2种小球藻在鱼糜加工废水处理过程中的生长和油脂积累规律

以小球藻Chlorella pyrenoidsa F-9和C.vulgaris HYS-2为材料,研究小球藻在鱼糜加工废水中的生长速率、脂类积累规律和对氮磷营养的消除效果。结果表明,2种小球藻在鱼糜加工废水中快速生长,最高生物量达到0.293 g/L和0.276 g/L,分别是f/2对照培养基的2.4和1.6倍。小球藻HYS-2在鱼糜加工废水中油脂百分含量最高达到36.22%,为对照培养基的1.27倍,小球藻F-9在鱼糜加工废水中的油脂含量达到17.89%,为f/2培养基中的0.89倍。培养15 d后,2种小球藻对鱼糜加工废水中氮磷去除率均达90%以上。以上研究表明,用未经任何化学处理的鱼糜加工废水养殖小球藻在生长速率上远远大于f/2培养基,说明其具有较好地发展潜力,可以实现微藻的低成本养殖。     

氮胁迫对埃氏小球藻生长及油脂积累的影响

以生长快、可除污的埃氏小球藻株系SXND-25为试材,研究不同氮浓度培养条件对其生物量和油脂产量的影响,以期建立优化培养体系利用该株小球藻生产优质生物燃油。以硝酸钠为氮源、BG11培养基中的氮浓度为基准(1.5 g/L),设置氮浓度梯度对小球藻进行培养。通过光密度测定、尼罗红染色、转酯化法抽提油脂和GC分析,对小球藻生物量、油脂含量及脂肪酸组分进行分析。结果显示,培养8 d时,在氮浓度为1.5 g/L时,生物量达到最大,干重为3.4 g/L,而油脂含量仅为28.24%,油脂产量为0.96 g/L;在氮浓度为0 g/L时生物量最小,干重为0.49 g/L,而油脂含量最高,为44.57%,油脂产量为0.22 g/L;在氮浓度为0.75 g/L时,干重为3.2 g/L,油脂含量为40.36%,油脂产量最高为1.3 g/L,是标准氮浓度下油脂产量的1.4倍。0.75 g/L氮浓度下连续培养8 d,藻油脂肪酸组成更适于制取优质生物柴油。综合生物量、油脂含量及脂肪酸组成等指标,确定0.75 g/L氮浓度为该埃氏小球藻株系规模化培养以生产优质生物燃油的优化参数。     

利用毕赤酵母发酵废液培养原始小球藻的研究

以毕赤酵母发酵废液为水源并提供部分C源和N、P,在500 mL摇瓶中,比较了发酵废液培养基与SE基础培养基对原始小球藻的生长影响,并通过单因素和正交优化发酵废液培养基。结果表明,发酵废液培养基适合于原始小球藻的培养。利用发酵废液培养小球藻,在添加葡萄糖0.05 mol/L,硝酸钠0.01 mol/L,磷酸二氢钾0.003 mol/L,海绿素浓度300μL/L,培养7 d后最高生物量达6.56 g/L,油脂含量达33.68%,两者均高于SE基础培养基。油脂的脂肪酸组成分析表明,废液培养基培养下小球藻油脂的脂肪酸组成主要是C16∶0(25.12%)、C18∶0(4.69%)、C18∶1(50.46%)、C18∶2(6.78%)、C18∶3(8.58%),而SE培养基培养的小球藻油脂脂肪酸组成主要是C16∶0(24.56%)、C18∶0(20.36%)、C18∶1(16.66%)、C18∶2(14.32%)、C18∶3(30.98%),两种培养基培养所得藻油脂肪酸组成虽相差较大,但均适合作为生物柴油的原料。     

小球藻与固氮菌Mesorhizobium sp.共培养对小球藻生长和油脂积累的促进效果

微藻油脂不仅可以作为功能油脂,同时也是生产生物柴油的重要原料之一。为解决微藻生长与油脂积累之间的矛盾,利用藻菌共培养技术在缺氮条件下将无菌小球藻与细菌以不同初始比例进行共培养,通过测定藻细胞生物量、油脂含量和脂肪酸比例等来研究藻菌共培养对小球藻生长和油脂积累的影响。结果表明,在小球藻与固氮菌B2. 3 70∶1(V/V)共培养体系中,小球藻的生物量和油脂含量较同样条件下单独培养小球藻有了显著提高。其生物量最高可达1. 68g/L、总脂含量为45. 2%、总脂产率为75. 94 mg/(L·d)、中性脂含量为23. 0%及中性脂产率为38. 65mg/(L·d),其生物量和油脂含量分别较单独小球藻培养时提高了66. 3%和47. 7%。同时细菌的加入显著提高了藻细胞内C18∶1脂肪酸的比例。结论表明,通过藻菌共培养技术能够有效提高微藻生物油脂的质量和产量,具有较好的实际利用价值。     

