專利名稱：用于規模化紅球藻生產蝦青素的光生物反應器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及天然蝦青素生產裝置技術領域，具體講是一種用于規模化紅球藻生產蝦青素的光生物反應器。
背景技術：
雨生紅球藻(Haematococcus pluvialis)是一種單細胞綠藻,其增殖依賴于細胞分裂，當環境適宜時，紅球藻生物量不斷增加，稱為“綠色培養階段”，而當受到外界脅迫時，如高光照、高溫、PH值變化等，自身形成孢子體，積累大量的蝦青素物質使藻細胞變成紅色， 稱為“轉紅階段”。紅球藻作為天然蝦青素最佳來源，備受關注，研究發現，紅球藻中蝦青素可占細胞干重的I. 5%-3. 0%，因此譽為天然蝦青素的“濃縮品”。調查發現，當今世界紅球藻年產量不足200噸，遠遠不能滿足市場需求。國內紅球藻產業起步晚，大都停留實驗室研發狀態，實際投產涉及的技術工藝十分復雜，至今掌握養殖技術和藻粉深加工工藝的企業屈指可數，究其原因有二，其一紅球藻養殖單位面積產量小，易受微生物污染，藻粉產量低，蝦青素含量不夠穩定；其二 紅球藻“綠色培養階段”和“轉紅階段”所需要不同條件在同一空間內難以滿足，不易建立低成本、高效率的生產技術體系。紅球藻養殖及生產蝦青素的相關專利報道不斷涌現，但大都停留在實驗室或初試階段，實際規模化生產高含量蝦青素國內尚無成功案例。突破上述紅球藻養殖瓶頸是當前亟待解決的問題，筆者進行了查詢，得知利用光生物反應器培養微藻的專利文獻已有較多公開，比如公告號為CN101654653的中國實用新型專利，但是由于紅球藻生命歷程的特殊性，所述光生物反應器并不適用于紅球藻的規模化養殖。筆者還查閱了涉及培養紅球藻來生產蝦青素的專利文獻，公開號為CN1392244的中國實用新型專利則公開了一種培養紅球藻生產蝦青素的方法，包括培養基配方、一步法生產工藝、培養基的循環使用和用CO2調節培養液pH值誘導紅球藻孢子的形成和蝦青素積累的方法，紅球藻綠色培養階段和轉紅階段是在同一個生物反應器、同一培養基中完成，然而并未給出規模化紅球藻生產蝦青素的裝置；而公開號為CN1966660的中國實用新型專利公開了大規模培養雨生紅球藻和轉化蝦青素的裝置及其方法，整個培養裝置由光生物反應器系統、充氣裝置、培養液灌輸裝置和靜細胞收集裝置組成，通過培養液相互流動，連續充氣，使得紅球藻生長于分裂值基本同步；利用固定架上設置的浮塵控制裝置和自然水體進行大規模紅球藻培養，使光生物反應器系統降到所需要的水層深度，解決了紅球藻培養和轉化蝦青素這個兩個階段溫度、光照和營養條件不同的矛盾；上述三個文獻所公開的技術方案具有一個共同的特點，即紅球藻培養和轉化蝦青素在同一個裝置內完成，雖然具有其相應優點，但是在規模化紅球藻生產蝦青素的過程中，如何使得蝦青素產出穩定且具有較高產量的問題卻一直未很好解決。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是，提供一種規模化生產條件下蝦青素產出穩定且具有較高產量的用于規模化紅球藻生產蝦青素的光生物反應器。本實用新型的技術方案是，本實用新型用于規模化紅球藻生產蝦青素的光生物反應器，它包括儲液罐、管道泵、回旋管道組、PH傳感器、溫度傳感器、光照傳感器、進氣管、排氣管、輸料管、出料管、培養基管、控制單元、光照單元、噴淋控溫單元，所述儲液罐出口與管道泵入口連接，所述進氣管、排氣管、輸料管、培養基管分別與儲液罐連接，所述溫度傳感器、光照傳感器、光照單元和噴淋控溫單元分別與控制單元電連接，所述回旋管道組至少為一個，當為多個回旋管道組時，所述多個回旋管道組依序串聯，首端管道組的入口與管道泵出口連接，末端管道組的出口分別與出料管、儲液罐連接，當為一個回旋管道組時，所述首端管道組和末端管道組為同一個管道組；所述各回旋管道組在同一平面內平鋪式分布。