标志链带藻高产淀粉的培养条件和高生物酒精产率的预处理条件优化

摘要

标志链带藻(Desmodesmus insignis)隶属于绿藻纲(Chlorophytceae)，栅藻科(Scenedesmaceae)，链带藻属(Desmodesmus)。前期研究发现，该藻生长速度快并能积累大量的淀粉，是一株生物乙醇生产的潜在藻株。本文对该藻高生物质和淀粉积累的培养条件进行了优化，利用平板光生物反应器对其进行了批量和培养基更换的补料放大培养，并优化出以干藻粉和湿藻泥为原料的生物乙醇生产条件。主要研究结果如下：
　　(1)在异养培养条件下，其对有机碳氮的利用具有选择性。当葡萄糖浓度为20 g/L酵母提取物浓度2.47 g/L时，最有利于标志链带藻生长，生物质浓度获得最高，为8.74 g/L。在30 g/L葡萄糖和2.47 g/L酵母提取物培养时，藻细胞内总碳水化合物与淀粉的含量最高分别为，58.46％(d.w)和50.28%(d.w)。以柱状生物反应器培养时，其生物质浓度是三角瓶培养时最高生物质浓度的0.83倍。
　　(2)在光自养培养条件下，以硝酸钠、碳酸氢铵和尿素为氮源时该藻均能较好地生长。当硝酸钠浓度为3 mmol/L时，其油脂积累量最高达到32.61%(d.w)。以18 mmol/L碳酸氢铵培养时，该藻的总碳水化合物与淀粉的含量最高分别为细胞干重的56.54%(d.w)和55.33%(d.w)，碳水化合物和淀粉最高产率分别为0.24 g/L·d和0.23 g/L·d。以尿素为氮源时，其生物质浓度和各组分含量与其它氮源实验组差别不大，均有利于该藻的生长及各生化组分含量的积累。
　　(3)在混养培养条件下，当葡萄糖浓度为10 g/L时，标志链带藻的生物质浓度及藻细胞内碳水化合物和淀粉含量均为最高，分别为12.07 g/L、60.60%(d.w)和56.77%(d.w)。相对于自养培养，混养培养时，藻细胞中叶绿素 a含量和 ETR降低，表明有机碳源会降低标志链带藻的光合能力。
　　(4)对标志链带藻的放大培养发现，在85 L平板光生物反应器中，藻细胞均能快速生长。相对于更换一次培养基培养，更换三次培养基补料法对标志链带藻细胞的生长更为有利，最高生物质浓度可达到11.07 g/L；但更换一次培养基时，藻细胞内的淀粉含量最高为53.75%(d.w)，是更换三次的1.75倍；更换一次培养基和更换三次培养基补料培养下，淀粉单位体积产率分别为0.16 g/L·d和0.13 g/L·d。
　　(5)对标志链带藻的干藻粉和湿藻泥发酵生产燃料乙醇的工艺进行优化发现。H2SO4浓度为0.5 mmol/L，干藻粉和湿藻泥还原糖产率分别为72.52%和81.84%。利用酿酒酵母发酵12 h时，发酵藻液中乙醇积累浓度达到最高，分别为4.28 g/L和4.58 g/L。响应面优化条件为：超声波结合糖化酶40.4℃水浴处理56 h(干藻粉)；超声波结合糖化酶40.4℃水浴处理58.5 h(湿藻泥)。当以最优响应面优化条件处理干藻粉和湿藻泥时，还原糖产率分别为95.84%和94.23%。进一步发酵，乙醇浓度获得的最大值分别为4.89 g/L和4.73 g/L。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 前言

1微藻是生物乙醇的理想生产原料

2 影响微藻生长和淀粉积累的重要因素

3微藻乙醇发酵

4研究目的和意义

第二章标志链带藻(D.insignis)异养培养条件的优化

1引言

2材料与方法

3结果与讨论

4 讨论

5小结

第三章 光合自养条件下不同氮源及其浓度对标志链带藻生长和生化组分影响

1引言

2材料与方法

3结果与分析

4讨论

5小结

第四章 标志链带藻混养培养条件的优化

1引言

2材料与方法

3结果与分析

4讨论

5小结

第五章利用平板反应器大量培养高产淀粉绿藻—标志链带藻的生长和淀粉积累规律

1引言

2 材料与方法

3结果与讨论

4 讨论

5小结

第六章标志链带藻生物质发酵制备燃料乙醇工艺研究

1引言

2材料与方法

3结果与分析

4结论

第七章总结与展望

7.1 结论

7.2 创新

7.3展望

参考文献

在读期间发表论文

致谢