光强及氮浓度对丝状绿藻双星藻生长及生化组成的影响

[背景]环境因子和营养因子对微藻的生长和生化组成都有显著的影响,其中光强和氮浓度是最重要的两个条件。[目的]研究不同光强和初始氮浓度对丝状绿藻-双星藻(Zygnema sp.)生长及生化组成的影响。[方法]采用改良的BBM培养基,设置了两组光强[100μmol/(m^2·s)和300μmol/(m^2·s)]和6种初始氮浓度(3、6、9、12、15和18 mmol/L)在柱状光生物反应器中对双星藻进行培养。[结果]在高光强条件下[300μmol/(m^2·s)],12 mmol/L初始氮浓度最有利于双星藻生物质的积累,其最高生物量可以达到6.60 g/L,而初始低氮浓度(3 mmol/L)则促进了油脂和脂肪酸的积累,油脂最高含量占干重的32.13%,且脂肪酸组成主要包括棕榈酸(C16:0)、油酸(C18:1)、亚油酸(C18:2)和亚麻酸(C18:3),其中油酸含量最高达到总脂肪酸含量的55.01%;在低光强条件下[100μmol/(m^2·s)],初始氮浓度为18 mmol/L时,总蛋白质和总碳水化合物的含量达到最高,分别占干重的16.35%和37.70%,而总脂含量仅占干重10.16%。[结论]光强和初始氮浓度对双星藻生长具有较大影响,通过调节光强和初始氮浓度可有效提高双星藻目标代谢产物的积累。     

囊状黄丝藻在不同初始氮浓度条件下特殊的油脂积累规律

对不同初始氮浓度条件下囊状黄丝藻(Tribonema utriculosum SAG22.94)的生长状况、油脂含量和脂肪酸组成与含量进行研究。结果显示,囊状黄丝藻在氮浓度为3.0 mmol/L时,获得生物质浓度最高,为6.39 g/L;氮浓度为18.0 mmol/L时获得总脂和总脂肪酸含量最高,分别为细胞干重的44.62%和42.21%;上述3个指标单位体积的产率均在氮浓度3.0 mmol/L时达到最高值,分别为0.538、0.209和0.206 g·L~(-1)·d~(-1)。在4种初始氮浓度条件下,囊状黄丝藻油脂和脂肪酸含量可随着氮浓度增加而增加。脂肪酸含量分析结果显示,该藻的主要脂肪酸为豆蔻酸(C14∶0)、棕榈酸(C16∶0)、棕榈油酸(C16∶1ω7)、花生四烯酸(C20∶4ω6)和二十碳五烯酸(C20∶5ω3,EPA)。其中棕榈油酸含量最高,占总脂肪酸含量的36.53%~50.08%。研究结果表明囊状黄丝藻在不同初始氮浓度条件下具有特殊的油脂积累规律,是一株具有重要应用价值的产油丝状微藻。     

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.     

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。     

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。     

不同培养条件对枝鞘藻生长、虾青素和油脂积累的影响

以丝状绿藻枝鞘藻(Oedocladium sp.)为实验材料,研究在100、300μmol·m-2·s-1和双侧300μmol·m-2·s-13种光强以及1、3、9、18 mmol/L 4种初始氮浓度下,两步法培养(第12 d时实验组分别更换为无氮培养基及加盐培养基)对枝鞘藻生长、油脂和虾青素积累的影响。结果显示:枝鞘藻最大生物量在双侧300μmol·m-2·s-1光强,18 mmol/L初始氮浓度更换为无氮培养基的条件下达到,为9.61 g/L;最高虾青素含量和最高油脂含量在双侧300μmol·m-2·s-1光强,3 mmol/L初始氮浓度更换为加盐培养基条件下达到,分别达到干重的1.62%和51.19%。研究结果表明高光条件有利于枝鞘藻的生长,双侧高光条件下低氮浓度更换为加盐培养基最有利于枝鞘藻虾青素和油脂的积累。     

无机碳源对小球藻自养产油脂的影响

旨在研究小球藻利用无机碳自养产油脂,考察了3种无机碳源 (Na2CO3、NaHCO3和CO2) 及其初始浓度对小球藻产油特性的影响。结果表明,小球藻能利用Na2CO3、NaHCO3和CO2产油;经Na2CO3、NaHCO3和CO2培养10 d后,随着每种无机碳源浓度的增加,小球藻产量均先增加后减少。小球藻经3种无机碳源培养后,其培养液pH值上升。最适宜的Na2CO3和NaHCO3添加量均为40 mmol/L,其生物量分别达到0.52 g/L和0.67 g/L,产油量分别达到0.19 g/L和0.22 g/L。在3种无机碳源中,CO2是最佳无机碳源,当CO2浓度为6％时,小球藻生长最快,生物量达2.42 g/L,产油量最高达0.72 g/L;当CO2浓度过低时,无机碳供应不足,油脂产量低;当CO2浓度过高时,培养液pH偏低,小球藻油脂积累受到抑制。Na2CO3和NaHCO3较CO2更有利于小球藻积累不饱和脂肪酸。     

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.     

