專(zhuān)利名稱(chēng)：一種微生物飽和固體培養(yǎng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微生物培養(yǎng)領(lǐng)域，尤其涉及一種包含固相生長(zhǎng)系統(tǒng)的微生物固體培養(yǎng)系統(tǒng)和培養(yǎng)微生物的方法。
背景技術(shù)：
隨著化石能源日益枯竭，越來(lái)越多的國(guó)家開(kāi)始重視可再生能源的研究與發(fā)展。但是生物質(zhì)能源的發(fā)展也同樣受到客觀條件的制約，難以滿足大規(guī)模替代化石燃料的規(guī)模和成本要求。因此，迫切需要開(kāi)發(fā)不占用可耕地、淡水、化肥資源的新型生物能源技術(shù)，為可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供具備現(xiàn)實(shí)可行性的手段，切實(shí)有效減少二氧化碳排放，促進(jìn)傳統(tǒng)工業(yè)體系向基于可再生能源的綠色工業(yè)體系轉(zhuǎn)化。利用微生物來(lái)生產(chǎn)能源是能源產(chǎn)業(yè)中的一個(gè)發(fā)展方向。而對(duì)生物燃料生物源，例如藻類(lèi)的培養(yǎng)系統(tǒng)和方法的關(guān)注也與日俱增。藻類(lèi)儲(chǔ)存豐富的油脂，因此被視為有潛力的生物原料，可用來(lái)轉(zhuǎn)化成燃料。微藻的用途廣泛，可應(yīng)用的領(lǐng)域很多如醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、動(dòng)物飼料、環(huán)境檢測(cè)\凈化、生物技術(shù)、可再生能源的制造等。微藻可以吸收二氧化碳通過(guò)光合作用制造維生素類(lèi)、氨基酸、色素類(lèi)、蛋白質(zhì)、多糖類(lèi)、脂肪酸等有用成分，作為養(yǎng)殖用的飼料等被培養(yǎng)。在其進(jìn)行光合作用的過(guò)程中對(duì)溫室氣體二氧化碳的吸收，無(wú)形中放慢了全球氣候變暖的腳步。為了有效的得到藻類(lèi)等微生物所帶來(lái)的價(jià)值，近年來(lái)，對(duì)于培養(yǎng)藻類(lèi)等微生物的培養(yǎng)體系、培養(yǎng)方法、培養(yǎng)裝置的研究逐漸成為熱點(diǎn)。工業(yè)化生產(chǎn)培養(yǎng)藻類(lèi)主要有兩種方式包括:開(kāi)放式培養(yǎng)和密閉式培養(yǎng)兩種方式?，F(xiàn)有的藻類(lèi)開(kāi)放式培養(yǎng)系統(tǒng)主要有圓形培養(yǎng)池及跑道式培養(yǎng)池兩種，這些方 式都存在如下缺陷:(I)使用成本高，造成這個(gè)后果的根源無(wú)疑是對(duì)水體的大量需求，從而導(dǎo)致運(yùn)輸、裝置等成本的提高。(2)對(duì)于圓形培養(yǎng)池來(lái)說(shuō)，其具有攪拌不均勻、攪拌耗能高、氣體混合不易以及土地利用率低等。在現(xiàn)有技術(shù)中，為達(dá)到為藻類(lèi)等微生物細(xì)胞提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、調(diào)控培養(yǎng)體系的環(huán)境參數(shù)、提供生存空間、更有效的吸收光照等目的，大量水體的存在是不可避免的。而大量水體是導(dǎo)致上述缺陷的直接原因，因此，迫切需要一種能只需要很少的水體就能實(shí)現(xiàn)有效培養(yǎng)藻類(lèi)等微生物的培養(yǎng)體系。另外，在現(xiàn)有的微生物培養(yǎng)領(lǐng)域中，傳統(tǒng)的微生物培養(yǎng)裝置僅僅是為所述的微生物培養(yǎng)提供養(yǎng)料和生長(zhǎng)條件的裝置，而這種裝置的缺陷是通常只能為一種微生物提供養(yǎng)料和生長(zhǎng)條件，此外，無(wú)法根據(jù)外部環(huán)境的變化，實(shí)時(shí)改變所述微生物的生長(zhǎng)條件，如營(yíng)養(yǎng)成分調(diào)整，光照調(diào)整，溫度調(diào)整等，這樣的裝置局限性很明顯，大大阻礙了微生物培養(yǎng)的效果。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種固相微生物培養(yǎng)系統(tǒng)，在培養(yǎng)系統(tǒng)中采用固相部分為微生物提供生長(zhǎng)空間，同時(shí)提供了營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)循環(huán)系統(tǒng)為微生物提供或補(bǔ)充水分和養(yǎng)料，能夠達(dá)到有效為微生物提供良好生長(zhǎng)環(huán)境的目的。