本發(fā)明涉及微生物的培養(yǎng)裝置及方法，具體來說涉及一種光合細(xì)菌旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)裝置及光合細(xì)菌的旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)方法。

背景技術(shù)：

光合細(xì)菌(英文名：Photosynthetic Bacteria Abbr.name：PSB)是地球上出現(xiàn)最早、自然界中普遍存在、具有原始光能合成體系的原核生物，是能在厭氧光照條件下進(jìn)行不放氧光合作用細(xì)菌的總稱，是一類沒有形成芽孢能力的革蘭氏陰性菌，是一類以光作為能源、能在厭氧光照或好氧黑暗條件下利用自然界中的有機(jī)物、硫化物、氨等作為供氫體兼碳源進(jìn)行光合作用的微生物。光合細(xì)菌可以吸收適宜生長的450-550μm波長光，適宜水溫為15℃-40℃，最適水溫為28℃-36℃。在水產(chǎn)養(yǎng)殖中，能夠降解水體中的亞硝酸鹽、硫化物等有毒物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)充當(dāng)餌料、凈化水質(zhì)、預(yù)防疾病、作為飼料添加劑等功能。農(nóng)業(yè)種植是肥沃土壤和促進(jìn)動植物生長的主要力量，葉面噴施促進(jìn)光合作用。光合細(xì)菌適應(yīng)性強(qiáng)，能忍耐高深度的有機(jī)廢水和較強(qiáng)的分解轉(zhuǎn)化能力，對酚、氰等毒物有一定有忍受和分解能力等特點(diǎn)，它的諸多特性，使其在無公害水產(chǎn)養(yǎng)殖和農(nóng)業(yè)種植中具有巨大的應(yīng)用價值。

目前，光合細(xì)菌的培養(yǎng)方式有全封閉式厭氧培養(yǎng)和開口式微氣培養(yǎng)。全封閉式培養(yǎng)一般多用于實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模培養(yǎng)，而開口式(水泥池)培養(yǎng)光照條件不好，細(xì)菌有聚光貼壁現(xiàn)象，還需要人工翻動，培養(yǎng)過程中雜菌污染程度大，生長緩慢。培養(yǎng)所能達(dá)到的菌體密度低，容易失敗，通常不能連續(xù)生產(chǎn)、勞動強(qiáng)度大，不適合現(xiàn)代高標(biāo)準(zhǔn)微生物菌的規(guī)模化生產(chǎn)；并且為了維持其厭氧環(huán)境和其培養(yǎng)物的均勻受光，通常在密閉培養(yǎng)容器中采用機(jī)械攪拌或人工處理，這造成了大量的動力消耗和人力勞動。而大型反應(yīng)器因本身光徑等因素，導(dǎo)致培養(yǎng)物密度不是很高。此外，培養(yǎng)過程中培養(yǎng)物還可能因?yàn)楣鈴?qiáng)過大而導(dǎo)致光合細(xì)菌被強(qiáng)大傷害，進(jìn)而影響產(chǎn)品的品質(zhì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種培養(yǎng)過程中混合均勻、光強(qiáng)可控制并且包裝方便的的光合細(xì)菌旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)裝置及光合細(xì)菌的旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的方案為：

一種光合細(xì)菌旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)裝置，其包括支架、光源和反應(yīng)器，所述光源和反應(yīng)器設(shè)置于支架上；所述培養(yǎng)裝置還包括掛架和轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)，所述轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)包括變頻電機(jī)、旋轉(zhuǎn)軸和時控開關(guān)，旋轉(zhuǎn)軸穿過掛架并帶動其旋轉(zhuǎn)，反應(yīng)器設(shè)置于掛架外圍；所述反應(yīng)器為膜生物反應(yīng)袋， 膜生物反應(yīng)袋呈扁平狀并由軟性透光材料壓制而成，膜生物反應(yīng)袋上設(shè)有若干個供物料進(jìn)出的開口。

