三株栅藻属藻株光合自养产油脂的比较研究

通过柱式光生物反应器培养,比较研究三株栅藻(Scenedesmus sp简写S.sp、Scenedesmus deserticola、Scenedesmus dimorphus)的生长及油脂含量情况,得出3株藻生物量最高的是S.deserticola为0.48 g/(L·d);其次是S.sp为0.41 g/(L·d);S.dimorphus产量最低为0.35 g/(L·d)。且培养后期经尼罗红染色清楚可见油脂分布,其中S.deserticola总脂含量达到了干重的55.3%,总脂产量为0.29 g/(L·d);S.dimorphus为46.7%,0.18 g/(L·d);S.sp为43.6%,0.20 g/(L·d)。三株栅藻主要脂肪酸为C18和C16,占总脂肪酸组成的85%以上,符合生物柴油的生产要求。综合比较,S.deserticola是一株性能优良的产油藻株。     

生长速度快且油脂产率高的湛江等鞭金藻诱变株的筛选

【目的】筛选生长速度快的高产油湛江等鞭金藻诱变株。【方法】利用常压室温等离子体射流诱变技术对湛江等鞭金藻进行诱变,通过96孔板、摇瓶和反应器培养对诱变株进行筛选。【结果】传至第13代,600 m L反应器培养7 d,诱变株IM110020最大比生长速率、细胞密度和油脂产率可分别达0.72 d-1、16 750×104 cells/m L、109.8 mg/(L·d),分别比野生株提高12.5%、20.8%和17.9%。【结论】获得了一株生长速度快且油脂产率高的诱变株IM110020,且经过多次传代性质稳定。     

不同磷、硫及二氧化碳浓度对标志链带藻生长和碳水化合物积累的影响

【目的】为了研究不同磷、硫及二氧化碳浓度对标志链带藻(Desmodesmus insignis)生长与碳水化合物积累的影响,本实验以改良BG11培养基为基础,设计了8种不同初始K_2HPO_4浓度、8种不同初始MgSO_4浓度及4种二氧化碳浓度培养标志链带藻。【方法】采用干重法和苯酚-硫酸法分别测定其生物质浓度与总碳水化合物的含量。【结果】实验结果显示,在高磷浓度(0.460 mmol/L)下生物量达到最高为6.37 g/L,磷浓度为0.230 mmol/L (对照组)时总碳水化合物含量及单位体积产率达到最高,分别为45.40%(%干重)和0.20 g/(L·d)。不同初始MgSO_4浓度实验结果显示,高硫浓度有利于标志链带藻生长及碳水化合物的积累,生物量、总碳水化合物含量及单位体积产率分别在硫浓度为1.217 mmol/L、0.609 mmol/L和1.824 mmol/L时达到最高,分别为7.02 g/L、51.6%(%干重)及0.26 g/(L·d)。当二氧化碳浓度为3%(V/V)时,标志链带藻生物量、总碳水化合物含量及单位体积产率均达到最高,分别为6.81 g/L、44.03%和0.20 g/(L·d)。【结论】因此,磷浓度为0.230 mmol/L、硫浓度为1.824 mmol/L和二氧化碳浓度为3%时最有利于标志链带藻生长及碳水化合物的积累。     

不同氮源及其浓度对标志链带藻合成淀粉和油脂的影响北大核心CSCD

【目的】以标志链带藻(Desmodesmus insignis)为实验材料,研究不同氮源及其浓度对该藻生长、总脂和淀粉(碳水化合物)含量的影响,为该藻在生物能源方面的应用提供一定的理论依据。【方法】以硝酸钠、碳酸氢铵或尿素为氮源,5个氮浓度(3、6、9、12和18 mmol/L)的BG-11培养基培养标志链带藻,采用干重法测定生物质浓度、重量法测定总脂、苯酚-硫酸法测定、总碳水化合物和淀粉的含量。【结果】标志链带藻在3种氮源下均能很好的生长。最高油脂含量出现在3 mmol/L硝酸钠实验组,达到32.61%(d.w)。当18 mmol/L碳酸氢铵作为氮源时,总碳水化合物与淀粉的含量以及产率都达到最高,分别为56.54%(d.w)和55.33%(d.w)、0.24和0.23 g/(L·d)。以尿素为氮源时,其生物质浓度和各组分含量与其它氮源实验组差别不大,均有利于该藻的生长及各生化组分含量的积累。【结论】以该藻种生产生物能源的成本等综合考虑,以18 mmol/L碳酸氢铵和尿素为氮源培养标志链带藻最优。     

