一種光合微生物的培養方法以及裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及微生物培養技術，更具體的說，涉及一種采用氣壓驅動的光合微生物的培養方法以及裝置。
【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、水氣環境條件下，短期內生產出大量的生物質。其生物產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、水產餌料、藥品和含有各種生物活性物質健康產品的巨大潛力所在。
[0003]為了能夠進行高光效、高密度、高產量、高質量的生物產品工業化生產，從20世紀九十年代以來，國內外都把研發封閉式生物反應器作為藻類和光合細菌等實現產業化的主要裝備，封閉型系統具有培養參數可控、受外界因素干擾小、環境適應性強等優點，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系統的使用，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展最快，因其可靠性、延續伸展性、容易規模化生產和成本較低最有發展前景。然而，制約管道式發展的瓶頸技術如:活性氧的排除問題、動力系統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)產生大量活性氧分子、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、至少一個用于循環液體培養介質的裝置、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由注射裝置注射的氣體通過在反應管內沿著低到高的流動方向循環而再次升高到排氣裝置，使得注射氣體和液體培養介質在反應通道的大致水平的反應區段內形成氣體/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；以及一排氧及調節部件，其包括一中空的噴射排氧裝置和一中空的液面調節裝置，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側，該液面調節裝置包括一調節筒，該調節筒連通于該集液筒，該透光管路的入口端連通于該調節筒。
[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，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，其動力系統采用風囊栗，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。
【發明內容】
[0007]本發明所要解決的技術問題在于，提供一種光合微生物的培養方法以及裝置，解決現有光合反應器中的活性氧的排除問題、動力系統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等。
[0008]本發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方法，在光合反應管中容納有微生物培養液，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]在本發明提供的合微生物的培養方法中，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]在本發明提供的合微生物的培養方法中，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]在本發明提供的合微生物的培養方法中，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定。
[0016]在本發明提供的合微生物的培養方法中，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]在本發明提供的合微生物的培養方法中，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小；
[0019]S204、關閉所述電磁閥和所述排氣閥，轉入步驟S201，直至微生物的光合培養過程完畢。
[0020]本發明還提供一種光合反應器，包括用于容納光合微生物培養液的光合反應管，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，所述真空栗驅動所述第一貯液管、第二貯液管之間產生液位差。
[0021]在本發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]實施本發明，具有