專利名稱:一種可實現(xiàn)連續(xù)性培養(yǎng)的光生物反應(yīng)裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種可實現(xiàn)連續(xù)性培養(yǎng)的光生物反應(yīng)裝置，它包括反應(yīng)器和進出液管路；所述反應(yīng)器包括至少一個中空結(jié)構(gòu)的中間柱體，所述中間柱體的頂端螺栓連接有頂蓋，其底端密封有底蓋；所述頂蓋開有頂蓋排氣孔和支進液孔；所述中間柱體的外側(cè)設(shè)置有LED燈管，所述LED燈管通過支架與所述中間柱體的外壁固定連接；所述LED燈管連接有LED功率可調(diào)開關(guān)；所述中間柱體的內(nèi)部設(shè)置有pH檢測電極和溫度傳感器。本實用新型設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，光能利用率高，培養(yǎng)與采收簡便，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模工廠化生產(chǎn)。
【專利說明】一種可實現(xiàn)連續(xù)性培養(yǎng)的光生物反應(yīng)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及底棲微藻【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種可實現(xiàn)連續(xù)性培養(yǎng)的光生物反應(yīng)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]底棲微藻種類繁多，其藻細胞內(nèi)普遍含有豐富的生物活性物質(zhì)、礦物質(zhì)及微量元素，如維生素A、維生素C、維生素E、維生素B12、硫氨素、核黃素、吡多醇生物素、肌醇、葉酸、泛酸鈣和煙酸等，部分底棲微藻中高產(chǎn)DHA( 二十二碳六烯酸)、EPA( 二十碳五烯酸)等不飽和脂肪酸。隨著底棲微藻的研宄進一步深入，其在現(xiàn)代食品、藥品以及高檔水產(chǎn)品培養(yǎng)中，越來越占有重要的地位。
[0003]底棲微藻在自然環(huán)境下，一般分布生長在水體底部，接受自然光照不足、光能利用率低，水體CO2含量少，使得其光合作用的能力非常有限，因此其生長速度極其緩慢。底棲微藻早期應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的苗種培育階段，傳統(tǒng)的培養(yǎng)方法是利用開放的水泥池，其生產(chǎn)效率低、操作不便、人工成本高、培養(yǎng)過程中極易被雜藻與外源水生生物污染，這也成為底棲微藻單一藻種高密度培養(yǎng)所面臨的最大問題。由于早期人們對底棲微藻的商業(yè)價值認識不多，傳統(tǒng)的底棲微藻培養(yǎng)主要用于水產(chǎn)貝類養(yǎng)殖以及早期育苗育種，其推廣應(yīng)用具有區(qū)域性和季節(jié)性特點的限制，因而產(chǎn)量較少。傳統(tǒng)技術(shù)中使用的培養(yǎng)設(shè)備也極為簡單，有塑料袋、水泥池、塑料水桶。底棲微藻在培養(yǎng)過程中經(jīng)常積沉在水體底部，即使通過攪拌或是放入氣石，也只能使局部的底棲微藻懸浮，還會存在死角。傳統(tǒng)方式存在的一系列問題，限制了底棲微藻單一藻種高密度的工廠化生產(chǎn)。原料的缺少嚴重制約了豐富的底棲微藻資源在醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域的應(yīng)用。