一種光合微生物的培養(yǎng)方法以及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及微生物培養(yǎng)技術，更具體的說，涉及一種采用氣壓驅(qū)動的光合微生物的培養(yǎng)方法以及裝置。
【背景技術】
[0002]在地球上所有能夠進行光合作用的綠色生物中，光合微生物尤其是藻類和光合細菌等具有超強的光能轉(zhuǎn)化效率(15-18%)。而且能夠利用簡單的無機鹽類，在適宜的溫度、水氣環(huán)境條件下，短期內(nèi)生產(chǎn)出大量的生物質(zhì)。其生物產(chǎn)量約占到全部生物總量的三分之二。象作為人們主食的小麥、水稻、馬玲薯等碳3作物光能轉(zhuǎn)化率只有1%，具有較高效率的碳四作物如甘蔗、玉米也不過3-5%。因此這些光合微生物成為人們利用太陽能來制造食品、飼料、能源、水產(chǎn)餌料、藥品和含有各種生物活性物質(zhì)健康產(chǎn)品的巨大潛力所在。
[0003]為了能夠進行高光效、高密度、高產(chǎn)量、高質(zhì)量的生物產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)，從20世紀九十年代以來，國內(nèi)外都把研發(fā)封閉式生物反應器作為藻類和光合細菌等實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的主要裝備，封閉型系統(tǒng)具有培養(yǎng)參數(shù)可控、受外界因素干擾小、環(huán)境適應性強等優(yōu)點，受到更加廣泛的關注。開放式設備容易浸染雜藻、雜菌、昆蟲，嚴重限制了開放型培養(yǎng)系統(tǒng)的使用，封閉式生物反應器可以較好的解決。
[0004]當前封閉式生物反應器有管道式、平板式、柱狀氣升式、攪拌罐發(fā)酵式、薄膜袋平放、斜放、吊立式等類型，并申請獲得了大量有關專利。從實際應用來看，以管道式光生物反應器發(fā)展最快，因其可靠性、延續(xù)伸展性、容易規(guī)?；a(chǎn)和成本較低最有發(fā)展前景。然而，制約管道式發(fā)展的瓶頸技術如:活性氧的排除問題、動力系統(tǒng)對細胞易于造成損傷的剪切力問題、管道較難清洗和不能完全封閉式運轉(zhuǎn)等難題一直沒有得到根本上的解決。
[0005]在光合作用的過程當中、細胞依靠體內(nèi)的核酮糖-1，5- 二磷酸羧化酶/加氧酶(簡稱Rubisco)和NADPH合成有機物(Calvin循環(huán))產(chǎn)生大量活性氧分子、若不及時清除這些氧分子將會對細胞的光合器官造成傷害。而且Rubisco的催化作用也受到嚴重影響，因為其易于和氧結合導致固碳效果降低，最終導致光合效率大大下降。因此，現(xiàn)有的光合反應器中需要設置專門的排氣或者排氧裝置，例如，中國CN 102365356A號專利公開了一種適用于特別是藻類的光合微生物培養(yǎng)的光合反應器，包括至少一個光合反應管、至少一個返回管、至少一個用于循環(huán)液體培養(yǎng)介質(zhì)的裝置、至少一個氣體注射裝置以及定位在反應器的頂部內(nèi)的至少一個排氣裝置其中氣體注射裝置的放置和/或反應管或返回管的構造被設計成使得經(jīng)由注射裝置注射的氣體通過在反應管內(nèi)沿著低到高的流動方向循環(huán)而再次升高到排氣裝置，使得注射氣體和液體培養(yǎng)介質(zhì)在反應通道的大致水平的反應區(qū)段內(nèi)形成氣體/液體兩相流動。中國CN 2744690A號專利公開了一種植物性藻類及微生物光合反應器，包括:一光合反應管路，其為一透光管路；一加壓輸液部件，其入口端連通于該透光管路的出口端；以及一排氧及調(diào)節(jié)部件，其包括一中空的噴射排氧裝置和一中空的液面調(diào)節(jié)裝置，該噴射排氧裝置包括相組接的一排氧筒和一集液筒，該排氧筒設有一進液口、一上排氣口和一中空管壁，該進液口連通于該加壓輸液部件的出口端，該上排氣口位于該排氧筒的頂端，該中空管壁自該上排氣口向下延伸且相對地位于該進液口的內(nèi)側，該液面調(diào)節(jié)裝置包括一調(diào)節(jié)筒，該調(diào)節(jié)筒連通于該集液筒，該透光管路的入口端連通于該調(diào)節(jié)筒。