本發(fā)明提供了一種培養(yǎng)系統(tǒng)，包括微生物生長(zhǎng)系統(tǒng)、承載裝置、支撐裝置、營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)循環(huán)裝置、條件控制裝置和采收裝置，其特征在于:所述微生物生長(zhǎng)系統(tǒng)為固相系統(tǒng)，微生物基本上在固體材料中生長(zhǎng)，所述固體材料內(nèi)部保持水分基本飽和狀態(tài)；承載裝置，用以承載所述的微生物生長(zhǎng)系統(tǒng)；所述支撐裝置用以支撐所述的承載裝置，通過(guò)連接裝置與所述的承載裝置連接；營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)循環(huán)裝置包括供水裝置和回水裝置，用以形成循環(huán)管道用來(lái)為所述生長(zhǎng)系統(tǒng)提供水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)所述微生物的生長(zhǎng)與代謝；條件控制裝置與所述支撐裝置連接，可以通過(guò)所述連接裝置調(diào)節(jié)所述承載裝置的光朝向。本發(fā)明的培養(yǎng)系統(tǒng)還任選地包括采收裝置，用以采收微生物或其產(chǎn)物。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其中所述連接裝置為卡槽裝置、固定環(huán)裝置或嵌入式連接裝置，所述連接裝置是可拆卸的。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其中所述的支撐裝置是可旋轉(zhuǎn)、可平移或可固定的裝置。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其中所述營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)循環(huán)裝置還包括流量表和控制閥，所述流量表用于顯示營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)循環(huán)裝置中的液體流量，控制閥用于控制營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)循環(huán)裝置中的液體流量。
·
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其中所述條件控制裝置還包括溫度控制裝置、光照控制裝置或蒸發(fā)控制裝置，上述裝置通過(guò)連接裝置與所述承載裝置連接，通過(guò)承載裝置的光朝向的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)所述微生物生長(zhǎng)系統(tǒng)的培養(yǎng)溫度，光照強(qiáng)度或蒸發(fā)程度的調(diào)節(jié)。本發(fā)明提供的系統(tǒng)可以用于培養(yǎng)微生物。微生物包括光養(yǎng)型生物體。光養(yǎng)型生物體是利用光合作用的生物體，包括真核植物、藻類(lèi)、原生生物，以及原核生物的藍(lán)細(xì)菌、綠色硫細(xì)菌、紫色硫細(xì)菌等。微生物還可以是異養(yǎng)生物體，例如真菌類(lèi)、細(xì)菌等。在本發(fā)明中，微生物基本上在固體材料中生長(zhǎng)。微生物通過(guò)化學(xué)、物理作用吸附或被限定在固相內(nèi)部或其表面繁殖和生長(zhǎng)。在本發(fā)明的一個(gè)方面，微生物是藻類(lèi)，包括但不限于下述中的菌種:原核動(dòng)物的藍(lán)藻門(mén)，原生生物的硅藻門(mén)、甲藻門(mén)、金藻門(mén)、黃藻門(mén)、隱藻門(mén)、裸藻門(mén)，以及屬于植物界的紅藻門(mén)、褐藻門(mén)、綠藻門(mén)和輪藻門(mén)等。這些藻類(lèi)或藍(lán)細(xì)菌可以是生活在淡水的或海水的。在本發(fā)明的其中一個(gè)方面，微生物是藍(lán)藻、小球藻、娃藻、綠藻、葡萄藻、柵藻、集胞藻、隱球藻、念珠藻、聚球藻、球藻、雙歧藻、鞭枝藻、螺旋藻、馬尾藻、微囊藻，魚(yú)腥藻、項(xiàng)圈藻、_藻、束絲藻、小定鞭藻等，最優(yōu)選為藍(lán)藻、小球藻、硅藻、綠藻、葡萄藻、柵藻。在本發(fā)明的某些方面，微生物可以經(jīng)過(guò)基因工程修飾?；蚬こ绦揎棧蚍Q(chēng)為基因改造，或基因重組，是指對(duì)微生物的基因組進(jìn)行改變，令其因異源核酸(如重組DNA構(gòu)建體)的存在而發(fā)生改變。修飾后的微生物體內(nèi)的基因或蛋白發(fā)生變化，會(huì)增加、減少或改變有關(guān)蛋白、脂類(lèi)、核酸、糖類(lèi)等的產(chǎn)生，獲得需要的結(jié)果和產(chǎn)物。例如，可以對(duì)異養(yǎng)生物體進(jìn)行基因工程使其變成可利用光進(jìn)行自養(yǎng)的微生物，或是通過(guò)引入相關(guān)代謝途徑令不生產(chǎn)乙醇的藻類(lèi)等微生物產(chǎn)生乙醇。微生物的產(chǎn)物可以是微生物的細(xì)胞體本身，也稱(chēng)為生物量，其提供蛋白、脂類(lèi)、核酸、糖類(lèi)等，可以用于工業(yè)或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)生產(chǎn)，或者用于畜牧或海產(chǎn)養(yǎng)殖。