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的是提供一種可實現(xiàn)連續(xù)性培養(yǎng)的光生物反應(yīng)裝置，可用于生產(chǎn)不同的底棲微藻，以實現(xiàn)工廠進行規(guī)模化地連續(xù)生產(chǎn)，彌補現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0005]為實現(xiàn)本實用新型的目的所采用的技術(shù)方案是:一種可實現(xiàn)連續(xù)性培養(yǎng)的光生物反應(yīng)裝置，其特征在于包括反應(yīng)器和進出液管路；所述反應(yīng)器包括至少一個中空結(jié)構(gòu)的中間柱體，所述中間柱體的頂端螺栓連接有頂蓋，其底端密封有底蓋；所述頂蓋開有頂蓋排氣孔和支進液孔；所述進出液管路包括進液主路，所述進液主路連接有數(shù)量與所述中間柱體數(shù)量一致的進液支路，所述進液支路與所述頂蓋上的支進液孔連接，所述進液支路上設(shè)置有進液支路閥門；所述底蓋的圓心處設(shè)置有支出液孔，所述支出液孔連接有出液支路；所述出液支路連接有出液主路，所述出液主路連接至藻液收集罐；所述底蓋在所述支出液孔的周邊設(shè)置有多個進氣孔；所述進氣孔的下面連接有進氣管路；所述中間柱體的外側(cè)設(shè)置有LED燈管，所述LED燈管通過支架與所述中間柱體的外壁固定連接；所述LED燈管連接有LED功率可調(diào)開關(guān)；所述中間柱體的內(nèi)部設(shè)置有pH檢測電極和溫度傳感器。
[0006]更進一步的，所述底蓋在所述進氣孔的上面設(shè)置有出氣彎管，所述出氣彎管與所述進氣管路連通。
[0007]優(yōu)選的，所述出氣彎管由豎直部和彎曲部組成，豎直部和彎曲部形成的夾角為45。。
[0008]優(yōu)選的，所述彎曲部在所述底蓋上的投影與所述豎直部與所述支出液孔的連接線形成的夾角為45°。
[0009]應(yīng)用上述光生物反應(yīng)裝置培養(yǎng)底棲微藻的方法，其特征在于包括以下步驟:
[0010]⑴蒸汽消毒
[0011]在光生物反應(yīng)裝置運行前，需要進行高溫蒸汽消毒；首先關(guān)閉頂蓋排氣孔、出液支路閥門、進氣管路，打開進液支路閥門、出液支路閥門；高溫蒸汽由出液主路進入，再由進液主路排出；
[0012]⑵裝液
[0013]關(guān)閉出液支路閥門，打開頂蓋排氣孔并用脫脂棉封口，將二氧化碳和空氣的混合氣體過濾后由進氣管路通入中間柱體的內(nèi)部；隨后將初級藻種液由進液主路流入，再分別通過進液支路將初級藻種液注入中間柱體；待初級藻種液進液完成后，用同樣的方法注入培養(yǎng)液；
[0014]⑶光照
[0015]當(dāng)中間柱體裝液完畢后，檢查進液支路閥門是否完全關(guān)閉；打開LED功率可調(diào)開關(guān)，對中間柱體進行持續(xù)光照；通過pH檢測電極與溫度傳感器進行監(jiān)測，保持培養(yǎng)過程中pH范圍在7.5?10.5之間，溫度控制在25?40°C之間；
[0016]⑷培養(yǎng)
[0017]培養(yǎng)時間為5?10天，當(dāng)微藻個數(shù)達到2*105個/毫升以上時，進行采收；采收過程中，保持進氣管路持續(xù)進氣，打開出液支路閥門，使中間柱體內(nèi)的藻液通過出液主路進入藻液收集罐；
[0018](5)連續(xù)性培養(yǎng)
[0019]當(dāng)每個中間柱體的剩余藻液為20?30L時，關(guān)閉出液支路閥門，打開進液支路閥門，由進液主路分別通過進液支路注入培養(yǎng)液，再次進行步驟(2)和(3)，以實現(xiàn)連續(xù)性培養(yǎng)；連續(xù)性培養(yǎng)次數(shù)控制在3?5次，再次培養(yǎng)時，需要進行步驟(I)的蒸汽消毒操作。
[0020]優(yōu)選的，所述步驟⑵中二氧化碳和空氣的混合氣體的體積比為:Ven =
2%?5%0
[0021]優(yōu)選的，所述步驟(2)中每個中間柱體注入初級藻種液的液量為20?30L。
[0022]優(yōu)選的，所述步驟(2)中每個中間柱體注入培養(yǎng)液的液量為80?90L。
[0023]優(yōu)選的，所述步驟(5)中每個中間柱體注入培養(yǎng)液的液量為80?90L。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是:
[0025](I)本實用新型設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、光能利用率高、培養(yǎng)與采收簡便，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模工廠化生產(chǎn)；
[0026](2)通過底棲微藻光生物反應(yīng)裝置，能夠?qū)Σ煌牡讞⒃鍖崿F(xiàn)差異化生產(chǎn)，對培養(yǎng)過程中所需的營養(yǎng)鹽、CO2補給、pH環(huán)境進行合理調(diào)節(jié)，嚴格控制外界污染源，實現(xiàn)底棲微藻單一藻種的高密度工廠化生產(chǎn)；
[0027](3)本實用新型可以通過培養(yǎng)液、光照、pH、溫度等條件調(diào)節(jié)，實現(xiàn)培養(yǎng)不同的單一底棲藻種；穩(wěn)定的培養(yǎng)環(huán)境和封閉的培養(yǎng)系統(tǒng)避免了外界雜藻和原生動物的污染；氣升式曝氣裝置避免了底棲微藻的沉降現(xiàn)象，配合著LED光源和二氧化碳的不斷補充，使微藻在懸浮的過程中持續(xù)時間接受光照，極大地促進其進行光合作用。

【附圖說明】

[0028]圖1所示為本實用新型光生物反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2所示為底蓋設(shè)置四個出氣彎管的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3所示為圖2中出氣彎管的平面結(jié)構(gòu)圖；
[0031]圖4所示為圖2的俯視圖。

【具體實施方式】
[0032]以下結(jié)合具體實施例對本實用新型作進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0033]實施例:
[0034]如圖1所示為一種可實現(xiàn)連續(xù)性培養(yǎng)的光生物反應(yīng)裝置，其特征在于包括反應(yīng)器和進出液管路；所述反應(yīng)器包括至少一個中空結(jié)構(gòu)的中間柱體12 ;圖1中所示為四個中間柱體12，在工業(yè)化生產(chǎn)階段，根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模的需要，可以添加或減少中間柱體12的數(shù)量；所述中間柱體12的內(nèi)徑為350mm，壁厚10mm，高度為1500mm，采用透明亞克力材質(zhì)制作，中間柱體12的頂端螺栓連接有頂蓋8，其底端焊接有底蓋10 ;所述頂蓋8的邊緣平均分布有六個10_直徑的孔，用于與中間柱體12通過螺栓固定；所述頂蓋8開有頂蓋排氣孔9 ;頂蓋排氣孔9采用內(nèi)徑10mm、外徑2mm、長30mm亞克力空心管，焊接在頂蓋8上，起到排氣作用。
[0035]所述底蓋10的直徑為400mm，壁厚為10mm，采用亞克力材質(zhì)，在底蓋10的邊緣平均分布六個1mm直徑的螺栓連接孔22，螺栓連接孔22用于與支持平臺20通過螺栓固定。
[0036]優(yōu)選的，所述底蓋10與所述支持平臺20中間填充有硅膠墊13，硅膠墊13的厚度為10mm，其大小與底蓋10相同，在所述螺栓連接孔22對應(yīng)的位置進行挖孔以便于螺栓穿過。
[0037]所述進出液管路包括進液主路1，所述進液主路I連接有數(shù)量與所述中間柱體數(shù)量一致的進液支路3，所述進液支路3與所述頂蓋8上的支進液孔連接(所述進液支路3上設(shè)置有進液支路閥門2);所述底蓋10的圓心處設(shè)置有直徑為55mm的支出液孔4，所述支出液孔4連接有出液支路5 ;所述出液支路5連接有出液主路7，所述出液主路7連接至藻液收集罐21 ;其中，出液支路5采用內(nèi)徑為40mm的PVC排水管，出液支路5上設(shè)置有出液支路閥門6，出液主路7采用內(nèi)徑為50mm的PVC排水管。