蛋白核小球藻高效同化硝态氮联产微藻蛋白

本研究旨在建立利用微藻去除高浓度废水中硝酸根并转化为藻蛋白的创新技术。先在摇瓶中研究了培养模式和光照模式对于混养蛋白核小球藻的生物量产量、硝酸根同化速率和藻蛋白产量的影响,随后在5 L光发酵罐中成功进行了放大验证。结果表明,在摇瓶培养中,不回流培养基的补料分批培养是最佳培养模式,可获得最高生物量产量为35.95 g/L,硝酸根平均同化速率为2.06 g/(L·d),藻蛋白含量可高达42.44%干重;采用阶梯式增加光强的光照模式,能显著提高细胞比生长速率,最高达到0.65 d–1。在5 L光发酵罐中连续培养128 h,最高生物量产量和硝酸根平均同化速率分别达到66.22 g/L和4.38 g/(L·d),最高藻蛋白含量可达干重的47.13%。本研究能为高效处理工业废硝酸或高浓度硝酸盐废水提供微藻光发酵技术,基于微藻的生物转化过程可联产高蛋白微藻生物质,有利于实现这类废水资源化利用、变废为宝。     

蓝藻挥发物α-紫罗酮诱导莱茵衣藻细胞程序性死亡

【目的】蓝藻挥发性有机化合物(VOCs)对其他藻类的化感作用可促进蓝藻成为富营养化水体优势种群,本研究旨在以VOCs主要成分α-紫罗酮为例揭示其化感致死机制。【方法】采用α-紫罗酮处理莱茵衣藻,测定藻细胞生长以及致死浓度下藻细胞光合性能、caspase-likes活性和DNA ladders。【结果】采用0.05和0.1mmol/Lα-紫罗酮处理24h后,莱茵衣藻细胞生长均受到明显抑制,其中0.1 mmol/L处理时部分藻细胞发生死亡,死亡率为38.3%。采用0.2 mmol/Lα-紫罗酮处理时,藻细胞全部死亡,同时光合色素逐渐降解、Fv/Fm逐渐降低并消失,这表明藻细胞死亡并非坏死。在藻细胞死亡过程中,caspase-9-like和caspase-3-like活性明显增强;DNA在处理1h时出现ladders,并逐渐降解为100–250 bp片段。【结论】这表明蓝藻VOCs可通过诱导细胞程序性死亡以发挥化感作用。     

产油嗜碱绿球藻MC-1的烟气适应性

为了降低微藻产油成本和减少温室气体的排放,利用煤炭烟气培养一株具有pH快速漂移和高碱适应特性的产油微藻Chlorococcum alkaliphilus MC-1.首先于15L光生物反应器中分三组(空白组、CO2组和烟气组)进行小体积培养实验,然后在24 m2开放式跑道池中进行放大培养,研究了微藻MC-1对烟气培养的适应性.结果表明,在光生物反应器培养实验中,烟气组的最高生物量浓度、生长速率、藻体总脂含量和CO2固定速率分别为:(1.02±0.07) g/L、(0.12±0.02) g/(L·d)、(37.84±0.58)％和(0.20±0.02) g/(L·d),比CO2组分别提高了36％、33.33％、15.34％和33.33％.在开放式跑道池培养实验中,烟气与纯CO2的培养效果相似,烟气培养下的最高生物量浓度、生长速率、藻体总脂含量和CO2固定速率分别为:147.40 g/m2、14.73 g/(m2·d)、35.72％和24.01 g/(m2·d);烟气培养产出的藻粉中有毒重金属Pb、As、Cd和Cr的含量均低于国家限量标准.实验同时测定了烟气培养下藻液对烟气中CO2、NO和SO2的吸收效果,结果显示,在光生物反应器和开放式跑道池培养中此三种气体的平均吸收率均高于以往研究结果.上述结果说明,该藻能适应烟气培养条件,耦合微藻MC-1产油与烟气减排的室外放大培养是可行的.     

