重要理化因子对小球藻生长和油脂产量的影响

本文采用通气培养的方法研究了N、P、Fe3 、盐度、光照强度、温度对小球藻(Chlorella sp. XQ-200419)生长速率、生物量和油脂产量的影响。主要结果如下：N浓度对小球藻的生长和油脂产量均有显著的影响,在KNO3浓度0.05—0.3g/L范围内,小球藻生长速率随N浓度的增加而提高,并积累更多的生物量,而油脂含量随之递减,KNO3浓度为0.3g/L时,油脂产量最高。小球藻对P浓度变化的适应范围很大,K2HPO4浓度在10—160mg/L范围内,对小球藻的生长和油脂产量都没有显著影响。在小球藻培养后期补加不同浓度Fe3 对其生长速率没有显著影响,总脂含量随着Fe3 浓度升高呈现上升的趋势,均比对照有极显著提高,Fe3 浓度为0.75mmol/L时油脂产量最高。盐度对小球藻的生长有一定的抑制作用;油脂含量先随着盐度的增大而提高,当NaCl浓度达到0.6mol/L, 油脂含量又显著降低;油脂含量和油脂产量均在盐度为0.2mol/L时最高。光照强度对处于生长后期的小球藻的生长影响不大,但影响其油脂积累,小球藻的油脂含量和产量随光照强度的增大而显著提高,当光照强度增至280μmolm-2s-1时,油脂含量和油脂产量最高。温度对小球藻的生长速率、生物量、油脂含量和油脂产量都有显著的影响,在15-40℃范围内,随着培养温度的升高,生长速率、生物量、油脂含量和油脂产量都经历了一个先上升然后下降的过程,适合小球藻生长、积累油脂的温度范围是20-35℃,30-35℃时油脂产量最高,40℃时生物量、油脂含量和产量都最低。理化因子对生长和油脂含量的影响分为两种情况：1. 温度、光强、铁浓度和盐度的影响表现为在适宜生长的条件下提高油脂含量,这种模式可以称为“适宜模式”;2. 氮浓度的影响表现为在不利于生长的条件下提高油脂含量,这种模式可以称为“胁迫模式”。两种模式都可以提高油脂含量,但是,只有适宜模式才可以提高油脂产量。在筛选小球藻优良产油藻种时要注意,只有在适宜的培养条件下油脂含量高的藻种才具有高产油潜力。     

不同氮源对异养小球藻生物量和油脂积累的影响

小球藻因其快速生长和易培养等特性可用于制备生物能源。与传统的光自养相比,异养小球藻可获得更多的生物量和更高的油脂含量。低成本的马铃薯淀粉水解液可作为小球藻的理想碳源,在氮饥饿条件下可诱导产生更多的油脂。为了探讨不同氮源对异养小球藻生物量和油脂积累的影响,并筛选出异养条件下的最适氮源,实验研究了不同浓度无机氮源NaNO3以及有机氮源丙氨酸和酪氨酸对异养小球藻生物量和油脂积累的影响。以马铃薯淀粉水解液为唯一碳源,在SE培养基中分别添加不同氮源培养小球藻。设定的NaNO3和丙氨酸浓度均为1.5 mmol/L、3.0 mmol/L、6.0 mmol/L,酪氨酸浓度为0.75 mmol/L、1.5 mmol/L和3.0mmol/L。所有小球藻培养实验均为暗培养并持续10 d时间。实验过程测定的指标为:小球藻的细胞数目、比生长速率、叶绿素含量、中性脂含量和总脂含量。实验结果表明:(1)在异养条件下以硝酸盐为无机氮源时,氮源促进叶绿素积累从而促进小球藻的生长,减少硝态氮可以使小球藻快速进入稳定期积累油脂。在NaNO3中氮含量为1.5 mmol/L时,生物量和油脂含量分别为2.65 g/L和51.21%,总油脂含量为1.36 g/L。(2)在不添加其他氮源的异养培养基中,丙氨酸可促进小球藻的生物量增加,在稳定期仍促进单位细胞的叶绿素含量,但总油脂含量普遍偏低。(3)酪氨酸可抑制小球藻生物量增加,使细胞膨大从而促进单位细胞内叶绿素和油脂合成,油脂含量高达38.78%—47.02%。这些结果表明小球藻可通过诱导氨基酸转运系统适应氮源的变化,其中酪氨酸所在的第三个转运系统在葡萄糖诱导条件下可促进油脂的合成。     

