微藻培养系统及其培养方法及微藻制品与流程

1.本技术涉及一种微藻培养系统及其培养方法及微藻制品，特别是涉及一种培养藻类微生物的微藻培养系统及其培养方法及微藻制品。


背景技术：

2.如蓝藻(螺旋藻，spirulina)或红球藻(雨生红球藻，haematococcus pluvialis flotow)等之藻类，其含有丰富的蛋白质、矿物质、维生素和酵素、抗氧化剂、虾青素等多种有益人体的营养成分，近年来被广为推荐食用，甚至已能从藻类提炼出生质柴油，以因应能源之使用。藻类的培养液系经过一光合反应系统作充足的光合作用以满足其藻细胞所需的养分，并排出生成于培养液中的氧气，使藻类能够大量地生长繁殖。
3.一般习知的藻类光合反应系统，系为一露天的大培养池。藻类的培养液即系容纳于该露天的大培养池内，以进行光合作用。然该大培养池不仅占地面积大、能源消耗多，而且使用受制于天候的影响，尤其易受污染而影响该藻类的质量，造成生产业者诸多的不良困扰。
4.为改善开放式藻类养殖系统的缺点，现有一部份藻类养殖系统采用封闭式的光合作用反应器结构，如中国大陆专利号cn101353619b揭露了一种采用螺旋式光合反应器的藻类养殖系统，其具有一螺旋管状的光合作用反应器，使得藻类于封闭式的螺旋管道内进行光合作用，因此减少了养殖系统占用空间，且减少藻类受污染机会。同时该专利还设置有一排氧系统及温度调节装置，以排出生成于该培养液中的氧气和控制该培养液的温度。然而该种封闭式的藻类养殖系统由于微藻是在封闭管路中进行光合作用以及裂解生长，因为螺旋式反应器的容量有限，而且设备成本远大于开放式的培养池，因此虽然产出藻类质量佳，但不符合大量生产效益。而且当藻类培养过程中，当培养液采收完成后，培养液中剩下的藻类可能会受伤，而且因为温度过高，或者藻类在桶槽或管路内结块，都会造成死藻，而影响到产出藻类的质量。
5.由于以上原因，造成现有的藻类养殖系统的缺点，故如何通过结构设计的改良，来克服上述的缺陷，已成为当前所欲解决的重要课题之一。


技术实现要素：

6.本技术所要解决的技术问题在于，针对现有封闭式微藻养殖方法不适合大量生产，以及容易发生死藻的缺点加以改良。
7.为了解决上述的技术问题，本发明所采用的其中一技术方案是提供一种微藻培养系统，包括：一光合反应单元，所述光合反应单元具有一透光盘管，所述透光盘管具有一入水口及一出水口，培养微藻的培养液从所述入水口进入到所述透光盘管中，并且于所述透光盘管中进行光合作用后，再由所述出水口排出；一生长调节单元，所述生长调节槽具有一调节槽，以及设置在所述调节槽内部的多个第一隔板和多个第二隔板，所述调节槽在所述纵轴方向的两端能够定义出一入口端及一出口端，多个所述第一和多个所述第二隔板彼此
相互交错且相互间隔的方式沿着一纵轴方向设置于所述生长调节槽内部，而将所述生长调节槽内部区隔成为连接于所述入口端和所述出口端之间且呈弯曲状的一流道，培养液于所述调节槽的流道内流动且可令其逐渐降温，并且所述调节槽通过降低或隔离光线以减缓或停止培养液内微藻的光合作用；一采收单元，连接所述生长调节单元的所述出口端，用以执行一采收程序以采收培养液中部分的微藻；一加压输送装置，连接所述采收单元的出口端；一排氧装置，所述排氧装置具有一排氧筒，以及连接于所述排氧筒下端的集液筒，所述排氧筒中央设置一排氧管，所述排氧管的出口位于所述排氧筒上端，所述排氧筒的一侧面具有一进液口，所述进液口连接所述加压输送装置，培养液通过所述进液口喷洒于所述排氧筒内以后，再流入到所述集液筒中，并且所述培养液中所含氧气经由所述排氧管排出所述排氧筒外侧；一抽气装置，连接于所述排氧管的出口，用以产生一真空吸力，将所述排氧管排出的氧气以及培养液中的死藻抽离所述排氧装置；其中，培养液通过所述光合反应单元、所述生长调节单元、所述采收单元、所述排氧装置后，重新进入到所述光合反应单元进行光合作用。
