Устройство для повышения скорости роста и продуктивности суспензионных культур водорослей Российский патент 2024 года по МПК C12M3/02 A01G33/00 

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к устройствам, обеспечивающим повышение скорости роста и продуктивности суспензионных культур водорослей при их выращивании.

При культивировании водорослей, являющихся автотрофными организмами, требуется наряду со световым облучением и минеральным питанием обеспечить растущие культуры углекислым газом и отводить образующийся в результате фотосинтеза кислород.

Известен способ выращивания микроводоросли [1], при котором углекислый газ во время светового экспонирования поступает в культуру водоросли в результате диффузии из окружающей воздушной среды. Для ускорения газообмена емкости с растущей культурой два раза в сутки встряхиваются.

Недостатком данного способа является то, что такой пассивный газообмен не обеспечивает постоянство и достаточное содержания углекислого газа в среде культивирования, что существенно снижает в ней скорость роста численности клеток водоросли.

Известно устройство выращивания хлореллы [2], в котором снабжение культуры водоросли осуществляется путем насыщения питательной среды углекислым газом перед засевом в нее клеток водоросли.

Недостаток такого обеспечения СО₂ состоит в том, что вначале культивирования этот газ присутствует в избытке, а по мере роста культуры водоросли будет ощущаться его дефицит.

Данный недостаток можно устранить устройством, которое обеспечивает при культивировании водорослей постоянное и активное поступление СО₂ и отвод О₂ из среды.

Наиболее близкими устройствами, в которых достигается эта цель, являются культиваторы [3, 4] для выращивания микроводорослей, в которых непрерывный газообмен с внешней средой осуществляется вращением наклонно установленной и открытой емкости с культурой водоросли вокруг своей продольной оси.

Недостатком этого способа обеспечения газообмена растущей культуры водоросли является сравнительно низкие скорости растворения в питательной среде воздуха с СО₂, поступающего во внутреннюю полость емкости для культивирования, что ограничивает продуктивность выращиваемой водорослевой культуры.

Решить эти проблемы можно путем активизации растворения воздушной смеси в среде культивирования водоросли.

Техническим результатом изобретения является увеличения скорости роста клеток и повышения продуктивности микроводорослей при культивировании.

Указанный результат достигается устройством для ускорения выращивания культур микроводорослей, в котором две пластины 1 из прозрачного материала, соединены с возможностью раздвижения винтом 2, на пластинах 1 выполнены вырезы 3 и упоры 4 из эластичного материала, которыми пластины 1 фиксируются неподвижно внутри установленной наклонно и вращающейся вокруг своей оси светопрозрачной емкости 5 за счет упора в её боковые стенки.

Заявляемое устройство поясняется чертежом. На фиг. 1 показано устройство в сборе внутри емкостей для культивирования с узким (А) и широким (Б) входным отверстием.

Устройство состоит из двух пластин 1, скрепленных подвижно винтом 2. На обеих пластинах имеются вырезы 3 для установки упоров из эластичного материала 4. Устройство, которое размещается внутри емкости 5 для культивирования с узким горлом (А) фиксируется неподвижно за счет упора в боковые стенки самой емкости и стенки ее входного отверстия. В верхней части каждой пластины есть выступ 6, при помощи которого устройство не проваливается в емкость. В емкость 5 с широким входным отверстием (Б), прикрытым крышкой 7 с отверстиями 8, пластины аэратора фиксируются упором в боковые стенки и дно емкости, а также в отверстии 9 крышки. Вырезы 10 в верхней части этих пластин исключают продольное перемещение устройства в емкости.