另外，微生物的產(chǎn)物還包括各種微生物細(xì)胞產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)，包括其合成的代謝物、代謝中間體，或經(jīng)過(guò)基因改造而生產(chǎn)的商業(yè)產(chǎn)品，例如烷烴類(lèi)、糖類(lèi)等。本發(fā)明用于培養(yǎng)微生物需要的水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可以培養(yǎng)液形式提供。培養(yǎng)液是指用于培養(yǎng)被包含在微生物培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)的生物體的組合物，典型地包括:例如，在藻類(lèi)和/或其他捕獲光的生物體的情況下，是水或鹽溶液(例如，海水或鹽味水)以及用于促使這類(lèi)生物體生存并且生長(zhǎng)的足夠的營(yíng)養(yǎng)物。培養(yǎng)基還包括氮源，該氮源可以包括但不限于硝酸鹽、脲、氨以及銨鹽、尿酸、以及氨基酸。培養(yǎng)基還包括碳源，包括有機(jī)碳源，如有機(jī)物，另外還包無(wú)機(jī)碳源如二氧化碳，可以通過(guò)連續(xù)或間歇通入含有高于大氣二氧化碳(CO2)濃度的CO2/空氣混合氣或人工配合氣、純CO2氣體、煙道氣等，也可以是通過(guò)補(bǔ)充含有無(wú)機(jī)碳源的溶液的方式。培養(yǎng)微生物所要求的或適合用于維持正在生長(zhǎng)的捕獲光的生物體的培養(yǎng)物質(zhì)(例如，發(fā)酵培養(yǎng)基)的具體的液體培養(yǎng)基組合物、營(yíng)養(yǎng)物、等在本領(lǐng)域中是熟知的。在本發(fā)明的一個(gè)方面，所述培養(yǎng)系統(tǒng)的固相為固體多孔性材料，用于給微生物提供生長(zhǎng)空間。多孔性材料內(nèi)部保持培養(yǎng)液/水分的基本飽和狀態(tài)。培養(yǎng)液/水分向微生物細(xì)胞提供水分和營(yíng)養(yǎng)。多孔性材料包括無(wú)機(jī)材料或有機(jī)材料如下:無(wú)機(jī)材料例如活性炭、多孔玻璃，多孔陶瓷，多糖類(lèi)例如纖維素、交聯(lián)葡萄糖、明膠，天然高分子凝膠載體例如瓊脂，以及有機(jī)合成高分子材料。這些材料具有對(duì)微生物細(xì)胞無(wú)毒、傳質(zhì)性能好，透光透水性良好、性質(zhì)穩(wěn)定、不易被微生物降解。在本發(fā)明的一個(gè)方面，使用的多孔材料包括濾布、棉布、海綿、濾紙、各種無(wú)紡布例如PET無(wú)紡布、聚乳酸無(wú)紡布等。這些材料的特點(diǎn)是孔徑較大，利于微生物細(xì)胞生長(zhǎng)。本發(fā)明使用的無(wú)紡布的材料可以是各種公知的熱塑性樹(shù)脂，例如聚烯烴(聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等)、聚酯(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯等)、聚酰胺(尼龍6、尼龍66等)、熱塑性彈性體(聚烯烴系彈性體，聚酯系彈性體等)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其中所述多孔性材料的平均孔徑為約0.5-50 μ m,優(yōu)選為約0.8-30 μ m，最優(yōu)選為1-20μπι。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其中所述多孔性材料的吸液率為約50-5000%，優(yōu)選為約100-2000%，最優(yōu)選為300-1000%。吸液率是指在標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)或材料完全濕潤(rùn)所需要的時(shí)間內(nèi)，每單位質(zhì)量的材料吸收液體(通常是指水)的量，常用百分比(重量)表示。吸液率代表吸液材料(例如多孔材料)吸收和存儲(chǔ)液體的能力。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其中所述固相還包括基材，所述多孔性材料附著在基材表面?；南蚯笆鲇糜谖⑸锷L(zhǎng)的多孔性材料提供支持作用?；牡牟牧习úＡ?、塑料、不銹鋼、各種合金、海綿、濾網(wǎng)等。所述基材的材料可以與多孔性材料相同或不同。