8.本发明实施例还提供一种微藻培养方法，包括：实施一光合反应程序，为将含有微藻的培养液导引进入一光合反应单元内，所述光合反应单元具有一透光盘管，且所述培养液内的微藻在所述透光盘管内进行光合作用；实施一生长调节程序，为将所述光合反应程序完成后排出的培养液导入一生长调节单元内，使得培养液流动通过所述生长调节单元时逐渐降温，且缓和或停止光合作用；实施一采收程序，为将所述生长调节程序完成后的培养液导入一采收单元，用以将培养液内部分的微藻采收，并使培养液内微藻密度降低；实施一排氧程序，为将采收程序完成后的微藻导入一排氧装置内排出培养液内氧气。
9.本发明实施例还提供一种采用前述微藻培养方法所产出的微藻制品。
10.本技术的有益效果在于能够通过生长调节单元的设置而达到提高生产效率及产量的目的。
11.为使能更进一步了解本技术的特征及技术内容，请参阅以下有关本技术的详细说明与图式，然而所提供的图式仅用于提供参考与说明，并非用来对本技术加以限制。
附图说明
12.图1示出根据本技术实施例的微藻培养系统一实施例的示意图。
13.图2示出根据本技术实施例的微藻培养系统采用的另一种采收单元的变化实施例的示意图。
14.图3示出根据本技术实施例的采用的排氧筒和进液口的剖面示意图。
15.图4示出根据本技术实施例的微藻培养方法的流程示意图。
具体实施方式
16.以下是通过特定的具体实施例来说明本技术所公开有关“微藻培养系统及其培养方法及制品”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本技术的优点与效果。本技术可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本技术的构思下进行各种修改与变更。另外，本技术的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说
明本技术的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本技术的保护范围。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。
17.参阅图1至图3示出根据本技术实施例的的微藻培养系统的一具体实施例，图4示出根据本技术实施例的微藻培养方法的流程示意图。。
18.如图1所示，根据本技术实施例的微藻培养系统包括光合反应单元10、生长调节单元20、采收单元30、加压输送装置40、排氧装置50、及一抽气装置60。
19.光合反应单元10具有一透光盘管11，透光盘管11的两端具有一入水口101及一出水口102。透光盘管11是以透明管体制成(例如：玻璃管、压克力管)，培养微藻用的培养液能够从入水口101进入到透光盘管11内，并以稳定流速通过透光盘管11，而在培养液中的微藻在透光盘管11内进行光合作用而使得微藻获得养分并成长。
20.特别说明，本技术的透光盘管11是呈之字形弯折状的管路，或者是呈螺旋状的管路，藉以增加透光盘管11的有效长度，且减少透光盘管11占用的空间及土地面积。并且透光盘管11是以大致上与地面垂直的方向设置，并且透光盘管11的入水口101安排于透光盘管11的上端，且出水口102安排于透光盘管11的下端，而使得透光盘管11内的培养液能够通过重力作用而从透光盘管11的入水口101流动到出水口102。
21.透光盘管11的上端还能够设置一辅助开口12，辅助开口12的作用为用以供操作者添加新的培养液或培养藻类所需营养成分，或者用以将二氧化碳注入到透光盘管11内，以供给微藻进行光合作用所需的气体。此外，光合反应单元10还能够设置多个光源装置13，所述光源装置13能够为可调光的led发光装置，且能够依据培养微藻种类的需求而产生不同波长的光线，以增进微藻的光合作用。此外，本技术的光合反应单元10还能够设置一温控装置(图中未示)，温控装置可以为加热器、冷却器、或者是洒水装置等，用以控制光合反应单元10内培养液的温度，以塑造出适合微藻生长的环境。
22.生长调节单元20连接于光合反应单元10的出口端，通过光合反应单元10的培养液进入到生长调节单元20内，且能够在生长调节单元20内进行降温，并且通过控制培养液在生长调节单元20内流动速度以及减少或停止光合作用的方式，使得培养液中的微藻在生长调节单元20内进行生理调节程序。
