糖蜜酒精废醪液和核桃壳用于微藻培养产生物柴油的研究

发布时间：2020-10-24 17:58

　　 生物柴油是一种清洁无污染,可再生的替代型燃料。因其具有硫含量低、燃烧充分,闪点高、使用安全、较好的低温启动性等优点,在全球受到广泛的重视。但在生物柴油的生产过程中,较高的生产成本制约了其工业化的发展,其中原料成本占生产成本的75%。因此,选取合适的、低成本的原料及适宜的生产方式生产生物柴油成为当前研究的热点。微藻作为地球上分布最为广泛、种类最多的单细胞或群体的微生物,能够有效的利用太阳光进行光合作用,吸收空气中的CO_2,将太阳能转化为生物质能。与其它原料相比,以微藻作为原料生产生物柴油具有生长周期短、油脂含量高等诸多的优势。在微藻的培养过程中,添加植物激素可以降低利用微藻生产生物柴油的成本。褪黑素(Melatonin,MT)作为一种植物激素,广泛存在于多种植物体内,通过调节光合作用、细胞周期、DNA复制、新陈代谢和油脂的合成等过程,促进植物的生长、延缓植物的衰老。然而,褪黑素应用于废水中调节微藻的生长和油脂合成的机制鲜有报道。本实验以单针藻Monoraphidium sp.FXY-10和Monoraphidium sp.QLZ-3为研究对象,建立微藻油脂高效合成的低成本培养方法,研究了以糖蜜酒精废醪液(Molasses waste water,MW)和核桃壳提取液(Walnut shell extract,WSE)作为培养基,对微藻生长和油脂积累的影响,分析了在工业废水中微藻油脂合成的相关机制,同时利用CO_2联合光生物反应器缩短了生长周期,增加了微藻的生物量产率和油脂产率,为降低微藻油脂的生产成本及工业化扩大培养提供了一定的理论依据和实践意义。具体研究结果如下:(1)以糖蜜酒精废醪液作为培养基,添加不同浓度的MgSO_4·7H_2O,当培养基中Mg~(2+)浓度为800μM时,微藻的生物量和油脂含量达到最高。同时,微藻对糖蜜酒精废醪液中总氮、总磷、COD的移除率分别达到88.37%、93.69%和87.98%。此外,Mg~(2+)作用下,增强了微藻对糖蜜酒精废醪液中Ca~(2+)、Fe~(3+)、Cu~(2+)的吸收。结果表明,适宜浓度的Mg~(2+)可以促进糖蜜酒精废醪液中微藻的生长和油脂含量的积累,同时,提高了微藻对糖蜜酒精废醪液中总氮、总磷、COD值和相关金属离子的利用率。(2)本实验中,通过外源添加褪黑素,促进了糖蜜酒精废醪液中微藻的生长和油脂的积累。以糖蜜酒精废醪液为基础培养基,添加10~(-3)μmol/L的褪黑素,微藻中的油脂含量达到68.69%,且最高生物量为1.22 g/L。与此同时,藻细胞内蛋白质含量下降,碳水化合物含量增加。在微藻培养过程中,糖蜜废醪液中的COD、总氮及总磷降低。此外,外源褪黑素的添加通过上调了乙酰辅酶A羧化酶(Acetyl coenzyme A carboxylase,ACCase)、苹果酸酶(Malic Enzyme,ME)的活性,下调了磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(Phosphoenolpyruvate Carboxylase,PEPC)的活性,促进了微藻中油脂含量的积累。研究表明,褪黑素通过调节微藻油脂合成过程中相关酶的活性,促进了油脂的积累,同时降低培养成本,为微藻扩大化生产提供了新的理论基础。(3)微藻的大规模工业化培养是未来微藻发展的趋势,利用光生物反应器培养微藻为其工业化培养提供了一定的理论基础。在鼓泡式柱形光生物反应器中,通入CO_2的含量为12%时,可以有效的提高WSE中单针藻Monoraphidium sp.QLZ-3的生物量产率和油脂产率。WSE中氮、磷营养物质的被有效利用。与此同时,提高了微藻细胞内的叶绿素含量和rbcL的相对表达量,促进了单针藻Monoraphidium sp.QLZ-3对CO_2的固定。在12%的CO_2的作用下,促进了微藻对WSE中多酚的吸收,多酚作为一种抗氧化剂,可能通过调控藻细胞内的抗氧化体系,促进了微藻油脂合成过程中accD和kas基因表达量的上调,促进了油脂的积累。
【学位单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TE667
【部分图文】：

