一种光合微生物的培养方法以及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微生物培养技术，更具体的说，涉及一种采用气压驱动的光合微生物的培养方法以及装置。
【背景技术】
[0002]在地球上所有能够进行光合作用的绿色生物中，光合微生物尤其是藻类和光合细菌等具有超强的光能转化效率(15-18%)。而且能够利用简单的无机盐类，在适宜的温度、水气环境条件下，短期内生产出大量的生物质。其生物产量约占到全部生物总量的三分之二。象作为人们主食的小麦、水稻、马玲薯等碳3作物光能转化率只有1%，具有较高效率的碳四作物如甘蔗、玉米也不过3-5%。因此这些光合微生物成为人们利用太阳能来制造食品、饲料、能源、水产饵料、药品和含有各种生物活性物质健康产品的巨大潜力所在。
[0003]为了能够进行高光效、高密度、高产量、高质量的生物产品工业化生产，从20世纪九十年代以来，国内外都把研发封闭式生物反应器作为藻类和光合细菌等实现产业化的主要装备，封闭型系统具有培养参数可控、受外界因素干扰小、环境适应性强等优点，受到更加广泛的关注。开放式设备容易浸染杂藻、杂菌、昆虫，严重限制了开放型培养系统的使用，封闭式生物反应器可以较好的解决。
[0004]当前封闭式生物反应器有管道式、平板式、柱状气升式、搅拌罐发酵式、薄膜袋平放、斜放、吊立式等类型，并申请获得了大量有关专利。从实际应用来看，以管道式光生物反应器发展最快，因其可靠性、延续伸展性、容易规模化生产和成本较低最有发展前景。然而，制约管道式发展的瓶颈技术如:活性氧的排除问题、动力系统对细胞易于造成损伤的剪切力问题、管道较难清洗和不能完全封闭式运转等难题一直没有得到根本上的解决。
[0005]在光合作用的过程当中、细胞依靠体内的核酮糖-1，5- 二磷酸羧化酶/加氧酶(简称Rubisco)和NADPH合成有机物(Calvin循环)产生大量活性氧分子、若不及时清除这些氧分子将会对细胞的光合器官造成伤害。而且Rubisco的催化作用也受到严重影响，因为其易于和氧结合导致固碳效果降低，最终导致光合效率大大下降。因此，现有的光合反应器中需要设置专门的排气或者排氧装置，例如，中国CN 102365356A号专利公开了一种适用于特别是藻类的光合微生物培养的光合反应器，包括至少一个光合反应管、至少一个返回管、至少一个用于循环液体培养介质的装置、至少一个气体注射装置以及定位在反应器的顶部内的至少一个排气装置其中气体注射装置的放置和/或反应管或返回管的构造被设计成使得经由注射装置注射的气体通过在反应管内沿着低到高的流动方向循环而再次升高到排气装置，使得注射气体和液体培养介质在反应通道的大致水平的反应区段内形成气体/液体两相流动。中国CN 2744690A号专利公开了一种植物性藻类及微生物光合反应器，包括:一光合反应管路，其为一透光管路；一加压输液部件，其入口端连通于该透光管路的出口端；以及一排氧及调节部件，其包括一中空的喷射排氧装置和一中空的液面调节装置，该喷射排氧装置包括相组接的一排氧筒和一集液筒，该排氧筒设有一进液口、一上排气口和一中空管壁，该进液口连通于该加压输液部件的出口端，该上排气口位于该排氧筒的顶端，该中空管壁自该上排气口向下延伸且相对地位于该进液口的内侧，该液面调节装置包括一调节筒，该调节筒连通于该集液筒，该透光管路的入口端连通于该调节筒。
