用于培養(yǎng)水生微生物的系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及水生微生物，特別是微藻的培養(yǎng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 被認為是與本公開主題相關(guān)的背景的參考文獻在下面被列出：
[0003] -國際專利申請公布號WO2011/099016。
[0004] 背景
[0005] 某些水生微生物比如微藻（簡稱"藻類"）富含多種生物活性物質(zhì)比如蛋白質(zhì)、氨 基酸、碳水化合物、維生素、抗生素、高度不飽和脂肪酸、多糖、以及著色劑。這使得藻類成為 具有高經(jīng)濟價值的重大資源。某些藻類具有產(chǎn)生烴和油脂的能力，并且因此在可再生能源 生產(chǎn)領(lǐng)域中具有有前途的應用。例如，藻類脂質(zhì)可以被加工成生物柴油和/或噴氣燃料（用 于生物燃料的第三代原料），糖和烴可以被加工成乙醇，并且潛在地可以被加工成氫氣、甲 醇以及生物電力，而殘留的生物質(zhì)（比如蛋白質(zhì)、色素等）可以被用于藥品應用、營養(yǎng)品應 用、化妝品應用、魚粉應用、生物碳應用、或其它應用。
[0006] 藻類可以一夜間體積加倍并且可以每日連續(xù)地被收獲。藻類需要日光、二氧化碳、 水、營養(yǎng)素以及溫度用于其生長。藻類細胞通過光合作用固定二氧化碳并且碳通常組成其 干重的超過一半。因此，在藻類培養(yǎng)期間需要足夠的碳源以及日光。
[0007] 意識到藻類以及其它水生微生物的價值，多種人工系統(tǒng)已經(jīng)被開發(fā)用于此類生物 的大規(guī)模生產(chǎn)。
[0008] 國際專利申請公布號WO2011/099016描述用于培養(yǎng)水生生物例如藻類的培養(yǎng)系 統(tǒng)和培養(yǎng)設(shè)備，系統(tǒng)包括除了其他以外，適合在其中接收生長介質(zhì)并且在其中培養(yǎng)水生生 物的柔性的V形罐。多個此類系統(tǒng)形成培養(yǎng)設(shè)備。 【實用新型內(nèi)容】
[0009] 本公開內(nèi)容的教導涉及用于培養(yǎng)水生微生物并且收獲生長產(chǎn)物的生物學生產(chǎn)裝 置，所述生長產(chǎn)物可以是微生物或由微生物產(chǎn)生或來源于微生物的產(chǎn)物。本公開內(nèi)容還提 供包括兩個或更多個此類裝置的設(shè)備。本公開內(nèi)容還提供用于培養(yǎng)水生微生物以收獲生長 產(chǎn)物的方法，所述方法利用本文公開的生產(chǎn)裝置。
[0010] 根據(jù)本公開內(nèi)容的教導，提供了包括多個生產(chǎn)儲器的生產(chǎn)裝置，其中每個生產(chǎn)儲 器適合用于在生產(chǎn)介質(zhì)中培養(yǎng)微生物。生產(chǎn)儲器以及因此裝置可以適合用于培養(yǎng)特定類型 的微生物或可以適合用于培養(yǎng)多種不同類型的微生物。
[0011] 微生物可以是例如微藻（包括硅藻）、細菌、真菌、藍細菌等。應注意的是，本公開 內(nèi)容不限于任何特定類型的微生物。
[0012] 收獲的產(chǎn)物可以是微生物本身或由其產(chǎn)生的產(chǎn)物，所述產(chǎn)物可以被包含在微生物 內(nèi)、從微生物中被分泌或以其他方式被釋放到周圍的培養(yǎng)介質(zhì)。
[0013] 在某些實施方案中，微生物是藻類，并且收獲的產(chǎn)物是例如用作營養(yǎng)補充劑的藻 類本身（例如富含0-胡蘿卜素或抗氧化劑的藻類）、或用作用于牲畜的飼料的藻類本身。 在某些另外的實施方案中，微生物是藻類，并且收獲的產(chǎn)物是例如用作生物燃料的被包含 在藻類內(nèi)的油或由藻類產(chǎn)生的特定脂肪酸或蛋白質(zhì)。
[0014] 微生物在培養(yǎng)介質(zhì)中被培養(yǎng)，取決于微生物性質(zhì)，所述培養(yǎng)介質(zhì)可以是淡水、半咸 水、流出液、廢水、咸水、與補充營養(yǎng)素一起的前述的任一項等，還取決于微生物性質(zhì)，在生 產(chǎn)裝置內(nèi)在每個生產(chǎn)儲器中的培養(yǎng)介質(zhì)可以相同或不同。