白色LED复合光谱对4种淡水微藻的影响

利用光效高、耗能小的LED光谱作为光源培养微藻能够降低微藻培养的成本,促进微藻培养实现工业化。比较了6种已市场化的,具有不同光强、不同光谱组成的白色LED复合光谱(1号,光强2 162 lx;2号,光强2 227lx;3号,光强2 794 lx;4号,光强4 587 lx;5号,光强5 356 lx;6号,光强6 244 lx)对4种淡水微藻生长情况和叶绿素含量的影响。结果发现:四尾栅藻在5号光源下,有最大生物质质量浓度和比生长速率,分别为2.89 g/L和0.32g/(L·d)(以细胞干质量计);钝顶螺旋藻在4号光源下,有最大生物质质量浓度和比生长速率,分别为5.05 g/L和0.33 g/(L·d);布朗葡萄藻在6号光源下,有最大生物质质量浓度和比生长速率,分别为1.22 g/L和0.25g/(L·d);而集胞藻在光强较小的光源下生长较好,当光强为2 162 lx时,生物质质量浓度和比生长速率分别为3.05 g/L和0.22 g/(L·d)。在光强较低的情况下,光质的红蓝比对四尾栅藻和布朗葡萄藻的生长没有显著影响(p0.05);与蓝光相比,红光更利于集胞藻和钝顶螺旋藻的生长,分别在红蓝比(R/B)为11.7的1号光源和4号光源下有最大藻细胞密度3.05和5.05 g/L。四尾栅藻、钝顶螺旋藻和布朗葡萄藻的单位水体内叶绿素含量与比生长速率成正比,而单位质量干藻细胞内的叶绿素含量随光强的增大而有所降低。     

酸驯化和紫外诱导提高微藻耐酸性

应用微藻固定烟道气CO2既可减排又能生产高值生物基产品,但是,烟道气高浓度CO2和氮硫氧化物导致培养液过度酸化、抑制微藻生长。通过建立微藻抗性驯化简易方法,以期提高微藻耐酸性和在低p H条件下的起始生长速率。经过酸驯化和紫外诱导叠加处理后的栅藻(Scenedesmus),在酸性环境下生长初期的平均生长速率达到0.253 g/(d·L),明显高于单因子处理的p H4.5酸驯化(0.132 g/(d·L))和紫外诱导5 min(0.092 g/(d·L))的生长速率。经过驯化处理的种子藻在p H3的酸性环境中可以正常生长,而未驯化微藻生长近乎停滞。经过驯化处理的种子藻接入低p H培养基后起始生长速率比未驯化微藻提高6.6倍。酸驯化和紫外诱导处理显著提高了栅藻对低p H环境的耐受性。     

重离子诱变创制高产油微拟球藻新品种

以具有产业化前景的微拟球藻Nannochloropsis oceanica OZ-1为实验材料,利用碳重离子进行诱变育种,采用Imaging-PAM和酶标仪进行大规模筛选,最终获得两株高生长速率微拟球藻突变藻株(HP-1和HP-2),进一步分析显示两株突变藻株(HP-1和HP-2)生物量积累较野生型藻株大幅提高,在18d培养末期生物量分别提高了18％和26％,两株突变藻株油脂产率分别为295 mg/(L·d)和275 mg/(L·d),而野生型藻株为247 mg/(L·d).所获两株突变藻株生长速度快、油脂产率高,较野生型藻株优势明显.     

