能源微藻的筛选及其生产生物燃料的研究

论文摘要

随着世界工业化的深入和世界人口的快速增长,世界面临着能源危机,能源对于人类生存的生态环境的影响和对经济社会发展的制约显得越来越明显。一种可持续、可再生、高效率和低成本的能源是我们所寻求的可以替代化石燃料能源的新型能源,而由生物质产生的生物燃料将可以作为一个很好的替代来源,以满足现在和未来的能源需求。海洋微藻是海洋生态系统中有机物和能量的初级提供者,与其他原料相比,具有环境适应能力强、油脂含量高、生长周期短、产量高的优点,在世界范围内受到了越来越多的关注。本研究旨在通过试验,收集得到一些天然水体中的藻类资源,建立一套有较大研究价值的微藻藻种库,并筛选高生物量、高纤维素含量或高油脂含量的具有能源微藻价值的藻种。为藻类的开发利用和生物质能能源的深入研究奠定基础。本研究从黄海、南海部分海域分离得到240株微藻,其中硅藻门90株、绿藻门110株、褐藻门40株。通过细胞形态学和分子鉴定的方法从中鉴定出69个不同的藻种。在以上研究的基础上对8株生物量较大的藻种细胞内淀粉、纤维素、总脂及可溶性糖含量进行了测定。结果表明藻株Navicula sp.TW-2的油脂含量达到41.33%,生长速度最快,生物量也较大。该藻株的脂肪酸成分较为单纯,不饱和脂肪酸占51.88%,16-18碳脂肪酸含量占脂肪酸总量的96%,是制备生物柴油的优良藻株。藻株Nannochloropsis sp.NB-3的可溶性糖含量达到22.3%,纤维素含量为9.61%,淀粉含量为11%,生物量最大。接着应用购买的小球藻粉进行单因素和正交试验,确定了对微藻进行水解糖化的最佳条件为:爆破时间120 s,硫酸4%,121℃60 min高温水解。采用该优化条件对藻株Nannochloropsis sp.NB-3进行爆破和稀酸预处理之后发酵生产乙醇含量为0.723 mg/100 m L,该藻粉的乙醇产率为5.75%,藻株Nannochloropsis sp.NB-3是制备生物燃料乙醇的优良藻株。

论文目录

• 致谢
• Abstract
• 摘要
• 1 文献综述
• 1.1 微藻简介
• 1.2 微藻油脂研究进展
• 1.2.1 微藻作为生产生物柴油原料的优势
• 1.2.2 微藻脂肪酸的提取工艺
• 1.2.3 微藻脂肪酸成分分析
• 1.2.4 微藻柴油研究现状
• 1.3 微藻乙醇研究进展
• 1.3.1 微藻生产乙醇的预处理技术
• 1.3.2 微藻乙醇工业化进展
• 1.4 海洋能源微藻的分离技术
• 1.5 微藻的鉴定技术
• 1.5.1 传统的形态学分析方法
• 1.5.2 基于“特征性化学成分”的方法
• 1.5.3 基于核酸和蛋白质的分子生物学方法
• 1.6 本研究的目的与意义
• 1.7 课题研究内容
• 1.8 技术路线
• 2 材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 微藻及菌种
• 2.1.2 试验器材
• 2.1.3 培养基
• 2.1.4 试验试剂
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 海洋能源微藻的分离纯化
• 2.2.2 微藻的保种
• 2.2.3 微藻的扩大培养
• 2.2.4 微藻鉴定与分类
• 2.2.5 藻细胞的收集及藻粉的制备
• 2.2.6 微藻生长曲线及干生物量的测定
• 2.2.7 微藻纤维素含量的测定
• 2.2.8 微藻淀粉含量的测定
• 2.2.9 微藻总脂含量的测定
• 2.2.10 微藻可溶性多糖含量的测定
• 2.2.11 粗脂提取
• 2.2.12 脂的甲酯化
• 2.2.13 脂肪酸GC-MS分析条件
• 2.2.14 生物柴油的制取
• 2.2.15 生物柴油GC-MS分析
• 2.2.16 微藻藻粉乙醇发酵研究
• 3 结果与分析
• 3.1 微藻的分离与纯化
• 3.2 微藻的鉴定
• 3.2.1 PCR结果
• 3.2.2 微藻鉴定结果
• 3.3 微藻的生长曲线及生长速率
• 3.4 纤维素含量的测定
• 3.5 淀粉含量的测定
• 3.6 总脂含量的测定
• 3.7 可溶性多糖的测定
• 3.8 Navicula sp.TW-2 藻粉脂肪酸成分分析
• 3.9 生物柴油GC-MS分析
• 3.10 微藻发酵生产乙醇的优化试验
• 3.10.1 稀硫酸浓度对糖化的影响
• 3.10.2 爆破处理时间对糖化的影响
• 3.10.3 糖化温度对糖化的影响
• 3.10.4 糖化时间对糖化的影响
• 3.10.5 小球藻粉发酵产乙醇正交实验
• 3.11 小球藻粉发酵验证试验
• 3.12 藻株Nannochloropsis sp.NB-3 的发酵生产乙醇试验
• 4 结论与讨论
• 参考文献