响应面法优化普通小球藻混合营养培养基组成生产生物质

利用响应面法优化了混合营养培养普通小球藻生产生物质的培养基组成.首先采用Plackett-Burman设计对11个相关营养因素的效应进行了评价,并筛选出影响小球藻细胞生长的3个主要因素为KNO3、葡萄糖和NaC1;然后结合Box-Behnken设计建立了以小球藻浓度为响应值的二次回归方程模型,获得优化的培养基组成为KNO31.64g/L、葡萄糖45g/L、NaC1 1.57g/L;模型预测的最大浓度为5.28g/L,验证值为5.68g/L;验证结果表明,所建立模型预测精度较好,可用于优化小球藻的混养培养基组成.优化条件下混养小球藻细胞的蛋白质和色素含量较优化前降低,而可溶性糖和油脂含量提高,脂肪酸以棕榈酸和油酸为主;细胞组分分析结果显示,混养培养所得小球藻生物质具有作为生产微藻生物能源原料的潜力.     

Increase in Chlorella strains calorific values when grown in low nitrogen medium

The calorific value of five strains of Chlorella grown in Watanabe and low-nitrogen medium was determined. The algae were grown in small (2L) stirred tank bioreactors and the best growth was obtained with Chlorella vulgaris with a growth rate of 0.99 d(-1) and the highest calorific value (29 KJ/g) was obtained with C. emersonii. The cellular components were assayed at the end of the growth period and the calorific value appears to be linked to the lipid content rather than any other component.     

高产油小球藻的筛选及其油脂分析

小球藻广泛分布于各种生境,特别是淡水环境中,适应性强。其同化产物主要是淀粉,但在环境胁迫条件下可显著积累中性脂,其脂肪酸类型主要为C16和C18,适合作为生物柴油的原料。我们从中国部分地区水体中分离纯化到若干株小球藻,通过薄层层析比较分析了21株产油小球藻的油脂含量,筛选到一株三酰基甘油含量较高的藻株Chlorella sp.NMX37N。其适宜生长温区为15—35℃,在25℃时生长速率最快,比生长速率为0.53/d,生长的最适光强为250μmol photons/(m2.s)。批量培养实验显示,藻细胞的三酰基甘油含量随培养时间延长而增加,并在培养的稳定期达到最大值,此时培养液中氮基本被耗尽。在批量培养条件下培养Chlorella sp.NMX37N约40d,藻细胞中总脂含量可达到33%左右,与此相比通过两步培养方式,将培养至对数后期(约20d)的藻细胞缺氮处理48h后,得到的总脂产率相当。通过两步培养方式可以大大缩短培养时间,使得该藻细胞快速有效积累油脂。另外,气相色谱分析显示,该藻的总脂和三酰基甘油的脂肪酸均以C16∶0和C18∶2为主,占总脂肪酸的70%以上,且不含C20以上的长链脂肪酸,可以作为优质的生物柴油原料。     

利用市政污水培养Chlorella vulgaris生产生物柴油

为了考察利用南昌市政污水规模化培养富油微藻生产生物柴油,同时达到净化污水的目的,取南昌市青山湖污水处理厂未经任何处理的市政污水作为普通小球藻(Chlorella vulgaris)生长的培养液。监测了C.vulgaris在市政污水中连续培养10 d的特定生长率、生物质产量以及与之相关的市政污水中氨氮(NH4+-N)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)、总悬浮固体(TSS)和挥发性悬浮固体(VSS)的清除情况。实验表明:营养物质的水平显著地影响了C.vulgaris的生长。C.vulgaris的生长率在培养8 d后达到最大,OD680为2.856,总的生物质产量日均最大积累速率为0.01 g/L,油脂含量为干质量的18%,油脂的平均日产量为0.001 g/L。培养10 d内NH4+-N、TP和COD的去除率分别为50.0%、32.1%和26.0%,TSS和VSS的日平均去除速率分别为0.01 g/L和0.006 1 g/L。     