昆明理工大学硕士学位论文30重）增长到365.4和406.00nmol/min/g（鲜重），最终达到357.28和373.52nmol/min/g鲜重（图2.11）。相比对照组，培养的第5、10、15天，实验组中PEPC的活性分别下降了50.00%、23.53%和34.88%。研究表明，pepc的高表达，可以促进微藻中生物量的增加[64]。结合图2.3可知，培养的5-20天中，随着实验组和对照组中PEPC的活性逐渐增加，微藻的生物量也表现出不同程度的增加；20-25天时，PEPC活性与微藻生物量同时呈现下降趋势。先前的研究结果也表明，pepc表达量的下调可以促进Chlamydomonasreinhardtii中油脂含量的积累[80]。MT作用下，单针藻FXY-10中PEPC的活性低于对照组，而油脂含量均不同程度的高于对照组。结果表明，MT可以降低单针藻Monoraphidiumsp.FXY-10中PEPC的活性，促进微藻油脂的积累。2.3.10MW培养微藻生产生物燃料理论性分析CO2是引起温室效应的主要气体，由其所产生的增温效应占所有温室气体总增温效应的63％[82]。糖蜜酒精生产过程中，每得到1L的酒精，会有13-15L的糖蜜酒精废醪液馏出。微藻可以利用糖蜜酒精废醪液中的营养物质，固定空气中的CO2，并转化为生物质能源，添加MT可以促进微藻的生长和油脂的积累。68.69%油脂含量残余生物量(610.2kg)油脂(1338.6kg)10.36%碳水化合物含量Monoraphidiumsp.FXY-101.2180gL-1其他(408.3kg)总碳水化合物(201.9kg)生物乙醇(72.7kg)[39]563.7g/kgMW(2000Kg)生物量(1948.8kg)535.8gkg-1的生物量[39]27.9gkg-1生物量TAGs图2.12MT诱导下糖蜜废醪液培养单针藻Monoraphidiumsp.FXY-10理论能源转化Fig.2.12TheoreticalconversionyieldsforbiofuelproductionfromMonoraphidiumsp.FXY-10cultivatedinMWwithMT-treated
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 张雪;刘建华;;微藻油脂合成代谢途径及调控机制的研究进展[J];基因组学与应用生物学;2019年03期

2 黄秋婷;史功赋;杨振;;产油微藻的筛选及其产油能力的评价[J];吉林化工学院学报;2017年11期

3 宋瑞雪;;能源微藻的应用[J];生物化工;2018年04期

4 田兴国;杜伟;刘德华;;微藻油脂制备生物柴油上游工艺的研究现状及展望[J];生物产业技术;2016年02期

5 张森;刘平怀;杨勋;郝宗娣;张玲;罗宁;;富油微藻育种技术研究进展[J];广东农业科学;2013年14期

6 和晶亮;徐翔;;未来能源安全的柱石——来自微藻的生物柴油[J];河南工程学院学报(自然科学版);2008年02期

7 ;微藻制油市场潜力大[J];技术与市场;2012年01期

8 ;我国富油微藻制油取得初步成果[J];天津化工;2009年03期

9 李晓兰;;我国富油微藻制油取得初步成果[J];海洋石油;2009年02期

10 许海朋;张晓东;张杰;李岩;孟光范;;利用微藻生产生物柴油的研究进展[J];现代化工;2008年10期

相关博士学位论文 前10条

1 任宏宇;微藻油脂合成策略及暗发酵细菌—微藻耦合产能研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

2 韩飞;高温胁迫与超声刺激促进微藻油脂积累的过程及机理[D];山东大学;2016年

3 张芳;微藻油脂合成调控及膜分散原位萃取研究[D];浙江大学;2011年

4 王晶晶;基于脱灰预处理的低脂微藻催化热解特性及机理研究[D];华南理工大学;2019年

5 马春阳;微藻光谱辐射特性研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

6 郑禾山;利用头孢抗生素废水培养微藻制备生物吸附剂的研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

7 王新锋;基于能源转化的沼液浓缩稀水微藻养分循环利用研究[D];中国农业大学;2018年

8 巫小丹;利用有机废水生产微藻生物质的研究[D];南昌大学;2017年

9 彭阳;微藻生物材料对工业污水二价汞的脱除性能及机理研究[D];华中科技大学;2018年

10 王垚;产油微藻高效培养及其酶法制备生物柴油技术研究[D];暨南大学;2016年

相关硕士学位论文 前10条

1 董训赞;糖蜜酒精废醪液和核桃壳用于微藻培养产生物柴油的研究[D];昆明理工大学;2019年

2 朱斌斌;利用微藻油脂制备生物柴油的研究[D];华中科技大学;2009年

3 黄佳;能源微藻的培养及其气浮浮选研究[D];长安大学;2016年

4 李崯雪;微藻油脂原料制备与乙醇亚临界流体萃取藻油方法研究[D];哈尔滨工业大学;2017年

5 郝宗娣;热带淡水产油微藻的分离、鉴定及其培养条件初步探索[D];海南大学;2013年

6 宗娜娜;南海微藻的分离、鉴定及脂肪酸特性分析[D];青岛科技大学;2013年

7 李达;利用缫丝废水培养小球藻的初步研究[D];江苏科技大学;2019年

8 杜铁民;二氧化碳浓度控制系统（3C）的优化及其在微藻培养中的应用[D];河北农业大学;2019年

9 王莎;微藻固定化培养光照策略优化及废水处理研究[D];福州大学;2018年

10 阳需求;微藻高效利用氨氮和无机碳源的条件优化及应用研究[D];福州大学;2018年

本文编号：2854804