一种微藻培养用硅胶质搅拌桨及微藻培养方法

1.本发明涉及微藻培养技术领域，具体涉及一种微藻培养用硅胶质搅拌桨及微藻培养方法。


背景技术：

2.微藻拥有用途广泛、生产效率高等优势，富含蛋白质、碳水化合物、脂质和其他生物活性化合物，在应用方面受到了越来越多的企业和行业的关注。
3.现有的反应器在生产微藻时，主要采用的是搅拌桨，搅拌桨是一款可以使液体、气体介质强迫对流并均匀混合的器件。微藻在实际培养的过程中，通过搅拌桨对原料的不停搅拌，可以扩大微藻与物料的接触面积，利于整个反应器内细胞吸收营养物质，增加溶氧量和加快流动性。
4.但是桨叶转动导致流体内部速度梯度的形成，进而产生剪切力，当到达一定值时会造成细胞损伤，不利于细胞培养，容易破坏微藻的生理活性，使得其产率降低。
5.而且，传统的搅拌桨模型构造复杂，影响了整个反应器的透光性，导致藻细胞的光照利用率低，也容易出现反应器的微藻生物产量降低。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术中的不足，本发明提出一种微藻培养用硅胶质搅拌桨及微藻培养方法，其为了解决如何避免搅拌时细胞损坏的技术问题，以及为了解决如何降低搅拌桨的复杂度，提高微藻对光照的利用率的技术问题。
7.本发明的一种微藻培养用硅胶质搅拌桨及微藻培养方法，包括横架，横架的上方设有透明的转动管，转动管的轴线沿竖向设置，转动管的下端转动连接在横架上；转动管中设有用于提供光照的led灯管，led灯管与横架固定连接；led灯管与转动管之间留有气腔；转动管的上端密封设置，转动管的下端设有气管，气管与横架固定连接，转动管的下端与气管密封设置，气管与气腔连通，气管上设置有用于给气腔中供气的气泵；转动管上套设有至少一个套管，套管与转动管固定连接；套管的外壁上固定有若干个大小相同的桨叶，桨叶由硅胶制成；桨叶中设有空腔，套管中设有连接腔，空腔、连接腔和气腔相互连通；各个桨叶沿转动管转动方向的同一侧表壁上开设有出气孔，出气孔与空腔连通。
8.进一步地，各个所述套管沿转动管的轴线设置，桨叶的长度和大小沿转动管的轴线从上至下递减。
9.根据桨叶在藻液中的深度的不同，藻液的粘稠度也不同，所受到的摩擦力也不同，根据桨叶在藻液中的深度增加，有效地减小桨叶的尺寸，可以避免粘稠度大处的藻液受到的很大的搅动面积，使粘稠度大的藻液小范围的搅动，有利于避免大规模转动藻液造成细胞破裂的情况。
10.进一步地，所述横架上固定有竖架，横架和竖架连接成l形的连接架；竖架上设有至少一个限位架，限位架的一端与竖架固定连接，限位架的另一端套设在转动管上，转动管
能相对于限位架转动。
11.通过多个竖架能有效地对转动管起到支撑作用，可以使转动管转动地更加稳定，使搅拌进程更加顺利。
12.进一步地，所述转动管的上端固定有第一橡胶圈，led灯管的上端固定有连接块，第一橡胶圈套设在连接块上并保持密封，第一橡胶圈能相对于连接块转动，led灯管的电源线穿过第一橡胶圈和连接块。
13.首先是第一橡胶圈避免了漏气，让气泵充入到气腔中的气体都能从出气孔中排出，尽可能地使气泵产生的气压能推动桨叶转动。其次，是能led灯管的电源线能从气腔中独立出来，便于后期接线。气体完全喷出，也能保证藻类的用氧量。
14.进一步地，所述转动管的下端固定有第二橡胶圈，气管上套设有环块，环块与气管固定连接；第二橡胶圈套设在环块上并保持密封，第二橡胶圈能相对于环块转动；气管的上端与led灯管固定连接；气管的侧壁开设有与气腔连通的导通孔，导通孔处于环块的上方。
