专利名称：用于生产微生物的系统的制作方法
用于生产微生物的系统 本发明涉及任何种类的微藻类和蓝细菌、以及更广义来说其生长依赖于液体培养
基中的光合作用的任何微生物的生物质的生产装置。 本发明也涉及所述装置的使用方法。 具体来说，所述装置和所述方法目标在于食品加工、化学、制药、化妆品和能源生 产工业的工业家们。 除了在天然培养基中收获外，本技术领域的专业人员已知的用于生产这类微生物 的装置，属于两个主要类别 第一类是实验室或工业规模的封闭系统或光生物反应器，其容量小，通常小于 一千升。它们借助于人工的光、热和机械搅拌源进行操作。它们被用于密集或超密集地生 产少量的在纯度或组成方面质量非常高的生物质。所述质量，通过连续控制实际上所有的 培养参数和严格限制培养基被污染物的污染而获得，这些污染物例如大的或小的生物体、 灰尘和气体。 这样的装置优先考虑生产的生物质的质量，但不能进行工业应用所需的大量生 产。它们的高的制造和运行成本，特别是能量和维修成本，从经济的角度来说，使它们被广 泛应用是不现实的。 第二类是开放系统，由具有中等或大的容量的开放池组成，其容量从几千到几 百万升。它们主要借助于自然资源、例如太阳提供的光和热进行操作，因此对依赖这些因素 的培养参数的控制是有限的。池有时是被覆盖的，通常在温室里，从而最小化污染并改进温 度控制。超过一千平方米的覆盖池容积接近两百立方米，需要使用具有显著暴露于风中的 缺点的巨大结构，或者使用需要在池本身内部安装支撑结构的较小结构。加盖的开放池的 这些解决方法，在其安装或维修方面，仍然存在问题并且昂贵。 这些装置用大尺寸来弥补它们低或中等的生产率。它们优先考虑生产的生物质的 数量。它们的缺点是它们不能完全满足食品加工或制药工业生物质用户的质量要求。
为了缓解这些不同的问题，本发明公开了包含任何种类的微藻类和蓝细菌、以及 更广义来说其生长依赖于液体培养基中的光合作用的任何微生物的生物质生产装置，允许 生产例如能在与其尺寸相近的开放系统中获得的大量生物质，同时具有封闭光生物反应器 系统所特有的质量水平。 本发明的通用或具体实施方案，允许进一步节约用于建立生产场所的技术工具和 材料的成本。
根据本发明的一个主要方面，所述装置具有两个原位建造的埋置式封闭外壳
i)第一个封闭外壳包含光生物反应器，它由两个并置的相互依赖的子装置构成， 所述子装置组成如下 a)气密和水密的培养室，其上部分可透过可见光，理想的内部体积大于50立方 米，纵向建在外形平坦的地面上； b)与所述的培养室的至少一个末端并置的技术组块，所述的技术组块包括所有用 于实施和控制生物质培养、所有使用液体的热调节和循环的技术设备。
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ii)第二个封闭外壳包含几个并置的光生物反应器技术组块，所述第二个外壳包 含了一方面光生物反应器正常操作所需、另一方面收获和加工被回收生物质所需的所有技 术工具。 优选所述生物质采用这样的方式来收获，即在封闭和受控环境中维持生产，直到 最后包装阶段，然后例如由装置的用户决定其后续应用。 根据本发明的另一方面，装置具有U-型培养室，该培养室配有两个并置的悬空 端，所述悬空端与光生物反应器的技术组块相连。 根据本发明的另一方面，光生物反应器的技术组块被置于地平面以下，并低于培 养室的水平。 根据本发明的另一方面，培养室含有维持在正压的空气和气体。