Differential regulation of fatty acid biosynthesis in two Chlorella species in response to nitrate treatments and the potential of binary blending microalgae oils for biodiesel application

This study was undertaken to investigate the effects of different nitrate concentrations in culture medium on oil content and fatty acid composition of Chlorella vulgaris (UMT-M1) and Chlorella sorokiniana (KS-MB2). Results showed that both species produced significant higher (p<0.05) oil content at nitrate ranging from 0.18 to 0.66 mM with C. vulgaris produced 10.20-11.34% dw, while C. sorokiniana produced 15.44-17.32% dw. The major fatty acids detected include C16:0, C18:0, C18:1, C18:2 and C18:3. It is interesting to note that both species displayed differentially regulated fatty acid accumulation patterns in response to nitrate treatments at early stationary growth phase. Their potential use for biodiesel application could be enhanced by exploring the concept of binary blending of the two microalgae oils using developed mathematical equations to calculate the oil mass blending ratio and simultaneously estimated the weight percentage (wt.%) of desirable fatty acid compositions.     

利用平板反应器大量培养高产油绿藻——尖状栅藻的生长和油脂积累规律

以新近分离的淡水绿藻--尖状栅藻(Scenedesmus acuminatus)为研究对象,将改良的BG-11培养基中的初始NaNO₃浓度降低为6.0mmol/L和3.6mmol/L,利用新设计的内置拉筋平板式光生物反应器对尖状栅藻(S. acuminatus)进行大量培养。测定不同时相的生物量、总脂含量、脂组分含量及脂肪酸组成和含量,分析尖状栅藻(S. acuminatus)大量培养时的生长和油脂积累规律。当初始NaNO₃浓度为6mmol/L时其最高生物量(6.27g/L)明显高于初始NaNO₃浓度为3.6mmol/L时的生物量(5.30g/L);而最高的总脂含量在初始NaNO₃浓度为3.6mmol/L时获得为干重的56.6%,高于初始NaNO₃浓度为6mmol/L时的总脂含量(51.6%)。总脂经硅胶柱层析分级后得到三种类型的脂组分:中性脂、糖脂和磷脂,随着培养时间的延长中性脂含量逐渐增加,培养至18d后,中性脂的含量分别达到总脂的 90.9%(6 mmol/L NaNO₃)和 92.0%(3.6 mmol/L NaNO₃)及干重的 47.5%(6.0 mmol/L NaNO₃)和 51.4%(3.6 mmol/L NaNO₃)。主要脂肪酸组成为棕榈酸、棕榈油酸、硬脂酸、油酸、亚麻油酸和亚麻酸,这六种脂肪酸在不同时相的含量变化范围分别为89.92%~96.18%(占总脂肪酸)和12.5%~50.7%(占细胞干重)。总脂、中性脂及总脂肪酸单位体积产率分别为:0.18 g/L/d,0.16 g/L/d和0.15 g/L/d(6.0 mmol/L NaNO₃)及0.16 g/L/d,0.15 g/L/d和0.15 g/L/d(3.6 mmol/L NaNO₃)。研究结果表明,尖状栅藻(S. acuminatus)是一株易于规模化培养、脂肪酸组成适合于生物柴油生产的高产油微藻。     

氯化钠处理对原壳小球藻生长及油脂积累的影响

采用Basal培养基,通过光学显微镜、电子显微镜、激光共聚焦显微镜以及尼罗红染色定量等方法研究了不同浓度氯化钠(0、150、300、600 mmol/L)对小球藻属原壳小球藻的生长状态、脂滴分布、总脂含量的影响。结果表明,添加不同浓度的氯化钠对原壳小球藻的生长有明显的影响,随着氯化钠浓度的增加,小球藻的生长速度受到明显的抑制,600 mmol/L氯化钠处理时生长几乎完全被抑制。在显微镜下观察,可见氯化钠浓度的增加会导致小球藻聚集成团,这种现象在150 mmol/L和300 mmol/L氯化钠培养下比较明显;通过电子显微镜下观察,可以发现培养初期,随着氯化钠浓度的增加,小球藻细胞壁增厚,脂滴增多。通过尼罗红染色对脂含量进行定量,处理初期脂滴的合成量在600 mmol/L时最高,但到后期,随着藻生物量的增加,150 mmol/L和300 mmol/L处理下脂合成量逐渐升高,而对照小球藻脂合成量基本不变。稳定期后,从生物量(干重)和脂总量来看,300 mmol/L氯化钠培养处理的小球藻虽然生物量只有对照的73.55%,但是总脂含量却是对照的2.22倍,可见一定浓度的氯化钠处理一定时间可显著提高原壳小球藻的油脂含量。