15.利用第二密封圈保持环块与转动管之间的密封性。使气泵产生的气体能完全地从出气孔喷出，用于推动桨叶转动。气体完全喷出，也能保证藻类的用氧量。
16.一种微藻的培养方法，包括以下步骤，s1：使用无菌兼养培养方法培养微藻藻种；s2：将微藻藻种离心，使得微藻藻种的藻细胞和清液分离，获得微藻藻泥，将获取的微藻藻泥加入水重新悬浮，形成微藻悬浮液；按搅拌桨装入到反应器中，向反应器加入微藻悬浮液与培养基，利用搅拌桨对微藻悬浮液与培养基进行搅拌，形成藻液；s3：不断搅拌藻液，随藻液中微藻密度增加，增加光照强度与进气气压；s4：经过6-10天取样；取样后利用显微镜在细胞计数板下计数，当细胞数密度大于等于1
×
107cells/ml时，对藻液进行采收。
17.进一步地，步骤s2中采用离心机在3000rpm下运行10min。
有益效果:
18.本发明将桨叶设置成硅胶材质，搅拌时可以有效地避免桨叶破坏细胞，让细胞的培养产量得到保证；通过led灯管给藻类提供光源，在搅拌的同时，也可以起到提供光照的目的；硅胶材质的桨叶结构简单，可以有效地避免led灯管照射出来的灯光被桨叶所遮挡，让led灯管的光照最大限度地提供给藻液。
附图说明
19.图1是实施例1的整体结构示意图；图2是转动管与led灯管上端的结构示意图；图3是桨叶转动时的俯视图；图4是转动管与led灯管下端的结构示意图；图5是实施例2的整体结构示意图。
20.1、横架；2、竖架；3、转动管；4、限位孔；5、限位架；6、led灯管；7、第一橡胶圈；8、连接块；9、套管；10、桨叶；11、气管；12、环块；13、导通孔；14、电源线；15、出气孔；16、第二密封
圈。
具体实施方式
21.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
22.见图1，一种微藻培养用硅胶质搅拌桨及微藻培养方法，包括固定连接的横架1和竖架2，横架1和竖架2连接成l形的连接架。横架1上设有透明的转动管3，本实施例中，转动管3为亚克力管。转动管3的轴线竖向设置，横架1处于转动管3的下端。
23.横架1的上表壁设置有限位孔4，限位孔4沿竖向贯穿横架1。横架1依靠限位孔4套设在转动管3上，转动管3能绕其轴线相对于限位孔4转动。
24.竖架2上设有至少一个限位架5，本实施例采用两个限位架5，各个限位架5沿竖向设置。限位架5的一端固定在竖架2上，限位架5的另一端套设在转动管3上，转动管3能相对于限位架5转动，本实施例中，限位架5依靠轴承套设在转动管3上，转动管3能依靠轴承相对于限位架5转动。
25.见图2，转动管3中设有led灯管6，led灯管6呈圆柱形，直径小于转动管3的内径。led灯管6的轴线与转动管3的轴线重合，led灯管6的外壁不与转动管3的内壁接触，转动管3的内径与led灯管6的外壁之间留有气腔。
26.见图2，转动管3的上端固定有第一橡胶圈7，led灯管6的上端固定有连接块8，连接块8不随转动管3的转动而转动。第一橡胶圈7套设在连接块8上，第一橡胶圈7能相对于连接块8转动，第一橡胶圈7的内壁与连接块8的外壁相互抵接并保持密封，第一橡胶圈7用以密封气腔的上端。led灯管6的电源线14依次穿过连接块8和第一橡胶圈7，最终从转动管3的上端穿出，穿出位置保持密封。
27.见图1，转动管3的中部位置设有一个套管9，套管9套设在转动管3上，套管9与转动管3固定连接，套管9的轴线与转动管3的轴线重合。套管9的外壁上固定有若干个大小相同的桨叶10，形状为扇形或叶形；桨叶10由硅胶制成，桨叶为竖向放置的板状结构，各个桨叶10沿套管9的轴线间隔分布，每个桨叶10均沿套管9的径向方向延伸设置，桨叶10远离套管9的一端边缘圆润。沿套管9的轴线看，桨叶10未旋转时，桨叶10呈平直状态；见图3，桨叶10旋转时，桨叶10会受力变成弧形。
