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微藻培养的温度控制方法及装置制造方法
本发明公开了一种微藻培养的温度控制方法及装置,涉及微藻培养【技术领域】,操作简单、能有效降低微藻培养过程中的温度,适于多种类型的微藻培养的产业化应用,且不会造成微藻细胞层表面干涸、细胞死亡等现象,不会导致微藻产量的下降。本发明公开的微藻培养的温度控制方法包括步骤:1)测量环境温度;2)当所述环境温度高于微藻适宜生长温度时,向微藻培养的环境空气中喷射水雾粒子,直至所述环境温度降至所述微藻适宜生长温度。本发明公开的微藻培养的温度控制方法及装置适用于微藻培养过程中。
【专利说明】微藻培养的温度控制方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及微藻培养【技术领域】,尤其涉及一种微藻培养的温度控制方法及装置。
【背景技术】
[0002]户外微藻养殖很容易受环境影响,温度难以控制;若控制不当,会使细胞不能快速成长,尤其当温度超过微藻承受温度(比如40°C以上)时,甚至会导致细胞死亡。因此,如何有效地控制微藻培养的温度是微藻培养技术产业化过程中非常重要的技术。
[0003]现有技术中,可以通过以下方式实现微藻培养的温度控制
:1、在培养基内插入冷却管以通过控制培养基温度来控制微藻培养温度。这种方法在开放式反应器中比较常见,但对于封闭式反应器,因在非常狭窄的光程内插入冷却管比较困难,则不太适用;而对于固定化培养方式,在固体培养表面分布冷却管,降温效果不明显。2、空调控温;这种方式耗能较大,不利于大规模培养,在产业化应用上比较困难。3、通过人造空气对流(即吹风);这种方式对于封闭式反应器效果基本不明显;对于固定化培养方式,吹风会带走固体培养表面的水分,湿度降低,使得固定化细胞层表面干涸、细胞死亡,导致产量大幅度下降。
【发明内容】
[0004]本发明的主要目的在于,提供一种微藻培养的温度控制方法及装置,操作简单、能有效降低微藻培养过程中的温度,适于多种类型的微藻培养的产业化应用,且不会造成微藻细胞层表面干涸、细胞死亡等现象,不会导致微藻产量的下降。
[0005]为达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
[0006]一方面,本发明提供了一种微藻培养的温度控制方法,其中,包括步骤:
[0007]I)测量环境温度;
[0008]2)当所述环境温度高于微藻适宜生长温度时,向微藻培养的环境空气中喷射水雾粒子,直至所述环境温度降至所述微藻适宜生长温度。
[0009]具体地,步骤2)具体包括:
[0010]当所述环境温度与微藻适宜生长温度之间的温差大于预定温差阈值时,以每单位时间第一喷射量向微藻培养的环境空气中连续喷射水雾粒子;
[0011]当所述环境温度与微藻适宜生长温度之间的温差小于等于所述预定温差阈值时,以每单位时间第二喷射量向微藻培养的环境空气中连续或间歇地喷射水雾粒子,且所述第二喷射量小于等于第一喷射量,直至所述环境温度降至所述微藻适宜生长温度。
[0012]可选地,所述预定温差阈值为2~TC内的任何温差。
[0013]进一步地,步骤2)还包括:
[0014]测量环境湿度;
[0015]当所述环境湿度大于等于预定湿度阈值时,采用通风手段强制所述微藻培养的环境空气对流。
[0016]可选地,所述预定湿度阈值为大于等于85%的任何湿度值。
[0017]优选地,所述水雾粒子的粒径小于等于100μm。
[0018]可选地,步骤2)中,所述向微藻培养的环境空气中喷射水雾粒子具体包括:
[0019]高压水经喷嘴向微藻培养的环境空气中喷射,形成水雾粒子,其中,所述喷嘴由硬质材料制成。
[0020]具体地,所述喷嘴上具有至少两个喷孔,且每个喷孔通道之间相互平行或呈一定角度。
[0021]优选地,所述高压水的水压为6~20MPa。
[0022]另一方面,本发明实施例还提供了一种微藻培养的温度控制装置,适用于上述任一技术方案所述的微藻培养的温度控制方法中;所述微藻培养的温度控制装置包括:
