三种海洋产能微藻规模化养殖及采收技术的初步研究

论文摘要

在化石能源日益衰竭及其燃烧带来环境污染问题日益严重的严峻形势下,寻求可再生能源受到普遍关注,其中生物质能源以其较高的可持续性和清洁无污染的特点成为全球关注的焦点。微藻生物质能源是一种以开发藻类中丰富的油脂制备生物柴油的生物质能源,是一种具有巨大开发潜力的优质生物质能源,但原料供给不足和生产成本高昂始终是制约微藻生物柴油产业发展的主要原因。微藻的生物质产量和油脂含量是影响生产成本的关键因素,已有大量研究表明,微藻生物量和油脂含量受到环境条件和营养盐成分调控。为优化培养条件,获得高生物量,并提高微藻油脂产量,本研究以三种常见海洋微藻—盐藻（ Dunaliella salina ）、湛江等边金藻（ Isochrysis zhanjiangensis）和微绿球藻（Nannochloropsis oculata）为研究对象,开展了室内培养条件优化、室外中试试验和采收技术等方面的研究,通过研究,初步建立了海洋产能微藻开发利用技术线路。（1）本研究采用索氏提取法,以乙醚为溶剂,在60～80℃的温度条件下,对7种海洋微藻细胞内粗脂肪含量进行测定,并对提取方法做了优化。优化的方法是将样品预先在乙醚溶剂中浸泡一定时间,使部分油脂在乙醚溶剂中浸出,然后再按索氏方法进行脂肪抽提。研究表明,优化后的索氏提取法具有提取效率高、提取成本低和提取完全等优点,并且该方法缩短了抽提时间,从而降低了乙醚等有机萃取剂因挥发而造成的污染。（2）通过两种不同充气方式培养3种海洋微藻,研究了CO2对微藻生长和脂肪积累的影响。试验设组Ⅰ纯充空气组,组Ⅱ充CO2与空气混合气体组,结果表明,三种海洋微藻均能在充气条件下迅速进入指数生长期,平均生长率均在1以上,组Ⅱ较组Ⅰ生长和脂肪积累显著（P﹤0.05）。生长指数末期,三种微藻的最高密度分别达到3.33×106、9.20×106和1.75×107个/mL,充CO2和空气混合气体组细胞密度分别是纯充空气组的1.28、6.23和3.09倍。湛江等边金藻的脂肪含量最高,在充CO2和空气混合气体组其脂肪含量较纯充空气组翻倍增加,达到40%,提高了122.8%,而盐藻和微绿球藻分别提高了69.5%和49.6%。（3）采用单因素试验研究了盐度对盐藻生物量和脂肪积累的影响,结果表明盐度变化对盐藻生物量和脂肪积累均有显著的影响。在本实验条件下,盐度在20～100的范围内,盐藻均能正常生长,且在盐度40时,能够获得最高生物量和最高的脂肪含量,分别达到1.19 g/L和33.84%。（4）通过添加硅酸钠培养湛江等边金藻,研究得出,硅酸钠不是影响湛江等边金藻油脂生产力的主要原因,但是,当藻液硅酸钠浓度为10 mg/L时,藻液生长率和生物量最高;而当藻液硅酸钠浓度为5 mg/L时能够收获最大的脂肪含量63.93%和产油生产力71.056 mg/L·d;研究表明,添加硅酸钠浓度在5～10 mg/L的范围能够提高湛江等边金藻油脂生产力。（5）自行设计竖立薄膜袋培养海洋微藻,研究发现,接种后第二天两种试验微藻均能进入指数生长期,并且维持指数生长期时间长。8 d后湛江等边金藻最大密度2.99×106个/mL,计算最大生长率为0.626;10 d后微绿球藻密度达到8.50×106个/mL,计算生长率为0.565,而且10 d后仍有升长的趋势,一直维持至第15 d。研究结果表明,利用竖直薄膜袋室外培养海洋微藻不仅具有受光面积大、成功率高、污染机会小、操作简单等优点,而且设备材料成本低、占地面积小、薄膜袋不容易破损和方便采收等优点。（6）本研究利用两种化学试剂分别对两种微藻进行絮凝采收试验,结果表明,两种絮凝剂对两种海洋微藻的絮凝效果明显。进一步研究表明,0.3 g/L的硫酸铝对湛江等边金藻絮凝作用明显,1000 mL藻液20 min后发生絮凝作用,80 min沉淀度可达70%以上;0.2 g/L的硫酸锌对微绿球藻絮凝效果极为显著,1000 mL藻液10 min内沉淀度在50%以上,其最大絮凝度超过90%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 第一章 海洋微藻粗脂肪含量测定及其方法优化研究