Устройство работает следующим образом. Пластины 1 аэратора благодаря их подвижному соединению вводятся в емкость 5 для культивирования через ее входное отверстие и фиксируются неподвижно за счет упоров в ее боковые стенки и входное отверстие. Удержание в неподвижном состоянии обеспечивает эластичный материал 4, установленный на вырезах 3 пластин 1. В емкости Б с широким входным отверстием, которое для уменьшения испарения среды при культивировании закрывается крышкой 7 с несколькими отверстиями 8 для газообмена, фиксация пластин обеспечивается их упором в специальное отверстии 9 в крышке и вырезом 10 в самих пластинах. При вращение емкости с культурой, благодаря наклонному положению, создаются условия для ее обмена СО₂ и О₂ с окружающей средой. При этом установка в емкость 5 пластин 1 аэратора позволяет ускорить этот газообмен. Это достигается за счет дополнительного перемешивания в ней воздушной и водной сред при вращении емкости 5. Последнее сопровождается образованием в суспензии водоросли воздушных пузырей. В результате активируется процесс растворения газов в водной культуре за счет увеличения поверхности их контакта с питательной средой.

Таким образом, предлагаемое устройство, ускоряя газообмен культуры водоросли с воздушной средой, создает условия для повышения скорости ее роста.

Пример 1. В светопрозрачную емкость с узким входным отверстием объемом 400 см³ с 10% питательной средой Тамией в объеме 100 см³ вносится засеваемая культура водоросли хлорелла в объеме, необходимом для создания начальной концентрации 75×10³ клеток/см³, что эквивалентно оптической плотности суспензии 0,005. Емкость оставляется открытой и устанавливается наклонно в культиватор аналогичный (ссылка 3), который обеспечивает световое облучение культуры водоросли, поддержание ее температуры на уровне 36 °С и вращение вокруг своей продольной оси со скоростью 110 об/мин. После 24 часов культивирования измеряется объем и оптическая плотность выросшей культуры водоросли. Объем составил 95 см³, оптическая плотность 0,620 единиц. В результате прирост численности клеток равен 124 раза, а относительная продукция культуры составила 0,620×95=58,9.

Пример 2. В светопрозрачную емкость с узким входным отверстием объемом 400 см³ с 10% питательной средой Тамией в объеме 110 см³ вносится засеваемая культура водоросли хлорелла в объеме, необходимом для создания начальной концентрации 75×10³ клеток/см³, что эквивалентно оптической плотности суспензии 0,005. В емкость через открытое входное отверстие устанавливается аэратор и наклонно ставится в культиватор, который обеспечивает световое облучение культуры водоросли, поддержание ее температуры на уровне 36 °С и вращение вокруг своей продольной оси со скоростью 110 об/мин (условия аналогичны примеру 1). После 24 часов культивирования измеряется объем и оптическая плотность выросшей культуры водоросли. Объем составил 91 см³, оптическая плотность 1,250 единиц. В результате прирост численности клеток равен 290 раза, а относительная продукция культуры составила 1,250×91=113,8, что почти в 2 раза превышает эти показатели, приведенные в примере 1.

Пример 3. В светопрозрачную емкость с широким входным отверстием объемом 1 дм³ с 50% питательной средой Тамией в объеме 250 см³ вносится засеваемая культура водоросли хлорелла в объеме, необходимом для создания начальной концентрации 150×10³ клеток/см³, что эквивалентно оптической плотности суспензии 0,010. Емкость закрывается крышкой с отверстиями для газообмена и устанавливается наклонно в культиватор аналогичный (ссылка 4), который обеспечивает световое облучение культуры водоросли, поддержание ее температуры на уровне 36 °С и вращение вокруг своей продольной оси со скоростью 100 об/мин. После 24 часов культивирования измеряется объем и оптическая плотность выросшей культуры водоросли. Объем составил 230 см³, оптическая плотность 0,670 единиц. В результате прирост численности клеток равен 67 раз, а относительная продукция культуры составила 0,670×230=154.

Пример 4. В светопрозрачную емкость с широким входным отверстием объемом 1 дм³ с 50% питательной средой Тамией в 250 см³ вносится засеваемая культура водоросли хлорелла в объеме, необходимом для создания начальной концентрации 150×10³ клеток/см³, что эквивалентно оптической плотности суспензии 0,010. В емкость устанавливается аэратор и закрывается крышкой с отверстиями. Емкость ставится наклонно в культиватор, обеспечивающий световое облучение культуры водоросли, поддержание температуры на уровне 36 °С и вращение вокруг своей продольной оси со скоростью 100 об/мин (условия аналогичны примеру 3). После 24 часов культивирования измеряется объем и оптическая плотность выросшей культуры водоросли. Объем составил 220 см³, оптическая плотность 1,810 единиц. В результате прирост численности клеток равен 181 раз, а относительная продукция культуры составила 1,810×220=398, что в 2,5 раза превышает эти показатели, приведенные в примере 3.

