用于培养水生微生物的系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及水生微生物，特别是微藻的培养。
【背景技术】
[0002] 被认为是与本公开主题相关的背景的参考文献在下面被列出：
[0003] -国际专利申请公布号WO2011/099016。
[0004] 背景
[0005] 某些水生微生物比如微藻（简称"藻类"）富含多种生物活性物质比如蛋白质、氨 基酸、碳水化合物、维生素、抗生素、高度不饱和脂肪酸、多糖、以及着色剂。这使得藻类成为 具有高经济价值的重大资源。某些藻类具有产生烃和油脂的能力，并且因此在可再生能源 生产领域中具有有前途的应用。例如，藻类脂质可以被加工成生物柴油和/或喷气燃料（用 于生物燃料的第三代原料），糖和烃可以被加工成乙醇，并且潜在地可以被加工成氢气、甲 醇以及生物电力，而残留的生物质（比如蛋白质、色素等）可以被用于药品应用、营养品应 用、化妆品应用、鱼粉应用、生物碳应用、或其它应用。
[0006] 藻类可以一夜间体积加倍并且可以每日连续地被收获。藻类需要日光、二氧化碳、 水、营养素以及温度用于其生长。藻类细胞通过光合作用固定二氧化碳并且碳通常组成其 干重的超过一半。因此，在藻类培养期间需要足够的碳源以及日光。
[0007] 意识到藻类以及其它水生微生物的价值，多种人工系统已经被开发用于此类生物 的大规模生产。
[0008] 国际专利申请公布号WO2011/099016描述用于培养水生生物例如藻类的培养系 统和培养设备，系统包括除了其他以外，适合在其中接收生长介质并且在其中培养水生生 物的柔性的V形罐。多个此类系统形成培养设备。 【实用新型内容】
[0009] 本公开内容的教导涉及用于培养水生微生物并且收获生长产物的生物学生产装 置，所述生长产物可以是微生物或由微生物产生或来源于微生物的产物。本公开内容还提 供包括两个或更多个此类装置的设备。本公开内容还提供用于培养水生微生物以收获生长 产物的方法，所述方法利用本文公开的生产装置。
[0010] 根据本公开内容的教导，提供了包括多个生产储器的生产装置，其中每个生产储 器适合用于在生产介质中培养微生物。生产储器以及因此装置可以适合用于培养特定类型 的微生物或可以适合用于培养多种不同类型的微生物。
[0011] 微生物可以是例如微藻（包括硅藻）、细菌、真菌、蓝细菌等。应注意的是，本公开 内容不限于任何特定类型的微生物。
[0012] 收获的产物可以是微生物本身或由其产生的产物，所述产物可以被包含在微生物 内、从微生物中被分泌或以其他方式被释放到周围的培养介质。
[0013] 在某些实施方案中，微生物是藻类，并且收获的产物是例如用作营养补充剂的藻 类本身（例如富含0-胡萝卜素或抗氧化剂的藻类）、或用作用于牲畜的饲料的藻类本身。 在某些另外的实施方案中，微生物是藻类，并且收获的产物是例如用作生物燃料的被包含 在藻类内的油或由藻类产生的特定脂肪酸或蛋白质。
[0014] 微生物在培养介质中被培养，取决于微生物性质，所述培养介质可以是淡水、半咸 水、流出液、废水、咸水、与补充营养素一起的前述的任一项等，还取决于微生物性质，在生 产装置内在每个生产储器中的培养介质可以相同或不同。
[0015] 根据某些实施方案，生产装置包括带有微生物的给料培养物的至少一个储器，所 述微生物的给料培养物将被用作用于引入微生物到装置的生产储器内的接种物。这样的微 生物的给料培养物在本文中被称为"进料培养物"，带有所述进料培养物的储器在本文中被 称为"进料储器"；并且包括进料储器和生产储器的储器组在本文中被称为"装置"。
[0016] 在进料储器中的培养是使得一旦被引入到装置（见下文）的生产储器中之一内， 微生物将能够生长并且在限定的时间段之后划分到收获。有时在培养期间应用的条件可以 随时间变化。例如，在培养微藻用于收获藻类生物质以从其中提取油的目的的情况下，藻类 在其整个对数生长期中将在一套条件下生长并且然后一旦接近培养物的静止期，则应用诱 发培养物利于引起油的产生以及积累的新陈代谢的另一套条件，例如缺氮。
[0017] 在进料储器中的条件通常是使得微生物通常处于其对数生长期中。这要求除了其 他以外，微生物的密度被保持在阈密度以下，超过所述阈密度培养物变得静止。这可以通过 定期例如每日从用于接种到生产储器之一内的进料储器中除去某一数量的微生物来确保， 如将在下文中被解释的。
[0018] 本公开内容不限于生产装置或其组件即进料储器和/或生产储器的结构或尺寸。 同样地，生产装置内的生产储器和进料储器可以具有任何需要的结构并且在单个装置中生 产储器可以具有相同或不同的结构或尺寸。例如，生产储器可以具有开顶式储器或容器的 形状；可以是在地面上形成的池（pool);可以是适合用于培养微生物的环境密封的室或柔 性袋；可以具有多边形、圆形、U形、或V形，可以是细长的并且可以由柔性材料或刚性材料 制成等。