• 1.1 材料和方法
• 1.1.1 实验材料
• 1.1.2 主要设备
• 1.1.3 微藻采收
• 1.1.4 提取准备工作
• 1.1.5 索氏提取
• 1.1.6 脂肪测定
• 1.2 结果
• 1.2.1 提取时间
• 1.2.2 微藻粗脂肪含量
• 1.3 讨论
• 1.4 小结
• 第二章 二氧化碳对微藻生长和脂肪含量的影响
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 材料
• 2.1.2 培养用水和营养盐
• 2.1.3 试验设计
• 2.1.4 生长测定
• 2.1.5 油脂含量的测定
• 2.1.6 数据分析
• 2.2 结果
• 2.2.1 三种微藻细胞密度与吸光值的线性关系
• 2.2.2 培养过程中pH 的变化
• 2.2.3 充气对微藻生长的影响
• 2.2.4 充气对微藻脂肪含量的影响
• 2.3 讨论
• 2.4 小结
• 第三章 盐度变化对盐藻生物量和总脂含量的影响
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 材料
• 3.1.2 方法步骤
• 3.1.2.1 培养用水和营养盐
• 3.1.2.2 实验设计
• 3.1.2.3 生长测定
• 3.1.2.4 藻生物量的采收与测定
• 3.1.2.5 微藻粗脂肪百分含量的测定
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 生物量与吸光值的线性关系
• 3.2.2 盐度对盐藻生物量的影响
• 3.2.3 盐度对盐藻总脂含量的影响
• 3.3 讨论
• 3.4 小结
• 第四章 硅酸钠对湛江等边金藻生长和油脂生产力的影响
• 4.1 材料和方法
• 4.1.1 材料
• 4.1.2 营养盐
• 4.1.3 微藻培养和试验设计
• 4.1.4 生长的测定
• 4.1.5 吸光值与细胞密度线性关系的研究
• 4.1.6 生物量和油脂的测定
• 4.2 结果
• 4.2.1 细胞密度与吸光值的线性关系
• 4.2.2 硅酸钠浓度对湛江等边金藻生长的影响
• 4.2.3 硅酸钠浓度对湛江等边金藻油脂生产力的影响
• 4.3 讨论
• 4.4 小结
• 第五章 海洋产能微藻室外规模化培养中试试验的研究
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 试验用微藻
• 5.1.2 养殖方法
• 5.1.2.1 培养场地
• 5.1.2.2 充气装置
• 5.1.2.3 培养容器
• 5.1.2.4 培养方法
• 5.1.4 生长测定
• 5.1.5 吸光值与密度线性关系
• 5.2 结果
• 5.2.1 密度与吸光值的线性关系
• 5.2.2 微藻生长情况
• 5.3 讨论
• 5.4 小结
• 第六章 海洋产能微藻规模化采收技术初步研究
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 培养容器材料和制作方法
• 6.1.2 藻样
• 6.1.3 培养方法
• 6.1.4 试验设计
• 6.1.5 测定方法
• 6.2 结果
• 6.2.1 絮凝剂浓度筛选结果
• 6.2.2 硫酸铝用量对湛江等边金藻絮凝采收效率的影响
• 6.2.3 硫酸锌用量对微绿球藻絮凝采收效率的影响
• 6.3 讨论
• 6.4 小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 附录一 在学期间科研及发表论文情况
• 致谢