一種氣升式微藻生物膜培養系統的制作方法

本發明屬于生物培養技術領域，具體涉及一種氣升式微藻生物膜培養系統。

背景技術：

微藻細胞富含氨基酸、蛋白質、維生素、不飽和脂肪酸等多種高附加值的生物物質，已經成為人類食品、醫藥、染料、精細化工領域的重要材料來源。目前，隨著石油、煤炭等化石能源的日益枯竭，基于生物質的生物煉制引起了人們的高度重視，微藻作為重要的可再生能源能夠提供大量的生物質( 油脂、淀粉、纖維素)，在生物煉制領域，具有廣闊的應用前景。

現有技術如授權公告號CN 103773673 B 一種用于微藻培養的圓柱形氣升式高效光生物反應器及應用 該發明公開了一種用于微藻培養的圓柱形氣升式高效光生物反應器及應用，包括透光培養罐，還包括設置在透光培養罐外部的光照控制裝置、設置在透光培養罐內部的溫度控制裝置和設置在透光培養罐底部的氣體供應裝置，透光培養罐的頂部設置有接種加樣口和出氣口，出氣口上設置有第二過濾器，透光罐體底部設置有藻液收集口，藻液收集口上設置有閥門，該反應器采用高度和直徑比例較大的圓柱形罐體，且設置了光強和光質可更換調節的光照裝置，解決微藻培養密度增高以后產生的藻細胞自我遮蔽現象以及特定藻種對不同光質的需求情況，保證充足的光能供應，提高微藻的光合作用效率，易于實現高密度培養，但是僅用一種溫度監測設備來檢測培養罐內的溫度似乎精確性不高，光照控制的安全性還有提升空間。

技術實現要素：

本發明為解決上述技術問題提供一種可靠性好的氣升式微藻生物膜培養系統，具有雙溫度檢測設備，報警設備，培養罐耐溫性好的特點，能有效控制光強和光質，提高微藻培養產量和質量。

本發明針對上述技術問題所采取的方案為：一種氣升式微藻生物膜培養系統，包括培養罐、殼體、溫度控制器、氣體鋼瓶，培養罐底部設有控溫棒、氣石、收集口，培養罐通過導管與收集口連接，收集口設有閥門，氣石均布在培養罐底部，氣石通過導管與氣體供應口連接，氣體供應口通過導管與第一過濾器連接，第一過濾器通過三通接頭與第一流量計和第二流量計連接，第一流量計與空氣泵連接，第二流量計與氣體鋼瓶連接，空氣泵和氣體鋼瓶分別連接有空氣過濾器，培養罐頂部設有出氣口和加樣口，出氣口設有第二過濾器，培養罐設有光纖管和夾套，夾套內設有溫度探針，溫度探針通過導線與溫度控制器連接，溫度控制器通過導線與控溫棒連接，溫度控制器設有顯示屏和溫度調節器，光纖管底部連接至培養罐底部，光纖管頂部與培養罐頂部平齊，光纖管內設有光纖，光纖與工控機連接，工控機與集控室連接，工控機連接有報警器，集控室設有服務器、監視屏和上位機，培養罐安置于殼體內，培養罐為透光培養罐，殼體的直徑為培養罐的1~3倍，培養罐的高度為培養罐直徑的5~10倍，殼體內壁設有發光二極管組，殼體內壁與發光二極管組之間設有反光層，發光二極管組與殼體通過真空吸盤或螺栓或膠接方式連接，發光二極管組通過導線與光照控制器連接，光照控制器連接有光照開關和時間控制器。設有雙溫度檢測設備和報警設備，保證培養溫度在指定范圍內且安全，使用的空氣經過過濾，可防止細菌和雜質進入培養罐，氣升式模式改善培養液的流動，促進微藻光合作用和生物產量，可有效控制光強和光質。