[0019] 类似地，进料储器可以具有任何形状并且可以具有与生产储器相同或不同的结 构、体积或总体尺寸。虽然进料储器被用于接种生产储器，这些生产储器用于培养微生物用 于微生物或其一种或更多种产物的最后的最终收获。同样地，虽然进料储器被用于培养用 于接种生产储器的给料培养物，生产储器被用于培养生产培养物用于最后提取微生物以按 照预期对它们进行深加工。
[0020] 装置包括多个生产储器，所述生产储器的数量由多种因素决定，如将在下文被解 释的。本公开内容的特征是，装置的运行方式使得在微生物培养物的每个不同生长期有至 少一个生产储器：从早期生长期即在引入新的微生物接种物之后立即（"起始生产培养物"） 直到其中生产培养物准备好用于收获的晚期生长期（"最终生产培养物"）。换句话说，装 置内的每个生产储器可以被认为代表在早期生长期和晚期生长期之间的生长期，并且在装 置内有处于不同生长期的生产储器，每个向着在其被收获的时期（日）形成最终生产培养 物进展。
[0021] 培养物从起始生产培养物前进到最终生产培养物的时间段取决于多种不同因素， 所述不同因素包括例如：微生物的接种物从进料培养物被引入到其内以产生起始生产培养 物的培养介质的组成（例如盐度、营养素浓度等），接种的微生物细胞在起始生产培养物中 的密度，环境参数比如温度、日光时间以及多种本身已知的其它因素。
[0022] 对于特定类型的微生物并且在限定的培养条件下，在起始生产培养物和达到最终 生产培养物之间有N日的时间段；即在N日内起始生产培养物将变成准备好用于收获的最 终生产培养物。这意指应该有总数至少N的不同生产储器。在另外某些实施方案中，在N 日时期内的每日，在装置中，有构成最终生产培养物即在那日被收获的至少一个生产储器 和被来自进料储器的微生物接种即构成起始生产培养物的一个生产储器。
[0023] 通过一个实施方案，在每日（i) 一个生产储器的生产培养物被收获并且（ii) 一个 另外的生产储器的生产培养物被新接种物接种以产生起始生产培养物。被收获的生产储器 随后（在同一日或在稍后某日）被来自进料储器的微生物接种以形成起始生产培养物。这 限定用于每个生产储器的工作周期，所述工作周期在起始培养物在此类储器中的接续形成 之间延伸。因此，举例来说，在起始培养物在任意的第1日被形成并且在第10日被收获的 情况下，如果在同一日用新接种物接种以形成起始培养物，则有9日的工作周期，并且在随 后的接种发生在次日的情况下，将有10日的工作周期；等。
[0024] 应该注意到的是，本文使用的术语"日"可以是日历日或任何限定的约24小时的 运行期。因此，当最终生产培养物被收获时，运行"日"可以是开始于一日的傍晚或夜晚的 时期，并且当生产储器被接种以形成起始生产培养物时可以是包括次日白昼期间的时期。
[0025] 在某些实施方案中，在生产装置包括N个生产储器的情况下，包含最终生产培养 物并且被收获的同一个生产储器然后将在同一日的稍后被微生物的新接种物（从进料储 器取出）接种以形成起始生产培养物，通常在引入新鲜培养介质之后，有时一起处理剩余 介质（收获后）并且再利用其持续下一个工作周期。在某些另外的实施方案中，装置包括 多于N个的生产储器并且被收获的生产储器和被加工以包含新的起始生产培养物的生产 储器可以是不同的储器。
[0026] 本公开内容的特征是，装置包括多个生产储器并且这些中之一定期地被收获并且 一个被接种。在时间段是1日的以上描述的实施方案中，即每日一个生产储器被收获并且 一个生产储器（与前者相同或不同的生产储器）被新接种。在某些另外的实施方案中，时 间段可以不同于1日，例如2日（即每两日进行收获）、3日等。相应地，装置可以被设计以 便收获被预期每"M"日被进行一次（"M"是接续收获之间的时间段），所述"M"日是1日、 2日或更多日的整数；在意指每日-即约每24小时收获的M= 1的情况下，其是以上描述 的实施方案；M= 2意指每两日收获-即约每48小时一次等。根据本公开内容，装置包含 P个数量（整数）的至少"N/M"的生产储器。因此，每M日，包含最终生产培养物的至少一 个生产储器被收获。在生产储器中接种微生物以产生起始生产培养物可以在同一日或任选 地在两个收获日之间的某日被进行。
[0027] 因此，通过本公开内容的实施方案提供了用于培养水生微生物并且用于从其中收 获微生物或产物的生物学生产装置。装置包括：（i)用于容纳用作微生物接种物的微生物 培养物的至少一个进料储器；以及（ii)多个至少N/M的生产储器，其中N是用微生物接种 物接种以产生起始生产培养物和获得准备好用于微生物或由其产生或从其中产生的产物 的收获的最终生产培养物之间的日数，并且M是接续收获日之间的日数。每M日达到其最 终生长阶段的一个储器被收获并且在同一日或在接续收获