[发明专利]夹心结构的表面生长式培养板、系统及培养方法

说明书

技术领域

本发明涉及夹心结构的表面生长式培养板和包括该培养板的培养单元、表面生长式培养系统及利用表面生长式培养系统培养水生生物的方法。

背景技术

微藻是指能够进行光合作用的水生浮游藻类。某些微藻本身富含蛋白质，可以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，可以被用在功能食品、食品添加剂、制药、生物能源等领域。特别是通过微藻大规模培养提取微藻油脂，进而转化生产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。

微藻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，以大量水作为微藻生活的支撑介质。主要包括开放式培养池与密闭式光生物反应器(photo-bioreactor，PBR)两种形式。开放式培养池的优点在于建造和运行的成本较低。但由于开放池的光照面积/体积比较小，液体表面与下部混合较差，只有表层藻细胞能够接受较充足的光照，池底细胞往往难以接受到充分光照；其次，开放池培养运行水深较浅，一般只有10-30厘米，使得通气补碳时气液接触时间短，补碳效率低，培养液中溶解二氧化碳(CO₂)的不足使光合作用受到限制，再一个是开放式升温慢，不能在短时间内升到酶活性最好的温度25℃，经常错失光利用的最佳时机；而在夜间开放式池内温度自然下降太慢，使藻细胞仍然保持旺盛的呼吸作用，将白天存储的能量消耗掉，故使藻细胞内有用的代谢物含量太低。因此开放池培养的细胞生长速度与培养细胞密度均较低，另外其占地还大。与其相比，PBR—般是采用透光材料(如玻璃、有机玻璃、塑料薄膜等)制成的细薄结构，由于光径小、培养体系光照面积/体积比较大，所以细胞光照较充分。同时，补碳气体与液体接触时间长，培养液溶解浓度较高，因而细胞生长速度与培养密度均较开放培养池高。但该类PBR通常造价昂贵、运行成本高、维护困难、难于大型化，产率在5-30g/m²/d，远远低于理论预期值100-200g/m²/d，达不到产业化的理论计算目标，光能利用率低这项微藻大规模培养实现产业化最重要的直接制约因素仍有待提高。

近年来，出现了一种半干培养系统，已有专利报道，均采用滤纸、滤布、塑料泡沫、纤维织物(例如帆布)中的一种或几种作为基质材料，但是该类软质材料具备如下缺点：1)机械强度低，需要复杂的支撑，不合适大尺寸和空间高度上的放大，只能制成低矮细薄结构，而往往能自支撑，刚性较高的多孔材料其锁水性又比较有限，无法很好地满足微藻生长所需的营养液量；2)现有的滤布和纤维织物等表面湿度不均匀，微藻生长不牢固；并且3)现有的滤布和纤维织物等不耐循环使用，需要经常更换，增加成本，4)现有的滤布和纤维织物等容易掉落纤维等杂质；另外，5)这些柔性材料在作为培养板表面材料时，其生物兼容性、和耐化学腐蚀性等方面都具有一定局限性。因此目前此类培养系统没有进入大规模生产的可能。

鉴于现有技术的上述缺点，本发明拟采用一种新型的表面生长式培养系统和表面生长式培养方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明一方面提供一种夹心结构的表面生长式培养板，其包括外板和位于外板内的芯部，其中，该外板为刚性透水材料板，且其中该芯部为吸水锁水材料，例如分子筛、玻璃粉或玻璃砂，该芯部设于该两侧外板之间。

在本发明的一个是实施例中，所述外板设有嵌入该芯部的连接件，使该芯部能够固定于该两侧外板之间。

优选的，其中分子筛、玻璃粉或玻璃砂芯部是将分子筛、玻璃粉或玻璃砂事先通过一定压力预压成一块板状结构，再设置于该两侧外板之间，芯部强度较小，主要用于吸水保水作用。该外板的强度较大，主要用于直接面对外部环境，并供微藻附着，可供将芯部所吸收的培养液吸收渗出至外表面。

在本发明的一个是实施例中，所述外板为透水陶瓷板、水泥板、陶土烧制板、青石、青砖板、红砖板或瓦材板。

优选的，所述外板为采用多微孔性的基质和粘合剂压合而成硬质多孔板材，所述基质材料为分子筛、粘合剂包含铝石。

优选的，所述芯部为分子筛、玻璃砂、无纺布、高密海绵、棉布、高分子吸水树脂、超吸水性纤维或聚氨酯吸水剂。

在本发明的一个是实施例中，所述芯部中埋入骨架以支撑该培养板和用于引导培养液。

优选的，所述骨架为细小管道、网络等的形式。

优选的，所述外板的表面设为凹凸面，以增加其表面积，可以附着更多的藻粒；其中凹凸面为波浪形的表面。