[0038]所述支出液孔4的周邊設(shè)置有多個進氣孔23 ;所述進氣孔23的下端連接有進氣管路11 ;進氣管路11的規(guī)格為內(nèi)徑10mm、外徑2mm、長30mm，材料為亞克力。
[0039]所述中間柱體12的一側(cè)設(shè)置有LED燈管15，LED燈管15的直徑30mm、長1200mm、功率26W，所述LED燈管15通過上支架14和下支架16與所述中間柱體12固定連接，上支架14和下支架16均采用亞克力材料制作，通過與中間柱體12的外壁焊接固定；所述支持平臺20上設(shè)置有與LED燈管15連接的LED功率可調(diào)開關(guān)17。
[0040]所述中間柱體12的內(nèi)部設(shè)置有pH檢測電極18和溫度傳感器19 ;本實用新型光生物反應(yīng)裝置在運行時，pH檢測電極18和溫度傳感器19需要完全沒入培養(yǎng)液中，以便于收集相關(guān)數(shù)據(jù)。
[0041]更進一步的，如圖2所示，所述進氣孔23的上端設(shè)置有出氣彎管24，所述出氣彎管24與所述進氣管路11連通。
[0042]優(yōu)選的，如圖3所示，所述出氣彎管24由豎直部241和彎曲部242組成，豎直部241和彎曲部242形成的夾角b為45°。
[0043]優(yōu)選的，如圖4所示，所述彎曲部242在所述底蓋10上的投影與所述豎直部241與所述支出液孔4的連接線形成的夾角a為45°。
[0044]上述可知，所述進氣管路11通入的氣體經(jīng)過出氣彎管24排出，由于底蓋10為圓形，四個出氣彎管24所形成的氣流能夠?qū)Φ咨w10進行無死角沖擊，并中間柱體12內(nèi)形成渦流；沉淀于中間柱體12底部的底棲微藻跟隨渦流上升，使底棲微藻能夠懸浮在中間柱體12內(nèi)的培養(yǎng)液中，在運動狀態(tài)下接受LED光源的照射，使得氣升式曝氣效果更佳。
[0045]應(yīng)用上述光生物反應(yīng)裝置培養(yǎng)底棲微藻的方法，其特征在于包括以下步驟:
[0046](I)蒸汽消毒
[0047]在光生物反應(yīng)裝置運行前，需要進行高溫蒸汽消毒；首先關(guān)閉頂蓋排氣孔9、出液支路閥門6、進氣管路11，打開進液支路閥門2、出液支路閥門6。高溫蒸汽由出液主路7進入，由進液主路I排出，蒸汽消毒的過程持續(xù)一小時，以實現(xiàn)光生物反應(yīng)裝置內(nèi)的消毒。
[0048](2)裝液
[0049]關(guān)閉出液支路閥門6，打開頂蓋排氣孔9并用脫脂棉封口，將二氧化碳和空氣的混合氣體過濾后由進氣管路11進入光生物反應(yīng)裝置，實現(xiàn)氣升式曝氣功能，即使得底棲微藻在培養(yǎng)過程中，不斷在腔內(nèi)翻滾而不會發(fā)生沉降；此時初級藻種液由進液主路I流入，再分別通過進液支路3將初級藻種液注入中間柱體12 ;待中間柱體12進液完成后，由進液主路I通過進液支路3再次注入配制好的培養(yǎng)液；
[0050](3)光照
[0051]當(dāng)中間柱體12裝液完畢后，檢查進液支路閥門2是否完全關(guān)閉；打開LED功率可調(diào)開關(guān)17，實現(xiàn)持續(xù)光照，保證光合作用順利穩(wěn)定進行；通過pH檢測電極18與溫度傳感器19實時監(jiān)測，保持培養(yǎng)過程中pH范圍在7.5?10.5之間，溫度控制在25?40°C之間；pH值可由二氧化碳通入量進行調(diào)節(jié)，溫度可由室內(nèi)空調(diào)調(diào)節(jié)。
[0052]⑷培養(yǎng)
[0053]培養(yǎng)時間為5?10天，當(dāng)微藻個數(shù)達到2*105個/毫升以上時，進行采收；采收過程中，保持進氣管路11持續(xù)進氣，打開出液支路閥門6，使培養(yǎng)腔內(nèi)的藻液均勻通過出液主路7進入藻液收集罐21。
[0054](5)連續(xù)性培養(yǎng)
