用于培养光合微生物的多孔式培养板的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及一种用于培养光合微生物的多孔式培养板。
【背景技术】
[0002]光合微生物是一类以光为唯一或主要能量来源而生活的微生物，包括微藻、蓝细菌等含有叶绿素、可进行光合作用的微生物。这类微生物有着重要的生物利用价值，特别是微藻，富含蛋白质，可作为水产饵料或畜禽饲料(如螺旋藻)；更重要的，某些微藻在特定条件下能够大量合成次生代谢物，如油脂、类胡萝卜素、多糖等，这些物质往往是具有极高经济价值的生物活性物质，可以用在功能食品、食品添加剂、制药、生物能源等领域。其中，通过微藻大规模培养提取微藻油脂，进而转化成液体燃料、如生物柴油被认为是解决生物能源生产与固碳减排的最重要途径之一。
[0003]微藻大量培养已有几十年历史，目前的工业化微藻培养为液体浸没式，即以大量培养液作为微藻生长的介质，将藻种浸没在培养液内进行培养。浸没式培养又主要包括开放式培养池与封闭式光生物反应器(photo-b1reactor，PBR)两种形式。
[0004]有关开放式培养的优点主要在于造价低，但其缺点包括:光照利用效率高，占地面积大、培养时要消耗大量的能量用于搅拌、曝气等，同时开放式受外部环境影响大，易于受水体、空气中细菌和病虫害，直接影响藻的生长和后期深加工和处理。封闭式的优势主要在于环境调节的可控性高，但是封闭式PBR —般是采用透光材料(如玻璃、有机玻璃、塑料薄膜等)制成光径小的容器，这类容器不仅造价和维护成本高，而且同样需要
[0005]循环\搅拌、曝气等能耗装置，同样单位空间利用效率不高。无论是开放式还封闭式，由于培养液在不停的循环和流动，因此，一旦培养液的局部被污染，则整个培养体系都会呈现爆发式污染。
[0006]近些年来，行业内出现了一些固态培养方式，包括用保水渗水性纤维布，如帆布等，或者使用可渗水的石材板材、泡沫陶瓷板等以类似生长青苔的方式来培养微藻，但是这类培养方式需要在培养周期中不断自上而下地供应培养液，这种供液的方式也会导致上部污染源扩散到下部。不仅如此，这类保水渗水的固体培养板或膜都无法克服静水压的问题，导致下部的静水压较大，而下部的藻粒很难较好附着和生长。此外，这种固态培养方法，往往在很大程度上要依赖材料的保水性能以及藻种附着特性，若材质保水性差，则需要不停以泵等耗能装置供水；而若藻种附着性差，藻种易脱离，则无法使藻种正常生长。此外这些材料经常是不透光的，反而会吸收较多的光，使其上附着的藻仅能一面受光；而这些保水材料所具备的微小孔径，给收获、清洁和消毒带来巨大困难，到目前为止尚未出现特别能够适用于这类培养板或膜的收获设备，一些采用刮刀的方式收获的设备会造成培养板或膜表面损伤并且收获残留量高达40%，收获效果不甚理想。
[0007]综上所述，现有的各类培养方法存在以下问题:①搅拌和曝气装置，能耗高；②传统PBR空间利用率低過污染源难以局部性控制和排除；④固定培养板，供液装置能耗高，光效低、收获和清洁难度大，无法克服上下部静水压产生的附着性不均衡问题。上述这些缺陷都不利于降低藻类培养的成本。
[0008]为此，本发明人希望能够提供一种单位空间体积有效培养面积更大、光能利用效率高、培养能耗低、适用性广、尤其是在收获、清洁程序具有显著优势的光合微生物培养装置，以整体降低微藻的生产成本。
【实用新型内容】
[0009]本实用新型的目的是提供一种产率高，能耗少、适用性广、收获、清洁维护简单且适于规模化培养的培养装置。
[0010]本实用新型提供了一种能够降低微生物培养系统能耗并且能够节省培养微生物所需培养液，介于光合微生物的浸没式培养和固态培养之间一种静态培养装置。
[0011]根据本实用新型，一种用于培养光合微生物的多孔式培养板，包括相反的第一表面和第二表面，其中所述培养板上分布有若干贯穿所述第一表面与第二表面的液体孔道，所述液体孔道的两端为与外界直接接触的开口，所述液体孔道通过培养液表面张力作用而将培养液储存在所述孔道内，使培养板上形成若干含有光合微生物并且为所述光合微生物生长提供营养的培养液液柱。
[0012]根据一个可行实施例，其中所述孔道的两端开口是光线可直接穿过的，使所述培养板的第一表面与第二表面之间形成透孔。
[0013]根据一个可行实施例，所述培养板上的透孔使所述第一表面或第二表面形成蜂窝状、网格状或筛孔状。
[0014]根据一个可行实施例，定义垂直于所述第一表面与第二表面的直线为法线，所述孔道内壁是沿平行于所述法线的方向延伸。
[0015]根据一个可行实施例，定义垂直于所述第一表面与第二表面的直线为法线，所述孔道内壁包括倾斜或垂直于所述法线方向延伸的部分。
[0016]根据一个可行实施例，所述孔道中的任一个孔道各处的横截面形状相同或不同，所述孔道各处的横截面是以垂直于孔道相应点的切线的横截面为参考。
[0017]根据一个可行实施例，所述孔道中的任一个孔道各处的内径尺寸不同，且靠近两端开口的孔道孔径小于位于中间位置的孔道孔径。