高、低氮浓度对2株真眼点藻的生长和油脂积累的影响

【目的】研究氮浓度对真眼点藻纲(Eustigmatophyceae)的2株高产油微藻大真眼点藻(Eustigmatos magnus,EM)和波氏真眼点藻(Eustigmatos polyphem,EP)的细胞形态、生长、总脂含量、脂质组成和脂肪酸组成与含量的时序变化规律。【方法】利用高氮(18.0 mmol/L NO3?-N)和低氮(3.6 mmol/L NO3?-N)浓度培养微藻。【结果】形态观察结果表明,大真眼点藻(E. magnus)和波氏真眼点藻(E. polyphem)营养细胞具有1个周生的裂叶状叶绿体,细胞质中有液泡,内含能够振动的颗粒物,以及一个较为明显的红色色素体;生殖方式通过形成2个D形或4个四角形的似亲孢子;随着培养周期的延伸和营养盐的消耗,细胞中油体逐步形成,其数量不断增加,体积不断增大。实验结果表明,初始氮浓度对2种微藻的总脂积累及生长均有显著影响(P<0.05),低氮浓度下2种微藻的生物质浓度分别为9.0 g/L和8.5 g/L,均低于高氮浓度下的生物质浓度。而低氮浓度下2种微藻的总脂、中性脂和总脂肪酸的含量以及总脂、中性脂与总脂肪酸的单位体积产率均明显高于高氮浓度组,其最高值分别为：59.10%、51.90%、46.95%和0.28、0.24、0.22 g/(L·d) (EM);64.20%、56.80%、50.01%和0.32、0.28、0.25 g/(L·d) (EP)。脂肪酸分析结果表明,两种微藻的脂肪酸主要成分均为棕榈酸(C16:0)、棕榈油酸(C16:1)、油酸(C18:1)和二十碳五烯酸(C20:5,EPA),四者的总含量(占总脂肪酸)分别达到85.83%和85.48%,其中棕榈油酸的含量最高。【结论】低氮浓度胁迫有利于大真眼点藻和波氏真眼点藻细胞内油脂的积累,两种微藻均为适合于生产生物柴油的油脂生产藻株。     

产油微藻自养培养条件调控

作为新兴生物燃料的生物柴油近年来发展迅速,以微藻为代表的第二代生物能源是解决能源危机的长远之计,但如何提高其产量仍是研究的热点问题。以提高产油自养微藻生物量和油脂含量为目的,在气升式光反应器中运用均匀设计实验方法进行了条件优化试验。分别得出了氮原子浓度、通气速率、二氧化碳体积浓度和光照强度4个因素对小球藻C2生物量积累和油脂含量影响的显著回归方程和反应器优化培养条件。以生物量为指标的优化培养条件是:氮原子浓度0.178 g/L,通气速率5 L/min,二氧化碳体积浓度3%(V/V),光照强度6000 lx。该优化条件下,生物量为2.11 g/L,即生产速率为0.352 g/(L.d),比测试实验中检测到的最高生物量[1.88 g/L,即生产速率为0.313 g/(L.d)]提高了12.2%;以油脂含量为指标的优化培养条件是:进气速率0.400 L/min,二氧化碳体积浓度1.94%(V/V),得到油脂含量为22.4%,比测试实验中检测到的最高油脂量(20.7%)提高7.7%。     

以异养细胞作为种子的椭圆小球藻产油脂光自养培养优化

异养细胞种子/光自养培养方法是一种可异养培养的能源微藻培养的有效方法,但已有文献尚未从工艺优化角度考察其发展潜力。为了获得较高细胞密度的用于光自养培养的种子和提高光自养培养的细胞密度与油脂产率,对异养细胞种子/光自养培养的培养基和培养条件进行了优化。结果表明,采用优化后的培养基,椭圆小球藻在摇瓶中异养培养的最高藻细胞密度可达11.04 g/L,比在初始培养基条件下提高了28.0%,在5 L发酵罐中异养培养的藻细胞密度达到73.89 g/L;在2 L柱式光生物反应器中光自养培养的藻细胞密度、油脂含量和油脂产率分别达1.62 g/L、36.34%和6.1 mg/(L·h),油脂成分主要为含C16-C18碳链的脂肪酸,是制备生物柴油的理想原料。经过优化,异养细胞种子/光自养培养这一方法能够显著地提高椭圆小球藻产油脂的能力,这进一步表明异养细胞种子/光自养培养方法有望成为可异养的能源微藻的高效培养方式。     

