本發(fā)明總體來說涉及一種微藻的培養(yǎng)裝置，具體而言，涉及一種絲狀藻的培養(yǎng)裝置。

背景技術：

微藻是一類在陸地、海洋分布廣泛，營養(yǎng)豐富、光合利用度高的自養(yǎng)植物，細胞代謝產(chǎn)生的多糖、蛋白質、色素等，使其在食品、醫(yī)藥、基因工程、液體燃料等領域具有很好的開發(fā)前景。

絲狀藻屬于微藻的一種，主要有綠藻門、藍藻門、硅藻門、黃藻門中的絲狀藻屬，其藻絲大多數(shù)由幾百到幾千個細胞形成單列或具分枝的形態(tài)，其群體大小可以達到毫米或厘米級。絲狀藻相較于柵藻、小球藻等單細胞藻類具有體積較大的特點。正是由于絲狀藻體積較大，因此其特別易于收獲，可減小收獲成本；此外，由于絲狀藻的尺寸遠大于輪蟲，其不利于原生物動物如輪蟲或纖毛蟲的吞噬，在對抗病蟲害方面具有很大的優(yōu)勢。這些特點都是小球藻、柵藻等小體積藻類所不具備的。因此近年來，一些微藻領域的專家對絲狀藻的研究成為熱點。例如劉中天等人的一篇中國發(fā)明專利CN103960117B就曾提到從黃絲藻中提到的生物油，其含有二十碳五烯酸EPA，花生四烯酸AA以及其他長鏈多不飽和脂肪酸PUEA。這些化合物在食品和藥品領域具有應用，EPA具有調節(jié)血脂、抗凝血和抗血栓形成、擴張血管和降低血壓的作用；AA具有降低血液粘度、增強血管彈性和酯化人體膽固醇的功能等生理活性，對心血管和糖尿病及腫瘤都有一定的功效。

但是絲狀藻的培養(yǎng)也會遇到一些問題。培養(yǎng)時，如果混合強度較低的情況下，藻液中的藻會很快發(fā)生沉積，導致沉積在最底層的藻不能接收光照無法生長且發(fā)生變質或腐爛，且培養(yǎng)池底部的面積有限，導致整體光利用效率較低；而如果混合強度過大，絲狀藻又容易受到剪切力影響而產(chǎn)生斷絲現(xiàn)象，在成細胞壁結構被破壞，當斷絲達到一定程度，藻細胞活力嚴重受損，同樣不利于產(chǎn)量的提高。另外，黃絲藻的培養(yǎng)一般包含兩個階段，即生物質快速增加階段和油脂積累階段，這兩個階段的培養(yǎng)基組分往往具有較大的區(qū)別，因此在黃絲藻生物質增加到一定程度時，需要將其移到營養(yǎng)限制的培養(yǎng)基環(huán)境中，進行脅迫或誘導油脂積累。在移動至新的培養(yǎng)基環(huán)境中，需要將絲狀藻收集起來，整體移動到一個新的培養(yǎng)基中。

現(xiàn)有技術中雖然提及可以用半干固態(tài)貼壁法培養(yǎng)絲狀藻，然而實際情況是，由于絲狀藻是幾百到幾千個細胞形成單列，生長時對水和培養(yǎng)基的需求量較大，僅通過頂部滴漏下的培養(yǎng)基無法很好地滿足生長需要，并且由于環(huán)境蒸發(fā)量很大，經(jīng)實驗室小規(guī)模培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，半干固態(tài)貼壁培養(yǎng)效果較差，且生物質增加速度很難再提高。如若加大培養(yǎng)液的滴注速度，又會將固態(tài)培養(yǎng)板上附著的藻沖刷下來，無法再附著于培養(yǎng)板表面，這一缺點一直是半干固態(tài)貼壁培養(yǎng)的缺陷。