本發(fā)明培養(yǎng)系統(tǒng)中的微生物生長(zhǎng)系統(tǒng)中基本上不存在所述固相的固體材料以外的液相。本發(fā)明生長(zhǎng)系統(tǒng)中只有在固體材料內(nèi)部存在液體，而該液體基本上處于該固體材料能夠容納液體(培養(yǎng)液或水分)的飽和狀態(tài)?！盎旧咸幱谝后w飽和狀態(tài)”是指所述固體材料內(nèi)部充滿液體(培養(yǎng)液或水分)，但在某些情況下或某些時(shí)間段內(nèi)固體材料內(nèi)部可能會(huì)處于較飽和狀態(tài)較低的液體含量，但該低于飽和狀態(tài)的液體含量不會(huì)導(dǎo)致微生物細(xì)胞的生長(zhǎng)和代謝的停止或不可逆的降低。在本發(fā)明中，所述固體材料內(nèi)部的液體具有良好的流動(dòng)性，向微生物細(xì)胞提供充足的水分和/或營(yíng)養(yǎng)。
在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種培養(yǎng)微生物的方法，其中利用一種微生物培養(yǎng)系統(tǒng)進(jìn)行所述培養(yǎng)，該微生物培養(yǎng)系統(tǒng)包括生長(zhǎng)系統(tǒng)、承載裝置、支撐裝置、營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)循環(huán)裝置、條件控制裝置和采收裝置，其特征在于:所述微生物生長(zhǎng)系統(tǒng)為固相系統(tǒng)，微生物基本上在固體材料中生長(zhǎng)，所述固體材料內(nèi)部保持液體基本飽和狀態(tài)。在本發(fā)明的一個(gè)方面，利用了前述微生物培養(yǎng)系統(tǒng)來(lái)培養(yǎng)微生物。微生物是藻類(lèi)，包括但不限于下述中的菌種:原核生物的藍(lán)藻門(mén)，原生生物的硅藻門(mén)、甲藻門(mén)、金藻門(mén)、黃藻門(mén)、隱藻門(mén)、裸藻門(mén)，以及屬于植物界的紅藻門(mén)、褐藻門(mén)、綠藻門(mén)和輪藻門(mén)等。這些藻類(lèi)可以是生活在淡水的或海水的。在本發(fā)明的其中一個(gè)方面，微生物是藍(lán)藻、小球藻、硅藻、綠藻、葡萄藻、柵藻、集胞藻、隱球藻、念珠藻、聚球藻、球藻、雙歧藻、鞭枝藻、螺旋藻、馬尾藻、微囊藻，魚(yú)腥藻、項(xiàng)圈藻、顫藻、束絲藻、小定鞭藻等，最優(yōu)選為藍(lán)藻、小球藻、硅藻、綠藻、葡萄藻、柵藻。本發(fā)明采用的固相培養(yǎng)系統(tǒng)和方法具有顯著優(yōu)點(diǎn)。培養(yǎng)細(xì)胞以很高的密度附著于固體材料上，使得單層培養(yǎng)材料表面上的細(xì)胞數(shù)量即可達(dá)到傳統(tǒng)水體培養(yǎng)方式的細(xì)胞數(shù)量，從而大大減少培養(yǎng)同樣數(shù)量細(xì)胞所需要的用水量，減少光在水體中的衰減，提高光能利用效率，同時(shí)降低了水處理成本和水資源消耗量，有助于培養(yǎng)系統(tǒng)的規(guī)?；糯蟆＜?xì)胞附著于固體材料上生長(zhǎng)，采收時(shí)可使用硬質(zhì)刀片等簡(jiǎn)單器材從固體材料上剝離，得到胞外含水量很少的細(xì)胞集群，有助于細(xì)胞的采收和干燥，大大減少采收成本和干燥脫水所需能耗。此夕卜，由于細(xì)胞在單層固體材料上附著，使得細(xì)胞生長(zhǎng)表面的形狀和空間結(jié)構(gòu)較為靈活，可以實(shí)現(xiàn)多層培養(yǎng)，從而成倍提高單位受光面積下的細(xì)胞數(shù)量，改善光能利用效率，為大幅度提高單位面積產(chǎn)量提供了可能。


通過(guò)閱讀參照以下附圖所作的對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯，其中:圖1是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的一種培養(yǎng)裝置的整體結(jié)構(gòu)框圖。附圖中相同或相似的附圖標(biāo)記代表相同或相似的部件。其中，圖中各個(gè)附圖標(biāo)記指代的含義如下:100培養(yǎng)系統(tǒng)101微生物生長(zhǎng)系統(tǒng)102承載裝置103支撐裝置104營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)循環(huán)裝置105條件控制裝置106采收裝置107固相108連接裝置109雙頭螺栓110供水儲(chǔ)罐111回水儲(chǔ)罐112供水管線113回水管線114流量表115控制閥116 進(jìn)水117 回水口118回水泵119出水孔120管道 121溫度控制裝置122光照控制裝置123蒸發(fā)控制裝置
124傳感器
