高EPA含量眼点拟微绿球藻的培养与酶解提油工艺的研究

摘要

眼点拟微绿球藻生长速率快、油脂含量高、富含EPA，是制备生物柴油的良好原材料。本文通过单因素实验分别考察了营养因子-氮、EM菌剂和环境因子-光对其生长、油脂积累及脂肪酸组成的影响。眼点拟微绿球藻细胞较小，细胞壁坚韧、结构复杂，破壁困难，选择一种适宜于该藻的破壁提油方法，可提高油脂提取率、降低油脂提取成本。本文采用酶解破壁法从眼点拟微绿球藻中提取油脂，研究了酶解提油工艺的影响因素及其规律，并采用响应面法优化了工艺条件。结论如下: (1)在NaNO3、CO(NH2)2、 NH4Cl和CH3COONH4四种氮源中，CH3COONH4更易被眼点拟微绿球藻吸收和利用，能更好地促进其生长和油脂积累;增加氮浓度有利于微藻生长和脂肪酸去饱和，但不利于油脂积累;在实验考察氮源和浓度范围内，CH3COONH4为氮源，浓度为408mg/L时，微藻的生物量、油脂产率和EPA含量最大，分别为2.215g/L、58.2mg/(L·d)和12.8％。 (2)EM菌剂不仅能促进眼点拟微绿球藻的生长，使培养周期从14天缩短到12天，还有利于油脂积累和EPA合成;生物量、油含量和EPA含量随EM菌剂接种量的增加先增加后降低，在每升藻液接种6mLEM菌剂时达到最大，分别为2.5709g/L、40.53％和16.74％。 (3)在白光、红光、蓝光、绿光四种光质中，红光有利于眼点拟微绿球藻的生长和油脂积累;生物量、油含量和EPA含量随着光照强度的增加先增加后降低，在2987Lux时达到最大，分别为2.2889g/L、39.55％和20.04％。 (4)眼点拟微绿球藻细胞壁由42.22％纤维素、11.25％半纤维素、32.32％果胶及14.21％的其它成分组成;根据其组成，选择纤维素酶降解细胞壁、提取藻油和EPA。论文比较了酶解破壁提油法与改良酸法和溶剂提取法的藻油提取率和EPA提取率:酶法的油脂提取率为38.60％，接近于酸法的40.21％，远高于溶剂提取法的15.84％;酶法的EPA提取率为9.23％，分别是酸法和溶剂提取法的1.76和2.43倍。另外，酶解破壁提油法条件温和，是藻油和EPA的适宜提取方法。 (5)通过单因素实验初步确定了酶解条件的适用范围:酶用量1.0～2.0g/(kg干藻粉)、酶解时间1.5～2.5h、酶解温度35～45℃、酶解pH3.0～5.0。 (6)采用响应面法分别分析了酶用量、酶解时间、酶解温度和酶解pH对酶法破壁提取藻油和EPA影响的主次顺序，以藻油提取率为指标，其影响顺序为酶解温度＞酶解pH＞酶用量＞酶解时间;以EPA提取率为指标，其影响顺序为酶解温度＞酶解时间＞酶解pH＞酶用量。并优化了酶法破壁提取藻油和EPA的工艺条件，优化后的藻油提取条件为酶用量1.59g/(kg干藻粉)、酶解时间2.11h、酶解温39.3℃、酶解pH=4.17;在此工艺条件下，油提取率的预测值是38.94％，实验值是38.60％±0.15％。优化后的EPA提取条件为酶用量1.60g/(kg干藻粉)、酶解时间1.86h、酶解温37.9℃、酶解pH=4.10，在此工艺条件下，EPA提取率的预测值是9.62％，实验值是9.59％±0.12％，预测值与实验值基本吻合。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 生物柴油简介

1．2 微藻生物柴油简介

1．2．1 微藻生物柴油的研究现状

1．2．2 微藻生物柴油的工艺流程

1．3 藻种的筛选

1．4 微藻的培养

1．4．1 微藻的产油机理

1．4．2 环境因子对微藻生长及油脂积累的影响

1．4．3 营养因子对微藻生长及油脂积累的影响

1．4．4 维生素对微藻生长及油脂积累的影响

1．5 微藻的采收

1．6 藻油的提取

1．7 微藻生物柴油的制备

1．8 本课题研究的意义及内容

1．8．1 研究意义

1．8．2 研究内容

第二章 眼点拟微绿球藻培养条件的研究

2．1 实验材料与仪器

2．1．1 藻种

2．1．2 实验所用的试剂与仪器

2．2 实验方法

2．2．1 眼点拟微绿球藻的扩种及藻种的预处理

2．2．2 实验设计

2．2．3 眼点拟微绿球藻的培养

2．2．4 眼点拟微绿球藻生长密度和生物量的测定

2．2．5 眼点拟微绿球藻比生长速率的计算

2．2．6 眼点拟微绿球藻的采收及干藻粉的获得

2．2．7 眼点拟微绿球藻油脂含量的测定

2．2．8 眼点拟微绿球藻藻油成分的分析

2．3 结果与讨论

2．3．1 氮源种类及其浓度对眼点拟微绿球藻生长、油脂产率和EPA含量的影响

2．3．2 EM菌剂及其接种量对眼点拟微绿球藻生长、油含量和EPA含量的影响

2．3．3 光对眼点拟微绿球藻生长、油含量和EPA含量的影响

2．4 本章小结

第三章 眼点拟微绿球藻的酶解提油工艺研究

3．1 实验试剂与仪器

3．2 实验方法

3．2．1 眼点拟微绿球藻的培养

3．2．2 实验设计

3．2．3 眼点拟微绿球藻中油提取率和EPA提取率的测定

3．3 结果与讨论

3．3．1 眼点拟微绿球藻细胞壁的测定和酶的选择

3．3．2 眼点拟微绿球藻藻油提取方法的比较

3．3．3 纤维素酶酶解眼点拟微绿球藻细胞壁条件的单因素实验

3．3．4 纤维素酶酶解眼点拟微绿球藻细胞壁提取藻油和EPA的响应面设计及结果

3．3．5 各个因素及其交互作用对眼点拟微绿球藻藻油和EPA提取效果的影响

3．3．6 纤维素酶降解眼点拟微绿球藻细胞壁提取藻油和EPA最佳工艺参数的确定及模型验证

3．4 本章小结

第四章 结论与展望

4．1 结论

4．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文