本發(fā)明屬于采用人工光培育微藻的工業(yè)化生產(chǎn)專用設(shè)備，特別是指一種新型微藻工業(yè)化生產(chǎn)光生物反應(yīng)器系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

0、技術(shù)背景

1、傳統(tǒng)的微藻養(yǎng)殖大多采用水田或池塘依靠陽光在戶外養(yǎng)殖，其中代表性的是螺旋藻和小球藻養(yǎng)殖，由于戶外衛(wèi)生條件較差，采集后的微藻，需要高溫消毒才能食用，但高溫消毒后的微藻所含活性物質(zhì)大量流失，造成營養(yǎng)效果大幅降低，因此，新的生產(chǎn)方式采用人工光替代戶外陽光的光生物技術(shù)室內(nèi)潔凈培育微藻，采集的微藻常溫下臭氧水或紫外光消毒，以保留微藻活性成為目前行業(yè)發(fā)展首選。例如專利zl2022?2?3113631.3、專利zl202221309132.9等。但臭氧或紫外光消毒依然對微藻活性物質(zhì)也有一定程度的損壞，所以如何在達(dá)到相關(guān)藻類食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)的前提下，用最合理的消毒時間、消毒劑量對微藻進(jìn)行消毒處理，同時又能最大限度的保留微藻活性物質(zhì)，這是微藻行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。因此目前在利用光生物技術(shù)室內(nèi)養(yǎng)殖微藻中還存在以下問題:

2、1、臭氧水消毒造成一定程度的空氣污染，同時臭氧水消毒操作過程人為因素較多，無法形成統(tǒng)一規(guī)范的可控工藝流程，造成每批消毒后的微藻活性營養(yǎng)成分的損失程度相差較大，同時每批消毒后微藻菌落群數(shù)也相差較大。

3、2、紫外光消毒在達(dá)到相關(guān)食品安全標(biāo)準(zhǔn)前提下，缺乏如何通過合理的消毒技術(shù)參數(shù)控制達(dá)到最大限度保留微藻活性的研究，缺乏對不同的藻液吸光度值（代表藻液濃度、不同的藻液流量體積等參數(shù)與紫外光如何匹配的研究，參數(shù)匹配的重要性在于：過強(qiáng)的紫外光可導(dǎo)致微藻蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化，造成蛋白質(zhì)功能喪失或失活。所以適度的藻液吸光度和紫外光強(qiáng)度的匹配是關(guān)鍵因素。

4、3、缺乏對硅藻、藍(lán)藻、綠藻等多種微藻養(yǎng)殖中更為優(yōu)選的人工光譜的研究。

5、4、作用于光生物反應(yīng)體系中光源管路長時間在藻液中工作，燈管表面微藻粘壁嚴(yán)重，光線受阻，光強(qiáng)大幅度下降，導(dǎo)致微藻產(chǎn)量下降。

6、以上是微藻生產(chǎn)技術(shù)的瓶頸問題，決定了微藻產(chǎn)品活性營養(yǎng)物質(zhì)的含量和微藻的營養(yǎng)效果。本發(fā)明人團(tuán)隊自2020年以來長期從事采用人工光技術(shù)室內(nèi)潔凈培育微藻的工業(yè)化生產(chǎn)研究，在廣西北海海洋產(chǎn)業(yè)園、廣西科學(xué)院均設(shè)有微藻光生物技術(shù)培育及工業(yè)化生產(chǎn)小試、中試基地，通過建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型和大量試驗(yàn)，得到了微藻采用紫外光消毒工藝中藻液吸光度值與紫外光消毒各項技術(shù)參數(shù)如何匹配的合理區(qū)間數(shù)據(jù)，同時，針對硅藻、藍(lán)藻、綠藻中常用品種如角毛藻、金藻、螺旋藻、小球藻等，研究出更為優(yōu)選的人工光光譜，為微藻工業(yè)化生產(chǎn)奠定了生物工程基礎(chǔ)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種新型微藻工業(yè)化生產(chǎn)光生物反應(yīng)器系統(tǒng)，包括反應(yīng)池內(nèi)作用于反應(yīng)體系的led燈管，根據(jù)一定數(shù)值范圍藻液吸光度值設(shè)計的藻液抽取及紫外光消毒系統(tǒng)，以達(dá)到在微藻培育和消毒過程中損傷最小、產(chǎn)量最大、活性物質(zhì)保留最多的目的。

2、本發(fā)明的整體技術(shù)構(gòu)思是:

3、新型微藻工業(yè)化生產(chǎn)光生物反應(yīng)器系統(tǒng)，包括反應(yīng)池：用于放置藻液和光生物反應(yīng)器系統(tǒng)；藻液抽取及紫外光消毒系統(tǒng)；作用于反應(yīng)池內(nèi)反應(yīng)體系的第一led燈管部分及第二led燈管部分；根據(jù)藻液吸光度值控制范圍設(shè)計的藻液抽取及紫外光消毒系統(tǒng)由潛水泵、潛水泵輸出管路、不銹鋼過流管、紫外光燈及清洗用自來水管路組成，藻液抽取時藻液吸光度值控制范圍為0.2-0.4，與之相匹配的藻液抽取及紫外光消毒系統(tǒng)中紫外光燈功率范圍為10w-30w，光波范圍250nm-260nm，紫外燈光長度范圍220mm-580mm,紫外光燈放置于兩端密封、頂部開有藻液輸入口和藻液輸出口的不銹鋼過流管中，不銹鋼過流管直徑（外徑）范圍50mm-65mm，長度范圍260mm-620mm，不銹鋼過流管流量控制范圍0.3-3.5噸/小時。

4、本發(fā)明的具體技術(shù)構(gòu)思還有：

5、為對池體內(nèi)形成均勻有效的光照，優(yōu)選的技術(shù)實(shí)現(xiàn)手段是，作用于反應(yīng)體系的多組led特種光譜燈帶放置于透明管中，形成由多組燈管組成的第一led燈管部分和第二led燈管部分，并縱向排列，反應(yīng)池中間水流循環(huán)擋板的一側(cè)為第一燈管部分，燈管為直管，管路兩端開口分別穿過反應(yīng)池壁的相對兩面，其中一端裝有散熱風(fēng)扇；水流循環(huán)擋板另一側(cè)為第二燈管部分和水車，第二燈管部分為u型管，管路兩端開口，u型管兩端穿過反應(yīng)池壁的同一面，其中一端裝有散熱風(fēng)扇；第一燈管部分和第二燈管部分分別用燈管固定裝置與反應(yīng)池底部連接。

6、為有效促進(jìn)硅藻、藍(lán)藻、綠藻等多種微藻光合作用，更為優(yōu)選的技術(shù)手段是，led特種光譜燈帶的光源為兩種連續(xù)光譜的光源組合：

7、（1）峰值波長為450±2nm，主波長487±2nm，連續(xù)光譜范圍400nm-720nm。

8、（2）峰值波長為619±2nm，主波長587±2nm，連續(xù)光譜范圍400nm-800nm。

9、本發(fā)明取得的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和技術(shù)進(jìn)步在于：

10、1、明確了微藻用紫外光消毒時合理的吸光度值范圍。由于微藻對紫外光有遮擋性，可能會造成近光處微藻照度過高，微藻活性受損，而對遠(yuǎn)光處微藻殺菌效果差，達(dá)不到食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)，所以采用紫外光對微藻消毒時首先要確定合理的吸光度值范圍，確定的原則是近光處微藻活性受損程度降到最低，遠(yuǎn)光處微藻菌落群數(shù)要達(dá)到食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)。

11、2、進(jìn)一步明確了藻液抽取時與微藻吸光度值范圍匹配的紫外光消毒系統(tǒng)的各項參數(shù)。包括藻液流量、紫外光燈功率、光波范圍、不銹鋼過流管長度和直徑范圍，形成了微藻濃度要求與紫外光消毒完整的技術(shù)參數(shù)體系，為微藻工業(yè)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

12、3、明確了兩種更為優(yōu)選的微藻培育光譜組合，這是經(jīng)過對多種藍(lán)藻、綠藻、硅藻大量試驗(yàn)基礎(chǔ)上獲得的數(shù)據(jù)。不同微藻對光波有不同的吸收峰和次吸收峰，通過建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型和大量試驗(yàn)，可以研究出適用于大部分微藻培育的更為優(yōu)選的人工光譜組合，奠定工業(yè)化生產(chǎn)基礎(chǔ)。

13、4、反應(yīng)池中燈管采取縱向排列且間隔分布，燈管延伸方向與水流方向一致，減少了流動阻力，水流速度加快，使微藻受光機(jī)會增加，同時減少管道表面微藻粘壁。