綜合以上，現(xiàn)有的絲狀藻培養(yǎng)方法和培養(yǎng)裝置存在不足，不能適應用于絲狀藻的培養(yǎng)。

在所述背景技術部分公開的上述信息僅用于加強對本發(fā)明的背景的理解，因此它可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現(xiàn)有技術的信息。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個主要目的在于克服上述現(xiàn)有技術的至少一種缺陷，提供一種適于培養(yǎng)絲狀藻的培養(yǎng)裝置，可以在降低混合強度的情況下，增大培養(yǎng)面積，提高光利用效率和減少能耗，減少均質化的機械力給絲狀藻造成的斷絲現(xiàn)象，同時還便于轉換絲狀藻的培養(yǎng)基環(huán)境。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種絲狀藻的培養(yǎng)裝置，所述培養(yǎng)裝置包括一個絲狀藻培養(yǎng)池，在所述培養(yǎng)池中浸沒至少一個附著板，所述培養(yǎng)池內形成至少一個水流通道，所述水流通道內的培養(yǎng)液朝一預定方向流動，所述附著板位于所述培養(yǎng)液的水流通道內，所述培養(yǎng)液中的絲狀藻隨著培養(yǎng)液的流動不斷地富集到所述附著板上。

其中，培養(yǎng)液的流動速度為0.1m/s～0.5m/s，培養(yǎng)池內的培養(yǎng)液的厚度為10cm～50cm，相對于一般的跑道池反應器，培養(yǎng)液處于較低的流動速度。

本發(fā)明的一個可行的實施例中，其中所述培養(yǎng)池為跑道池，所述跑道中間設有一個分隔板，所述水流通道形成于所述隔板四周；或者所述培養(yǎng)池為圓形池，在圓形池中設有一個分隔板，所述水流通道形成于所述隔板四周。

本發(fā)明的一個可行的實施例中，其中所述培養(yǎng)池中的培養(yǎng)液經(jīng)馬達帶動一個攪拌槳驅動或者經(jīng)爆氣驅動，使培養(yǎng)池內的培養(yǎng)液朝一預定方向流動。

本發(fā)明的一個可行的實施例中，其中所述附著板垂直于所述培養(yǎng)液厚度的方向浸沒于培養(yǎng)液中，所述附著板的長度方向與所述培養(yǎng)液的流動方向平行，將水流通道區(qū)隔成多個小水流通道。

本發(fā)明的一個可行的實施例中，其中所述附著板垂直于所述培養(yǎng)液厚度的方向浸沒于培養(yǎng)液中，所述附著板的長度方向與所述培養(yǎng)液的流動方向呈一個角度，該角度大于0°小于等于90°。

本發(fā)明的一個可行的實施例中，所述附著板為網(wǎng)格狀板片，其上具有若干個網(wǎng)孔，所述網(wǎng)孔能供培養(yǎng)液流過。

其中，所述網(wǎng)孔的規(guī)格為1mm²～25mm²。

本發(fā)明的一個可行的實施例中，所述附著板與培養(yǎng)液接觸的表面具有若干突出于該表面的毛刺或彎鉤，類似魔術貼的鉤面。

其中，所述毛刺或彎鉤突出于該表面的長度為0.5mm～5mm。

本發(fā)明的一個可行的實施例中，所述附著板的俯視圖呈拐角型、波浪線形、鋸齒線形或凹凸線形。

本發(fā)明的一個可行的實施例中，所述附著板的俯視圖呈“豐”字形或魚骨形。

本發(fā)明的一個可行的實施例中，所述附著板是由一層金屬網(wǎng)格板的表面固定一個魔術貼的鉤面而組成。

由上述技術方案可知，本發(fā)明的絲狀藻的培養(yǎng)裝置的優(yōu)點和積極效果在于：

本發(fā)明絲狀藻的培養(yǎng)裝置，由于培養(yǎng)液朝某一預定方向流動，在流動過程中，絲狀藻會附著到附著板的表面，從而使藻液中的絲狀藻不至于濃度過高而沉積到培養(yǎng)池底部(同時培養(yǎng)液依然能夠讓光線進入到液面以下)，而附著板上的絲狀藻依然可以不斷地接觸到培養(yǎng)基中的營養(yǎng)組分，并在光照條件下繼續(xù)生長；因此提高了原培養(yǎng)池的培養(yǎng)面積和光照面積，特別是當附著板順著水流流動方向延伸設置，將水流通道區(qū)隔成若干小水流通道的情況下，培養(yǎng)/光照面積將呈倍增大。在本發(fā)明的培養(yǎng)裝置中，由于培養(yǎng)液中游離的絲狀藻濃度較低，因此水流速度可相對跑道池等減慢一些，也可以避免過大的混合強度的機械剪切力對絲狀藻的結構破壞性，還能節(jié)省能耗。