根据本发明的另一方面，并根据具体的实施方案，所述培养室(1)的上盖由挠性 材料制成，并对空气和气体的正压水平进行调节，以将所述上盖的整个表面保持在高处，并 保持其远离液体培养基的自由表面。 根据本发明的另一方面，所述培养室具有通道高度和宽度，所述高度低于通道宽 度的25%。 根据本发明的另一方面，并根据涉及使用挠性材料覆盖培养室的具体实施方案， 在疾风的情况下，装置可以通过暂时终止培养室中包含的空气和气体的正压来保证牢固。 盖子下降到培养室中包含的液体培养基的表面上，相当大地减少了装置在风中的暴露，因 此保证了牢固。 根据本发明的另一方面，并根据涉及使用挠性材料覆盖培养室的具体实施方案， 在飓风的情况下，装置的牢固性可以通过在前面描述的下降之前，在培养室的上盖的顶部 放置一层水来增强。培养室中包含的空气和气体的正压的恢复，引起所述水层回流并被推 向所述盖子的边缘。 根据本发明的另一方面，所述培养室可以位于天然或人工的浅水水域上。 本发明的另一个目标是提供使用所述装置生产生物质的方法。 根据本发明的另一个主要方面，方法包含至少一个以下阶段-在培养室的两个通道之间循环培养基，-对培养室实施连续正压，-提供固体、液体或气体输入，-利用任何测量装置连续或间歇控制培养，-从培养室移除无机和有机废弃物， _为了收获生产的生物质，将培养基暂时移出和重新引入培养室，
-培养室中液体内含物进行热调节，
-封闭形成工作区的装置，
-处理和包装收获的生物质。 本发明补救了上面提到的缺点，因为它允许生产在例如与其尺寸相近的开放系统
中获得的大量的生物质，同时提高了生产率，并获得了封闭系统所特有的高质量。 本发明的通用和具体实施方案，进一步允许节约用于建立生产场所的技术工具的成本。
上述以非限制性方式显示的本发明的方面，从下面的优选实施方案和具体实施方
案的描述中，将变得更加明显。所述描述参考了附图
图1是光生物反应器部件排列的顶视图培养室和技术组块。
图2是包含几个光生物反应器的生产单位配置的顶视图。 图3是图2中A-A的横截面视图。 图4是图1中B-B的横截面视图，涉及本发明的一个具体实施方案。
图1和2描绘了本发明的优选实施方案。 本发明是基于在无遮蔽的、推平的、平坦和水平地面上，通过本技术领域的专业人 员已知的适合的土木工程获得的两个原位建造的埋置式封闭外壳。 所述第一个封闭外壳由独立单位构成，所述单位形成大型光生物反应器，该光生 物反应器由两个并置的相互依赖的子装置组成-培养室(1)，体积优选超过50立方米，纵向建在外形平坦的地面上。
-技术组块(2)，并置于所述培养室(1)的一个末端(4)，与该末端以不可渗透的方 式相连接。所述技术组块(2)包含了所有用于实施和控制生物质培养、所有流体的热调节 和循环的技术设备。它构成了所有流体和材料进出所述光生物反应器的唯一的出入口。
所述第一个封闭外壳仅包含生长中的生物质及其培养基组分。所述培养室不是在 场人员可以进行现场操作的。 所述第二个封闭外壳(5)包含几个并置的光生物反应器技术组块(2)。所述第二 外壳(5) —方面包含了所述光生物反应器正常操作所需的、以及收获和加工被回收生物质 所需的所有技术工具，以便另一方面在封闭和受控环境中维持生产，直到最后包装阶段，之 后例如由用户决定其后续应用。所述第二个封闭外壳(5)通常是在场人员可以进行现场操 作的。 根据本发明的通用实施方案，每个光生物反应器如下建造 所述U型培养室(1)，按照本技术领域的规章，通过土木工程建在无遮蔽的、平坦 的、水平的、推平和成形的地面上。 支撑板的建造包括两个等长并隔开的平行通道的测绘和水平校准，通道的宽度， 例如根据本发明的不同实施方案，从小于1米到几十米。所述两个通道由位于它们的一个 末端(3)的弯管相连。 对每个通道进行水平校准，以便获得零到10%的纵向倾斜，以及扩开很大的V-型 横截面外形，它具有0到20度的双轴倾斜，如图4中所示。 根据本发明的具体实施方案，纵向倾斜可以在相同方向，或在相反方向上。