具體實(shí)施例方式為了更好地理解和闡釋本發(fā)明，下面將參照?qǐng)D1對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。圖1是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的一種培養(yǎng)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖。如圖1所示，所述培養(yǎng)系統(tǒng)100包括有微生物生長(zhǎng)系統(tǒng)101、承載裝置102、支撐裝置103、營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)循環(huán)裝置104、條件控制裝置105和采收裝置106組成。具體地，所述微生物生長(zhǎng)系統(tǒng)為固相系統(tǒng)，微生物基本上在固體材料中生長(zhǎng)，所述固體材料內(nèi)部保持水分基本飽和狀態(tài)。在本發(fā)明的一個(gè)方面，所述培養(yǎng)系統(tǒng)的固相為固體多孔性材料，用于給微生物提供生長(zhǎng)空間。多孔性材料內(nèi)部保持培養(yǎng)液/水分的基本飽和狀態(tài)。培養(yǎng)液/水分向微生物細(xì)胞提供水分和營(yíng)養(yǎng)。多孔性材料包括無(wú)機(jī)材料或有機(jī)材料如下:無(wú)機(jī)材料例如活性炭、多孔玻璃，多孔陶瓷，多糖類(lèi)例如纖維素、交聯(lián)葡萄糖、明膠，天然高分子凝膠載體例如瓊脂，以及有機(jī)合成高分子材料。這些材料具有對(duì)微生物細(xì)胞無(wú)毒、傳質(zhì)性能好，透光透水性良好、性質(zhì)穩(wěn)定、不易被微生物降解。這些材料的特點(diǎn)是孔徑較大，利于微生物細(xì)胞生長(zhǎng)。本發(fā)明培養(yǎng)系統(tǒng)中的微生物生長(zhǎng)系統(tǒng)中基本上不存在所述固相的固體材料以外的液相。本發(fā)明生長(zhǎng)系統(tǒng)中只有在固體材料內(nèi)部存在液體，而該液體基本上處于該固體材料能夠容納液體(培養(yǎng)液或水分)的飽和狀態(tài)。在本發(fā)明中，所述固體材料內(nèi)部的液體具有良好的流動(dòng)性，向微生物細(xì)胞提供充足的水分和/或營(yíng)養(yǎng)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其中所述固相還包括基材，所述多孔性材料附著在基材表面?；南蚯笆鲇糜谖⑸锷L(zhǎng)的多孔性材料提供支持作用。基材的材料包括玻璃、塑料、不銹鋼、各種合金、海綿、濾網(wǎng)等。所述基材的材料可以與多孔性材料相同或不同。所述承載裝置102，用以承載所述的微生物生長(zhǎng)系統(tǒng)101，其中所述承載裝置可以使用金屬或塑料材料制成，也可以采用其他合成材料，根據(jù)所述微生物生長(zhǎng)系統(tǒng)的可操作性，例如可旋轉(zhuǎn)等，可以對(duì)制作材料進(jìn)行多種選擇。優(yōu)選地，所述承載裝置102可以是封閉式的機(jī)械裝置，也可 以是非封閉式的機(jī)械裝置。封閉式的裝置可以防止水分的蒸發(fā)和外源污染物的侵入。封閉式的裝置通常具有透明的頂蓋，可以讓日光等光線透過(guò)。封閉式的裝置的側(cè)墻也可以是透明的，可以讓日光等光線透過(guò)。所述支撐裝置103用以支撐所述的承載裝置102，通過(guò)連接裝置108與所述的承載裝置102連接，如圖1所示，所述連接裝置108與承載裝置102可以通過(guò)雙頭螺栓109進(jìn)行連接，當(dāng)然也可以通過(guò)卡槽裝置、固定環(huán)裝置或嵌入式連接裝置連接；所述連接裝置108可以將所述承載裝置102旋轉(zhuǎn)，平移或者固定。其中所述雙頭螺栓109、卡槽裝置、固定環(huán)裝置或嵌入式連接裝置可以與所述連接裝置108或承載裝置102實(shí)現(xiàn)物理分離，即上述裝置是彼此可以拆卸或者說(shuō)可分離的。此外，支撐裝置103可以是與水平面垂直、平行或成一定角度的。支撐裝置可以旋轉(zhuǎn)、平移或靜止。優(yōu)選地，圖1中僅僅示出了一種實(shí)現(xiàn)方式，在實(shí)際的應(yīng)用和生產(chǎn)中的優(yōu)選實(shí)施例中，支撐裝置103可以由電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、連軸器、軸承、旋轉(zhuǎn)軸、支架組成的旋轉(zhuǎn)式培養(yǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)軸與水平面平行并穿過(guò)所述承載裝置102的中心，多個(gè)平行排列的承載裝置102由螺栓固定在旋轉(zhuǎn)軸上，承載裝置102與旋轉(zhuǎn)軸垂直，旋轉(zhuǎn)軸可由電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、軸承帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速可以使例如0-100轉(zhuǎn)每分鐘，其中，旋轉(zhuǎn)軸、電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、連軸器、軸承固定在支架上；旋轉(zhuǎn)軸、螺栓、支架采用木質(zhì)、不銹鋼、鑄鐵、合成材料、高分子材料等，為了簡(jiǎn)化圖形，上述實(shí)施例未在圖中示出。