23.生长调节单元20具有一调节槽21，以及设置在调节槽21内的多个第一隔板22和第二隔板23，根据本技术的一些示例实施例，调节槽21为一矩形的槽体，所述调节槽21可以为封闭式的槽体，也可以为开放式的槽体。所述调节槽21在纵轴方向的两端能够定义出一进口端201和一出口端202，调节槽21的进口端201通过管路连接光合反应单元10的出水口102，培养液能够从进口端201进入到调节槽21中，再从调节槽21的出口端202排出。
24.多个第一隔板22和第二隔板23是以彼此交错且相互间隔方式，沿着调节槽21的纵轴方向设置于调节槽21内，并且多个第一隔板22和多个第二隔板23共同地将调节槽21内部区隔成为一弯曲的流道24。更详细地说，根据本技术的一些示例实施例，多个第一隔板22大致上垂直于调节槽21的纵轴方向，且多个第一隔板22相对两侧边的其中一侧边是紧靠于调节槽21内侧的其中一侧壁，并且多个第一隔板22的另一侧边则和调节槽21的另一侧壁保持一间距或是设置一开口，而形成能够让培养液通过的第一缺口部221。而多个第二隔板23是设置于每两个相邻的第一隔板22之间，并且多个第二隔板23相对两侧边当中，对应于第一
缺口部221的一侧边和调节槽21内侧壁紧靠在一起，而相对于第一缺口部221的另一侧边则和调节槽21内侧壁保持间距或设置开口，而形成可供水流通过的第二缺口部231。因此，通过上述安排，使得调节槽21内部的空间被多个第一隔板22和第二隔板23区隔形成之字形反复弯折的弯曲流道24，因此使得培养液在调节槽21内的流动距离增加，且使得培养液的流动速度减缓，藉以延长培养液在调节槽21内停留的时间。
25.特别说明，本技术的生长调节单元20的调节槽21的容积排排成大于光合反应单元10的容积，且培养液在生长调节单元20内停留的时间也安排成大于培养液在光合反应单元10内停留的时间，在本技术较佳实施例中，调节槽21的容积可以安排为大于光合反应单元10容积的数倍以上。当培养液进入到调节槽21内以后，能够以缓慢流速通过生长调节槽21，并且使得培养液的温度能够逐渐地下降，并且生长调节单元20能够通过减少光照强度，或者是隔离光源的方式，使得通过生长调节单元20内培养液中的微藻的光合作用减缓或停止。当培养液的藻类通过调节槽21内时，由于光合作用停止，因此使得培养液内的藻类有充足的时间消化先前光合反应程序中所获得的养分，且使得藻类成长到一定尺寸以后进一步进行分裂，而使得藻类的繁殖量增加。因此生长调节单元20的功用一方面能够作为培养液排出光合反应单元10后的缓冲空间，且扩大藻类的生长容积，使得藻类除了在光合反应单元10内生长外，还能够在更大容积的生长调节单元20内进一步成长、分裂、繁殖，而提高本技术的微藻培养系统产量及效率。
26.采收单元30连接于生长调节单元20的出口端，生长调节单元20的出口端202设置一出水管25，从出水管25排出的培养液能够通过采收单元30，且通过采收单元30采收培养液中一部份的微藻。本实施例中，采收单元30具有一滤网组件31，以及一培养液盛接槽32，培养液能够通过滤网组件31后再进入到培养液盛接槽32中。滤网组件31具有适当尺寸的孔隙，使得培养液中尺寸大于滤网组件31孔隙直径的微藻能够被滤网组件31拦阻，因此当培养液通过滤网组件31时，培养液中一部份尺寸较大的微藻能够被采收，而剩余的尺寸较小微藻会随着培养液通过滤网组件31而进入培养液盛接槽32中。
27.特别说明，本技术的采收单元30在进行采收程序时，仅采收培养液中一定比例的微藻，而使得通过采收单元30的培养液中保留部分的微藻，而使得培养液重新循环到光合反应单元10内时，培养液中存留的微藻能够重新成长。并且通过采收单元30控制培养液中存留的微藻浓度，能够塑造出适合微藻生长的环境条件，而增进本技术的微藻培养系统的生产效率及产出的微藻质量。