技術(shù)特征：

1.新型微藻工業(yè)化生產(chǎn)光生物反應(yīng)器系統(tǒng)，包括反應(yīng)池（1）：用于放置藻液和光生物反應(yīng)器系統(tǒng)；藻液抽取及紫外光消毒系統(tǒng)（6）；作用于反應(yīng)池（1）內(nèi)反應(yīng)體系的第一led燈管部分（3）及第二led燈管部分（5）；其特征在于所述的根據(jù)藻液吸光度值控制范圍設(shè)計的藻液抽取及紫外光消毒系統(tǒng)（6）由潛水泵（8）、潛水泵輸出管路（10）、不銹鋼過流管（15）、紫外光燈（16）及清洗用自來水管路（11）組成，藻液抽取時藻液吸光度值控制范圍為0.2-0.4，與之相匹配的藻液抽取及紫外光消毒系統(tǒng)（6）中紫外光燈（16）功率范圍為10w-30w，光波范圍250nm-260nm，紫外燈管長度范圍220mm-580mm，紫外光燈（16）放置于兩端密封、頂部開有藻液輸入口（13）和藻液輸出口（14）的不銹鋼過流管（15）中，不銹鋼過流管（15）直徑（外徑）范圍50mm-65mm，長度范圍260mm-620mm，不銹鋼過流管（15）流量控制范圍0.3-3.5噸/小時。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型微藻工業(yè)化生產(chǎn)光生物反應(yīng)器系統(tǒng)，其特征在于所述的作用于反應(yīng)體系的多組led特種光譜燈帶（4）放置于透明管中，形成由多組燈管組成的第一led燈管部分（3）和第二led燈管部分（5），并縱向排列，反應(yīng)池（1）中間水流循環(huán)擋板（2）的一側(cè)為第一燈管部分（3），燈管為直管，管路兩端開口分別穿過反應(yīng)池（1）壁的相對兩面，其中一端裝有散熱風(fēng)扇（19），水流循環(huán)擋板（2）另一側(cè)為第二燈管部分（5）和水車（21），第二燈管部分（5）為u型管，管路兩端開口，u型管兩端穿過反應(yīng)池（1）壁的同一面，其中一端裝有散熱風(fēng)扇（20），第一燈管部分（3）和第二燈管部分（5）分別用燈管固定裝置（7）與反應(yīng)池（1）底部連接，反應(yīng)池（1）為方形或橢圓形。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型微藻工業(yè)化生產(chǎn)光生物反應(yīng)器系統(tǒng)，其特征在于所述的led特種光譜燈帶（4）的光源分別為兩種連續(xù)光譜的光源組合：

4.（2）峰值波長為619±2nm，主波長587±2nm，連續(xù)光譜范圍400nm-800nm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于采用人工光培育微藻的工業(yè)化生產(chǎn)專用設(shè)備，特別是指一種新型微藻工業(yè)化生產(chǎn)光生物反應(yīng)器系統(tǒng)，包括反應(yīng)池：用于放置藻液和光生物反應(yīng)器系統(tǒng)；藻液抽取及紫外光消毒系統(tǒng)；作用于反應(yīng)池內(nèi)反應(yīng)體系的第一LED燈管部分及第二LED燈管部分；根據(jù)藻液吸光度值控制范圍設(shè)計的藻液抽取及紫外光消毒系統(tǒng)由潛水泵、潛水泵輸出管路、不銹鋼過流管、紫外光燈及清洗用自來水管路組成，藻液抽取時藻液吸光度值控制范圍為0.2?0.4，與之相匹配的藻液抽取及紫外光消毒系統(tǒng)中紫外光燈功率范圍為10W?30W，光波范圍250nm?260nm，紫外燈管長度范圍220mm?580mm，紫外光燈放置于兩端密封、頂部開有藻液輸入口和藻液輸出口的不銹鋼過流管中，不銹鋼過流管直徑（外徑）范圍50mm?65mm，長度范圍260mm?620mm，不銹鋼過流管流量控制范圍0.3?3.5噸/小時。本發(fā)明解決了微藻工業(yè)化生產(chǎn)使用紫外光消毒技術(shù)環(huán)節(jié)中藻液吸光度值與紫外光消毒器各項參數(shù)匹配問題，使微藻在工業(yè)化生產(chǎn)過程中活性營養(yǎng)物質(zhì)受損度降到最低，同時還能夠達(dá)到食品安全標(biāo)準(zhǔn)。

技術(shù)研發(fā)人員：郭琛,鐘琳,李丹,張浩杰,徐兆林
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣西桂科院海靈生物科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9