氮源类型和水平对3株球状绿藻生长、油脂和花生四烯酸积累的影响

【背景】缺刻叶球藻(Lobosphaera incisa Reisigl)是一种单细胞球状绿藻,是已知花生四烯酸(Arachidonic acid,AA)含量最丰富的植物资源之一。然而目前其分类和命名仍然较为混乱。【目的】明确3株球状绿藻(SAG2468、SAG2043、H4301)的分类地位及在不同氮源(硝酸钠、尿素、碳酸氢铵、碳酸铵、硝酸铵、氯化铵和硫酸铵)和氮浓度(18mmol/L,3mmol/L)条件下油脂和AA积累的特性。【方法】通过分子系统学和形态观察的方法对3株球状绿藻进行分类界定;采用干重法、重量法和气相色谱分析的方法分别对其生物量、油脂含量、脂肪酸组成及AA含量进行测定。【结果】3株球状绿藻均隶属于叶球藻属(Lobosphaera),SAG2468原定名为缺刻缘绿藻(Parietochloris incisa),现修订为缺刻叶球藻(Lobosphaera incisa),与H4301为缺刻叶球藻的不同地理株系。SAG2043原定名为双隔蚁形藻(Myrmecia bisecta),现修订为双隔叶球藻(Lobosphaera bisecta)。3株微藻在高氮(18 mmol/L)和低氮(3 mmol/L)浓度的硝酸钠和尿素培养条件下均可良好生长,铵盐对藻细胞生长普遍有抑制作用,且浓度越高抑制作用越显著。低氮胁迫能显著促进油脂和AA的积累(P0.05),SAG2043在3 mmol/L硝酸钠条件下油脂和AA产率最高,分别为142.15mg/(L·d)和35.51mg/(L·d),明显高于另外2株微藻(P0.05)。此时SAG2043对应获得的生物量为4.9 g/L,油脂含量为43.49%,AA含量高达干重的10.86%,占总脂肪酸含量的31.75%。【结论】SAG2043是一株更具AA开发潜力的微藻。     

枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)发酵生产乙偶姻的pH调控策略

【目的】为了提高Bacillus subtilis CCTCC M 208157发酵生产乙偶姻的效率。【方法】在7 L发酵罐水平上考察不同pH条件对菌株生长及乙偶姻合成的影响。【结果】pH对菌株合成乙偶姻有显著影响,pH 4.5有利于细胞合成乙偶姻,但是延迟期较长;pH 5.5时菌株生长较快,但乙偶姻的产量偏低。因此提出了两阶段pH控制策略:发酵前期(0 16 h),控制pH 5.5;发酵中后期(16 72 h),控制pH 4.5。【结论】通过此策略,菌株合成乙偶姻的能力得到进一步提高,乙偶姻的产量、产率和生产强度分别为32.7 g/L、0.41 g/g和0.91 g/(L.h),分别比初始发酵条件下提高了41%、42%和69%。     

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).     

出芽短梗霉产聚苹果酸发酵条件的优化

【背景】出芽短梗霉可发酵葡萄糖生成聚苹果酸,但存在转化率和转化效率低等瓶颈,阻碍其实现商业化生产。【目的】通过优化发酵培养条件,提高出芽短梗霉的聚苹果酸产量、糖酸转化率和生产强度。【方法】采用单因素试验优化适宜出芽短梗霉BK-10菌株产生聚苹果酸的培养条件,通过Plackett-Burman法对培养基组分筛选显著性影响因素,并对其培养基中无机盐进行正交试验优化,最后进行5 L发酵罐验证。【结果】最优培养基配方和培养条件:100 g/L葡萄糖,1.5 g/L尿素,0.20 g/L KH_2PO_4,0.20 g/L ZnSO_4,0.05 g/L MgSO_4,0.75 g/L KCl,30 g/L CaCO_3,0.01%吐温-80,发酵温度26°C,250 mL摇瓶装液量50 mL。【结论】通过优化,聚苹果酸的糖酸转化率达到0.71 g/g,生产强度达到0.89 g/(L·h),较优化前分别提高了18.33%和71.15%,为发酵葡萄糖合成聚苹果酸进而生产L-苹果酸工艺的工业化生产奠定经济性基础。     

Production of succinic acid and lactic acid by Corynebacterium crenatum under anaerobic conditions

A new succinic acid and lactic acid production bioprocess by Corynebacterium crenatum was investigated in mineral medium under anaerobic conditions. Corynebacterium crenatum cells with sustained acid production ability and high acid volumetric productivity harvested from the glutamic acid fermentation broth were used to produce succinic acid and lactic acid. Compared with the first cycle, succinic acid production in the third cycle increased 120% and reached 43.4 g/L in 10 h during cell-recycling repeated fermentations. The volumetric productivities of succinic acid and lactic acid could maintain above 4.2 g/(L·h) and 3.1 g/(L·h), respectively, for at least 100 h. Moreover, wheat bran hydrolysates could be used for succinic acid and lactic acid production by the recycled C. crenatum cells. The final succinic acid concentration reached 43.6 g/L with a volumetric productivity of 4.36 g/(L·h); at the same time, 32 g/L lactic acid was produced.