所述每个光生物反应器的培养室(1)，其总长度是其宽度的20倍到2000倍。其高 度随着具体的实施方案而变化，少于其宽度的25%，例如对于4米的通道宽度来说，高度为 l米。 计划容纳所述液体培养基的所述培养室(1)，根据以下规则通过任何适合的方法 建造 所述的培养室(1)采用U-型带盖的通道或管道的形式，在其整个长度上是不透气 和不透水的，其上部分可透过可见光，能经受空气或气体的少于500毫巴的内部正压。所述 的培养室(1)的上部分可以用任何刚性或挠性材料制成，由单个零件或并置的多个零件构成。所述上部分的建造，要允许液体相和/或气体中的流体，通过培养室(1)的弯管(3)，在 所述装置的形成了 U型支路或通道的两个直线部分之间循环。 所述培养室(1)的液体内含物(7)，占所述培养室(1)的横截面下部分的10%到 70%，如图4中所示。在所述培养室(1)的整个长度上，在没有被所述液体内含物(7)占据 的所述横截面的上部分(顶部空间)中，空气和气体(6)的自由循环是自由保证的。
不论所述培养室(1)的实施方案，利用任何适合的技术工具例如压縮机、涡轮机 和风扇，将它维持在内部正空气压力下。在所述培养室(1)壁之一泄漏的情况下，所述正压 避免外部流体、气体或液体通过所述泄漏处进入所述培养室(1)。 根据本发明的具体实施方案，所述培养室(1)可以通过挠性或刚性材料的任何组 装、或挠性部分与刚性部分连接的组装来建造。 根据本发明的具体实施方案，所述培养室(1)可以完全放置在天然或人工的浅水 水域上。 在使用挠性材料建造所述培养室(1)的上部分的情况中，所述上部分通过调节内 部气体的正压保持远离液体内含物(7)的自由表面。所述正压将所述上部分保持在远离所 述培养室(1)整个表面的上方。 在使用挠性材料建造所述培养室(1)的上部分的情况中，所述上部分的尺寸和位 置安排，使得当放气时，它将无张力地落在排空了所有液体内含物(7)的所述培养室(1)的 底部。 因此，需要时，所述上部分可以被有意用几厘米厚的水层淹没和覆盖，以保护所述 装置抵抗疾风的破坏性影响。 所述培养室的所述两个并置开放末端(4)中的每个，与所述技术组块(2)永久地、 不可渗透地相连。 根据本发明的实施方案，所述技术组块(2)是一个紧凑装置，其尺寸随着具体实 施方案而变化，包含在下列限制中其长度等于到不超过所述培养室(1)的两个支持通道 的宽度加上它们相隔的空间的宽度，其宽度少于3米，其内部体积为与其相连的所述培养 室(1)的最大体积的千分之一到千分之二十。 如图3中所示，根据本发明的具体实施方案，所述技术组块(2)的建造方式，使得 其底部位于低于所述培养室(1)的支撑地平面0到3米之间，其顶部位于比所述培养室(1) 更高的位置。 所述的技术组块(2)形成了封闭的、完整的整体，它包含了光生物反应器适当操 作所必需的所有的技术工具。它执行以下功能-在任何适当装置的帮助下，将培养基在所述培养室(1)的两个通道之间循环，这 些装置包括非限制性的例子例如通道、管子或软管、阀、泵、"空气升液管"、罐或其它任何适 合具体实施方案的装置，-通过任何适合的装置为所述培养室(1)提供连续正压以及对正压进行控制，这 些装置包括非限制性的例子例如风扇、鼓风机、压縮机、通风口、压力计，-经本技术领域的专业人员已知的适当的导管、管子和阀，输入执行培养所需的固 体、液体或气体成分，-利用任何测量装置，包括非限制性的例子如温度计、流量计、pH计、电导计、传感器，对培养进行连续或间歇控制，-利用任何适当装置，包括非限制性的例子如泵、过滤器、沉淀器、离心机，将无机 和有机废弃物移出所述培养室(1)，-为了收获生产的生物质，利用任何适合于每个具体实施方案的装置，例如泵、虹 吸管、旁流通道，将所述培养基暂时移出所述培养室(1)和重新引入所述培养室(1)，
