用于生长微生物质的方法和系统与流程

整体来讲，本公开涉及在用于循环营养物的闭式循环系统中培养微生物；更具体地说，本公开涉及用于生长微生物质的方法和系统。本公开还涉及在非重力场条件下生长微生物质的方法。

背景技术：

1、微生物已经用在从医学、食品工业、生物废弃物管理等各种应用中。在该方面上，微生物通常在最佳平衡的环境条件下于生物反应器中生长，以产生用于前述应用的微生物生物质，诸如营养素(nutraceuticals)、食物和/或食物成分，或者生物修复手段。最佳平衡的环境条件包括平衡量的营养物、气体、热、ph和压力。最近，微生物已经被用于闭式循环系统(诸如空间站)，来用于生物废弃物管理以及这种系统的营养循环。值得注意的是，微生物的这种用途仅限于从生物的废弃物(或生物废弃物)中生产粪肥或肥料，用于种植植物和减少由于处理生物废弃物而产生的总填埋量。

2、通常，用于生物废弃物管理的技术通过选择合适的微生物，在生长室中于受控的参数下利用生长的微生物质。此外，在闭式循环系统中生长微生物质的常规技术通过微生物利用来自生物废弃物的营养物而在该生物废弃物上生长。在示例中，常规系统采用连续培养技术，通过在闭式循环系统中利用电解水产生的氢气来生产微生物生物质。用于此目的的微生物可以属于广泛的属，优选那些利用二氧化碳、尿素和水来产生可以用作食物的营养物的微生物。然而，传统系统的问题在于它们不能利用各种生物废弃物(诸如粪便)例如作为系统的输入物。此外，生物废弃物含有尿素、毒素以及对生长介质和人类有毒的其他致病细菌和微生物，因此需要处理生物废弃物，这导致填埋和环境污染。

3、最近，已经引入了从生物废弃物中回收无机材料的技术。常见的方法是燃烧生物废弃物以回收无机材料，即灰化无机材料。然而，这种技术也不能完全回收无机材料，诸如氮、铁、钙、磷、锰，这是因为在高温下的氧化过程中，无机材料失去了它们的特性，例如元素氮在高温下会流失为氮气。此外，成灰元素形成玻璃样的非活性硅酸盐，不能作为营养物收回。

4、因此，鉴于前文的讨论，需要克服与用于生长微生物质和实现有效的营养物取回和循环的常规技术相关的缺点。

技术实现思路

1、本公开寻求提供生长微生物质的方法。本公开还寻求提供用于生长微生物质的系统。此外，本公开寻求提供用于在非重力场条件下生长微生物质的方法。本公开寻求提供针对闭式循环系统中将生物废弃物有效地转化为人类可食用材料的现有问题的解决方案。本公开的目的是提供至少部分地克服了现有技术中遇到的问题的解决方案，以及提供用于生长微生物质的有效且稳健的技术，从而产生有效且对环境安全的营养物循环。

