的正壓而暫時降落到液體內含物(7)上，這時所述裝置通過減少其 在風中的暴露而牢固。
8. 權利要求7的生產裝置，其特征在于將所述培養(yǎng)室(1)的撓性上蓋暫時用水層覆蓋， 這時裝置是牢固的。
9. 前述權利要求任一項的生產裝置，其特征在于所述培養(yǎng)室(1)被置于天然或人工的 淺水水域上。
10. 使用前述權利要求任一項的所述裝置生產生物質的方法。
11. 權利要求10的用于生產生物質的方法，其特征在于包含至少一個以下階段 -在所述培養(yǎng)室(1)的兩個通道之間循環(huán)培養(yǎng)基，-對所述培養(yǎng)室(1)實施連續(xù)正壓，-提供固體、液體或氣體輸入，-利用任一測量裝置連續(xù)或間歇控制培養(yǎng)，-從所述培養(yǎng)室(1)移出無機或有機廢棄物，-為了收獲所述生產的生物質，將所述培養(yǎng)基暫時移出和重新注入所述培養(yǎng)室(1)，-對所述培養(yǎng)室(1)中的所述液體內含物(7)進行熱調節(jié)， -封閉構成工作區(qū)的所述裝置， -處理和包裝所述收獲的生物質。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于生產生物質的裝置，生物質包含任何種類的微藻類和藍細菌，以及更廣義來說其生長依賴于液體培養(yǎng)基中的光合作用的任何微生物。此外，裝置包括埋置式和原位建造的封閉外殼i)所述第一個封閉外殼包含光生物反應器，它包括兩個并置的互相依賴的子裝置，子裝置由a)培養(yǎng)室(1)和b)熱組塊(2)組成，熱組塊(2)與所述培養(yǎng)室(1)的至少一個末端(4)并置；ii)所述第二個封閉外殼(5)包含幾個并置的光生物反應器的技術組塊(2)。本發(fā)明還涉及使用所述裝置生產所述生物質的方法。
文檔編號C12M1/00GK101796178SQ200880105319
公開日2010年8月4日 申請日期2008年7月2日 優(yōu)先權日2007年7月3日
發(fā)明者多米尼克·德洛貝爾 申請人:多米尼克·德洛貝爾