采用上述結構后，本實用新型與現有技術相比，具有以下優點本實用新型各回旋管道組串聯并同一平面內平·鋪式分布的形式不僅適用于露天場所大規模鋪設，滿足大規模生產的前提條件，而且串聯并同一平面內平鋪式分布的各回旋管道組的各個管道在自然光照下能夠受到同等強度的光照和溫度影響(地面反射光和熱輻射能量也可充分利用)，非常利于提供紅球藻轉紅變化所需要的光照和溫度條件，而規模化的生產條件下能夠提供均勻合適的光照和溫度條件正是取得蝦青素產出穩定且具有較高產量的關鍵，此外，串聯并同一平面內平鋪式分布的各回旋管道組的各個管道便于利用溫度傳感器、光照傳感器、光照單元、噴淋控溫單元統一實時調控，從而避免天氣不好造成的影響；本實用新型用于紅球藻“轉紅階段”，不包括紅球藻培養這一階段，換句話說，本實用新型更具有針對性，從而規模化的生產條件下盡可能使蝦青素產出穩定且具有較高產量；綜合上述，本實用新型具有規模化生產條件下蝦青素產出穩定且具有較高產量的優點。作為改進，首端管道組的入口與管道泵出口之間連接有取樣管，這樣不僅取樣方便，便于監控，而且在該處取樣能夠更為準確判斷整個光生物反應器中的紅球藻轉紅程度，即準確判斷轉紅收獲時機。作為改進，各回旋管道組中相鄰管道之間設有帶球閥的U型三通接頭，球閥關閉后管道中的藻液可通過三通接頭排出而不影響其他管道，因而便于進行管道清理和故障排除。
附圖是本實用新型用于規模化紅球藻生產蝦青素的光生物反應器的結構示意圖。圖中所示，I、儲液罐，2、管道泵，3、回旋管道組，4、pH傳感器，5、溫度傳感器，6、光照傳感器，7、進氣管,8、排氣管,9、輸料管，10、出料管，11、培養基管，12、控制單兀,13、光照單元，14、噴淋控溫單元，15、取樣管，16、U型三通接頭。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。本實用新型用于規模化紅球藻生產蝦青素的光生物反應器，它包括儲液罐I、管道泵2、回旋管道組3、pH傳感器4、溫度傳感器5、光照傳感器6、進氣管7、排氣管8、輸料管9、出料管10、培養基管11、控制單元12、光照單元13、噴淋控溫單元14，所述儲液罐I出口與管道泵2入口連接，所述進氣管7、排氣管8、輸料管9、培養基管11分別與儲液罐I連接，所述溫度傳感器5、光照傳感器6、光照單元13和噴淋控溫單元14分別與控制單元12電連接，所述回旋管道組3至少為一個。當為多個回旋管道組3時，所述多個回旋管道組3依序串聯，首端管道組的入口與管道泵2出口連接，末端管道組的出口分別與出料管10、儲液罐I連接。當為一個回旋管道組3時，所述首端管道組和末端管道組為同一個管道組。所述各回旋管道組3在同一平面內平鋪式分布。首端管道組的入口與管道泵2出口之間連接有取樣管15。各回旋管道組3中相鄰管道之間設有帶球閥的U型三通接頭16。為了控制通斷，進氣管7、排氣管8、輸料管9、出料管10、培養基管11、取樣管15、 儲液罐I與管道泵2之間、末端管道組的出口與儲液罐I之間均設有閥來控制通斷，閥為現有技術，不加贅述。管道材質可選擇透明塑料管或者鋼化玻璃管等；管道泵2為蠕動泵或者隔膜泵或者自吸泵等；光照單元13為LED光源。以10噸規模化生產為例，按2組回旋管道組3串聯平鋪布局，需長80米、寬4米的場地，如附圖所示。首先在場地上安裝水平不銹鋼框架結構作為支架，將透明的串聯平行管道平鋪在支架上；各管道組3上方安裝噴淋控溫單元14和光照單元13 (圖中以作簡化處理，僅為示意)，噴淋控溫單元14和光照單元13的工作狀態由控制單元12來控制，控制單元12通過溫度傳感器5、光照傳感器6采樣獲得的信號來動作；儲液罐I和支架安裝于同一水平位置，儲液罐I內部亦安裝溫度傳感器，儲液罐I內部還安裝有pH傳感器4和恒溫裝置，進氣管7的末端連接有曝氣器，既起到補充CO2和氣體解析的作用，又起到攪拌藻液的作用；所有的傳感器信號反饋給控制單元12，由控制單元12依設定程序來控制光生物反應器，從而智能調節到最佳條件，降低勞動強度和人力成本。依下述步驟運作本實用新型用于規模化紅球藻生產蝦青素的光生物反應器I、反應器消毒處理將配置好的消毒液灌裝于儲液罐I中，開啟管道泵2使消毒液循環于光生物反應器，同時檢查各處管道和閥門。最后無菌水按照上述步驟沖洗一遍反應器，重復一次，盡量洗去有毒液體。