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。     

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。     

不同光质对小球藻光自养培养积累油脂的影响

研究了5种光质对小球藻(Chlorella vulgaris)M209256生长和产油的影响。结果表明:蓝光为小球藻的最适生长和产油光质;与其他光质相比,蓝光培养的小球藻生物量和油脂含量均较高,为2.40×107个/mL和28%;红光培养的小球藻生长最慢且油脂含量最低,为1.32×107个/mL和15.13%,表现出明显的"红降"现象。在GCMS分析的基础上,对油脂甲酯化后的十六烷值进行评估,结果发现:蓝光的十六烷值最高;5种光质培养的小球藻所产油脂,甲酯十六烷值均在47以上。因此,小球藻油脂所制备的生物柴油具有较好的燃烧性能。     

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。     

碳源、氮源对异养单针藻Monoraphidium sp. FXY-10油脂积累和脂肪酸组成的影响

研究了碳源与氮源对单针藻Monoraphidium sp. FXY-10异养培养的影响。以BG-11为基础培养基,通过添加不同类型、浓度梯度碳源和氮源,比较分析微藻生物量、油脂积累以及脂肪酸组成。结果表明,以葡萄糖作碳源,硝酸钠为氮源,微藻细胞积累的油脂是理想的生物柴油制备原料。硝酸钠浓度分别为1.00、3.00和5.00 g/L时,对油脂产量影响不显著(P>0.05)。葡萄糖浓度为10.00 g/L,硝酸钠为氮源油脂产量达到实验最高值0.84 g/L,其油脂脂肪酸组成主要由C16:0和C18:1等短链饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸组成,不饱和度值(DU)为61.98,相对偏低。     

不同氮源及氮浓度对真眼点藻纲微藻生长及油脂积累的影响

以真眼点藻纲8株微藻(类波氏真眼点藻(Eustigmatos cf. polyphem)、大真眼点藻(Eustigmatos magnus)、波氏真眼点藻(Eustigmatos polyphem)、魏氏真眼点藻(Eustigmatos vischeri)、斧形魏氏藻(Vischeria helvetica)、点状魏氏藻(Vischeria punctata)、星形魏氏藻(Vischeria stellata)和眼点拟微绿球藻(Nan-nochloropsis oculata))为研究材料, 用3种氮源(硝酸钠、碳酸氢铵或尿素)和4种氮浓度(18、9、6和3 mmol) 在改良的BG-11培养基中对藻细胞进行培养。比较分析这8株微藻在不同培养条件下的藻液pH、生物量、油脂含量、脂肪酸组成的差异, 从而筛选出适合该类微藻生长和油脂积累的最适氮源与最佳氮浓度。结果表明, 这8株微藻均能在3种氮源中生长, 但是随着培养时间延长, 以碳酸氢铵和尿素为氮源时藻液pH逐渐降低, 其变化范围为5.0—6.0, 而以硝酸钠为氮源时藻液pH保持在7.0—8.0, 变化不大。当以尿素为氮源培养时, 能获得较高的生物量, 但是不同藻株在不同尿素浓度时达到最高生物量。最高生物量是波氏真眼点藻(E. polyphem)在9 mmol时达到, 为10.96 g/L。总脂含量分析发现, 在低氮浓度下均能促进8株微藻油脂的积累, 真眼点藻属中的魏氏真眼点藻(E. vischeri)在8株藻中获得最高油脂含量, 达到59.24%。进一步对脂肪酸分析发现, 8株微藻总脂肪酸含量为细胞干重的50%—58%, 主要脂肪酸组成为豆蔻酸(C14鲶0)、棕榈酸(C16鲶0)、棕榈油酸(C16鲶1)、油酸(C18鲶1)和二十碳五烯酸(C20鲶5), 其中拟微绿球藻(N. oculata)细胞中棕榈酸的含量最高占总脂肪酸50%左右; 其他7株微藻细胞中棕榈油酸的含量较高, 其占总脂肪酸含量范围在40%—60%。8株微藻均表现出较高的生物量与油脂积累能力, 以尿素为氮源, 氮浓度为6 mmol时更有利于该类微藻生物量和油脂的积累。总体来说, 真眼点藻纲的微藻是一类极具潜力适合于微藻生物燃料生产的微藻, 而真眼点藻属藻株表现更为明显的优势。     

pH值对沼液培养的普通小球藻生长及油含量积累的影响

以50％的沼液为普通小球藻的全营养培养基,考察培养基的起始pH值对小球藻生长及油脂含量的影响,普通小球藻对不同初始pH的沼液中氮、磷的去除情况。设定了2组实验,一组只调节初始接种培养液的pH,分别为6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5;另一组将培养液pH分别固定在6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5,pH用稀HCl和NaOH进行调节。研究发现在pH 6.5和pH 7.0的偏酸环境有利于小球藻生长,而pH在7.0~8.5的偏碱性条件下有利于小球藻油脂的积累,因此综合小球藻生长和油脂积累2个因素,得到最适合小球藻生长和油脂积累的pH为7.0。培养结束后沼液中氮磷的去除率分别达到了95％和97％,沼液中的总氮由原来的134.91 mg/L降至4.86 mg/L,总磷由10.19 mg/L降到0.32 mg/L。     