該裝置通過采用軟性透光的扁平袋狀膜生物反應(yīng)袋作為反應(yīng)器，減小了光徑，有利于光合小細(xì)菌的培養(yǎng)；同時，將反應(yīng)器設(shè)置于可旋轉(zhuǎn)的掛架上，一方面可以在培養(yǎng)時由于旋轉(zhuǎn)而使膜生物反應(yīng)袋不斷地被上下顛倒，實(shí)現(xiàn)了培養(yǎng)物的充分混合；另一方面還可以利用可膜生物反應(yīng)袋間相互的位置實(shí)現(xiàn)相互遮蓋的效果，實(shí)現(xiàn)對于各膜生物反應(yīng)袋明暗相間的培養(yǎng)過程，從而防止培養(yǎng)物被強(qiáng)光傷害；再次，還可以通過旋轉(zhuǎn)速度來調(diào)整各膜生物反應(yīng)袋接受光源照射的時間從而可以根據(jù)需求調(diào)整培養(yǎng)條件。該裝置操作方便、生產(chǎn)效率高、培養(yǎng)時混合均勻并且可以規(guī)?；a(chǎn)。

優(yōu)選地，所述掛架由硬質(zhì)可承重且不易變形材料制，其形狀為圓柱形、長方體形或多邊體形形狀，或者可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明功能的其他形狀。

優(yōu)選地，所述掛架為骨架結(jié)構(gòu)或具有實(shí)體表面的空間體結(jié)構(gòu)。骨架結(jié)構(gòu)即所述掛架在設(shè)置膜生物反應(yīng)袋的位置無實(shí)體表面，僅為若干棱邊的骨架，膜生物反應(yīng)袋設(shè)置于兩棱邊之間；空間體結(jié)構(gòu)即在骨架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上還包括各實(shí)體表面，膜生物反應(yīng)袋設(shè)置于各表面上。這兩種方式都可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的功能，骨架結(jié)構(gòu)更輕盈但各膜生物反應(yīng)袋之間的遮擋效果稍差而空間體結(jié)構(gòu)的雖然更重些但遮光效果更好。

優(yōu)選地，所述膜生物反應(yīng)袋上部和下部均設(shè)有掛孔，所述掛孔通過掛鉤將膜生物反應(yīng)袋上部和下部配合于掛架上。上部和下部均設(shè)置掛孔可使膜生物反應(yīng)袋的固定效果更好，有利于翻轉(zhuǎn)時的穩(wěn)定性。

優(yōu)選地，所述膜生物反應(yīng)袋上還設(shè)有空氣過濾器和逆止閥，所述空氣過濾器經(jīng)由逆止閥與開口相連接，以使培養(yǎng)過程中可以有氣體交換并且由于逆止閥的止逆功能而不使培養(yǎng)液外流。

優(yōu)選地，所述光源的顏色和光強(qiáng)度和/或轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)與光源間的距離是可以調(diào)節(jié)的。這樣設(shè)置以后可以使該裝置對于培養(yǎng)條件的調(diào)節(jié)范圍更加廣泛。

優(yōu)選地，所述培養(yǎng)裝置包括若干個串聯(lián)于旋轉(zhuǎn)軸上的掛架。多個掛架串聯(lián)設(shè)置于旋轉(zhuǎn)軸上可以使該裝置的產(chǎn)能相應(yīng)倍數(shù)地增加。

一種光合細(xì)菌的旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)方法，包括以下步驟：

1)將培養(yǎng)液灌裝于膜生物反應(yīng)袋中，所述膜生物反應(yīng)袋呈扁平狀并由軟性透光材料壓制而成，灌裝完成后在膜生物反應(yīng)袋開口處裝配有空氣過濾器和逆止閥；