2、紅球藻轉紅操作過程I打開儲液罐I上方的排氣管8、輸料管9，關閉出料管10。2將生物量達到O. 6 X IO5-L 5 X IO5個/mL的綠色培養的紅球藻液通過輸料管9傳送到儲液罐I中，達到一定體積后，開啟培養基管11、進氣管7以及控制單元12控制的各傳感器系統。3開啟管道泵2，流速設定為O. 2m/s-0. 9m/s，開始向回旋管道組I中灌裝綠色藻液。4綠色藻液灌滿管道后，回流到儲液罐I中。此時關閉輸料管9，進料和出料達到平衡，從而形成密閉循環系統。5在轉紅操作過程中，若管道接頭處漏液或管道破裂，應關閉故障管道末端的球閥，對該管道及時修理，使損失降到最低。在轉紅操作過程中，打開取樣管15取樣，用于顯微鏡下藻細胞密度計數、轉紅程度等指標檢測。在轉紅操作過程中，若溫度過低，通過恒溫裝置，使儲液罐中的藻液和管道內的藻液的溫度保持一致。在轉紅操作過程中，若溫度過高，通過噴淋控溫單元14進行噴淋控溫；在轉紅操作過程中，若pH有波動，通過pH傳感器4反饋的信號，在控制單元12控制進氣管7的進氣流量，進行pH調節。在轉紅操作過程中，若藻細胞出現粘壁情況，可在U型三通接頭16處加入清潔刷，借助水體流動進行刷洗。6收獲紅色藻時，打開出料管10，在管道泵2的作用下，紅色藻液經出料管10壓出 管道組3，當儲液罐I中紅色藻液耗盡時，重復步驟I和2，這樣，然后利用管道泵2的動力和水壓作用，管道組3中剩余的紅色藻液經出料管10壓出，而第二批的綠色藻液同時又充滿了管道組3，實現灌料和卸料于一體，大大降低了動力成本，節約了勞動力。一般5-7天完成一個批次，連續生產3-5個批次后進行管道清洗和消毒處理。
權利要求1.一種用于規模化紅球藻生產蝦青素的光生物反應器，它包括儲液罐(I)、管道泵(2)、回旋管道組(3)、pH傳感器(4)、溫度傳感器(5)、光照傳感器(6)、進氣管(7)、排氣管(8)、輸料管(9)、出料管(10)、培養基管(11)、控制單元(12)、光照單元(13)、噴淋控溫單元(14)，所述儲液罐(I)出口與管道泵(2)入口連接，所述進氣管(7)、排氣管(8)、輸料管(9)、培養基管(11)分別與儲液罐(I)連接，所述溫度傳感器(5)、光照傳感器(6)、光照單元(13)和噴淋控溫單元(14)分別與控制單元(12)電連接，其特征在于，所述回旋管道組(3)至少為一個，當為多個回旋管道組(3)時，所述多個回旋管道組(3)依序串聯，首端管道組的入口與管道泵(2)出口連接，末端管道組的出口分別與出料管(10)、儲液罐(I)連接，當為一個回旋管道組(3)時，所述首端管道組和末端管道組為同一個管道組；所述各回旋管道組(3)在同一平面內平鋪式分布。
2.根據權利要求I所述的用于規模化紅球藻生產蝦青素的光生物反應器，其特征在于，首端管道組的入口與管道泵(2)出口之間連接有取樣管(15)。
3.根據權利要求I所述的用于規模化紅球藻生產蝦青素的光生物反應器，其特征在于，各回旋管道組(3)中相鄰管道之間設有帶球閥的U型三通接頭(16)。
專利摘要本實用新型公開了一種規模化生產條件下蝦青素產出穩定且具有較高產量的用于規模化紅球藻生產蝦青素的光生物反應器，它包括儲液罐(1)、管道泵(2)、回旋管道組(3)、pH傳感器(4)、溫度傳感器(5)、光照傳感器(6)、進氣管(7)、排氣管(8)、輸料管(9)、出料管(10)、培養基管(11)、控制單元(12)、光照單元(13)、噴淋控溫單元(14)，所述回旋管道組(3)至少為一個，多個回旋管道組(3)依序串聯，首端管道組的入口與管道泵(2)出口連接，末端管道組出口分別與出料管(10)、儲液罐(1)連接，當為一個回旋管道組(3)時，所述首端管道組和末端管道組為同一個管道組；各回旋管道組(3)在同一平面內平鋪分布。
文檔編號C12M1/34GK202744558SQ20122040869
公開日2013年2月20日 申請日期2012年8月17日 優先權日2012年8月17日
發明者馬建, 陳黎明, 黃勝奎, 裴芳芳 申請人:寧波紅龍生物科技有限公司