28.桨叶10大小：沿转动管3的径向为10 cm，沿转动管的轴线方向为5cm，厚度为2 mm；搅拌桨位于藻液中的深度：15 cm；硅胶片转动速度：150 rpm；摩擦系数：0.03；合理的气压：4000-5000帕；内置led光照强度：2000lux；外界光照强度：6000lux；
微藻培养后期，藻液粘稠度增高，摩擦系数会增加到0.05甚至更高，气压范围对应增加，合理范围：8000-10000帕。桨叶10内部设有空腔，套管9的内部设有连接腔，空腔、连接腔与前述气腔相互连通。各个桨叶10沿转动管3转动方向的同一侧设有出气孔15，出气孔15与气腔连通。
29.见图1和图4，横架1的下表壁固定有气管11，气管11的上套设有环块12，环块12与气管11固定连接，转动管3的下端固定有第二密封圈16，第二密封圈16套设在环块12上，转动管3能相对于气管11转动，环块12的外壁与第二密封圈16的内壁抵接并保持密封，用于密封气腔的下端，气管11的上端侧壁开设有导通孔13，导通孔13与气腔连通，导通孔13处于环块12的上方。气管11的上端与led灯管6固定连接，气管11的另一端连接有气泵，用于给气管11充气。
30.本搅拌桨作为反应器的一个构件，替换原反应器的搅拌桨。使用过程是：通过气泵给气管11充气，气体依次经过气管11、气腔、连接腔和空腔，最终从出气孔15喷出，由于出气孔15只是设置在桨叶10的同一侧，所以气体喷出产生的反作用力（见图3），会驱动转动管3旋转，桨叶10和套管9随转动管3而转动，桨叶10在转动过程中受力保持着弧形状态。由于是弧形状态，所以减小了桨叶对藻类细胞的剪切力，同时也因为桨叶10是硅胶制成的，所以进一步减小了对藻类细胞的剪切力。硅胶搅拌桨不仅可以保护细胞免受切割力的伤害，还有利于提高反应器的反应效率。
31.led灯管6上端的电源线14接外部电源，发出的光透过透明的转动管3，给微藻的生长提供光照。
32.本搅拌桨由于搅拌的桨叶10结构简单，大大地节省了转动管3中的空间，预留了光能透过的区域，能够给藻类提供更多的光照，所以有利于提高藻类的产量。
33.一种微藻培养方法，包括以下步骤：s1：使用无菌兼养培养方法培养微藻藻种；s2：将微藻藻种离心，使得微藻藻种的藻细胞和清液分离，获得微藻藻泥，将获取的微藻藻泥加入水重新悬浮，形成微藻悬浮液；按搅拌桨装入到反应器中，向反应器加入微藻悬浮液与培养基，利用搅拌桨对微藻悬浮液与培养基进行搅拌，形成藻液；s3：不断搅拌藻液，随藻液中微藻密度增加，增加光照强度与进气气压；s4：经过6-10天取样；取样后利用显微镜在细胞计数板下计数，当细胞数密度大于等于1
×
107cells/ml时，对藻液进行采收。
34.步骤s2中，利用离心机将微藻藻种的藻细胞和清液分离，离心机的参数为3000rpm，运行10min。
实施例2
35.见图5，与实施例1的不同之处在于，本实施例中的套管9设置有多个，沿转动管3的轴线方向设置，每个套管9上的桨叶10大小相同，但是竖向上的两个套管9上的桨叶10大小不同，桨叶10的长度和大小沿转动管3的轴线从上至下而递减，可以实现对不同深度位置的气液进行分散，达到微藻生长效率最佳化的目的。
36.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术
性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

技术特征：