[0018]根据一个可行实施例，所述孔道中的任一个孔道各处的横截面形状和尺寸均相同，且为圆形、椭圆形、方形、三角形、菱形或由弯弧线线段连接成的不规则几何形状。
[0019]根据一个可行实施例，所述孔道的孔径范围是0.5mm-20mm。
[0020]根据一个可行实施例，所述孔道的孔径范围是2mm-5mm。
[0021]根据一个可行实施例，所述孔道的长度为lcm-30cm。
[0022]根据一个可行实施例，所述培养板是以塑性材料一体地形成有若干所述孔道。
[0023]根据一个可行实施例，所述培养板是由玻璃，透明高分子材料或金属铝形成的板件。
[0024]根据一个可行实施例，所述培养板是由GPPS，透明ABS，AS (苯乙烯丙烯腈)，PVC,PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，PC(聚碳酸脂)，或PS (聚苯乙烯)形成的板件。
[0025]根据一个可行实施例，所述培养板是以若干内径为0.5mm-20mm的管材平行堆积在一起，并使相邻的管材外壁之间相互粘接，再经切割成预定厚度的所述培养板。
[0026]根据一个可行实施例，所述管材的横截面为圆形、椭圆形、方形或菱形，所述管材堆积后各管材外壁之间为面面重叠接触或相切接触。
[0027]本申请还提供了一种包括上述用于培养光合微生物的多孔式培养板的光合微生物培养系统。
[0028]采用本实用新型用于培养光合微生物的多孔式培养板，借助培养液的表面张力暂存在所述培养板的孔道内，使在孔道内形成含有光合微生物的培养液液柱，从而为微生物的生长提供营养液。其中较佳使所述的多孔板采用透明的材质制成，或者所述孔道的两端之间可供光线直接穿过，如此可使所述液柱内的光合微生物可以从两端开口处获取微生物生长所需的光能和CO2及释出O2，并且由于所述多孔板采用透光材质，则其中的光合微生物还可以从不同的方向均可获得光照。在所述培养板上密密麻麻分布若干所述的孔道，每个孔道内均含有培养液，通过控制孔道的内径和长度，以及周围的空气湿度、温度、环境气体流速等参数，使培养液可供其中的光合微生物一个周期的生长所需，在培养过程中无需再补液，因此本实用新型实质上属于一种由无数个微小的浸没式培养所组成的静态式培养，无需搅拌培养液、无需曝气、也无需供液泵等，因此其综合能耗非常低。另外，各个孔道分别是独立和隔离的，故培养板的竖直方向上可以克服静水压所带来培养液分布不均等不利影响；同时也可以将局部的污染或病菌控制在小范围内处理掉，不会爆发式扩散到整个反应体系。
[0029]此外，相对于现有的固态培养及管道式培养，本实用新型最大的优势之一就是收获和清洁方便。在收获时，只需要朝着培养板的一个表面沿法线方向吹高压气流或者用力抖动培养板或在将培养板水平倾倒等操作，就可以将孔道内的培养液及藻倒出，由于孔道内的培养液已经经过微生物的消耗和蒸发等影响，因此水量减少，生物质浓度增加，故减少干燥难度。在清洁时，只需要采用毛刷清洗就可以将培养板的孔道清洁干净，而消毒时可以朝其表面喷洒消毒液即可。
[0030]本实用新型的光生物反应器开创了一种光和微生物的介于固态培养和封闭式浸没培养之间的培养装置和方法。本实用新型的多孔板还可以藻液的浓缩过程。
【附图说明】
[0031]图1是根据本申请的第一实施例的用于培养光合微生物的多孔式培养板的示意图。
[0032]图2是根据本申请的第二实施例的用于培养光合微生物的多孔式培养板的示意图。
[0033]图3是根据本申请的第三实施例的用于培养光合微生物的多孔式培养板的示意图。
[0034]图4是根据本申请的第四实施例的用于培养光合微生物的多孔式培养板的示意图。
[0035]图5是根据本申请的第五实施例的用于培养光合微生物的多孔式培养板的示意图。
【具体实施方式】
[0036]根据本实用新型的表面生长式微生物培养板适用于微生物培养领域，术语“微生物”可以指所有能够进行光合作用、储存能量的生物，包括但不仅限于诸如微藻和蓝细菌等的光合微生物。
[0037]在本文中，术语“培养液”是指用于目标微生物培养的包含水和微生物生长和繁殖所需营养的液体。
[0038]图1示出了根据本申请的第一实施例的用于培养光合微生物的多孔式培养板10。
[0039]所述多孔式培养板10具有第一表面11和第二表面12，其中所述培养板10上分布若干贯穿第一表面11和第二表面12的液体孔道13，所谓“贯穿的液体孔道”在这里既包括直接“可从一面看到另一面”的透孔，也包括在不能直接“可从一面看到另一面”的内部呈弯曲状的孔道。
[0040]如图1所示，本实施例的孔道13为“可从一面看到另一面”的透孔。在所述孔道13的两端为与外界直接接触的开口 14，在所述孔道13内储存有培养液20和光合微生物30。由于孔道13的直径较小，孔径较佳范围是0.5mm-20mm，更佳范围是2mm-5mm，可以使所述培养液20借助表面张力作用(与液体粘度有关)储存在所述孔道13内形成若干个液柱，提供光合微生物30生长所需的营养。本实施例中，图1所示的培养板10上的开口 14为规则的正六边形，使该培养板10呈现蜂窝状结构。但在其他实施例中，这些开口 14也可以为圆形、三角形、方形等。本实施