[0015] 根據(jù)某些實施方案，生產(chǎn)裝置包括帶有微生物的給料培養(yǎng)物的至少一個儲器，所 述微生物的給料培養(yǎng)物將被用作用于引入微生物到裝置的生產(chǎn)儲器內(nèi)的接種物。這樣的微 生物的給料培養(yǎng)物在本文中被稱為"進料培養(yǎng)物"，帶有所述進料培養(yǎng)物的儲器在本文中被 稱為"進料儲器"；并且包括進料儲器和生產(chǎn)儲器的儲器組在本文中被稱為"裝置"。
[0016] 在進料儲器中的培養(yǎng)是使得一旦被引入到裝置（見下文）的生產(chǎn)儲器中之一內(nèi)， 微生物將能夠生長并且在限定的時間段之后劃分到收獲。有時在培養(yǎng)期間應用的條件可以 隨時間變化。例如，在培養(yǎng)微藻用于收獲藻類生物質(zhì)以從其中提取油的目的的情況下，藻類 在其整個對數(shù)生長期中將在一套條件下生長并且然后一旦接近培養(yǎng)物的靜止期，則應用誘 發(fā)培養(yǎng)物利于引起油的產(chǎn)生以及積累的新陳代謝的另一套條件，例如缺氮。
[0017] 在進料儲器中的條件通常是使得微生物通常處于其對數(shù)生長期中。這要求除了其 他以外，微生物的密度被保持在閾密度以下，超過所述閾密度培養(yǎng)物變得靜止。這可以通過 定期例如每日從用于接種到生產(chǎn)儲器之一內(nèi)的進料儲器中除去某一數(shù)量的微生物來確保， 如將在下文中被解釋的。
[0018] 本公開內(nèi)容不限于生產(chǎn)裝置或其組件即進料儲器和/或生產(chǎn)儲器的結(jié)構(gòu)或尺寸。 同樣地，生產(chǎn)裝置內(nèi)的生產(chǎn)儲器和進料儲器可以具有任何需要的結(jié)構(gòu)并且在單個裝置中生 產(chǎn)儲器可以具有相同或不同的結(jié)構(gòu)或尺寸。例如，生產(chǎn)儲器可以具有開頂式儲器或容器的 形狀；可以是在地面上形成的池（pool);可以是適合用于培養(yǎng)微生物的環(huán)境密封的室或柔 性袋；可以具有多邊形、圓形、U形、或V形，可以是細長的并且可以由柔性材料或剛性材料 制成等。
[0019] 類似地，進料儲器可以具有任何形狀并且可以具有與生產(chǎn)儲器相同或不同的結(jié) 構(gòu)、體積或總體尺寸。雖然進料儲器被用于接種生產(chǎn)儲器，這些生產(chǎn)儲器用于培養(yǎng)微生物用 于微生物或其一種或更多種產(chǎn)物的最后的最終收獲。同樣地，雖然進料儲器被用于培養(yǎng)用 于接種生產(chǎn)儲器的給料培養(yǎng)物，生產(chǎn)儲器被用于培養(yǎng)生產(chǎn)培養(yǎng)物用于最后提取微生物以按 照預期對它們進行深加工。
[0020] 裝置包括多個生產(chǎn)儲器，所述生產(chǎn)儲器的數(shù)量由多種因素決定，如將在下文被解 釋的。本公開內(nèi)容的特征是，裝置的運行方式使得在微生物培養(yǎng)物的每個不同生長期有至 少一個生產(chǎn)儲器：從早期生長期即在引入新的微生物接種物之后立即（"起始生產(chǎn)培養(yǎng)物"） 直到其中生產(chǎn)培養(yǎng)物準備好用于收獲的晚期生長期（"最終生產(chǎn)培養(yǎng)物"）。換句話說，裝 置內(nèi)的每個生產(chǎn)儲器可以被認為代表在早期生長期和晚期生長期之間的生長期，并且在裝 置內(nèi)有處于不同生長期的生產(chǎn)儲器，每個向著在其被收獲的時期（日）形成最終生產(chǎn)培養(yǎng) 物進展。
[0021] 培養(yǎng)物從起始生產(chǎn)培養(yǎng)物前進到最終生產(chǎn)培養(yǎng)物的時間段取決于多種不同因素， 所述不同因素包括例如：微生物的接種物從進料培養(yǎng)物被引入到其內(nèi)以產(chǎn)生起始生產(chǎn)培養(yǎng) 物的培養(yǎng)介質(zhì)的組成（例如鹽度、營養(yǎng)素濃度等），接種的微生物細胞在起始生產(chǎn)培養(yǎng)物中 的密度，環(huán)境參數(shù)比如溫度、日光時間以及多種本身已知的其它因素。