2)將膜生物反應(yīng)袋置于上述光合細(xì)菌旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)裝置的可旋轉(zhuǎn)的掛架外圍上，并設(shè)定光源參數(shù)、掛架旋轉(zhuǎn)速度和培養(yǎng)時間，進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)時膜生物反應(yīng)袋旋轉(zhuǎn)而相對光源接近或 遠(yuǎn)離從而調(diào)節(jié)光照時間和強(qiáng)度，同時旋轉(zhuǎn)也會使物料倒置混合充分；

3)培養(yǎng)完成后取下膜生物反應(yīng)袋并將空氣過濾器和逆止閥替換為密封裝置，將密封后的膜生物反應(yīng)袋作為包裝袋使用。

該方法使用上述的培養(yǎng)裝置，通過將培養(yǎng)物置于透光扁平的袋狀反應(yīng)器中，可以減小光徑、提高培養(yǎng)效果；并且可旋轉(zhuǎn)的掛架一方面通過旋轉(zhuǎn)使反應(yīng)器上下顛倒而使培養(yǎng)物充分混勻，另一方面還通過各反應(yīng)器間相關(guān)遮光而形成“明-暗”循環(huán)，即保證了培養(yǎng)所需的光強(qiáng)，也可以使得光強(qiáng)不至于過強(qiáng)；并且還可以通過對旋轉(zhuǎn)的調(diào)整來調(diào)節(jié)光強(qiáng)。

優(yōu)選地，所述光源的顏色和光強(qiáng)度和/或轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)與光源間的距離可調(diào)節(jié)。

優(yōu)選地，所述掛架為不具有實(shí)體表面的骨架結(jié)構(gòu)，所述膜反應(yīng)器分層設(shè)置于掛架上。

本發(fā)明的培養(yǎng)裝置和培養(yǎng)方法，通過將培養(yǎng)物置于透光扁平的袋狀反應(yīng)器中，可以減小光徑、提高培養(yǎng)效果；并且可旋轉(zhuǎn)的掛架一方面通過旋轉(zhuǎn)使反應(yīng)器上下顛倒而使培養(yǎng)物充分混勻，另一方面還通過各反應(yīng)器間相互遮光而形成“明-暗”循環(huán)，既保證了培養(yǎng)所需的光強(qiáng)，也可以使得光強(qiáng)不至于過強(qiáng)；并且還可以通過對旋轉(zhuǎn)的調(diào)整來調(diào)節(jié)光強(qiáng)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的培養(yǎng)裝置的主要結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是掛架、旋轉(zhuǎn)軸和反應(yīng)器的一種配合示意圖；

圖3(圖3a和圖3b)是膜生物反應(yīng)袋的兩種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是掛架的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是掛架與膜生物反應(yīng)袋的一種配合示意圖；

圖6(圖6a和圖6b)是掛架的兩種結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：1、光源，2、反應(yīng)器，3、掛架，4、旋轉(zhuǎn)軸，21、開口，22、掛孔。

具體實(shí)施方式

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思，從而對本發(fā)明的保護(hù)范圍作出更清楚地限定，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