隨著培養(yǎng)時間增加，附著板上會積攢大量的絲狀藻，能夠輕易地從培養(yǎng)液中取出這些附著板，然后轉移到新的培養(yǎng)基環(huán)境中進行誘導/脅迫培養(yǎng)，轉移到新培養(yǎng)基的培養(yǎng)池中時候，只需輕輕擺動或者改變與水流方向的角度就可以將附著板上的絲狀藻釋放到新的培養(yǎng)液中，而原培養(yǎng)池內游離在藻液中的絲狀藻還可作為藻種繼續(xù)生長。此外，這一方法還可以用于喂養(yǎng)魚類，即將布滿絲狀藻的附著板放置到魚喂養(yǎng)區(qū)，讓魚類啄食附著板上的藻體。

附圖說明

通過結合附圖考慮以下對本發(fā)明的優(yōu)選實施例的詳細說明，本發(fā)明的各種目標、特征和優(yōu)點將變得更加顯而易見。附圖僅為本發(fā)明的示范性圖解，并非一定是按比例繪制。在附圖中，同樣的附圖標記始終表示相同或類似的部件。其中：

圖1為本發(fā)明實施例一絲狀藻的培養(yǎng)裝置的俯視結構示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例二絲狀藻的培養(yǎng)裝置的俯視結構示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例三絲狀藻的培養(yǎng)裝置的俯視結構示意圖。

圖4為本發(fā)明實施例四絲狀藻的培養(yǎng)裝置的俯視結構示意圖。

圖5A-5C為本發(fā)明實施例的附著板的結構示意圖。

圖6A、圖6B～圖6G為本發(fā)明實施例的附著板的俯視圖示意圖。

圖7為采用魔術貼的鉤面制作的附著板，其實驗效果照片。

具體實施方式

現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述示例實施方式。然而，示例實施方式能夠以多種形式實施，且不應被理解為限于在此闡述的實施方式；相反，提供這些實施方式使得本發(fā)明將全面和完整，并將示例實施方式的構思全面地傳達給本領域的技術人員。圖中相同的附圖標記表示相同或類似的結構，因而將省略它們的詳細描述。

實施例一

參見圖1，為實施例一絲狀藻的培養(yǎng)裝置示意圖，培養(yǎng)裝置主要包括跑道池1、攪拌葉輪3和附著板4。在跑道池1中裝有微藻培養(yǎng)液2，培養(yǎng)液深度可示例為10cm～50cm，其中接種有絲狀藻。跑道池1包括池壁11和設于跑道池1中間的分隔板12，分隔板12使跑道池1內形成一個或多個水流通道P。一個攪拌葉輪3設于水流通道P中，該攪拌葉輪3的轉動，可驅動水流通道P內的培養(yǎng)液2朝一預定方向流動(如圖中箭頭所示)，流動速度為0.1m/s～0.5m/s。其中，水流通道P內可選擇設有若干個附著板4，這些附著板4是垂直于所述培養(yǎng)液2高度的方向浸沒于培養(yǎng)液2中，且附著板4的長度方向與所述培養(yǎng)液的流動方向平行，將水流通道P區(qū)隔成若干小水流通道41。培養(yǎng)液2經(jīng)這些小水流通道41流動，由于絲狀藻長度可以達到毫米或厘米級，而容易附著到附著板4的兩側表面上。可選擇控制攪拌葉輪3的攪拌速度，使其剪切力不至于過大而破壞絲狀藻的結構，造成絲狀藻的藻細胞的空化，同時也不會將富集于附著板4兩側表面的絲狀藻全部被流動的培養(yǎng)液2帶走。

其中，為增加附著板4的附著絲狀藻的能力，附著板4的實施方式可為圖5A所示例的形式，即附著板4與培養(yǎng)液2接觸的兩側表面具有若干突出于該表面的毛刺或彎鉤44，這些毛刺或彎鉤44突出于表面的長度可為0.5mm～5mm，從而更有效地將培養(yǎng)液2中的絲狀藻勾掛富集在表面。這些毛刺和彎鉤44可選擇為尼龍、塑料或金屬絲制成。