28.本技术采收单元30能够通过控制培养液通过滤网组件31或不通过滤网组件31的时间比例的方式来达到控制微藻的采收比例的目的，例如：图1所示实施例中，采收单元30的滤网组件31是可移动的，当滤网组件31设置于培养液盛接槽32内时，培养液会通过滤网组件31而使得微藻被采收，而当滤网组件31移到培养液盛接槽32外时，培养液便不会通过滤网组件31，而使得培养液中的微藻不会被滤网组件31所采收，因此通过控制滤网组件31放置于培养液盛接槽32内和移出培养液盛接槽32外的时间比例，便能够达到控制培养液中微藻采收比例的目的。
29.然而，本技术不限于此，本技术的采收单元30也能够通过其它方式控制微藻的采收比例，例如：通过调整滤网组件31孔隙的大小，达到控制采收比例的目的。更详细地说，由于滤网组件31的孔隙具有一定尺寸，因此仅有尺寸大于滤网孔隙的微藻才会被滤网组件31
所拦阻，因此本技术能够通过选用适当孔隙大小的滤网组件31，来达到控制采收比例的目的。
30.如图2所示，为本技术采用的另一实施例的采收单元30a，本实施例中，采收单元30a的滤网组件31a是呈履带状，且设置于一输送带装置33a上，从调节槽21的出水管25排出的培养液能够从滤网组件31a的上方流下，且穿过滤网组件31a。培养液盛接槽32a设置于滤网组件31a的下方，用以盛接通过滤网组件31a的培养液。滤网组件31a及输送带装置33a的一端延伸到一采收容器34a的上方，滤网组件31a能够受到输送带装置33a带动，而朝向采收容器34a的上方，当养殖水持续通过滤网组件31a时，滤网组件31a持续朝向采收容器34a的方向卷动，因此使得滤网组件31a上方所采集到的微藻被带动到采收容器34a上方，并且随着滤网组件31a卷动而落入到采收容器34a中。因此，本实施例的采收单元30a能够通过输送带装置33a带动履带状的滤网组件31a而达到持续且连续采收微藻的目的，而增进采收程序的效率。
31.加压输送装置40连接于采收单元30的出口端，用以将采收单元30排出的培养液输送进入到排氧装置50中，加压输送装置40为一加压泵浦，且加压输送装置40具有一进口管41连接于采收单元30的培养液盛接槽32的出水口，并且通过一出口管42连接排氧装置50。
32.排氧装置50连接于加压输送装置40的出口管42，通过加压输送装置40将采收单元30排出的培养液加压后输送进入排氧装置50，且在排氧装置50内进行排氧程序，以降低培养液中的氧气含量。本实施例中，排氧装置50包括一排氧筒51，以及连接于排氧筒51下方的一集液筒52。其中，排氧筒51呈圆筒状，且排氧筒51的中心设置一排氧管54，以及一套合在排氧管54外侧的中空管55，排氧管54以及中空管55贯穿于排氧筒51的中心，排氧管54以及中空管55的开口部位于排氧筒51的上端，并且在排氧管54的底部形成一扩张部541。
33.排氧筒51的一侧边设置一进液口53，所述进液口53连接加压输送装置40的出口管42，使得培养液能够经由出口管42进入到进液口53，并从进液口53输入到排氧筒51内。并且如图3所示，本实施例中，进液口53形成一喷嘴，并且进液口53的中心轴线和排氧筒51的圆周断面的切线方向平行，或者呈小于90度的夹角，因此使得培养液通过进液口53时会流速加快，而以喷雾或喷射状态进入到排氧筒51内，并且因进液口53是沿着排氧筒51断面的切线或倾斜方向进入到排氧筒51内，因此使得经由进液口53喷洒进入到排氧筒51内的培养液易于形成涡旋状。
34.培养液喷洒进入到排氧筒51内以后，培养液中所带有的氧气以及其他气体能够从排氧管54流出到排氧筒51的外侧，而液体会因为重力作用而流入到排氧筒51下方的集液筒52中。排氧管54以及中空管55上端的开口连接所述抽气装置60，用以产生真空吸力，将排氧管54排出气体抽出。本实施例中，抽气装置60具有一鼓风机61，以及连接于鼓风机61两端的吸气管62及一排气管63，排气管63的一端连接于排氧管54以及中空管55的开口，且排气管63的出口连接一收集容器64。抽气装置60的作用一方面为能够将氧气抽离排氧筒51，另一方面则是用以将培养液中的死藻抽离排氧筒51。微藻培养过程中，会有一部份的微藻死去，而死去的微藻由于比重较轻，因此当抽气装置60将排氧筒51内部气体抽出时，培养液中的死藻也会随着气流被抽出，并且从排气管63排出到收集容器64中。