产油微藻的分离、筛选及自养培养氮源、碳源的优化

从云南滇池的水样中分离筛选得到一株自养产油小球藻(Chlorella vulgaris,C.vulgaris),其油脂产率可达28.6mg/(L·d),进一步考察了不同氮源、氮源浓度和添加无机碳源对其自养生长和油脂积累的影响。结果表明,硝酸钠为优化氮源,氮元素的优化浓度为123mg/L,油脂含量随氮元素浓度升高而降低;添加NaHCO3显著提高了C.vulgaris生物量产率和油脂产率,其优化浓度为800mg/L。在氮源和碳源的优化浓度下,C.vulgaris的最大生物量产率和油脂产率可达332.8mg/(L·d)和100.2mg/(L·d),分别是对照组的3.6和3.4倍。     

碳源种类及碳氮比对眼点拟微绿球藻生长密度、油脂含量和脂肪酸组成的影响

研究了三种碳源Na2CO3、NaHCO3、葡萄糖对眼点拟微绿球藻生长密度和油旨含量的影响,实验结果表明相对于葡萄糖,无机碳源NaHCO3更利于眼点拟微绿球藻的生长.以NaHCO3为碳源,研究了在不同的接种密度、NaNO3浓度下,C/N对眼点拟微绿球藻生长密度和油脂含量的影响.实验结果表明,C/N对眼点拟微绿球藻生长密度的影响与接种密度和NaNO3浓度有关,在高的NaNO3浓度时,C/N对眼点拟微绿球藻生长密度的影响很小;在低的NaNO3浓度时,随着C/N比的增加,微绿球藻的生长密度先增加后下降,存在最佳的C/N比.最佳的C/N比随接种密度而变化,在接种密度为OD440=0.10时,最佳C/N比为3,当接种密度提高到OD440=0.70时,最佳C/N比增加到5.NaNO3浓度和C/N对微藻油脂含量均有较大影响,在不同的接种密度和NaNO3浓度下都表现为C/N=1时最利于微藻油脂的积累,这与卡尔文循环过程中核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶的活性有关.本实验的最佳产油培养条件为以NaHCO3为碳源,初始接种密度为OD440=0.70,C/N=1∶1,CNaNO3=0.225g/L,此时油脂产率为56.7 mg/(L·d),EPA产率为6.5 mg/(L·d).     

Fe~(3+)对小球藻的生长及油脂含量的影响

传统化石能源储量日益减少,生物柴油因其环保可再生性成为优质的石化柴油替代品。利用小球藻生产生物柴油速度快、油脂含量高,受到了广泛关注。为进一步提高小球藻生产生物柴油效率,分别探究了Fe3+的浓度及添加时间对自养和异养小球藻生长及产油的影响,获得最优Fe3+培养条件为:自养小球藻延滞期添加10-3 g/L Fe3+,生物量及油脂含量达2.80 g/L及30.90%;异养小球藻指数期添加10-5 g/L Fe3+,生物量及油脂含量达3.30 g/L及29.05%。经脂肪酸分析,以上条件获得的微藻油脂均可作为生物柴油生产原料。     

蛋白核小球藻发酵产油脂的研究

从5种不同来源的小球藻中筛选到1株油脂产量较高的蛋白核小球藻Chlorella pyrenoi-dosa No.2.研究了培养基组成及培养条件对其细胞生长和油脂积累的影响.结果表明,最适培养基组成为(g/L):葡萄糖20,甘氨酸0.08,MgSO4·7H2O 0.4,K2HPO4 1.0,FeSO4·7H2O 0.004;适宜的培养温度,初始pH、摇床转速和光照强度分别为28℃、6.0、130 r/min和650 Lux.在上述优化条件下培养7 d,Chlorella pyrenoidosa No.2的生物量和油脂含量分别由优化前的3.73 g/L和40.15%提高到6.56 g/L和59.90%,油脂产量提高了162%.Chlorella pyrenoidosa No.2能以木糖为碳源产油脂,可望用于以木质纤维素等可再生生物质资源为原料生产油脂.气相色谱分析表明该油脂的脂肪酸组成与植物油相似,不饱和脂肪酸含量达71%左右,可作为生产生物柴油的原料.     