隨著培養(yǎng)天數(shù)增加，附著板4的兩側表面上會積累越來越多的絲狀藻，而培養(yǎng)液2中的濃度并不會增加太多，因此這段時間內，自然光仍可以照射到液面以下，使培養(yǎng)液2內的藻接收和利用到陽光，而附著板4兩側面上積累的藻也可以接收到陽光，同時利用培養(yǎng)液2中的營養(yǎng)成分繼續(xù)生長。當附著板4上的絲狀藻積累至一定厚度后，但經(jīng)監(jiān)測，藻并未達到需要進行切換培養(yǎng)基的生長階段，此時可選擇突然增加攪拌葉輪3的攪拌速度，提高水流循環(huán)速度，將附著板4側面上附著的絲狀藻沖刷浸沒到培養(yǎng)液2中，再進行一段時間的培養(yǎng)；或者將附著板4在藻液中來回擺動，使其表面附著的藻一部分進入到培養(yǎng)液2中。

當絲狀藻培養(yǎng)至對數(shù)期時(一般培養(yǎng)6-9天)，需要將絲狀藻轉移至新的培養(yǎng)基環(huán)境中(如低氮或少氮環(huán)境)進行誘導產(chǎn)油，此時，只需要將浸沒在跑道池1中附著板4分別(在某些實施例中，可將多塊附著板4模塊化成一個整體)從原培養(yǎng)液2輕輕取出，放置到新的培養(yǎng)液中。進入新培養(yǎng)液中，只需要擺動或抖動附著板4，就可以將附著板4上的絲狀藻釋放到新的培養(yǎng)液環(huán)境中進行誘導培養(yǎng)。例如類似的方法，也可以將附著板4上的絲狀藻放置魚飼養(yǎng)區(qū)，供魚類啄食。而原培養(yǎng)液2中所剩的少量絲狀藻，可再補充一定量營養(yǎng)液后作為下一批的藻種繼續(xù)培養(yǎng)。

其中，由于絲狀藻不斷增殖，但部分絲狀藻會富集到附著板4的表面，因此培養(yǎng)液2中的藻濃度不會太濃，依然可供光線進入液面以下，攪拌葉輪3也無需太快，故可減少攪拌葉輪3機械剪切力對藻帶來損害，同時并不會使絲狀藻大量沉積到跑道池1的底部。此外，也大幅度提高了光照射面積，提高光能利用效率。

為了便于說明，具體示例若一個跑道池的長度為1m，寬度為0.5m，培養(yǎng)液深度為0.2m，則在藻液濃度較高時，太陽光可照射的面積為1m*0.5m＝0.5㎡。按照本發(fā)明實施例提供的培養(yǎng)裝置，在該跑道池內可選擇放置2塊附著板4，附著板4的厚度可忽略，將原來0.25m寬的水流通道P區(qū)隔3條小水流通道41，則每個附著板4的兩側表面積≈0.2m*1m*2*4＝1.6㎡，光照總面積＝0.5㎡+1.6㎡＝2.1㎡，接近原受光面積的4倍以上?？梢?，按照本發(fā)明的培養(yǎng)裝置，確實可增加受光面積，特別是在自然光照射的培養(yǎng)體系中。

其中，本實施例中攪拌葉輪3更可替換成一組曝氣管。通過向培養(yǎng)液2中通入CO₂氣體，CO₂是微藻光合作用的必要營養(yǎng)，在向培養(yǎng)液2通入CO₂的同時，還借此提供推動培養(yǎng)液2朝向一預定方向流動的驅動力。

實施例二

參見圖2，為本發(fā)明的實施例二的結構示意圖。本實施例與實施例一的區(qū)別主要在于培養(yǎng)池的形式、培養(yǎng)液流動的驅動力。在本實施例中，培養(yǎng)池可為一圓形池10，圓形池10包括池壁110和設于池中間的分隔板120，分隔板120使池內形成一個水流通道P。驅動培養(yǎng)液2在水流通道P內朝一預定方向流動的動力來源是一組CO₂爆氣嘴6。一曝氣管5連接CO₂氣源，曝氣管5包括位于液面不同深度處(即相對于池底不同高度)的兩個歧管51、52。在歧管51、52上分別設有一排開口朝向同一方向的爆氣嘴6。在水流通道P內設有一組附著板4，這些附著板4的俯視圖呈以圓形池10的中央為圓心半徑大小不同的圓弧形，每兩個附著板4之間形成一個間距，從而使水流通道P形成多個狹窄的子水流通道41。多個附著板4頂端以多個連接桿42連接在一起，使多個附著板4形成一個整體的模組，便于通過吊裝的方式來進行安裝和轉移培養(yǎng)池。