[0023]温度测量装置,用于测量环境温度;
[0024]至少一条加压水管;
[0025]设在所述加压水管上的若干个喷嘴,用于当所述环境温度高于微藻适宜生长温度时,向微藻培养的环境空气中喷射水雾粒子,直至所述环境温度降至所述微藻适宜生长温度。
[0026]可选地,所述加压水管上还设有阀门;
[0027]所述微藻培养的温度控制装置还包括:
[0028]与所述温度测量装置及所述阀门电连接的控制器,用于当所述环境温度高于微藻适宜生长温度时,控制所述阀门打开,以向微藻培养的环境空气中喷射水雾粒子;当所述环境温度降至所述微藻适宜生长温度时,控制所述阀门关闭;
[0029]或者,所述控制器用于当所述环境温度与微藻适宜生长温度之间的温差大于预定温差阈值时,控制所述阀门开启面积以每单位时间第一喷射量向微藻培养的环境空气中连续喷射水雾粒子;当所述环境温度与微藻适宜生长温度之间的温差小于等于所述预定温差阈值时,控制所述阀门开启面积以每单位时间第二喷射量向微藻培养的环境空气中连续或间歇地喷射水雾粒子,且所述第二喷射量小于等于第一喷射量;当所述环境温度降至所述微藻适宜生长温度时,控制所述阀门关闭。
[0030]可选地,所述的微藻培养的温度控制装置还包括:
[0031]湿度测量装置,用于测量环境湿度;
[0032]通风装置,用于强制所述微藻培养的环境空气对流;
[0033]所述控制器还与所述湿度测量装置及所述通风装置电连接,用于当所述环境湿度大于等于预定湿度阈值时,控制所述通风装置启动以强制所述微藻培养的环境空气对流。
[0034]优选地,所述喷嘴的喷孔直径为小于等于100μm。
[0035]本发明实施例提供的微藻培养的温度控制方法及装置,在微藻养殖过程中,当测量到环境温度高于微藻适宜生长温度时,向微藻培养的环境空气中喷射水雾粒子,这些水雾粒子瞬间蒸发,其气化热带走微藻培养周围的大量热量,从而有效地实现对微藻培养的温度控制;对于微藻的固定化培养方式,喷射的水雾粒子气化带走热量,可以替代固定化培养表面水分的蒸发,从而让细胞保持在适宜的含水条件下,避免固定化培养微藻细胞层表面干涸、细胞死亡等现象,同时,喷射的水雾粒子还能够使微藻细胞层表面湿度上升,促进了微藻细胞的成长,这样,本发明实施例提供的方法及装置,通过对微藻培养的温度控制,还能提高微藻的产量;对于开放式或封闭式反应器,喷射的水雾粒子蒸发时带走的大量热量也能够有效地降低环境温度,进而实现对微藻培养的温度控制;本发明实施例提供的微藻培养的温度控制方法及装置操作简单、能有效降低微藻培养过程中的温度,且能够产业化
应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0037]图1为本发明实施例提供的一种微藻培养的温度控制方法的流程图;
[0038]图2为本发明实施例提供的微藻培养的温度控制方法及装置中使用的几种喷嘴的具体结构,其中,图2(a)~⑷为各种喷嘴的侧面剖视图,图2(e)为图2(a)或(b)所示的喷嘴的俯视图,图2(f)为图2(d)所不的喷嘴的俯视图;
[0039]图3为本发明实施例提供的一种应用于固定化培养的微藻培养的温度控制装置的结构不意图;
[0040]图4为本发明实施例提供的另一种应用于固定化培养的微藻培养的温度控制装置的结构示意图;
[0041]图5为本发明实施例提供的另一种应用于固定化培养的微藻培养的温度控制装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0042]下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,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。
[0043]微藻培养过程中,尤其对于户外微藻培养,环境温度(即培养微藻所在的环境空气的温度)通常高于微藻适宜生长温度,因此,本发明实施例中所述的温度控制方法,主要是指对微藻培养的环境温度的降温方法,即降低环境温度从而使其适宜微藻生长的方法。