[0022] 對于特定類型的微生物并且在限定的培養(yǎng)條件下，在起始生產(chǎn)培養(yǎng)物和達到最終 生產(chǎn)培養(yǎng)物之間有N日的時間段；即在N日內(nèi)起始生產(chǎn)培養(yǎng)物將變成準備好用于收獲的最 終生產(chǎn)培養(yǎng)物。這意指應該有總數(shù)至少N的不同生產(chǎn)儲器。在另外某些實施方案中，在N 日時期內(nèi)的每日，在裝置中，有構(gòu)成最終生產(chǎn)培養(yǎng)物即在那日被收獲的至少一個生產(chǎn)儲器 和被來自進料儲器的微生物接種即構(gòu)成起始生產(chǎn)培養(yǎng)物的一個生產(chǎn)儲器。
[0023] 通過一個實施方案，在每日（i) 一個生產(chǎn)儲器的生產(chǎn)培養(yǎng)物被收獲并且（ii) 一個 另外的生產(chǎn)儲器的生產(chǎn)培養(yǎng)物被新接種物接種以產(chǎn)生起始生產(chǎn)培養(yǎng)物。被收獲的生產(chǎn)儲器 隨后（在同一日或在稍后某日）被來自進料儲器的微生物接種以形成起始生產(chǎn)培養(yǎng)物。這 限定用于每個生產(chǎn)儲器的工作周期，所述工作周期在起始培養(yǎng)物在此類儲器中的接續(xù)形成 之間延伸。因此，舉例來說，在起始培養(yǎng)物在任意的第1日被形成并且在第10日被收獲的 情況下，如果在同一日用新接種物接種以形成起始培養(yǎng)物，則有9日的工作周期，并且在隨 后的接種發(fā)生在次日的情況下，將有10日的工作周期；等。
[0024] 應該注意到的是，本文使用的術(shù)語"日"可以是日歷日或任何限定的約24小時的 運行期。因此，當最終生產(chǎn)培養(yǎng)物被收獲時，運行"日"可以是開始于一日的傍晚或夜晚的 時期，并且當生產(chǎn)儲器被接種以形成起始生產(chǎn)培養(yǎng)物時可以是包括次日白晝期間的時期。
[0025] 在某些實施方案中，在生產(chǎn)裝置包括N個生產(chǎn)儲器的情況下，包含最終生產(chǎn)培養(yǎng) 物并且被收獲的同一個生產(chǎn)儲器然后將在同一日的稍后被微生物的新接種物（從進料儲 器取出）接種以形成起始生產(chǎn)培養(yǎng)物，通常在引入新鮮培養(yǎng)介質(zhì)之后，有時一起處理剩余 介質(zhì)（收獲后）并且再利用其持續(xù)下一個工作周期。在某些另外的實施方案中，裝置包括 多于N個的生產(chǎn)儲器并且被收獲的生產(chǎn)儲器和被加工以包含新的起始生產(chǎn)培養(yǎng)物的生產(chǎn) 儲器可以是不同的儲器。
[0026] 本公開內(nèi)容的特征是，裝置包括多個生產(chǎn)儲器并且這些中之一定期地被收獲并且 一個被接種。在時間段是1日的以上描述的實施方案中，即每日一個生產(chǎn)儲器被收獲并且 一個生產(chǎn)儲器（與前者相同或不同的生產(chǎn)儲器）被新接種。在某些另外的實施方案中，時 間段可以不同于1日，例如2日（即每兩日進行收獲）、3日等。相應地，裝置可以被設(shè)計以 便收獲被預期每"M"日被進行一次（"M"是接續(xù)收獲之間的時間段），所述"M"日是1日、 2日或更多日的整數(shù)；在意指每日-即約每24小時收獲的M= 1的情況下，其是以上描述 的實施方案；M= 2意指每兩日收獲-即約每48小時一次等。根據(jù)本公開內(nèi)容，裝置包含 P個數(shù)量（整數(shù)）的至少"N/M"的生產(chǎn)儲器。因此，每M日，包含最終生產(chǎn)培養(yǎng)物的至少一 個生產(chǎn)儲器被收獲。在生產(chǎn)儲器中接種微生物以產(chǎn)生起始生產(chǎn)培養(yǎng)物可以在同一日或任選 地在兩個收獲日之間的某日被進行。
[0027] 因此，通過本公開內(nèi)容的實施方案提供了用于培養(yǎng)水生微生物并且用于從其中收 獲微生物或產(chǎn)物的生物學生產(chǎn)裝置。裝置包括：（i)用于容納用作微生物接種物的微生物 培養(yǎng)物的至少一個進料儲器；以及（ii)多個至少N/M的生產(chǎn)儲器，其中N是用微生物接種 物接種以產(chǎn)生起始生產(chǎn)培養(yǎng)物和獲得準備好用于微生物或由其產(chǎn)生或從其中產(chǎn)生的產(chǎn)物 的收獲的最終生產(chǎn)培養(yǎng)物之間的日數(shù)，并且M是接續(xù)收獲日之間的日數(shù)。每M日達到其最 終生長階段的一個儲器被收獲并且在同一日或在接續(xù)收獲