35.因此，通过排氧筒51及抽气装置60，能够减少培养液中死藻的数量，而避免死藻黏着于管路或调节槽21的流道而造成阻塞，并且使得产出的藻类产品不会有死藻产生的恶臭
味，并使得产品带有天然藻类的芳香气味，进而达到提高产品质量的目的。
36.集液筒52连接于排氧筒51底部，用以容纳排氧筒51流下的培养液，集液筒52上端的一侧设置一侧排气口521。侧排气口521除可用以排气外，也能够供操作者补充或添加培养液。集液筒52的底部通过一连通管57连接缓冲槽56的底部，用以使得集液筒52内的培养液经由连通管57流动到缓冲槽56内。缓冲槽56作用为培养液进入到光合反应单元10的缓冲空间，排氧装置50流出的培养液先行进入到缓冲槽56内，再由缓冲槽56进入到光合反应单元10，而使得培养液内的微藻重新开始进行光合作用。特别说明，本技术的微藻培养系统除了能够通过透光盘管11的上端的辅助开口12注入新的培养液以外，还能够从集液筒52的侧排气口521注入或添加新的培养液，又或者是从采收单元30添加新的培养液。
37.如图4所示，为根据本技术的示例实施例的微藻培养方法的方法流程图。本技术的微藻培养方法为通过前述的微藻培养系统1以进行微藻的培养、繁殖及采收工作，本技术方法大致上包括：
38.步骤一：实施一光合反应程序，为将含有微藻的培养液导引进入所述光合反应单元10内进行光合作用，所述光合反应单元10具有一封闭的透光盘管11，微藻以及培养液在透光盘管11内吸收光线以进行光合作用。且根据本技术的一些示例实施例，，能够通过光源装置13照射光线于透光盘管11，以提供微藻进行光合作用所需光线。
39.步骤二：实施一生长调节程序，为将光合反应程序完成的培养液导入生长调节单元20内进行生长调节程序，所述生长调节单元20具有一调节槽21，调节槽21内的空间通过隔板区隔为弯曲的流道24，以增加流道24的总长度，并延长培养液在生长调节单元20内流动的时间。在生长调节单元20内，培养液进行一降温程序，并且减少或隔绝光线照射，以减缓或停止培养液内微藻的光合作用，并使得所述生长调节单元20内的培养液和光合反应单元10内的培养液的温度有较大的温差。并且生长调节程序持续时间不少于光合反应程序的时间，以使得微藻有充分时间修复生理损伤。因此使得培养液内的藻类能够修复藻类在通过光合反应单元10或采收单元30时的损伤，且使得培养液内的藻类有充足的时间消化先前光合反应程序中所获得的养分，且使得藻类成长到一定尺寸以后进一步进行分裂，而使得藻类的繁殖量增加。
40.步骤三：实施一采收程序，为通过采收单元30采收培养液内部分的微藻，并且使培养液内的微藻密度降低。
41.步骤四：实施一排氧程序，为将培养液导入排氧筒51中以排出培养液中含有氧气。且在排氧程序中同时通过抽气装置60将培养液中的死藻抽出。
42.步骤五：将除氧完成的培养液重新导入光合反应单元10重新开始光合反应程序。
43.本技术同时提供一种通过前述微藻培养方法所产制的微藻制品。
44.本技术的微藻培养系统及培养方法的主要特点，在于微藻培养过程中光合反应程序完成以后，能够通过生长调节单元20降温并缓和或停止培养液中微藻的光合反应作用，而使得微藻有充分时间进行修复生理损伤后，且使得藻类有充分时间消化光合作用的养分，而使得藻类进一步生长并分裂，以达到增进生产效率的目的。并且本技术的微藻培养系统，如果培养液中有死藻产生时，能够在微藻进行排氧程序时，同时通过抽气装置60除去培养液中的死藻，使得产出的藻类产品不会有死藻产生的恶臭味，并使得产品带有天然藻类的芳香气味，进而达到提高产品质量的目的，而能够克服传统开放式藻类培养系统容易因
死藻造成产品恶臭腥味的缺点。
45.以上所公开的内容仅为本技术的优选可行实施例，并非因此局限本技术的申请专利范围，所以凡是运用本技术说明书及图式内容所做的等效技术变化，均包含于本技术的申请专利范围内。