-通过任何适于具体实施方案的制冷或产热系统和浸没式热交换器，对所述培养 室(1)包含的所述液体进行热调节。 根据图2中所示的本发明的通用实施方案，第二个封闭外壳(5)由其尺寸和形状 适合于具体实施方案、并根据本技术领域的规则建造的结构构成。所述第二个外壳(5)所 占的面积少于它包含的光生物反应器组面积的百分之五。 除了所述技术组块(7)之外，所述第二个外壳含有执行下列功能所必需的装置
-通过本技术领域的专业人员已知的、在制药工业中常用的装置的安装，封闭工作 区，这些装置包括非限制性的例子如固定框架窗口，进出端口，正压封装和空气过滤系统。
-通过本技术领域的专业人员已知的任何适合装置收获所述生物质内含物，这些 装置包括非限制性的例子如滚筒过滤机，震动过滤筛，真空过滤器，移动布过滤器，离心 机。-为所述光生物反应器提供液体、气体或固体输入，这是假定所需产物储存单位、 气体和液体管道适合于具体实施方案的操作要求，-利用技术装置加工所述收获的生物质，并将它以新鲜、冷冻或脱水的形式包装， 这些技术装置包括非限制性的例子如压力机，干燥机，蒸发器，干燥器，离心机，冷冻干燥 系统，隧道式冷冻机，装袋机，冷室，喷淋塔，粉碎机，等等。 为了使所述技术组块(2)相对于所述相连的培养室(1)符合前面描述的空间定 位，根据本发明的具体实施方案，需要或者将所述第二个封闭外壳(5)建造在地平面和所 述培养室(1)所处位置的下方，或者在所述外壳中，在每个技术组块(2)的位置处，安装用 于定位的凹座。 根据本发明的优选具体实施方案，所述培养室(1)由挠性、防水和不透气的片材 建成，可透过可见光，可膨胀，同时能够经受小于500毫巴的内部空气或气体正压。
通过已知的工业挤压过程获得的、最小厚度为一毫米的百分之二十的农用半透明 聚乙烯片材，是足够用于建造所述装置的材料的非限制性的例子。 所述片材的长度是其宽度的20到2000倍。本发明的该具体实施方案所需要的长 度，可以通过将几块宽度相同、长度短于所需的片材端对端放置，并通过本技术领域的专业 人员已知的任何适当的技术工具焊接或胶粘进行装配，来获得。 根据本发明的通用实施方案，水平支撑板、例如前面描述的，其衬里可以按照技术 规则，使用任何合适的材料来建造，这些材料包括非限制性的例子如沙子，混凝土，沥青， 木材，砖瓦。所述衬里的主要功能是保护所述挠性片材的物理完整性，这些片材已知是易碎 的。 所述保护作用，可以通过在所述片材和带有或不带衬里的所述支撑板之间插入保 护层来加强。所述层可以由塑料薄膜、毡、地膜、土工织物或任何其它适合于所述用途的物 质或材料构成。
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在支撑板的横截面形状给定的情况下，形成培养基的液体的质量，在被引入片材 后，确保了装置被锚定在地面上，这一点是必需的。 培养室维持在由适当的空气压縮装置产生的大约几十毫巴的空气或气体的轻微 正压下，该空气压縮装置位于与所述培养室(1)并置的所述技术组块(2)中。内部正压被 连续调节，使所述培养室(1)在风或以任何方式施加于所述片材外表面的压力的作用下变 形。 具体来说，本发明的装置打算用于装备光合水生微生物的大量生物质的生产场 所，其操作面积至少等于一公顷。 应该指出，前面提到的装置可以容纳任何未描述到的部件，并与本发明保持一致。
上面例举的本发明的实施方案根据它们的实用性质进行选择。然而，不可能提供 本发明所包含的所有实施方案的详尽的列表。 具体来说，任何描述过的方法，都可以用没有超出本发明范畴的等价的方法来替 代。