1.一种微藻培养用硅胶质搅拌桨及微藻培养方法，其特征在于，包括横架，横架的上方设有透明的转动管，转动管的轴线沿竖向设置，转动管的下端转动连接在横架上；转动管中设有用于提供光照的led灯管，led灯管与横架固定连接；led灯管与转动管之间留有气腔；转动管的上端密封设置，转动管的下端设有气管，气管与横架固定连接，转动管的下端与气管密封设置，气管与气腔连通，气管上设置有用于给气腔中供气的气泵；转动管上套设有至少一个套管，套管与转动管固定连接；套管的外壁上固定有若干个大小相同的桨叶，桨叶由硅胶制成；桨叶中设有空腔，套管中设有连接腔，空腔、连接腔和气腔相互连通；各个桨叶沿转动管转动方向的同一侧表壁上开设有出气孔，出气孔与空腔连通。2.根据权利要求1所述的一种微藻培养用硅胶质搅拌桨及微藻培养方法，其特征在于，各个所述套管沿转动管的轴线设置，桨叶的长度和大小沿转动管的轴线从上至下递减。3.根据权利要求1所述的一种微藻培养用硅胶质搅拌桨及微藻培养方法，其特征在于，所述横架上固定有竖架，横架和竖架连接成l形的连接架；竖架上设有至少一个限位架，限位架的一端与竖架固定连接，限位架的另一端套设在转动管上，转动管能相对于限位架转动。4.根据权利要求1所述的一种微藻培养用硅胶质搅拌桨及微藻培养方法，其特征在于，所述转动管的上端固定有第一橡胶圈，led灯管的上端固定有连接块，第一橡胶圈套设在连接块上并保持密封，第一橡胶圈能相对于连接块转动，led灯管的电源线穿过第一橡胶圈和连接块。5.根据权利要求1所述的一种微藻培养用硅胶质搅拌桨及微藻培养方法，其特征在于，所述转动管的下端固定有第二橡胶圈，气管上套设有环块，环块与气管固定连接；第二橡胶圈套设在环块上并保持密封，第二橡胶圈能相对于环块转动；气管的上端与led灯管固定连接；气管的侧壁开设有与气腔连通的导通孔，导通孔处于环块的上方。6.一种微藻的培养方法，用于权利要求1-5任意一项所述的一种微藻培养用硅胶质搅拌桨及微藻培养方法，其特征在于，包括以下步骤，s1：使用无菌兼养培养方法培养微藻藻种；s2：将微藻藻种离心，使得微藻藻种的藻细胞和清液分离，获得微藻藻泥，将获取的微藻藻泥加入水重新悬浮，形成微藻悬浮液；按搅拌桨装入到反应器中，向反应器加入微藻悬浮液与培养基，利用搅拌桨对微藻悬浮液与培养基进行搅拌，形成藻液；s3：不断搅拌藻液，随藻液中微藻密度增加，增加光照强度与进气气压；s4：经过6-10天取样；取样后利用显微镜在细胞计数板下计数，当细胞数密度大于等于1
×
107cells/ml时，对藻液进行采收。7.根据权利要求6所述的一种微藻的培养方法，其特征在于，步骤s2中采用离心机在3000rpm下运行10min。

技术总结
本发明的一种微藻培养用硅胶质搅拌桨及微藻培养方法，属于藻类培养技术领域，包括横架，横架的上方设有透明的转动管，转动管的下端转动连接在横架上；转动管中设有LED灯管，LED灯管与横架固定连接；LED灯管与转动管之间留有气腔；转动管的下端设有气管，气管与横架固定连接，气管与气腔连通，气管上设置有气泵；转动管上套设有至少一个套管，套管与转动管固定连接；套管的外壁上固定有若干个桨叶，桨叶由硅胶制成；桨叶中设有空腔，套管中设有连接腔，空腔、连接腔和气腔连通；各个桨叶沿同一侧表壁上开设有出气孔。本发明能减少对藻液的剪切力，同时在搅拌时给藻液提供光照，结构简单，便于光照完整地照射在藻类上，提高藻类的产量。量。量。


技术研发人员：苏博成 黄建科 陈庆维 刘书辰 赵哲 曹乐 张金哲
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/8/24