營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)循環(huán)裝置104包括供水裝置和回水裝置，用以形成循環(huán)管道用來(lái)為所述培養(yǎng)面提供水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)所述微生物的生長(zhǎng)與代謝；如圖所示，所述供水裝置為供水儲(chǔ)罐110，所述回水裝置為回水儲(chǔ)罐111，所述循環(huán)管道圖示為供水管線112、回水管線113和管道120，在供水管線112端還設(shè)置有流量表114和控制閥115，如圖所示，營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)循環(huán)裝置104由供水儲(chǔ)罐110、供水管線112、進(jìn)水口 116、回水口 117、回水儲(chǔ)罐111、回水泵118、流量表114、控制閥115和管道120組成。營(yíng)養(yǎng)液和水分由供水儲(chǔ)罐110可以通過(guò)虹吸作用(供水儲(chǔ)罐110可放置在高于生長(zhǎng)系統(tǒng)101的位置)或水泵(圖中未示出)進(jìn)入供水管線112。優(yōu)選地，供水管線112與固相107的頂端接觸，在所述供水管線112與固相107的頂端接觸部分的下方設(shè)置有一排出水孔119，營(yíng)養(yǎng)液經(jīng)出水孔119被吸入微生物培養(yǎng)系統(tǒng)即固相107中(以下簡(jiǎn)稱(chēng)微生物培養(yǎng)面)，由回水口 117流出進(jìn)入回水儲(chǔ)罐111，經(jīng)回水泵118返回供水儲(chǔ)罐110，營(yíng)養(yǎng)液或水分的流量由流量表114和控制閥115控制，以達(dá)到營(yíng)養(yǎng)液供應(yīng)充分平衡的效果。優(yōu)選地，所述出水孔119可以設(shè)置于所述供水管線的末端，也可以在所述生長(zhǎng)系統(tǒng)與整個(gè)循環(huán)管道接觸的部分設(shè)置一排出水孔119，即出水孔布滿整個(gè)生長(zhǎng)系統(tǒng)，此外，回水口可以設(shè)置為圖示的位置，即生長(zhǎng)系統(tǒng)下端，也可以設(shè)置于生長(zhǎng)系統(tǒng)的低端或側(cè)面。進(jìn)水口 116或出水孔119的設(shè)置令營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)入固相的速度控制在保持固相在液體飽和基本飽和狀態(tài)。在具體的實(shí)施例中，優(yōu)選地，供水儲(chǔ)罐110放置在高于微生物培養(yǎng)系統(tǒng)101和支撐裝置103的位置，營(yíng)養(yǎng)液通過(guò)虹吸作用進(jìn)入供水管線112，通過(guò)進(jìn)水口 116或出水孔119進(jìn)入固相107。優(yōu)選地，上述進(jìn)水口 116和/或出水孔119孔徑直徑
0.l-2mm，間距l(xiāng)_50mm，位于微生物培養(yǎng)面上方，其排列方向與多個(gè)微生物培養(yǎng)面一致，每一個(gè)培養(yǎng)面正上方均有一列進(jìn)水口 116，營(yíng)養(yǎng)液經(jīng)進(jìn)水口 116流出后落在培養(yǎng)面上緣，并被培養(yǎng)面吸收。營(yíng)養(yǎng)液可經(jīng)培養(yǎng)面吸收后流出，經(jīng)過(guò)回水口 117進(jìn)入回水管線113和回水儲(chǔ)罐111，回水儲(chǔ)罐111中的營(yíng)養(yǎng)液經(jīng)單級(jí)或多級(jí)回水泵118返回供水儲(chǔ)罐110，供水和回水達(dá)到平衡。一般的，營(yíng)養(yǎng)液流動(dòng)速度為0.1-10升/分鐘/平方米培養(yǎng)面。