[0006]專門的排氧排氣設備不僅大大增加了光合反應器的復雜程度，維護和清洗變得更為難度，而且使用的動力系統(tǒng)，如離心栗、隔膜栗、蠕動栗、風囊栗等，仍然存在對細胞不同程度的損傷。例如，CN 1511941A公開了一種封閉管道式光合反應器，包括受光反應管道，藻液儲液瓶和反應器動力系統(tǒng)，其動力系統(tǒng)采用風囊栗，按藻液儲液瓶、受光反應管道的吸入管、風囊栗、受光反應管道的回流管，再到藻液儲液瓶的順序連接，其吸入管的輸入端與藻液儲液瓶連接，形成藻液循環(huán)回路，在吸入管上連接有通氣側管。雖然該專利使用剪切力較小的風囊栗作為動力，但是對于耐受力較差的微生物仍然存在較大影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術問題在于，提供一種光合微生物的培養(yǎng)方法以及裝置，解決現(xiàn)有光合反應器中的活性氧的排除問題、動力系統(tǒng)對細胞易于造成損傷的剪切力問題、管道較難清洗和不能完全封閉式運轉(zhuǎn)等。
[0008]本發(fā)明為了解決上述問題，采用的技術方案為:提供一種合微生物的培養(yǎng)方法，在光合反應管中容納有微生物培養(yǎng)液，包括如下步驟:
[0009]S100、將所述光合反應管的兩端分別連接空氣源和真空栗；
[0010]S200、啟動真空栗，所述光合反應管中真空栗一端的壓力低于空氣源一端的壓力，從所述空氣源進入的空氣沿著所述光合反應管流動、從所述真空栗流出。
[0011]在本發(fā)明提供的合微生物的培養(yǎng)方法中，所述步驟SlOO中，將所述光合反應管的一端通過第一貯液管與空氣源連接，將所述光合反應管的另一端通過第二貯液管和真空栗連接，所述空氣源與所述第一貯液管密封連接，所述真空栗與所述第二貯液管密封連接。
[0012]在本發(fā)明提供的合微生物的培養(yǎng)方法中，所述步驟S200中，所述第二貯液管中的相對壓力為-0.0lMPa?0.95MPa，所述第一貯液管與所述第二貯液管中的壓力差為500Pa ?0.1MPa0
[0013]在本發(fā)明提供的合微生物的培養(yǎng)方法中，所述步驟S200還包括:
[0014]S201、所述真空栗啟動后，所述第一貯液管和所述第二貯液管中的壓力差、液位差逐漸增大；
[0015]S202、當液位低于第一貯液管的底部時，空氣進入所述光合反應管并沿著所述光合反應管流動，直至進入所述第二貯液管并從所述真空栗流出，所述第一貯液管和所述第二貯液管中的壓力差趨于穩(wěn)定。
[0016]在本發(fā)明提供的合微生物的培養(yǎng)方法中，所述光合反應管中設置有至少一個止回閥；所述第一貯液管與所述第二貯液管通過回流管相連通，所述回流管上設置有電磁閥；所述第二貯液管上設置有排氣閥。
[0017]在本發(fā)明提供的合微生物的培養(yǎng)方法中，所述步驟S202之后還包括:
[0018]S203、當所述第一貯液管和所述第二貯液管中的壓力差趨于穩(wěn)定后，關閉所述真空栗，打開所述電磁閥和所述排氣閥，微生物培養(yǎng)液從所述第二貯液管中沿著所述回流管進入所述第一貯液管，所述第一貯液管和所述第二貯液管中的液位差逐漸變??；
[0019]S204、關閉所述電磁閥和所述排氣閥，轉(zhuǎn)入步驟S201，直至微生物的光合培養(yǎng)過程完畢。
[0020]本發(fā)明還提供一種光合反應器，包括用于容納光合微生物培養(yǎng)液的光合反應管，所述光合反應管的一端通過第一貯液管與空氣源連接，所述光合反應管的另一端通過第二貯液管和真空栗連接，所述真空栗驅(qū)動所述第一貯液管、第二貯液管之間產(chǎn)生液位差。
[0021]在本發(fā)明提供的光合反應器中，所述光合反應管中設置有至少一個止回閥；所述第一貯液管與所述第二貯液管通過回流管相連通，所述回流管上設置有電磁閥；所述第二貯液管上設置有排氣閥。
[0022]在本發(fā)明提供的光合反應器中，所述光合反應管為用透明管道制造并成一定斜角度的多層盤管，盤管直徑20mm?300mm，盤管總長Im?2000m ;所述光合反應管中最大液位差 0.1m ?9.5m。
[0023]在本發(fā)明提供的光合反應器中，所述光合反應管與所述第一貯液管的連接位置為所述光合反應管在豎直方向的最底端，該連接位置設置有用于排出雜物的排污閥。
[0024]實施本發(fā)明，具有