利用厨余垃圾水解液异养/兼养微藻生产多不饱和脂肪酸的策略

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不管是家庭、食堂、餐馆,每天都产生数量巨大的剩饭剩菜。这些倒掉的剩饭剩菜是湿垃圾(即厨余垃圾)的重要构成。事实上,厨余垃圾中富含淀粉,纤维素,蛋白质等多种有机成分,是重要的可再生资源,如果加以合适的利用,完全有可能实现生物转化。微藻是可被我们利用的生物转化平台之一。与一般的微生物相比,微藻具有很大的优势,首先微藻能够利用有机物进行异养/兼养培养,理论上可以利用厨余垃圾种丰富的有机物质,其次微藻可以产出多元化的产物,而不是单一的产物,其中很多产物具有高价值,比如类胡萝卜素,不饱和脂肪酸等,而且微藻具有植物属性,安全性更高。到目前为止,已有相关报道证明厨余垃圾水解液可以培养微藻积累油脂和类胡萝卜素等高价值的产物。本研究更进一步,选取了两株富含多不饱和脂肪酸(PUFA)的微藻,分别是等鞭金藻和缺刻缘绿藻,厨余垃圾经过处理后,通过微藻将其转化生产为花生四烯酸(AA)与二十二碳六烯酸(DHA),从而不仅达到厨余垃圾的―减量化‖,更实现厨余垃圾的―资源化‖、―高值化‖利用。本研究的主要内容:等鞭金藻和缺刻缘绿藻的异养和兼养可行性探究;于学校餐厅收集混合型厨余垃圾,利用三种商业酶水解厨余垃圾;厨余垃圾水解液用来培养微藻,并检测微藻中的总脂及PUFA等,主要结论如下:(1)本研究证实了等鞭金藻和缺刻缘绿藻可以异养和兼养,且均在兼养模式下微藻获得更高的生物量。关于等鞭金藻的异养和兼养培养,结果都显现出5 g L-1的葡萄糖对于藻细胞的生长促进效果最好,而在缺刻缘绿藻的异养和兼养培养中,结果也均表明1 g L-1的葡萄糖为培养的最佳碳源。说明碳源浓度对于微藻生长存在物种特异性。(2)根据厨余垃圾复杂的成分组成,本研究有针对的选用了3种低廉的水解酶对厨余垃圾进行水解,分别是水解淀粉类的葡糖淀粉酶,水解蔬菜瓜果类的纤维素酶,水解肉类的蛋白酶,并且明确了每一种酶的用量区间,从适合等鞭金藻和缺刻缘绿藻生长的碳氮浓度以及资源化角度出发,挑选出两组适合的酶用量组合,使得利用该酶组合水解厨余垃圾后的水解液在合理稀释后,基本达到普通培养基异养/兼养微藻的最适碳氮浓度。并且对于大量的稀释需求,稀释水解液使用的介质,等鞭金藻使用的是普通海水,缺刻缘绿藻利用的是废弃的BG-11培养基。因此大大节约了成本,体现了绿色环保可持续发展的理念。(3)利用稀释后的水解液培养微藻时,发现获得的生物量数值与普通培养基异养/兼养相比数值更高,并且厨余垃圾的固体去除率分别达到76.95%和49.21%。微藻既能利用厨余垃圾生长,合成自身的物质,又消除了大部分厨余垃圾固体,达到了减量化。(4)利用厨余垃圾水解液异养/兼养微藻,可以收获丰富的总脂和PUFA,在等鞭金藻中总脂高达干重的37.15%,DHA含量最高为干重的1.625%,在缺刻缘绿藻中总脂高达干重的34.39%,AA最高为干重的5.81%,远高于对照组自养培养。表明厨余垃圾完全可以代替普通培养基培养微藻,且能生产出更高含量的高附加值产物,综上所述,本研究将厨余垃圾资源化利用与微藻高价值产物生产相结合,通过不同酶组合的设计筛选,最终获得了适合等鞭金藻和缺刻缘绿藻生长的水解液,并获得了高含量的DHA和AA,因此厨余垃圾水解液作为一种新型微藻营养源,既消除了厨余垃圾,又能通过微藻生产出高价值且丰富的PUFA,是一种处理废弃物增值的具有前瞻性的新思路,本研究为将来该体系的商业化生产奠定了基础。
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