碳源对粉核油球藻生长和脂肪酸组成特性的影响

研究了不同碳源类型（CO2、NaHCO3和葡萄糖）及其浓度对粉核油球藻（Pinguiococcus pyrenoidosus CCMP 2078）生长及脂肪酸组成的影响。结果表明：（1）培养液中适量添加碳源促进了粉核油球藻的生长,三种碳源的适宜添加浓度分别是0.5% CO2,5mmol/L NaHCO3和20g/L葡萄糖,对数生长末期的细胞密度分别是对照的3.10倍、1.47倍和2.78倍;（2）除了低浓度葡萄糖外,其他碳源类型和浓度均降低了TPUFA和EPA占总脂肪酸的比例,提高了TSFA的比例,胞内EPA和TSFA含量均下降;（3）低浓度碳源提高了TSFA和EPA产量。通入0.5% CO2培养的EPA和TSFA产量分别是对照的2.30倍和2.69倍,5mmol/L NaHCO3培养的TSFA产量是对照的1.85倍,5g/L和10g/L葡萄糖培养的EPA和TSFA产量最高分别可达对照的2.11倍和1.58倍。因此,通入低浓度CO2最有利于粉核油球藻的生长以及EPA和饱和脂肪酸的生产,EPA和饱和脂肪酸含量的提高主要是通过生物量的增大来实现的。     

皮状丝孢酵母B3利用木薯淀粉发酵生产微生物油脂

对皮状丝孢酵母B3以木薯淀粉水解液为碳源发酵生产微生物油脂培养条件进行了优化,并在2 L发酵罐中对菌体生长和油脂积累进行了考察。摇瓶实验表明,木薯淀粉水解液的浓度高于90 g/L时不利于菌体的生长和油脂积累,皮状丝孢酵母B3发酵生产微生物油脂的最适氮源及其浓度、最适C/N比和pH分别为酵母提取物3.0 g/L、116、6.0,在此条件下培养144 h菌体生物量、油脂产量和油脂含量分别达到15.2 g/L、6.22 g/L和40.9％;在2 L发酵罐中分批发酵44 h后菌体生物量、油脂产量和油脂含量分别达28.7 g/L、12.27 g/L和42.8％。以皮状丝孢酵母B3所产油脂制备生物柴油,其主要组成包括棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯、油酸甲酯、亚油酸甲酯等,且理化特性符合相关国家标准,可作为一种有潜力的化石燃料替代品。     

氮源对C.vulgaris油脂积累的影响

实验室条件下,考察了在发酵过程中不同氮源对小球藻的生物量和油脂积累的影响,确定了小球藻的最佳氮源;并对比分析了含氮培养与缺氮培养的生物量、油脂含量、氮消耗量、生物量氮消耗比率和油脂氮消耗比率的不同。结果表明:小球藻在1.6 g/L Na NO3时获得最大生物量,为562.2 mg/L,在0.8 g/L Na NO3时获得最大相对油脂含量为12.01%;以油脂含量为考察指标时,培养小球藻的最佳氮源为0.8 g/L Na NO3;缺氮培养时,最大油脂含量为13.49%,比含氮培养高约15%;含氮培养时,最高生物量为626.3 mg/L,比缺氮培养高约1.9倍。氮源对生物量,相对油脂含量,生物量氮消耗比率和油脂氮消耗比率具有明显的影响。藉此,提出了通过改变培养方式,达到调控小球藻细胞内生理代谢组分的可行性。     