條件控制裝置105與所述支撐裝置103連接，可以通過(guò)所述連接裝置109調(diào)節(jié)所述承載裝置的光朝向，所述條件控制裝置105可以包括溫度控制裝置121、光照控制裝置122或者蒸發(fā)控制裝置123，當(dāng)然，也可以包括其他控制裝置，例如控制所述連接裝置的傳動(dòng)裝置等。其中，優(yōu)選地，所述溫度控制裝置121如圖所示可以通過(guò)傳感器124直接與所述承載裝置102連接，通過(guò)傳感器顯示的所述承載裝置102中的微生物培養(yǎng)系統(tǒng)101中的培養(yǎng)溫度，并通過(guò)所述支撐裝置103調(diào)整所述的連接裝置109，從而達(dá)到調(diào)整所述承載裝置102的光朝向的目的，進(jìn)而達(dá)到調(diào)整微生物培養(yǎng)系統(tǒng)101中的培養(yǎng)溫度的目的。而光照控制裝置122和蒸發(fā)控制裝置123可以通過(guò)類(lèi)似或者等同的原理達(dá)到微生物培養(yǎng)的光照強(qiáng)度和蒸發(fā)程度的控制的目的，在優(yōu)選實(shí)施例中，溫度范圍15-35攝氏度，光照強(qiáng)度15-2000uE/m2/s,每日蒸發(fā)量為營(yíng)養(yǎng)液體積的0-10%。在優(yōu)選的實(shí)施例中，本發(fā)明的培養(yǎng)系統(tǒng)包括采收裝置106。采收裝置106用以采收經(jīng)由微生物生長(zhǎng)系統(tǒng)101中的微生物生長(zhǎng)后產(chǎn)生的產(chǎn)物，通常所述采收裝置為密閉容器，當(dāng)然根據(jù)所述產(chǎn)物的形態(tài)的不同，可以采用各種類(lèi)型的收集容器。此外，優(yōu)選地，還可以通過(guò)采收裝置直接將微生物，如細(xì)胞，及其代謝產(chǎn)物直接收集，或者通過(guò)液化等手段實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物收集形態(tài)的多元化。在優(yōu)選的實(shí)施例中，在所述的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)循環(huán)系統(tǒng)中還可以包括有凈化裝置125(為了簡(jiǎn)化圖形，圖中未示出)，可以對(duì)管道中的水質(zhì)或營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行凈化，以達(dá)到水分和營(yíng)養(yǎng)液的充分循環(huán)利用的效果，此外，所述凈化裝置還可以定期進(jìn)行清洗，以?xún)艋麄€(gè)循環(huán)流程。優(yōu)選地，圖1中示出的微生物生長(zhǎng)系統(tǒng)中的兩相系統(tǒng)僅僅是單層結(jié)構(gòu)，優(yōu)選地，所述兩相系統(tǒng)可以多層并列結(jié)構(gòu)或者多層疊加結(jié)構(gòu)。利于上述描述的系統(tǒng)和方法對(duì)不同種類(lèi)的微生物進(jìn)行了培養(yǎng)。實(shí)施例1將集胞藻PCC6803在搖瓶中培養(yǎng)，采用BGll培養(yǎng)液，培養(yǎng)5_7天，OD730達(dá)到3-5,準(zhǔn)備用做接種。將搖瓶里的藻液5000rpm離心15min后，除去上清液,用新鮮的BGll培養(yǎng)基重懸沉淀，得到OD73tl為6.72的接種液。培養(yǎng)藻種的固體材料是PET無(wú)紡布，其孔徑為約8 μ m，吸液率為約450-600 %。將多層PET無(wú)紡布堆疊形成長(zhǎng)寬厚各約為60cmX60cmX3cm的無(wú)紡布培養(yǎng)層。當(dāng)OD73tl達(dá)到8左右時(shí)，取10_20ml的藻液，均勻點(diǎn)滴到無(wú)紡布培養(yǎng)層上，藻液的量以剛好使藻布滿材料為宜。取出后固定在一長(zhǎng)X寬為約IOOcmX 80cm，厚度為2cm玻璃表面。將固定了無(wú)紡布培養(yǎng)層的玻璃垂直放入培養(yǎng)系統(tǒng)的承載裝置，該承載裝置為長(zhǎng)寬高各為120cmX IOOmX80cm的透明硬塑料箱體。供水裝置以營(yíng)養(yǎng)液流動(dòng)速度為0.1升/分鐘的速度進(jìn)行循環(huán)。通入300ml 0)2/天的二氧化碳?xì)怏w或空氣。在溫度范圍25-28·攝氏度，光照強(qiáng)度92uE/m2/s下培養(yǎng)7天。收集無(wú)紡布培養(yǎng)層，經(jīng)過(guò)真空抽濾泵抽濾后，放入電熱恒溫干燥箱中105°C烘干2小時(shí)后稱(chēng)干重，計(jì)算凈干重，并記錄。另外采用了不同孔徑的無(wú)紡布、濾紙等作為固體材料用于培養(yǎng)。培養(yǎng)結(jié)果見(jiàn)下表
權(quán)利要求