[0055]當(dāng)每個中間柱體12剩余的藻液為20?30L時，關(guān)閉出液支路閥門6，打開進液支路閥門2，由進液主路I分別通過進液支路3注入配制好的培養(yǎng)液，實現(xiàn)連續(xù)性培養(yǎng)；連續(xù)性培養(yǎng)次數(shù)控制在3?5次，再次培養(yǎng)時，需要對光生物反應(yīng)裝置進行步驟(I)的蒸汽消毒作業(yè)。
[0056]優(yōu)選的，所述步驟⑵中二氧化碳和空氣的混合氣體的體積比為:Ven =2%?5%，其目的在于以彌補培養(yǎng)過程中二氧化碳的不足。
[0057]優(yōu)選的，所述步驟(2)中每個中間柱體12注入初級藻種液的液量為20?30L。
[0058]優(yōu)選的，所述步驟(2)中每個中間柱體12注入培養(yǎng)液的液量為80?90L。
[0059]優(yōu)選的，所述步驟(5)中每個中間柱體12注入培養(yǎng)液的液量為80?90L
[0060]上述步驟(2)和步驟(5)中注入的用于培養(yǎng)底棲微藻的培養(yǎng)液，各組分的濃度范圍分別為:NaN03:17.0 ?13.0g/L、K2HPO4:4.0 ?1.0g/L、MgSO4.7H20:4.0 ?2.0g/L、CaC12.2H20:2.0 ?1.0g/L、檸檬酸:0.5 ?0.lg/L、檸檬酸鐵銨:0.5 ?0.lg/L、EDTANa2:0.1 ?0.3g/L、Na2CO3:2.0 ?0.5g/L、H 3B03:3.5 ?1.5g/L、MnC 12.4H20:3.0 ?1.0g/L,ZnSO4.7H20:0.8 ?0.lg/L, Na2MoO4.2H20:0.8 ?0.lg/L, CuSO4.5H20:0.2 ?0.05g/L、Co (NO3) 2.6H20:0.1 ?0.02g/Lo
[0061]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種可實現(xiàn)連續(xù)性培養(yǎng)的光生物反應(yīng)裝置，其特征在于包括反應(yīng)器和進出液管路；所述反應(yīng)器包括至少一個中空結(jié)構(gòu)的中間柱體，所述中間柱體的頂端螺栓連接有頂蓋，其底端密封有底蓋；所述頂蓋開有頂蓋排氣孔和支進液孔；所述進出液管路包括進液主路，所述進液主路連接有數(shù)量與所述中間柱體數(shù)量一致的進液支路，所述進液支路與所述頂蓋上的支進液孔連接，所述進液支路上設(shè)置有進液支路閥門；所述底蓋的圓心處設(shè)置有支出液孔，所述支出液孔連接有出液支路；所述出液支路連接有出液主路，所述出液主路連接至藻液收集罐；所述底蓋在所述支出液孔的周邊設(shè)置有多個進氣孔；所述進氣孔的下面連接有進氣管路；所述中間柱體的外側(cè)設(shè)置有LED燈管，所述LED燈管通過支架與所述中間柱體的外壁固定連接；所述LED燈管連接有LED功率可調(diào)開關(guān)；所述中間柱體的內(nèi)部設(shè)置有pH檢測電極和溫度傳感器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可實現(xiàn)連續(xù)性培養(yǎng)的光生物反應(yīng)裝置，其特征在于所述底蓋在所述進氣孔的上面設(shè)置有出氣彎管，所述出氣彎管與所述進氣管路連通。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可實現(xiàn)連續(xù)性培養(yǎng)的光生物反應(yīng)裝置，其特征在于所述出氣彎管由豎直部和彎曲部組成，豎直部和彎曲部形成的夾角為45°。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可實現(xiàn)連續(xù)性培養(yǎng)的光生物反應(yīng)裝置，其特征在于所述彎曲部在所述底蓋上的投影與所述豎直部與所述支出液孔的連接線形成的夾角為45°。
【文檔編號】C12M1-34GK204298406SQ201420435048
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