實施例三

參見圖3，為本發(fā)明的實施例三的結構示意圖。本實施例與實施例一的區(qū)別主要在于，其中附著板4的長度方向不再與水流通道P中的水流方向平行，而是呈垂直關系。其中，附著板4較佳選擇為網(wǎng)格狀板片結構，如圖5B所示例的結構，在附著板4上設有若干個網(wǎng)孔43，這些網(wǎng)孔43的孔徑可選擇為1mm²～25mm²，例如附著板4為塑料或金屬制成，可為一體成型或編織成型。同樣的，在本實施例中，將多個附著板4以一定間距組裝成一模塊，優(yōu)選地各附著板4分別具有不同孔徑大小的網(wǎng)孔43，使位于水流通道P上游附著板4上的網(wǎng)孔43孔徑的最大，最下游的附著板4的網(wǎng)孔43的孔徑最小。經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)，若上游附著板4上網(wǎng)孔43的孔徑過小，將導致水流流動阻力太大，且容易發(fā)生堵塞，因此，垂直于水流方向設置若干個附著板4時，設在最上游附著板4的網(wǎng)孔孔徑應該選擇較大的孔徑。

實施例四

參見圖4，為本發(fā)明的實施例四的結構示意圖。本實施例與實施例三的區(qū)別主要在于，其中附著板4的長度方向不再與水流通道P中的水流方向垂直關系，而是傾斜呈一夾角θ，其中0＜θ＜90°。在本實施例中為20°。

其中，附著板4較佳為網(wǎng)格狀板片結構，且更進一步地，如圖5C所示的結構，在附著板4上設有若干網(wǎng)孔43’，這些網(wǎng)孔43的孔徑可為1mm²～25mm²，此外，還在附著板4的表面設置許多突出于該表面的個毛刺或彎鉤44’，這些毛刺或彎鉤44’突出于表面的長度為0.5mm～5mm。附著板4為塑料、或金屬制成，可為一體成型或編織成型，這些材料對藻的生長無害，而且廉價易得，與半干式固態(tài)貼壁培養(yǎng)相比，無需兼顧保水性能、機械強度和抗菌性。借助這些網(wǎng)孔43’及毛刺或彎鉤44’更進一步使附著板4表面富集大量的絲狀藻。

實施例五

參見圖6A所示，與以上所有實施例不同的是，在本實施例中，附著板4的俯視圖不呈一條直線型，而是呈波浪線形。在實驗過程中發(fā)現(xiàn)，絲狀藻在培養(yǎng)液2中隨著培養(yǎng)液2的流動，很容易在一些表面上富集起來，特別是在彎曲或拐角處，富集的速度和厚度都很快，而且需要在新的培養(yǎng)基中釋放時，只需要輕輕在培養(yǎng)液中晃動或改變與培養(yǎng)液流動方向的角度，就可以很快將其上富集的絲狀藻釋放到培養(yǎng)液中去，或者通過抖動整片藻泥就可以脫落下來可供收集利用。因此，在本實施例中，附著板4的俯視圖呈現(xiàn)波浪形線型，而附著板4可由網(wǎng)格狀板片經(jīng)來回彎曲后定型得到，在網(wǎng)格狀板片的表面同樣形成若干個長長短短的毛刺或彎鉤44，或者突起物等等，可以起到捕捉和富集絲狀藻的作用。本實施例中的附著板4可替代實施例一～實施例五任一實施例中的附著板。

此外，附著板4還可以實施為其俯視圖呈圖6B的鋸齒形、圖6C的凹凸線形、圖6D的拐角型；或者更急一步設為如圖6E的“豐”字形，圖6F、圖6G魚骨形，且同樣為了提高附著絲狀藻的能力，各附著板4為采用塑料線、尼龍絲、金屬絲編織而成，表面還具有長短不一的毛刺等。在實際的實驗研究中，可使用一種附著板4，是由一層金屬網(wǎng)格板彎折至一預定形狀后，在其表面再固定一個魔術貼的鉤面而組成，實驗效果較理想(參見圖7)。

以上所述，僅為本發(fā)明代表性的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明披露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。