1.一種微生物培養(yǎng)系統(tǒng)，包括微生物生長(zhǎng)系統(tǒng)、承載裝置、支撐裝置、營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)循環(huán)裝置、條件控制裝置和采收裝置，其特征在于: 所述微生物生長(zhǎng)系統(tǒng)為固相系統(tǒng)，微生物在固體材料中生長(zhǎng)，所述固體材料內(nèi)部保持液體基本飽和狀態(tài)； 承載裝置，用以承載所述的微生物生長(zhǎng)系統(tǒng)； 所述支撐裝置用以支撐所述的承載裝置，通過(guò)連接裝置與所述的承載裝置連接； 營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)循環(huán)裝置包括供水裝置和回水裝置，用以形成循環(huán)管道用來(lái)為所述生長(zhǎng)系統(tǒng)提供水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)所述微生物的生長(zhǎng)與代謝； 條件控制裝置與所述支撐裝置連接，可以通過(guò)所述連接裝置調(diào)節(jié)所述承載裝置的光朝向。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述連接裝置為卡槽裝置、固定環(huán)裝置或嵌入式連接裝置，所述連接裝置是可拆卸的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中所述的支撐裝置是可旋轉(zhuǎn)、可平移或可固定的裝置。
4.如權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所 述的系統(tǒng)，其中所述營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)循環(huán)裝置還包括流量表和控制閥，所述流量表用于顯示營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)循環(huán)裝置中的液體流量，控制閥用于控制營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)循環(huán)裝置中的液體流量。
5.如權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，所述條件控制裝置還包括溫度控制裝置、光照控制裝置或蒸發(fā)控制裝置，上述裝置通過(guò)連接裝置與所述承載裝置連接，通過(guò)承載裝置的光朝向的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)所述微生物生長(zhǎng)系統(tǒng)的培養(yǎng)溫度，光照強(qiáng)度或蒸發(fā)程度的調(diào)節(jié)。
6.如權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述生長(zhǎng)系統(tǒng)的固相為多孔性材料，所述營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)循環(huán)裝置向多孔性材料補(bǔ)充水分和/或養(yǎng)料，使多孔性材料內(nèi)部保持培養(yǎng)液/水分的基本飽和狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述多孔性材料的平均孔徑為約0.5-50 μ m，優(yōu)選為約 0.8-30 μ m,最優(yōu)選為 1-20 μ m。
8.如權(quán)利要求6或7所述的系統(tǒng)，其中所述多孔性材料的吸液率為約50-5000%，優(yōu)選為約 100-2000%，最優(yōu)選為 300-1000%。
9.如權(quán)利要求6-8任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述固相還包括基材，所述多孔性材料附著在基材表面，所述基材的材料與多孔性材料相同或不同。
10.一種采用權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的培養(yǎng)系統(tǒng)培養(yǎng)微生物的方法。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種培養(yǎng)系統(tǒng)，包括微生物生長(zhǎng)系統(tǒng)、承載裝置、支撐裝置、營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)循環(huán)裝置、條件控制裝置和采收裝置，其特征在于所述微生物生長(zhǎng)系統(tǒng)為固相系統(tǒng)，微生物在所述生長(zhǎng)系統(tǒng)的固相中生長(zhǎng)。本發(fā)明公開(kāi)的培養(yǎng)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)微生物生長(zhǎng)和培養(yǎng)環(huán)境的動(dòng)態(tài)調(diào)整，并節(jié)省大量水資源。本發(fā)明還提供了培養(yǎng)微生物的方法。
文檔編號(hào)C12M1/16GK103194384SQ20121000530
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者范文俊, 鄭曉光 申請(qǐng)人:浙江齊成碳能科技有限公司