[0044]如图1所示,本发明实施例提供了一种微藻培养的温度控制方法,包括步骤:
[0045]S1、测量环境温度;
[0046]S2、当环境温度高于微藻适宜生长温度时,向微藻培养的环境空气中喷射水雾粒子,直至环境温度降至微藻适宜生长温度。
[0047]本发明实施例提供的微藻培养的温度控制方法,在微藻养殖过程中,当测量到环境温度高于微藻适宜生长温度时,向微藻培养的环境空气中喷射水雾粒子,这些水雾粒子瞬间蒸发,其气化热带走微藻培养周围的大量热量,从而有效地实现对微藻培养的温度控制;对于微藻的固定化培养方式,喷射的水雾粒子气化带走热量,可以替代固定化培养表面水分的蒸发,从而让细胞保持在适宜的含水条件下,避免固定化培养微藻细胞层表面干涸、细胞死亡等现象,同时,喷射的水雾粒子还能够使微藻细胞层表面湿度上升,促进了微藻细胞的成长,这样,本发明实施例提供的方法,通过对微藻培养的温度控制,还能提高微藻的产量;对于开放式或封闭式反应器,喷射的水雾粒子蒸发时带走的大量热量也能够有效地降低环境温度,进而实现对微藻培养的温度控制;本发明实施例提供的微藻培养的温度控制方法操作简单、能有效降低微藻培养过程中的温度,且能够产业化应用。
[0048]需要说明的是,本发明所说的瞬间蒸发是指,由可见的白色微小的水滴构成的水雾粒子(其粒子直径在微米级至纳米级)经吸热后变成无色透明气体()的质变过程,吸热后该质变过程在非常短的时间内完成。水雾粒子瞬间蒸发时会吸收大量的热量(这些热量又称为水的气化热
),从而有效地降低了周围的温度。
[0049]通过水雾粒子的瞬间蒸发,在微藻培养时,既可以将环境空气温度快速降低,同时水雾瞬间变成无色透明的气体,不会使大量水雾吸收折射本该照射在培养细胞表面的光能,因而不会损失本应该为细胞的光合成所利用的光能,避免导致光合成微藻的光照射不足。
[0050]本发明实施例中,微藻适宜生长温度是指适宜微藻生长的最佳温度,在该温度下微藻生长速度较快,对于各种微藻该温度大致相同,比如大约为25°C,该微藻适宜生长温度对于本领域技术人员来说为公知常识,因此本发明对此不作详细描述。
[0051]具体地,上述步骤S2具体可以包括:
[0052]S21、当环境温度与微藻适宜生长温度之间的温差大于预定温差阈值时,以每单位时间第一喷射量向微藻培养的环境空气中连续喷射水雾粒子;
[0053]S22、当环境温度与微藻适宜生长温度之间的温差小于等于预定温差阈值时,以每单位时间第二喷射量向微藻培养的环境空气中连续或间歇地喷射水雾粒子,且第二喷射量小于等于第一喷射量,直至环境温度降至微藻适宜生长温度。
[0054]可选地,预定温差阈值可以为2~7°C内的任何温差,比如2°C、3°C、4°C、5°C、6°C、7°C,优选地,该预定温差阈值为
5°C。
[0055]也就是说,可以先设置一个预定温差阈值,当环境温度与微藻适宜生长温度之间的温差较大,即大于该预定温差阈值时,可以以较大的喷射量连续喷射水雾粒子,从而使环境温度迅速降低,以尽量减少较高温度对微藻的伤害;当环境温度与微藻适宜生长温度之间的温差较小,即小于等于该预定温差阈值时,可以以较小的喷射量连续或间歇地喷射水雾粒子,从而使环境温度逐渐降至微藻适宜生长温度,以避免在较大喷射量下环境温度下降至小于微藻适宜生长温度,从而避免低温对微藻造成的伤害。
[0056]需要注意的是,本发明中第一喷射量、第二喷射量主要在于限定这二者的相对大小,对于其具体数值不作限定,本领域技术人员可以根据养殖规模、环境温度与微藻适宜生长温度之间的温差等实际情况具体调节,比如,第一喷射量可以为每分钟让环境温度与微藻适宜生长温度之间的温差下降rc所需的喷射量,°C所需的喷射量。
[0057]一般情况下,对于微藻养殖,通过喷射水雾粒子控制温度,可以在一定时间内达到有效地温度控制效果,比如,该一定时间可以为一天,也可以是数个小时,也可以是一个小时,也可以是半个小时,或者数分钟,并且,控制时间越短,温度控制得越精确;对于户外养殖的固定化培养,实际可以通过半个小时控制为佳。