Пример 5. В светопрозрачную емкость объемом 3 дм³ с широким входным отверстием с 50% с питательной средой Тамией в 1000 см³ вносится засеваемая культура водоросли хлорелла в объеме для создания начальной концентрации 300×10³ клеток/см³, эквивалентной оптической плотности 0,020. Емкость закрывается крышкой с отверстиями для газообмена и ставиться наклонно в культиватор, аналогичный [4], обеспечивающий световое облучение культуры водоросли, поддержание температуры на уровне 36 °С и вращение вокруг своей продольной оси со скоростью 85 об/мин. После 24 часов культивирования измеряется объем и оптическая плотность выросшей культуры водоросли. Объем составил 950 см³, оптическая плотность 0,510 единиц. В результате прирост численности клеток равен 25,5 раз, а относительная продукция культуры составила 0,510×950=484,5.

Пример 6. В емкость с широким входным отверстием объемом 3 дм³ с 50% питательной средой Тамией в 1000 см³ вносится засеваемая культура водоросли хлорелла в объеме для создания начальной концентрации 300×10³ клеток/см³, эквивалентной оптической плотности 0,020. В емкости устанавливается аэратор и она закрывается крышкой с отверстиями. Емкость ставиться наклонно в культиватор, обеспечивающий световое облучение культуры водоросли, поддержание температуры на уровне 36 °С и вращение вокруг своей продольной оси со скоростью 85 об/мин. После 24 часов культивирования измеряется объем и оптическая плотность выросшей культуры водоросли. Объем составил 905 см³, оптическая плотность 1,550 единиц. В результате прирост численности клеток равен 77,5 раз, а относительная продукция культуры составила 1,550×905=1403, что почти в 3 раза превышает эти показатели, приведенные в примере 5.

Представленные данные свидетельствуют о том, что заявляемое устройство-аэратор обеспечивает более высокие показатели скорости роста и продуктивности культуры водоросли. Устройство простое в использовании и позволяет получать в те же сроки большее количество водорослевой культуры.

Список литературы

1. Методика определения токсичности вод, водных вытяжек из почв, осадков сточных вод и отходов по изменению уровня флуоресценции хлорофилла и численности клеток водорослей, ФР.1.39.2007.03223, Москва, «АКВАРОС», 2007.

2. Установка для выращивания микроводорослей Патент на изобретение № 2268923, 2006 г.

3. Культиватор для выращивания микроводорослей. Патент на полезную модель № 214983. Опубл. в бюл. № 33 от 23.11.2022.

4. Культиватор для выращивания суспензионных культур водорослей. Патент на изобретение № 217986. Опубл. в бюл. № 13 от 28.04.2023.

Изобретение относится к биотехнологии, а именно к устройствам, обеспечивающим повышение скорости роста и продуктивности суспензионных культур водорослей при их выращивании. Устройство включает две пластины (1) из прозрачного материала, соединенные с возможностью раздвижения винтом (2). На пластинах (1) выполнены вырезы (3) и упоры (4) из эластичного материала, которыми пластины (1) фиксируются неподвижно внутри установленной наклонно и вращающейся вокруг своей оси светопрозрачной емкости (5) за счет упора в её боковые стенки. Изобретение обеспечивает увеличение скорости роста клеток и повышение продуктивности микроводорослей при культивировании. 1 ил., 6 пр.

Устройство для ускорения выращивания культур микроводорослей, характеризующееся тем, что две пластины (1) из прозрачного материала соединены с возможностью раздвижения винтом (2), на пластинах (1) выполнены вырезы (3) и упоры (4) из эластичного материала, которыми пластины (1) фиксируются неподвижно внутри установленной наклонно и вращающейся вокруг своей оси светопрозрачной емкости (5) за счет упора в её боковые стенки.