作為優選，光照控制器還連接有GSM手機卡報警器，GSM手機卡報警器連接有天線，可防止光照控制器出錯導致培養失敗的情況發生，可通過手機隨時監控光照時間及控制光照開關。

作為優選，培養罐為圓柱形，培養罐底部設有環形凸環，培養罐表面設有隔熱涂料，隔熱涂料由以下成分及重量份組成：丙烯酸改性有機硅樹脂30~52份、3-氨基異丁酸0.03~0.07份、低粘度高氯化聚乙烯樹脂15~30份、納米二氧化鈦5~10份、鹽酸萘乙二胺0.08~0.15份、納米氧化鋅2~3份、醋酸丁酯20~30份、正丁醇2~5份、環己酮2~5份。避免光照強度太大導致光照溫度過高對微藻培養效果的影響。

作為優選，光纖管表面設有圓形凹點，光纖管為橡膠管，光纖管由以下成分及重量份組成：氯醇橡膠60~70份、聚乙二醇200 0.05~0.1份、快壓出炭黑15~20份、2，2，4-三甲基-1，2-二氫化喹啉聚合體1~2份、β-丙氨酸0.1~0.2份、N，N′-二苯基-對苯二胺2~4份、2-乙酰基吡嗪0.02~0.06份、鈦白粉3~5份、三氧化二銻5~8份、十溴二苯乙烷4~5份、氫氧化鈣5~10份、硬脂酸0.5~1份、滑石粉8~12份、二氧化硅8~12份、氧化鎂1~5份。橡膠管可很好的傳遞溫度到橡膠管內壁且溫差很小，光纖可拾取橡膠管周圍的溫度，達到準確的溫度檢測的效果。

有益效果：本發明采用溫度計、控溫棒和溫度控制器可有效的控制培養罐內的培養液溫度，采用光纖測溫系統可在溫度控制器失效時還可繼續對培養液進行溫度監測及超出設定溫度的報警，提高培養安全性，設有的光照控制器連接有GSM手機卡報警器可防止光照控制器出錯導致培養失敗的情況發生，可通過手機隨時監控光照時間及控制光照開關，在培養罐表面設有的隔熱涂料可避免光照強度太大導致光照溫度過高對微藻培養效果的影響，且不會影響培養罐的透光性，光纖管可很好的傳遞溫度，利于提升光纖檢測溫度準確性。

附圖說明

圖1為本發明一種氣升式微藻生物膜培養系統的結構示意圖；

圖2為本發明一種氣升式微藻生物膜培養系統的夾套與溫度探針示意圖；

圖3為本發明一種氣升式微藻生物膜培養系統的培養罐俯視圖；

圖4為本發明一種氣升式微藻生物膜培養系統的光纖傳感系統示意圖。

附圖標記說明：1培養罐；2殼體；21發光二極管組；22光照控制器；23反光層；3溫度控制器；31溫度探針；32夾套；33控溫棒；4氣體鋼瓶；41第一過濾器；42氣石；43氣體供應口；44第一流量計；45空氣泵；46第二流量計；5閥門；6收集口；7出氣口；8第二過濾器；9集控室；91光纖管；92工控機；93報警器；10支架；11加樣口；12 GSM手機卡報警器。