一種光合細(xì)菌旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)裝置，其由支架、光源1和反應(yīng)器2組成，所述光源1采用適合光和細(xì)菌生長的光源，光源1和反應(yīng)器2設(shè)置于支架上，光源1可以為若干個，設(shè)置于支架上若干位置(可以是在某一面上，也可以是在某幾個面上)；如圖1、2所示，圖1為光源1、反應(yīng)器2、掛架3和旋轉(zhuǎn)軸4的配合示意圖，實(shí)際的掛架3和反應(yīng)器3的數(shù)量不限于圖中所示，支架為裝置的支撐結(jié)構(gòu)，圖中未顯示；圖2是長方體狀具有實(shí)體表面的掛架3，反應(yīng)器2設(shè)置于掛架3外表面上，每個表面可以設(shè)置若干個(不限于圖中顯示的一個)。所述培養(yǎng)裝置 還包括掛架3和轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)，所述轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)包括變頻電機(jī)、旋轉(zhuǎn)軸4和時控開關(guān)，變頻電機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)軸4轉(zhuǎn)動，時控開關(guān)用于根據(jù)需要對變頻電機(jī)進(jìn)進(jìn)行控制；旋轉(zhuǎn)軸4穿過掛架3并帶動其旋轉(zhuǎn)，更佳地從掛架3中心穿過；反應(yīng)器2設(shè)置于掛架外圍(例如外表面或接近外表面的位置)，通過旋轉(zhuǎn)使設(shè)置于掛架3外圍的反應(yīng)器2輪流接受光源1的照射；掛架3由硬質(zhì)可承重且不易變形材料制，其形狀為圓柱體形、長方體形、或多邊體形等形狀；所述掛架3為骨架結(jié)構(gòu)或具有實(shí)體表面的空間體結(jié)構(gòu)(如圖1、2、4、5和6所示，圖6中的若干直鉤為掛鉤)，即掛架3可以是上述各種形狀的骨架狀結(jié)構(gòu)而不必具有各實(shí)體的表面，也可以是具有若干實(shí)體表面的上述各形狀的結(jié)構(gòu)。所述反應(yīng)器2為膜生物反應(yīng)袋，膜生物反應(yīng)袋呈扁平狀并由軟性透光材料壓制而成，其整體呈扁平結(jié)構(gòu)，減少光徑，保證培養(yǎng)物可與光充分接觸；膜生物反應(yīng)袋上設(shè)有若干供物料進(jìn)出的開口21，膜生物反應(yīng)袋上還設(shè)有空氣過濾器，所述空氣過濾器配合于開口上，其具有止逆功能；在培養(yǎng)中除了其中一處開口需要接與止逆功能的空氣過濾器外，其余都應(yīng)該關(guān)閉。所述膜生物反應(yīng)袋上部和下部均設(shè)有掛孔32，所述掛孔22通過掛鉤將膜生物反應(yīng)袋上部和下部配合于掛架3外壁上，配合后膜反應(yīng)袋位于骨架外表面位置或設(shè)置于具有實(shí)體表面的掛架的外表面上。培養(yǎng)結(jié)束后，可直接將膜生物反應(yīng)袋當(dāng)做產(chǎn)品包裝袋。

在某些較佳實(shí)施例中，所述光源1的顏色和光強(qiáng)度是可以調(diào)節(jié)的，通過可調(diào)節(jié)的光源和旋轉(zhuǎn)的支架進(jìn)一步增加該培養(yǎng)裝置可調(diào)節(jié)的范圍，增加實(shí)用性。更佳地，所述培養(yǎng)裝置包括若干個串聯(lián)于旋轉(zhuǎn)軸上的掛架，將多個掛架串聯(lián)設(shè)置后可以使該培養(yǎng)裝置的產(chǎn)量顯著增加。

一種使用上述培養(yǎng)裝置的光合細(xì)菌的旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)方法，包括以下步驟：

1)將培養(yǎng)液灌裝于膜生物反應(yīng)袋中，所述膜生物反應(yīng)袋呈扁平狀并由軟性透光材料壓制而成，灌裝完成后在膜生物反應(yīng)袋開口裝配有空氣過濾器和逆止閥，空氣過濾器經(jīng)由逆止閥與開口相連接，以使培養(yǎng)過程中可以有氣體交換并且由于逆止閥的止逆功能而不使培養(yǎng)液外流；扁平狀的膜生物反應(yīng)袋可以減少光徑提高效果，而軟性透光材料則一方面可以在培養(yǎng)時作為容器而在培養(yǎng)完成后作為包裝袋使用(軟性材質(zhì)具有很好的緩沖效果)。

2)將膜生物反應(yīng)袋置于上述光合細(xì)菌旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)裝置的可旋轉(zhuǎn)的掛架外圍上；

