低强度超声波促进微藻油脂累积规律及其机理研究

摘要

针微藻油脂含量是制约生物柴油产率的关键性因素之一，有效提高微藻油脂含量依旧是微藻生物能源领域亟需解决的瓶颈技术难题，本研究创新性的采用低频、低强度超声波作为处理微藻的一种技术手段，其目的是为了有效促进微藻的油脂积累，同时对其促进作用机理进行探索，以期为进一步的研究提供理论指导和技术支持。
　　首先，以实验室自主筛选的产油微藻突变株Z-4作为研究对象，分别研究其在不同超声条件（包括超声频率、超声阶段、超声功率、超声持续时间、超声脉冲间隔）下的油脂含量、生物量、底物消耗能力的变化规律，从而确定了促进微藻油脂累积的最佳超声条件：最佳超声频率为20kHz，最佳超声阶段为微藻生长周期的对数期，最佳超声功率为20W/L，最佳处理时间为30min/d，最佳超声脉冲间隔为2s。同时，该研究还考察了在最佳超声条件下超声处理对微藻及油脂含量的影响。在最佳超声条件下，生物量、生长速率其油脂累积速率、油脂含量都有明显提高。超声处理后的微藻相较于未超声的对照组其稳定期油脂含量由21.2％提高至29.1%，提高37.2%；微藻细胞干重由2.1g/L提高至2.8g/L，提高33.3%。
　　在确定超声波处理的最佳参数后，对超声促进微藻产油脂的机理进行了初步探索，主要从超声处理后微藻对底物的利用速率、微藻细胞结构的变化、细胞表面元素含量的变化、细胞通透性的变化、油脂组成成分、细胞组分、细胞色素以及关键酶含量等的变化等方面进行分析。研究结果表明：超声组微藻细胞表面碳元素与氧元素分别增加5%和5.8%，叶绿素总量约增加了18.6%，多糖含量降低12.8%，总蛋白含量降低6.5%。低频低强度的超声处理可以在不破坏微藻细胞及代谢功能的前提下，提高细胞的通透性进而提高细胞代谢速率和底物的传质速率，这是提高油脂含量和促进微藻生长的关键原因，超声对微藻油脂代谢过程中关键酶活性的影响不大。本研究为提高微藻油脂含量和细胞生物量提供了一种新的策略，为微藻产油的产业化发展奠定了良好的实验基础。

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第1章 绪论

1.1课题来源

1.2微藻生物柴油符合国家碳减排与新能源发展的需求

1.3微藻生物质能源研究进展

1.4超声及其应用

1.5超声的生物学效应

1.6超声促进微藻油脂积累

1.7本课题研究的目的和意义

1.8本课题研究的技术路线

第2章 实验材料与方法

2.1实验材料

2.2实验方法

2.3分析方法

第3章 超声参数的优化及超声效能分析

3.1超声促进微藻油脂累积关键参数的优化

3.2超声波对微藻影响的效果评价

3.3本章小结

第4章 超声波促进微藻产油机理分析

4.1超声对形态结构的影响

4.2超声前后微藻细胞表面元素含量及官能团种类的变化

4.3超声对微藻油脂含量与组分的影响

4.4超声对微藻生理生化性质的影响

4.5超声对细胞通透性的影响

4.6超声对关键酶活性的影响

4.7本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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