具體實施例

以下結合附圖和實施例作進一步詳細描述：

實施例1：

如圖1~4所示：一種氣升式微藻生物膜培養系統，包括培養罐1、殼體2、溫度控制器3、氣體鋼瓶4，培養罐1底部設有控溫棒33、氣石42、收集口6，培養罐1通過導管與收集口6連接，收集口6設有閥門5，氣石42均布在培養罐1底部，氣石42通過導管與氣體供應口43連接，氣體供應口43通過導管與第一過濾器41連接，第一過濾器41通過三通接頭與第一流量計44和第二流量計46連接，第一流量計44與空氣泵45連接，第二流量計46與氣體鋼瓶4連接，空氣泵45和氣體鋼瓶4分別連接有空氣過濾器，培養罐1頂部設有出氣口7和加樣口11，出氣口7設有第二過濾器8，培養罐1設有光纖管91和夾套32，夾套32內設有溫度探針31，溫度探針31通過導線與溫度控制器3連接，溫度控制器3通過導線與控溫棒33連接，溫度控制器3設有顯示屏和溫度調節器，光纖管91底部連接至培養罐1底部，光纖管91頂部與培養罐1頂部平齊，光纖管91內設有光纖，光纖與工控機92連接，工控機92與集控室9連接，工控機92連接有報警器93，集控室9設有服務器、監視屏和上位機，培養罐1安置于殼體2內，培養罐1為透光培養罐，殼體2的直徑為培養罐1的1~3倍，培養罐1的高度為培養罐1直徑的5~10倍，殼體2內壁設有發光二極管組21，殼體2內壁與發光二極管組21之間設有反光層23，發光二極管組21與殼體2通過真空吸盤或螺栓或膠接方式連接，發光二極管組21通過導線與光照控制器22連接，光照控制器22連接有光照開關和時間控制器。設有雙溫度檢測設備和報警設備，保證培養溫度在指定范圍內且安全，使用的空氣經過過濾，可防止細菌和雜質進入培養罐1，氣升式模式改善培養液的流動，促進微藻光合作用和生物產量，可有效控制光強和光質。

光照控制器22還連接有GSM手機卡報警器12，GSM手機卡報警器12連接有天線，可防止光照控制器22出錯導致培養失敗的情況發生，可通過手機隨時監控光照時間及控制光照開關。

培養罐1為圓柱形，培養罐1底部設有環形凸環，培養罐1表面設有隔熱涂料，隔熱涂料由以下成分及重量份組成：丙烯酸改性有機硅樹脂30~52份、3-氨基異丁酸0.03~0.07份、低粘度高氯化聚乙烯樹脂15~30份、納米二氧化鈦5~10份、鹽酸萘乙二胺0.08~0.15份、納米氧化鋅2~3份、醋酸丁酯20~30份、正丁醇2~5份、環己酮2~5份。避免光照強度太大導致光照溫度過高對微藻培養效果的影響。

光纖管91表面設有圓形凹點，光纖管91為橡膠管，光纖管91由以下成分及重量份組成：氯醇橡膠60~70份、聚乙二醇200 0.05~0.1份、快壓出炭黑15~20份、2，2，4-三甲基-1，2-二氫化喹啉聚合體1~2份、β-丙氨酸0.1~0.2份、N，N′-二苯基-對苯二胺2~4份、2-乙酰基吡嗪0.02~0.06份、鈦白粉3~5份、三氧化二銻5~8份、十溴二苯乙烷4~5份、氫氧化鈣5~10份、硬脂酸0.5~1份、滑石粉8~12份、二氧化硅8~12份、氧化鎂1~5份。橡膠管可很好的傳遞溫度到橡膠管內壁且溫差很小，光纖可拾取橡膠管周圍的溫度，達到準確的溫度檢測的效果。

