[发明专利]微细藻类的培养设备

说明书

本发明涉及穹形、圆锥形或圆筒形的用于培养微细藻类等光合作用生物的培养设备，设有一个可在培养设备中运动、用于供应培养成培养溶液所需要的气体及搅拌培养溶液的气体排放装置，或涉及培养设备和气体排放装置相结合的培养系统。

为了生产有用的物质如维生素、氨基酸、颜料、蛋白质、多糖类、脂肪酸等，或者为了处置被认为是全球变暖原因的二氧化碳，迄今已对微生物的大量培养进行了广泛的研究，这些微生物包括微细藻类如小球藻、螺旋藻等，作为这种研究的结果的培养产品已经面市。

这些微生物中的大多数藻类通过光合作用吸收二氧化碳，生物合成有用的物质。在这种情形中，由于高效地培养藻类的重要性，培养设备必须使藻类高效地进行光合作用。因此，对传统培养设备的改进和新型培养设备的研制正在进行中。

例如，公知的藻类培养设备包括培养塘、水道培养装置、管状培养装置、形成液膜的培养装置等。在人工培养塘的形式中，例如在户外构筑培养池或培养罐，将培养溶液倒入池中以形成培养塘，利用阳光在溶液中培养微细藻类如小球藻等。但是，这种系统需要例如3000m²的池面面积，因而通常很庞大。

另外，当在这种系统中培养微细藻类时，在培养过程中在培养溶液中微细藻类的浓度增加，将溶液变成深绿色，从而妨碍阳光到达培养塘的底部。这种现象引起的问题是，如果微细藻类的培养浓度不降低就会降低藻类光合作用的总效率。

因此，溶液的深度必须保持低于15cm，为了微细藻类的大量培养必须有大的面积。由于培养溶液的浓度不能很高，所引起的问题是，为了从溶液收集培养物，培养物必须从低浓度的大量培养溶液收集。

另一方面，培养塘必须搅拌以利于微细藻类的光合作用，但是，搅拌大量低浓度溶液需要大量的能。另外，由于培养塘设置在户外，接通大气，脏物、灰尘等杂质容易混入溶液，漂浮在空气中的微生物和其它藻类混入塘中扩散；因而引起不能得到高纯度、高品质的培养物。

由于培养塘设置在户外，温度随气候变化，因而很难保护塘温不变。特别是培养塘具有取决于地区的在冬季温度变得太低的问题。

由于上述原因，利用培养塘的藻类培养所具有的缺陷是，不能用于除了那些甚至在高pH值或高含盐量的特殊条件下也能生长的小球藻、螺旋藻及杜氏藻类以外的藻类。

水道培养设备构筑在下述结构中，在培养罐内以平板分隔成培养溶液的回路，借助循环装置在回路中循环培养溶液的方法培养藻类。这种方法是培养塘方法的改进，但是，由于与培养塘培养方法一样，随着培养的进程藻类的光合作用速率下降，因而也不能有效地利用光线。这也引起碳酸气利用效率低的问题。为了实际光线的有效利用，也有人提出通过光纤将阳光引入溶液(日本实用新型申请公开文本第5-43900号)。

但是，在用这种方法进行的藻类培养情形中，溶液借助机械搅拌而循环，这种方法的不可避免的缺陷是，藻细胞要承受破坏或剪切应力(一种藻类被剪切应力剪切，从而降低藻的活力，使藻的生长速率变慢的现象)。

管状培养设备是一种使用光线传递管构制的培养罐来培养微细藻类等的设备。当用这种设备培养藻类时，不会有各种细菌等引起的培养溶液的污染，培养浓度也可以较高；因此，这是一种使藻类与培养溶液分离及收集由藻类生产的有用物质的极为有利的方法。

但是，在长期培养藻类以后，藻类会附着在管的内壁上，显著地降低了管传递的光量。这种现象使微细藻类的培养变难，并且不易清除附着在管内壁上的藻类。

为了解决这个问题，有人提出了一种在管中放置清洁球，使这些球总是随培养溶液循环，从而清洁管内壁的方法(日本专利申请公开文本第6-90739号)。但是，这种方法有很多问题，不能连续地清除管内壁上的脏物和附着的藻类，球必须加以收集和清洗，就必须总是在管中循环等等。按照这种培养藻类的方法的另一个问题是，藻类光合作用产生的氧气由于管内培养而留在管内，这些氧气会有害地妨碍藻的光合作用(光合作用的抑制)。因此，还有人提出一种抑制在光合作用中由于氧气造成的对培养的负面作用的装置的构思(日本专利申请公开文本第9-121835号)。

形成液膜的培养设备构制成下述结构，一个传递光线的拱盖放置在培养罐上，培养溶液从下向着拱盖顶部内表面喷洒；在拱盖内表面上形成培养溶液的液膜，该液膜暴露于光线(日本专利申请公开文本第8-38159号)。

但是，上述方法的问题是，为了连续地形成液膜需要循环泵，不适于大量培养，不能利用阳光等。