蛋白核小球藻发酵产油脂的研究

从5种不同来源的小球藻中筛选到1株油脂产量较高的蛋白核小球藻Chlorella pyrenoidosa No.2。研究了培养基组成及培养条件对其细胞生长和油脂积累的影响。结果表明, 最适培养基组成为(g/L)：葡萄糖 20, 甘氨酸 0.08, MgSO4·7H2O 0.4, K2HPO4 1.0, FeSO4·7H2O 0.004; 适宜的培养温度、初始pH、摇床转速和光照强度分别为28℃、6.0、130 r/min和 650 Lux。在上述优化条件下培养7 d, Chlorella pyrenoidosa No.2的生物量和油脂含量分别由优化前的3.73 g/L 和 40.15%提高到6.56 g/L和59.90%, 油脂产量提高了162%。Chlorella pyrenoidosa No.2能以木糖为碳源产油脂, 可望用于以木质纤维素等可再生生物质资源为原料生产油脂。气相色谱分析表明该油脂的脂肪酸组成与植物油相似, 不饱和脂肪酸含量达71％左右, 可作为生产生物柴油的原料。     

响应面法优化自养小球藻产生物柴油油脂

利用响应面法对小球藻(Chlorella vulgaris)在2L气升式生物反应器中对自养产生物柴油油脂的培养条件进行了优化。首先用Plackett-Burman方法对10个相关影响因素的效应进行评价并筛选出对产油有显著影响的3个因素:KNO3浓度、温度和CO2浓度;再用最陡爬坡实验逼近最大产油区域;最后由中心组合实验及响应面分析确定了影响产油主要因素的最佳条件为:KNO3浓度0.31g/L,温度26.5℃,CO2浓度6.80%,最高产油量达到0.42g/L,比优化前提高了近2倍。优化后,在10L气升式生物反应器中进行了扩大培养。     

富营养废水中碳氮磷浓度对布朗葡萄藻总脂和总烃的影响

以经过二次过滤的富营养化鱼塘养殖污水为培养液,添加外源的碳、氮、磷元索,研究了污水中不同的外源无机碳、总氮和总磷浓度对布朗葡萄藻(Botryococcus braunii)生物量、总脂和总烃含量的影响.结果表明:(1)以NaHCO3作为碳源,布朗葡萄藻的生物量和总脂含量在外源无机碳浓度为5～10 mg/L时最高,总烃含量在外源无机碳浓度为15mg/L时最高.(2)以KNO3作为氮源,布朗葡萄藻的生物量在总氮浓度为15mg/L时最高,总脂含量在总氮浓度为2mg/L时最高,总烃含量在总氮浓度为20mg/L时最高.(3)以KH2 PO4作为磷源,布朗葡萄藻生物量在总磷浓度为2mg/L时最高,总脂含量和总烃含量在总磷浓度为1.5 mng/L时最高.     

Nitrogen starvation strategies and photobioreactor design for enhancing lipid content and lipid production of a newly isolated microalga Chlorella vulgaris ESP-31: implications for biofuels

Microalgae are recognized for serving as a sustainable source for biodiesel production. This study investigated the effect of nitrogen starvation strategies and photobioreactor design on the performance of lipid production and of CO(2) fixation of an indigenous microalga Chlorella vulgaris ESP-31. Comparison of single-stage and two-stage nitrogen starvation strategies shows that single-stage cultivation on basal medium with low initial nitrogen source concentration (i.e., 0.313 g/L KNO(3)) was the most effective approach to enhance microalgal lipid production, attaining a lipid productivity of 78 mg/L/d and a lipid content of 55.9%. The lipid productivity of C. vulgaris ESP-31 was further upgraded to 132.4 mg/L/d when it was grown in a vertical tubular photobioreactor with a high surface to volume ratio of 109.3 m(2)/m(3) . The high lipid productivity was also accompanied by fixation of 6.36 g CO(2) during the 10-day photoautotrophic growth with a CO(2) fixation rate of 430 mg/L/d. Analysis of fatty acid composition of the microalgal lipid indicates that over 65% of fatty acids in the microalgal lipid are saturated [i.e., palmitic acid (C16:0) and stearic acid (C18:0)] and monounsaturated [i.e., oleic acid (C18:1)]. This lipid quality is suitable for biodiesel production.     