权利要求
用于生产任一种类的微藻类和蓝细菌、以及更广义上其生长依赖于液体培养基中光合作用的任何微生物的生物质的装置，其特征在于包含两个埋置式和原位建造的封闭外壳i)所述第一个封闭外壳包含光生物反应器，它由两个并置的相互依赖的子装置构成，子装置由下述组成a)气密和水密的培养室(1)，其上部分可透过可见光，并且理想的内部容积大于50立方米，纵向建在外形平坦的地面上；b)与所述培养室(1)的至少一个末端(4)并置的技术组块(2)，所述技术组块(2)包含所有用于实施和控制生物质培养、所有使用液体的热调节和循环的技术设备；ii)所述第二个封闭外壳(5)包含几个并置的光生物反应器的所述技术组块(2)，所述第二个外壳(5)包含一方面所述光生物反应器正常操作所需的、另一方面收获和加工所述生物质所需的所有技术工具，以便将其维持在封闭环境，直到根据装置的用户决定的应用进行最后包装阶段之前。
2. 权利要求1的生产装置，其特征在于培养室(1)在两个并置的自由末端(4)处呈U 型，所述末端(4)与所述光生物反应器的技术组块(2)相连。
3. 前述权利要求任一项的生产装置，其特征在于所述光生物反应器的技术组块(2)被 置于低于地平面和低于所述培养室(1)的水平。
4. 前述权利要求任一项的生产装置，其特征在于所述培养室(1)中包含的空气和气体 维持在正压下。
5. 权利要求4的生产装置，其特征在于所述培养室(1)的上盖由挠性材料制成，并对所 述培养室中包含的空气和气体(6)的正压水平进行调节，从而将上盖的整个表面保持在高 处，并保持其远离所述培养室(1)的液体内含物(7)的物质。
6. 前述权利要求任一项的生产装置，其特征在于所述培养室(1)具有通道高度和宽 度，所述高度小于所述宽度的25%。
7. 权利要求5的生产装置，其特征在于所述培养室(1)的挠性上盖可以通过终止顶部 空间的空气和气体(6)的正压而暂时降落到液体内含物(7)上，这时所述装置通过减少其 在风中的暴露而牢固。
8. 权利要求7的生产装置，其特征在于将所述培养室(1)的挠性上盖暂时用水层覆盖， 这时装置是牢固的。
9. 前述权利要求任一项的生产装置，其特征在于所述培养室(1)被置于天然或人工的 浅水水域上。
10. 使用前述权利要求任一项的所述装置生产生物质的方法。
11. 权利要求10的用于生产生物质的方法，其特征在于包含至少一个以下阶段 -在所述培养室(1)的两个通道之间循环培养基，-对所述培养室(1)实施连续正压，-提供固体、液体或气体输入，-利用任一测量装置连续或间歇控制培养，-从所述培养室(1)移出无机或有机废弃物，-为了收获所述生产的生物质，将所述培养基暂时移出和重新注入所述培养室(1)，-对所述培养室(1)中的所述液体内含物(7)进行热调节， -封闭构成工作区的所述装置， -处理和包装所述收获的生物质。
全文摘要
本发明涉及用于生产生物质的装置，生物质包含任何种类的微藻类和蓝细菌，以及更广义来说其生长依赖于液体培养基中的光合作用的任何微生物。此外，装置包括埋置式和原位建造的封闭外壳i)所述第一个封闭外壳包含光生物反应器，它包括两个并置的互相依赖的子装置，子装置由a)培养室(1)和b)热组块(2)组成，热组块(2)与所述培养室(1)的至少一个末端(4)并置；ii)所述第二个封闭外壳(5)包含几个并置的光生物反应器的技术组块(2)。本发明还涉及使用所述装置生产所述生物质的方法。
文档编号C12M1/00GK101796178SQ200880105319
公开日2010年8月4日 申请日期2008年7月2日 优先权日2007年7月3日
发明者多米尼克·德洛贝尔 申请人:多米尼克·德洛贝尔