2、在一个方面，本公开的实施方式提供了生长微生物质的方法，所述方法包括：

3、-从生物体收集生物废弃物，所述生物废弃物包含第一量的水和第一量的固相；

4、-将所收集的生物废弃物接收在第一反应器中；

5、-使用第一组操作参数在第一反应器中处理所收集的生物废弃物第一时间段，以使至少一部分固相无机营养物溶解在所述第一量的水中，从而形成生长介质；

6、-洗涤所形成的生长介质，其中所述洗涤包括灭菌、分离和清洗步骤；

7、-将所形成的生长介质提供至容纳有微生物质的接种物的第二反应器；

8、-从大气中就地收集二氧化碳；

9、-收集存在于所述大气中的第二量的水，并将所收集的第二量的水分解成氧气和氢气；

10、-将所收集的二氧化碳和分解的氧气和氢气提供至第二反应器；

11、-在第二组操作参数下，使微生物质在所述第二反应器中生长；以及

12、-从所述第二反应器中收获生长的微生物质，以生产用于所述生物体消耗的食物。

13、在另一方面，本公开的实施方式提供了用于生长微生物质的系统，所述系统包括：

14、-第一区段，所述第一区段配置为从生物体收集生物废弃物，所述生物废弃物包含第一量的水和第一量的固相，其中所述第一区段是收集器单元；

15、-第一反应器，所述第一反应器连接到第一区段以经由入口从所述第一区段接收所收集的生物废弃物，处理所接收的生物废弃物以形成生长介质，并洗涤所形成的生长介质，其中所述洗涤包括灭菌、分离和清洗，并且其中为了处理所述生物废弃物，所述第一反应器包括：

16、-温度控制器，用于保持所述第一反应器内部的期望温度，

17、-搅拌器，用于连续混合所述生物废弃物，

18、-ph传感器，和

19、-至少一个第一输入端，用于提供用于控制所述第一反应器中生物废弃物的ph的第一组成分；和

20、-第二反应器，所述第二反应器布置在所述第一反应器的下游，用于接收来自所述第一反应器的生长介质以生长微生物质，其中所述第二反应器包括：

21、-微生物质的接种物，

22、-第二入口，用于接收用于生长微生物质的第二组成分，所述第二组成分包含气体、水和化学品，和

23、-出口，用于从所述第二反应器收获生长的微生物质。

24、在又一方面，本公开的实施方式提供了用于在非重力场条件下生长微生物质的方法，其中所述方法包括培养至少一种经分离的微生物，包括用氢作为能量源和二氧化碳作为无机碳源以连续培养来培养所述至少一种经分离的微生物。

25、本公开的实施方式基本上消除或至少部分解决了现有技术中的前述问题，并且能够从生物废弃物中有效地回收无机材料，所述生物废弃物包括多种生物废弃物，包括但不限于粪便和尿液。生物废弃物用于闭式循环系统中微生物的最佳生长。此外，本公开的实施方式能够生产可用于营养素、药品、饲料、食物和/或食物成分中的营养物。

26、根据附图和结合所附权利要求描述的说明性实施方式的详细描述，本公开的其他方面、优点、特征和目的将变得明显。

27、应当理解的是，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的范围的情况下，本公开的特征易于以各种组合进行组合。

技术特征：

1.一种生长微生物质(202)的方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过以下方式调节所述生长介质(216)中的水量：

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一组操作参数包括：

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法进一步包括：在所述第一反应器(212)中以至少100rpm的速度搅拌所述生物废弃物(206)。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一时间段为1小时至18小时。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述生物废弃物(206)包括粪便和尿液，并且所述第一量的水(208)为所述生物废弃物的50至90重量％。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法进一步包括：从所述生长介质(216)的至少一部分中提取二氧化碳。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，微生物生物质(202)的所述接种物包括至少一种经分离的微生物，其中所述微生物具有利用氢气作为能量源并利用二氧化碳作为无机碳源来生长的能力。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，用于所述接种物的微生物选自由以下项组成的组：永达尔梭菌(clostridium ljungdahlii)、酿酒酵母(saccharomyces cerevisiae)、knallgas细菌、caminibacter属、产水菌(aquifex)属、副球菌(paracoccus)属、黄杆菌(xanthobacter)属、氢单胞菌(hydrogenomonas)属、甲烷氧化菌、产甲烷菌、地杆菌(geobacter)属、蓝细菌(cyanobacterium)属、醋酸杆菌(acetobacterium)属、颤螺旋菌(oscillospira)属、pleomorphomonas属。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述微生物质(202)的生长包括：用无机碳源并用氢作为能量源以连续培养来培养黄杆菌属的细菌菌株，其中所述无机碳源包括二氧化碳。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述微生物质(202)包含经分离的细菌菌株vtt-e-193585或其衍生物，其中所述衍生物保留了利用氢气作为能量源并利用二氧化碳作为唯一碳源来生长的能力。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法进一步包括：从所述生物体收集尿素；将所收集的尿素提供至第三反应器以对其进行处理；以及将来自所述第三反应器的经处理的尿素提供至所述第二反应器(228)作为用于微生物质(202)生长的额外的生长介质组分。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述微生物质(202)能够操作以将所述生物废弃物(206)和气体再循环至用于所述生物体消耗的食物中，并且其中所述食物富含以下项中的至少一种：蛋白、碳水化合物、脂肪酸、抗氧化剂、纤维内容物。