粗甘油优化污泥脱水液培养小球藻过程的研究

污泥脱水液为污泥压缩过程产生的污水,因其含有N、P等营养物,可用于微藻的培养。但污泥脱水液碳氮比低,可利用碳源有限,影响微藻生长。本研究考察外加不同浓度(1 g/L,2 g/L,4 g/L,6 g/L)生物柴油副产物-粗甘油对污泥脱水液培养小球藻过程的影响。结果表明:1 g/L、2 g/L粗甘油浓度能促进小球藻生长,藻生物量为1.29 g/L、1.45 g/L;2 g/L粗甘油浓度下氨氮、总氮去除率达99.32%和97.52%。粗甘油被分解后易使培养体系pH降至7以下,使总磷去除率比对照组略低。外加1 g/L、2 g/L粗甘油组的COD去除量分别为553.00 mg/L和405.00 mg/L。藻细胞元素和傅里叶红外光谱分析表明补加粗甘油后藻细胞中C元素和H元素相对含量均明显增加,C元素含量约为对照组的1.5倍;2 g/L粗甘油组的蛋白质与脂类物质含量均高于对照组。MPBR半连续培养小球藻过程中,HRT为5 d时藻生物量维持在1.99~2.21 g/L,大约为批次生物量的1.50倍;氨氮、总氮、总磷、COD的去除率分别在96.26%~99.20%、92.44%~94.04%、53.63%~58.58%、59.44%~65.57%。     

氧化铝气体分布器应用小球藻培养的研究

光生物反应器设计中,气体分布器对微藻生长有较大的影响,尤其是在鼓泡式光生物反应器中更为显著。实验考察了采用氧化铝烧制的多孔气体分布器的5L鼓泡式光生物反应器中通气速率、CO₂ 浓度对小球藻LICME002生物量、叶绿素含量、油脂积累的影响。对该气体分布器下的CO₂浓度和通气速率对小球藻的作用机理进行了初步的探讨。结果表明,CO₂浓度为3%时,该株微藻生物量、叶绿素、油脂积累的最佳;CO₂浓度超过6%时各项指标显著下降。通过对0.1vvm,0.4vvm,0.7vvm、1.0vvm的通气速条件下的各项指标的分析,确定最佳通气条件为0.4vvm。结论显示,在最佳通气速率和CO₂浓度下,微藻生物量能达到1.52g/L,油脂含量达到31.5%。     

不同碳源对小球藻Chlorella zofingiensis异养产虾青素的影响

研究了葡萄糖、蔗糖和果糖对小球藻(Chlorella zofingiensis)异养生长及产虾青素的影响,结果表明,在糖浓度为20g/L时,细胞生长较快,但干重较小,虾青素含量较低;在糖浓度为50g/L时,细胞生长较慢,但干重较大,虾青素含量较高。3种碳源中蔗糖和葡萄糖效果较好,在蔗糖浓度为50g/L时,虾青素含量和产量分别达到0.94mg/g和9.61mg/L。     

利用啤酒废水小球藻异养培养

摘要：【目的】利用小球藻异养培养技术处理啤酒废水,旨在为啤酒废水资源化利用和降低小球藻生产成本提供一个途径。【方法】在含有10 g/L葡萄糖的基本培养基进行异养小球藻高效藻株的筛选,并用于啤酒废水的资源化处理。【结果】从5株小球藻中得到2株适合高密度异养培养的藻株（Chlorella pyrenoidosa 15-2070 和 Chlorella vulgaris 15-2075）,在啤酒废水的资源化处理过程中这2株小球藻得到非常接近的试验结果。利用由废水配制含10 g/L葡萄糖的基本培养液培养Chlorella pyrenoidosa 15-2070获得了5.3 g/L藻细胞;并且在此过程中,啤酒废水得到有效利用,几种主要污染物最高去除率为：CODcr,92.2 %;BOD5,95.1 %;NO3--N,98.5 %;NH4+-N,92.3 %。【结论】啤酒废水中的重要环境污染物在培养小球藻的过程中可以得到有效地清除,并从中可以获得具有商业价值的小球藻细胞。