3)設(shè)定光源參數(shù)、掛架旋轉(zhuǎn)速度和培養(yǎng)時間，進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)時膜生物反應(yīng)袋相對光源接近或遠(yuǎn)離從而調(diào)節(jié)光照時間和強(qiáng)度，同時旋轉(zhuǎn)也會使物料倒置混合充分；通過掛架的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)各膜生物反應(yīng)袋輪流接受光源照射，當(dāng)需要加大光強(qiáng)時，可以調(diào)低轉(zhuǎn)速，而需要減小少強(qiáng)時則可以調(diào)高轉(zhuǎn)速。更佳地，所述光源的顏色和光強(qiáng)度是可調(diào)節(jié)的，配合轉(zhuǎn)速的調(diào)整可使該培養(yǎng)裝置的培養(yǎng)過程可調(diào)節(jié)性更寬。

4)培養(yǎng)完成后取下膜生物反應(yīng)袋并將空氣過濾器替換為密封裝置(例如密封嘴)，將膜生物反應(yīng)袋作為包裝袋使用。

在另一些較佳實(shí)施例中，所述掛架為不具有實(shí)體表面的骨架結(jié)構(gòu)，所述膜反應(yīng)器分層設(shè)置于掛架上。將掛架設(shè)置為不具有實(shí)體表面的骨架結(jié)構(gòu)，可以使骨架上可以掛載的膜生物反應(yīng)袋的數(shù)量更多，并且可以在同一面上從內(nèi)到外設(shè)置若干層膜生物反應(yīng)袋；雖然設(shè)置于內(nèi)部的膜生物反應(yīng)袋較外部的接受的光照射更少，但這樣做一方面可以使掛架可以同時掛載的數(shù)量顯著增加；這樣一來，一方面可以同時生產(chǎn)出不同照射效果的培養(yǎng)液，配合培養(yǎng)液的調(diào)整和旋轉(zhuǎn)及照射效果調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)同時培養(yǎng)相同或不同條件的樣品；另一方面，即便是按兩樣參數(shù)配置培養(yǎng)液，也可以在外層膜生物反應(yīng)袋培養(yǎng)的同時對于內(nèi)層的培養(yǎng)液起到預(yù)培養(yǎng)的效果，待外層培養(yǎng)好以后移除并將內(nèi)層的膜生物反應(yīng)袋轉(zhuǎn)移到外層，從而可以從整體上來說提高效率、增加產(chǎn)能。

具體實(shí)施例

培養(yǎng)裝置長65cm，寬30cm，高35cm，在長65cm的軸上均勻分布著3組4葉螺旋槳狀掛架，掛架上相鄰兩個葉輪之間懸掛1個2L扁平塑料袋；接種比為1：4，初始OD660為0.2，裝液量為95％；培養(yǎng)基成分為：醋酸鈉1.145g/L，蛋白胨0.055g/L，碳酸氫鈉0.6g/L，硫代硫酸鈉0.4g/L，氯化鈉0.3g/L，硫酸鎂0.1g/L，磷酸二氫鉀0.05g/L；葉輪的旋轉(zhuǎn)速度為5r/min；采用60w燈泡3盞，葉輪旋轉(zhuǎn)時反應(yīng)器離燈泡最近距離為10cm。培養(yǎng)中，監(jiān)測溫度在27-35℃之間。以同樣規(guī)格扁平培養(yǎng)袋圍繞60w燈泡懸掛靜培的培養(yǎng)物作為對照(每天搖動3次)。分別在培養(yǎng)的第3天，第5天取樣測OD660并根據(jù)公式Y(jié)＝(7.62*OD+0.17)*10⁹換算細(xì)胞濃度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果及參照如下：

表一實(shí)驗(yàn)結(jié)果

注：OD：optical density，光密度，用于根據(jù)透光率計(jì)算細(xì)胞數(shù)。

表2一些文獻(xiàn)記載的培養(yǎng)結(jié)果

可見，通過該培養(yǎng)裝置進(jìn)行培養(yǎng)光合細(xì)菌，培養(yǎng)物的密度比已知文獻(xiàn)中培養(yǎng)密度都高，表現(xiàn)除了較好的優(yōu)勢。