[发明专利]中空式微生物培养膜板及微生物培养系统

说明书

技术领域

本申请涉及一种中空式微生物培养膜板及包括此中空式微生物培养膜板的微生物培养系统。

背景技术

光合微生物是一类以光为唯一的或主要能量来源而生活的微生物，包括微藻、蓝细菌等含有叶绿素可进行光合作用的微生物，微生物有着重要生物利用价值。特别是微藻(如螺旋藻)，富含蛋白质，可以作为水产饵料或畜禽饲料；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、多种生物活性物质和微量元素等，这些物质具有高经济价值，可以被用在功能食品、食品添加剂、制药等领域。特别是通过微藻大规模培养获得富含油脂的微藻生物质，经过提取和转化形成生物液体燃料(如：生物柴油、航空煤油和汽油)，生物液体燃料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。

目前的微生物培养方式包括跑道池式、管道式等开放式或封闭式微生物培养方式。长期以来，本领域内的技术人员已经对这些培养方式研发出多种变型，然而，微生物培养的单位面积产率和培养成本等方面仍没有突破性进展，培养过程中耗水量大，能耗高，不能实现在最大限度地提升微藻单位面积产率的同时降低能耗的目的。

例如：跑道池式微生物培养系统培养效率低，光源利用率不足，搅拌等均质化处理的能耗大，培养条件难以控制，容易产生杂菌污染，占地面积大，受气候影响大，同时由于自然蒸发，培养体系中的水散失严重，造成培养液盐度过高，导致微藻生长缓慢，难以实现高密度培养，单位面积产率低，后处理能耗大，藻体收集成本高。

管道式微生物培养系统建立成本较高；培养液中溶解氧分离效果差，溶解氧积累到一定程度会抑制藻体生长；存在一定程度的贴壁生长，不易清洗；需要较多的土地资源，单位面积产率不高，运行和维护成本较高。

无论是跑道池式等开放式微生物培养方式，还是管道式等封闭式微生物培养方式，在提高单位面积产率和降低成本方面没有突破性的进展，近几年新发展起来一种半干式固态培养方式，该种培养方式的培养载体一般为具有一定保水性的材料，例如纤维材料，一般的机理为：纤维以一定方式竖直悬挂，培养液从上至下补充，储存在纤维内部，纤维内部储存的培养液从内部向外表面渗透，渗透速率和渗透量由材料本身和供液量等共同决定。该方式的特点在于整个培养过程不依赖于水作为支撑体系，纤维本身为微藻提供一定的培养液，在一定程度上降低能耗、提高产率、提高空间利用率，但是在一定高度范围内，纤维本身对于微藻培养所释放的液量在竖直高度内不可控，满足顶端耗液量时，下方供液量不足,不能满足微藻的生长需要；满足下方耗液量时，上方液量过大，导致外表面的微藻被冲刷掉。因此液量的控制是目前半干式固态培养方式无法突破的难点。

发明内容

本发明提供了一种单位面积产率高、能够降低微生物培养系统能耗、节省微生物培养所需的培养液并能够精密控制液量的中空式微生物培养膜板，以及包括此培养膜板的微生物培养系统。

为此，根据本申请的一个方面，提供了一种中空式微生物培养膜板，其限定出板厚度方向和垂直于所述板厚度方向的板体，所述板体由多根膜丝构成并且包括在所述板厚度方向上相反的第一外表面和第二外表面，所述多根膜丝中的每根膜丝包括膜壁，所述膜壁包括液体可透过的微孔并且限定出相应膜丝的内孔，被供应到各膜丝的内孔中的液体透过相应膜丝的膜壁上的微孔到达所述第一外表面和第二外表面，待培养的微生物被附着和生长于所述第一外表面和第二外表面上。

根据可选实施例，所述板体包括至少一个编织部分，所述编织部分由所述多根膜丝中的至少一些膜丝相互交叉形成。

根据可选实施例，所述板体包括至少一个由中心轴线彼此平行的至少一些膜丝相互邻接而构成的并排布置部分，这些膜丝中每一根膜丝的中心轴线沿该膜丝的延伸方向延伸并且垂直于所述板厚度方向。

根据可选实施例，所述膜丝的微孔具有适于液体透过而目标微生物细胞不能透过的尺寸。

根据可选实施例，所述膜丝的膜壁的内表面和外表面之一或两者包括具有孔眼的致密层，所述孔眼具有适于液体透过而目标微生物细胞不能透过的尺寸。

根据可选实施例，所述致密层的孔眼具有0.01-2μm范围内的直径尺寸。

根据可选实施例，构成所述并排布置部分的所有膜丝的中心轴线都位于垂直于所述板厚度方向的同一个平面中。

根据可选实施例，构成所述并排布置部分的膜丝的中心轴线位于垂直于所述板厚度方向的多个平面中。