[0006]专门的排氧排气设备不仅大大增加了光合反应器的复杂程度，维护和清洗变得更为难度，而且使用的动力系统，如离心栗、隔膜栗、蠕动栗、风囊栗等，仍然存在对细胞不同程度的损伤。例如，CN 1511941A公开了一种封闭管道式光合反应器，包括受光反应管道，藻液储液瓶和反应器动力系统，其动力系统采用风囊栗，按藻液储液瓶、受光反应管道的吸入管、风囊栗、受光反应管道的回流管，再到藻液储液瓶的顺序连接，其吸入管的输入端与藻液储液瓶连接，形成藻液循环回路，在吸入管上连接有通气侧管。虽然该专利使用剪切力较小的风囊栗作为动力，但是对于耐受力较差的微生物仍然存在较大影响。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题在于，提供一种光合微生物的培养方法以及装置，解决现有光合反应器中的活性氧的排除问题、动力系统对细胞易于造成损伤的剪切力问题、管道较难清洗和不能完全封闭式运转等。
[0008]本发明为了解决上述问题，采用的技术方案为:提供一种合微生物的培养方法，在光合反应管中容纳有微生物培养液，包括如下步骤:
[0009]S100、将所述光合反应管的两端分别连接空气源和真空栗；
[0010]S200、启动真空栗，所述光合反应管中真空栗一端的压力低于空气源一端的压力，从所述空气源进入的空气沿着所述光合反应管流动、从所述真空栗流出。
[0011]在本发明提供的合微生物的培养方法中，所述步骤SlOO中，将所述光合反应管的一端通过第一贮液管与空气源连接，将所述光合反应管的另一端通过第二贮液管和真空栗连接，所述空气源与所述第一贮液管密封连接，所述真空栗与所述第二贮液管密封连接。
[0012]在本发明提供的合微生物的培养方法中，所述步骤S200中，所述第二贮液管中的相对压力为-0.0lMPa?0.95MPa，所述第一贮液管与所述第二贮液管中的压力差为500Pa ?0.1MPa0
[0013]在本发明提供的合微生物的培养方法中，所述步骤S200还包括:
[0014]S201、所述真空栗启动后，所述第一贮液管和所述第二贮液管中的压力差、液位差逐渐增大；
[0015]S202、当液位低于第一贮液管的底部时，空气进入所述光合反应管并沿着所述光合反应管流动，直至进入所述第二贮液管并从所述真空栗流出，所述第一贮液管和所述第二贮液管中的压力差趋于稳定。
[0016]在本发明提供的合微生物的培养方法中，所述光合反应管中设置有至少一个止回阀；所述第一贮液管与所述第二贮液管通过回流管相连通，所述回流管上设置有电磁阀；所述第二贮液管上设置有排气阀。
[0017]在本发明提供的合微生物的培养方法中，所述步骤S202之后还包括:
[0018]S203、当所述第一贮液管和所述第二贮液管中的压力差趋于稳定后，关闭所述真空栗，打开所述电磁阀和所述排气阀，微生物培养液从所述第二贮液管中沿着所述回流管进入所述第一贮液管，所述第一贮液管和所述第二贮液管中的液位差逐渐变小；
[0019]S204、关闭所述电磁阀和所述排气阀，转入步骤S201，直至微生物的光合培养过程完毕。
[0020]本发明还提供一种光合反应器，包括用于容纳光合微生物培养液的光合反应管，所述光合反应管的一端通过第一贮液管与空气源连接，所述光合反应管的另一端通过第二贮液管和真空栗连接，所述真空栗驱动所述第一贮液管、第二贮液管之间产生液位差。
[0021]在本发明提供的光合反应器中，所述光合反应管中设置有至少一个止回阀；所述第一贮液管与所述第二贮液管通过回流管相连通，所述回流管上设置有电磁阀；所述第二贮液管上设置有排气阀。
[0022]在本发明提供的光合反应器中，所述光合反应管为用透明管道制造并成一定斜角度的多层盘管，盘管直径20mm?300mm，盘管总长Im?2000m ;所述光合反应管中最大液位差 0.1m ?9.5m。
[0023]在本发明提供的光合反应器中，所述光合反应管与所述第一贮液管的连接位置为所述光合反应管在竖直方向的最底端，该连接位置设置有用于排出杂物的排污阀。
[0024]实施本发明，具有