微藻生产生物柴油评价及其高产条件的优化

来源 :河北农业大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:lizhuyundao
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利用微藻生产生物柴油被认为是最有前景的可再生绿色能源。在利用微藻生产生物柴油的过程中,藻株的性状直接决定了微藻生产生物柴油中各个环节的技术要求,故利用微藻生产生物柴油首当其冲的是微藻藻种的筛选;同时为了降低生产微藻生物柴油的成本,加快微藻产业化的道路,在筛选时应选择细胞内具有高附加值产品的微藻,如生物聚合物、蛋白质、碳水化合物等,提高微藻综合价值,从而降低利用微藻生产生物柴油的成本。本研究的主要目的是筛选和评价产油微藻,得到具有生产生物柴油潜质的藻株,并优化培养条件以提高藻株的油脂产量,探讨最佳生长模式。首先从多个地区采集水样,进行微藻藻种的分离筛选。利用柱式光反应器培养藻株,对其中77株微藻的生长、油脂含量、脂肪酸的组成进行了测定。测定的微藻的油脂含量从占细胞干重的13-57%,平均油脂含量为细胞干重的34%;其中21株微藻的油脂生产能力超过0.1 g·L-1·day-1。含油量较高的是Desmodesmus sp.,该属的微藻平均油脂含量占细胞干重的36%;Desmodesmus armatus var.的油脂含量最低,平均油脂含量占细胞干重的26%;Desmodesmus armatus var.平均生物量最高的,达到了3.52 g·L-1;Chlorella sorokiniana的平均生物量最低,仅为1.53 g·L-1;分析油脂含量超过细胞干重30%的藻株细胞的脂肪酸组成发现,试验中大多数藻株的脂肪酸主要组成成分是C18:1和C16:0,部分藻株的脂肪酸主要成分是C18:2,对16株藻株的倍增时间进行测试发现,藻株的倍增时间从6 h到31 h,平均倍增时间为16 h。Scenedesmus obliquus 0947的倍增时间最短,为6.2 h ;倍增时间较长的藻株是Desmodesmus sp. 0952( 31.4 h);经过对77株微藻的综合评价,选取产油性状优良,具有生产生物柴油潜质,含有高附加值的脂肪酸产品(神经酸)的藻株0961进行藻种的鉴定、培养条件的优化。通过运用扫描电镜、透射电镜结合分析、比对0961号藻株的18S rDNA、ITS1—ITS2基因序列,确定该藻株为Mychnoastes afer,并对Mychnoastes afer0961进行培养条件的优化。培养液中不同氮离子浓度对藻株生物量和油脂含量的影响均较大。当NaNO3添加量为3.00 g·L-1时,生物量最大(3.29 g·L-1);不同的NaNO3浓度下,对脂肪酸主要组分的影响不大,但是各脂肪酸组分的比例会发生变化,C16:0、C16:2、C18:2和C18:4的含量随着NaNO3浓度的增加而增加,C14:0、C16:1、C18:1、C24:0和C24:1的含量随着NaNO3浓度的增加而降低;说明通过调节培养液中氮离子浓度调节M. afer 0961油脂的生产和脂肪酸的组成。培养基中不同磷酸根离子浓度可以影响到M. afer 0961的生长和油脂含量,当K2HPO4·3H2O添加量为40 mg·L-1时,微藻细胞内油脂含量最高(50.5%细胞干重),此时的油脂生产能力也最大,达到1.60 g·L-1;不同初始K2HPO4·3H2O浓度也可调节总油脂中脂肪酸的组成, C16:0、C18:0、C18:2和C18:4的变化趋势同细胞内总油脂含量的变化趋势相同,而C18:0和C24:1的变化趋势与细胞内总油脂含量的变化趋势相反,说明磷酸根离子也可以调节M. afer 0961油脂生产和脂肪酸的组成。培养基中不同铁离子(Fe3+)浓度能够影响藻株的生长,但对油脂含量没有影响。当初始铁离子添加量为6 mg·L-1时,经过14天的培养后,藻细胞的生物量最大,达到了3.30 g·L-1;在缺乏铁离子的情况下,M. afer 0961生物量仅为2.62 g·L-1;对油脂内脂肪酸组成的分析发现C16:0和C18:1仍是M. afer 0961脂肪酸中的主要成分, C16:0、C16:1和C16:2的含量变化与细胞内总油脂的变化趋势相同; C18:1和C18:2的含量变化与细胞内总油脂的变化趋势相反,故可以通过调节铁离子(Fe3+)添加量调节生长,以此提高藻株总的油脂产率。
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