實施例2：

如圖1~4所示，培養罐1底部設有控溫棒33、氣石42、收集口6，培養罐1通過導管與收集口6連接，收集口6設有閥門5，氣石42均布在培養罐1底部，氣石42通過導管與氣體供應口43連接，氣體供應口43通過導管與第一過濾器41連接，第一過濾器41通過三通接頭與第一流量計44和第二流量計46連接，第一流量計44與空氣泵45連接，第二流量計46與氣體鋼瓶4連接，空氣泵45和氣體鋼瓶4分別連接有空氣過濾器，培養罐1頂部設有出氣口7和加樣口11，出氣口7設有第二過濾器8，培養罐1設有光纖管91和夾套32，夾套32內設有溫度探針31，溫度探針31通過導線與溫度控制器3連接，溫度控制器3通過導線與控溫棒33連接，溫度控制器3設有顯示屏和溫度調節器，光纖管91底部連接至培養罐1底部，光纖管91頂部與培養罐1頂部平齊，光纖管91內設有光纖，光纖與工控機92連接，工控機92與集控室9連接，工控機92連接有報警器93，集控室9設有服務器、監視屏和上位機，培養罐1安置于殼體2內，培養罐1為透光培養罐，殼體2與培養罐1可拆卸，殼體2的直徑為培養罐1優選的2倍，培養罐1的高度為培養罐1直徑優選的7倍，殼體2內壁設有發光二極管組21，殼體2內壁與發光二極管組21之間設有反光層23，發光二極管組21與殼體2通過真空吸盤或螺栓或膠接方式連接，發光二極管組21通過導線與光照控制器22連接，光照控制器22連接有光照開關和時間控制器。設有雙溫度檢測設備和報警設備，保證培養溫度在指定范圍內且安全，光纖測溫采用分布式光纖測溫系統，。光纖測試采用BOTDA與DAS技術，穩定性和可靠性高于溫度探針，使用的空氣經過過濾，可防止細菌和雜質進入培養罐1，氣升式模式改善培養液的流動，促進微藻光合作用和生物產量，可有效控制光強和光質。

光照控制器22還連接有GSM手機卡報警器12，GSM手機卡報警器12連接有天線，可防止光照控制器22出錯導致培養失敗的情況發生，若發生光照控制器出錯的情況，GSM手機卡報警器會將報警信息發送到指定手機提醒相關人員，培養人員還可通過手機隨時監控光照時間及控制光照開關。

培養罐1為圓柱形，培養罐1底部設有環形凸環，增加培養罐容量，培養罐1表面設有隔熱涂料，隔熱涂料由以下成分及優選的重量份組成：丙烯酸改性有機硅樹脂40份、3-氨基異丁酸0.038份、低粘度高氯化聚乙烯樹脂22份、納米二氧化鈦7份、鹽酸萘乙二胺0.1份、納米氧化鋅2.3份、醋酸丁酯24份、正丁醇3份、環己酮2份。避免光照強度太大導致光照溫度過高對微藻培養效果的影響，且隔熱涂料不影響培養罐的透光性。

光纖管91表面設有圓形凹點，利于光纖管91外部溫度傳遞到內壁，光纖管91為橡膠管，光纖管91由以下成分及優選的重量份組成：氯醇橡膠68份、聚乙二醇200 0.08份、快壓出炭黑17份、2，2，4-三甲基-1，2-二氫化喹啉聚合體1.2份、β-丙氨酸0.15份、N，N′-二苯基-對苯二胺2.6份、2-乙酰基吡嗪0.05份、鈦白粉4份、三氧化二銻7份、十溴二苯乙烷4.2份、氫氧化鈣8份、硬脂酸0.7份、滑石粉10份、二氧化硅11份、氧化鎂4份。橡膠管可很好的傳遞溫度到橡膠管內壁且溫差很小，光纖可拾取橡膠管周圍的溫度，達到準確的溫度檢測的效果。

實施例3：

如圖1~4所示， 在接種之前對培養罐1內進行滅菌，滅菌時溫度探針31和光纖均取出培養罐1，在培養罐1中加入培養基采用高壓蒸汽滅菌，培養基為培養罐1體積的80%，在殼體2內壁安裝發光二極管組21，光質為白光，6 組發光二極管組21光強分別為15、15、15、15、30 和30μmol photonsm-2s-1，通過發光二極管組21的組合可提供光強范圍為30-120μmol photons m-2s-1 的4 檔光照強度，每檔依次提高30μmol photons m-2s-1，等培養罐1內培養基溫度降至室溫將其余部件安裝好組成氣升式微藻生物膜培養系統，然后，將微藻細胞通過加樣口11接種于培養罐1中，接種密度為0.4×107cells/mL，持續光照，進行培養。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何限制。凡是根據發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效變化，均仍屬于本發明技術方案的保護范圍內。