[发明专利]一种超声强化微藻培养装置及培养方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物工程技术领域，具体涉及一种超声强化微藻培养装置及培养方法。

背景技术

随着能源危机与化石燃料燃烧带来的环境危机的加剧，世界各国都面临着解决能源、环境和气候变化等问题。为了人类生存和社会的可持续发展，大力发展可再生能源是一条必由之路。其中，生物能源的开发尤为受到广泛关注。生物柴油是一种具有较好开发前景的生物能源，但其受到原料来源的限制而导致其生产规模有限，并且生产成本高。微藻由于其特有的化学组成和结构，已经成为生物柴油的重要来源，受到各国研究人员的广泛关注。与其他生物柴油原料相比，它具有生长速度快，油脂含量高，不占用耕地等优势，被认为是当前替代化石燃料的最具潜力的生物柴油原料之一。

当前微藻生物柴油的产业化仍然面临很大的挑战，根本性原因就是其过高的生产成本。微藻生物柴油的生产包括微藻培养、采收、油脂提取及加工等过程，由于现有技术的局限性，使得各生产环节的成本过高，导致微藻生物柴油难以同传统的化石能源竞争。提高微藻生物柴油竞争力的策略之一就是提高微藻的生长速率，缩短培养周期，有效地降低微藻培养过程的成本。为此，研究人员已在藻种选育、培养条件优化、反应器设计、基因工程改造等方面进行了大量的研究，但是仍未达到大规模生产的要求，使得微藻生物柴油的工业化生产受到限制。

超声可以在流体中产生空化作用，热效应以及机械作用等。在微生物、藻类及植物细胞等的培养过程中，可以通过空化作用产生的湍动促进传质过程。超声波导致的细胞壁局部破裂能够提高细胞膜的通透性，从而促进代谢产物的释放等作用，以促进细胞的生长及代谢，提高生长速度，促进代谢产物积累，缩短培养周期。该目标的实现需要依赖于合适的超声培养反应器。

CN 102618440A公开了一种超声强化生物反应器，通过粘接在液态发酵罐侧壁上的超声波换能器，对发酵罐中的微生物或植物组织细胞的生长和代谢进行超声强化。CN 101735941A公开了一种连续流超声波光生物制氢反应器，该发明将平板式反应器和超声波细胞粉碎机相结合，通过低强度的超声波改变细胞膜的通透性，来提高光合细菌的产氢速率。CN 101953296A公开了一种压力脉动超声雾化培养装置及其培养方法，培养液通过超声雾化之后，能够均匀快速地在反应器中分散，可以简单高效地实现植物芽的快速繁殖。CN 102676386A公开了一种超声波低频-高频耦合式雾化生物反应装置，通过胶粘在反应器罐体上的高频超声波雾化系统和低频超声波发生系统，实现了超声波高频-低频耦合，解决了雾化反应器的放大瓶颈问题。CN 101591614A公开了一种超声波酶膜反应器，该发明通过将超声波技术与酶膜反应器技术相结合，在提高酶解效率的同时改善了膜污染问题，并大大减轻了超声波对膜的机械损伤作用。

跑道池作为一类常用的微藻户外培养装置，早在20世纪50年代就已被应用于微藻培养。相对于其他微藻培养反应器，它的建造和维护成本低，适用于微藻的大规模户外培养。户外的跑道池通常采用混凝土或塑料等材质建造，通过搅拌桨实现培养液的混合与循环。跑道池的长宽比通常在3:1～5:1，为保证充足的光照，跑道池中培养液的深度通常在0.15～0.3m左右。

虽然当前已有许多关于超声波反应器的报道，但是这些培养装置仅限于微生物或植物细胞的异养培养，对于微藻这类光自养培养的微生物并不适用。因此，开发一种将超声波技术与微藻培养设备相结合的超声强化微藻培养装置及培养方法，通过超声刺激来促进微藻细胞的生长和代谢，可以有效缩短微藻培养周期，降低微藻培养过程的成本。

发明内容

本发明的目的在于针对常规条件下部分藻类生长速率过慢，培养周期长，同时缺少适合微藻培养的超声强化培养装置等问题，提供一种超声强化微藻培养装置及培养方法。

本发明所述装置可以通过布置在装置内的超声振子，在培养过程中对微藻进行超声刺激，提高微藻的生长速率，缩短培养周期，从而降低微藻培养过程的成本。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种超声强化微藻培养装置，所述微藻培养装置包括跑道池及设置于跑道池内的超声振子。

本发明所述超声振子以单个或整体的方式布置在跑道池侧壁或底部。其布置方式优选以下两种：

（1）所述跑道池的宽度小于2m时，所述超声振子以单个形式固定于挡板两侧的跑道池侧壁上，安装高度位于液面的中部。

优选地，所述超声振子固定于跑道池侧壁表层的不锈钢板上。所述不锈钢板的材质为301、304、312或316不锈钢；