14.一种用于生长微生物质(202)的系统(200)，所述系统包括：

15.根据权利要求14所述的系统(200)，所述系统进一步包括：二氧化碳提取器，以从大气中提取二氧化碳，其中所述二氧化碳提取器经由入口连接至所述第二反应器(228)。

16.根据权利要求14或15所述的系统(200)，其中，所述系统进一步包括：第三反应器，以收集并处理来自所述生物体的尿素，其中所述第三反应器连接至所述第二反应器(228)，用于向所述第二反应器提供经处理的尿素作为用于微生物质(202)生长的额外的生长介质组分。

17.根据权利要求14至16所述的系统(200)，其中，所述第二入口(232)包括多个通道，每个通道用于运送待提供至所述第二反应器(228)的所述第二组成分中的单种成分。

18.根据权利要求14至17所述的系统(200)，其中，所述第一反应器(212)和所述第二反应器(228)中的每一个进一步包括搅拌机装置，用于混合所述生物废弃物和其中包含微生物质和所述第二组成分的生长介质。

19.根据权利要求14至18所述的系统(200)，其中，所述系统配置用于在重力场和非重力场之间的一个或多个环境条件下使用。

20.根据权利要求19所述的系统(200)，其中，所述第二反应器(228)包括旋转器，以在非重力场条件下使用时使所述生长介质(216)产生离心效应。

21.根据权利要求19至20所述的系统(200)，其中，所述第二反应器(228)包括一组叶片，用于在非重力场条件下使用时形成所述生长介质(216)的液滴。

22.根据权利要求14至21所述的系统(200)，其中，所述系统是闭式循环系统。

23.一种用于在非重力场条件下生长微生物质(202)的方法，其中，所述方法包括培养至少一种经分离的微生物，包括用氢作为能量源和二氧化碳作为碳源以连续培养来培养所述至少一种经分离的微生物。

24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述至少一种经分离的微生物是黄杆菌属的细菌菌株。

25.根据前述权利要求23至24中任一项所述的方法，其中，经分离的细菌菌株是vtt-e-193585或其衍生物，并且其中所述衍生物保留了利用氢气作为能量源并利用二氧化碳作为唯一碳源生长的能力。

技术总结
公开了生长微生物质(202)的方法，包括从生物体收集生物废弃物(206)，该生物废弃物包括第一量的水(208)和第一量的固相(210)；将所收集的生物废弃物接收在第一反应器(212)中；使用第一组操作参数处理在第一反应器中的所收集的生物废弃物第一时间段，以使至少一部分固相无机营养物溶解在第一量的水中，从而形成生长介质(216)；洗涤所形成的生长培养介质，洗涤包括灭菌、分离和清洗步骤；将形成的生长介质提供至容纳有微生物质的接种物的第二反应器(228)；从大气中就地收集二氧化碳；收集存在于大气中的第二量的水，并将收集的第二量的水分解成氧气和氢气；将收集的二氧化碳和分解的氧气和氢气提供至第二反应器；在第二组操作参数下使微生物质在第二反应器中生长；及从第二反应器中收获生长的微生物质，以生产用于生物体消耗的食物。

技术研发人员：帕斯·瓦伊尼卡,尤哈-佩卡·皮特卡宁
受保护的技术使用者：太阳食物有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16