用混合氮源在室外培养产油链带藻的可行性研究

为探索两株链带藻（Desmodesmus sp.T28-1和Desmodesmus sp.NMX451）在室外培养的最优氮源,首先在室内就不同氮源（尿素、硝酸钠、碳酸铵以及尿素和硝酸钠混合氮源）下微藻的生长和油脂积累做了研究,筛选出最优的混合氮源在室外进行了培养的可行性研究。室内研究结果表明两株链带藻在尿素下培养油脂含量最低,在铵氮下培养生物量最低。且NMX451在混合态氮下的油脂产率显著性的高于其他氮源下的油脂产率。对两株链带藻在混合氮源下的脂肪酸组分做进一步分析,结果表明油脂组分适合生物柴油生产要求,估算的生物柴油品质达到国际和国内生产标准。将两株链带藻置于室外140 L柱式反应器中用混合氮源进一步扩大培养,结果表明NMX451比T28-1的油脂含量和油脂产率高,生产成本更低,且脂肪酸组分更适宜生物柴油生产。研究表明用混合氮源在室外培养微藻是非常可行的培养方法,也说明NMX451比T28-1在生物柴油生产方面具有更好的潜力。     

不同氮源对蛋白核小球藻生长、色素和中性脂肪积累的影响

单细胞微藻在生长发育过程中,所积累的中性脂肪具有潜在的生物燃料价值。不同氮源对藻类的生长具有显著影响。研究了氨态氮、尿素氮和硝酸态氮对蛋白核小球藻生长、色素和中性脂肪积累的影响。结果显示,不同氮源对培养液pH有显著影响,以氨态氮为氮源导致培养液pH降低,而硝酸态氮导致培养液pH升高,培养液pH的波动可被添加的Hepes所稳定,并促进以氨态氮为氮源的蛋白核小球藻的生长。尿素氮对蛋白核小球藻生长、色素积累的效果优于氨态氮和硝酸态氮,硝酸态氮在中性脂肪积累上优于尿素氮和氨态氮,添加Hepes对氮饥饿后蛋白核小球藻的中性脂肪积累无显著影响。     

普通小球藻对养殖污水脱氮除磷的效果研究

随着我国养殖业的不断发展,养殖污水排放量的日益增加,养殖污水的高氮、磷含量导致水体富营养化问题日趋严重。小球藻是光能自养生物,能有效同化氮、磷,使污水中的氮、磷减少。本研究通过在实验室模拟不同氮、磷含量的养殖污水环境,分析小球藻对氮、磷的去除效果;在此基础上,用小球藻处理某养殖场污水;并联合膨润土与小球藻,探究两者脱氮除磷的协同作用能力及膨润土对小球藻细胞沉降的效果。结果表明,小球藻对模拟污水的氨氮去除率可达80%,对磷酸根的最高去除率接近100%;对养殖污水中的氮、磷也有一定的去除效果;但养殖污水成分复杂,小球藻的生长被抑制。膨润土与小球藻的结合,能够提高污水中的氮磷去除率并帮助藻细胞快速沉降,为污水处理后藻细胞的收集处理提供了有效方法。     

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。     

Effects of Temperature and pH on Cell Growth of a Flocculating Microalga (Chlorella vulgaris) JSC-7

微藻是可广泛用于健康食品及水产养殖的饵料,同时,微藻细胞内积累的油脂可作为可再生生物燃料,因此微藻的生长和代谢受到广泛关注。温度和pH对微藻的生物量积累有很大影响,考察不同温度和pH条件下微藻细胞的生长有助于寻找最佳的条件进行微藻的培养。自絮凝小球藻JSC-7（Chlorella vulgaris JSC-7）可实现自沉降采收,有利于降低微藻生产成本,优化其生长条件对更好地利用该微藻具有重要意义。考察了温度（22∽40℃）及pH（6.0∽10.0）对其细胞生长、叶绿素含量和油脂产量的影响。在所选取的温度及pH范围内,JSC-7细胞均可生长,显示该藻种可以适应广泛的温度和pH条件。适合细胞生长的温度依次为31℃〉28℃〉35℃〉25℃,pH依次为7.0〉8.0〉6.0。pH 8.0时生物量和油脂的积累量最多,说明该藻株在弱碱条件下更适合生长和产油。当温度为31℃、pH为7.0时,可获得最高的生长量（OD690=0.941）、叶绿素含量（19 mg/L）及油脂产量（39.07%/克干重）。     

磁处理对小球藻超微结构的影响

用透射电镜研究在不同强度磁场处理下,小球藻超微结构的变化。结果显示:磁处理强度不同,小球藻细胞亚显微结构变化程度不同。细胞壁、叶绿体、线粒体和液泡等部位是受磁处理影响的主要部位。研究发现在较高强度磁处理下,出现质壁分离,类囊体结构轻微破坏,液泡和线粒体增加,能量物质积累等现象,影响小球藻的正常代谢。     

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。     

小球藻去除水产加工废水中氨态氮的初步研究

目的：确定小球藻去除水产行业加工废水中氨态氮的优化环境条件,为利用小球藻处理此类废水的规模化发展提供基础的实验数据。方法：在静止摇瓶培养方式下,逐一改变废水与小球藻培养液的混合体系的初始pH、温度或光照强度等条件,定时测定体系的氨态氮含量,并根据其随培养时间的变化确定优化环境条件。结果：当小球藻藻液的初始浓度为1×10~6个/mL左右,且小球藻培养液与水产加工废水的配比为3：2时,小球藻去除氨态氮的优化环境条件为：初始pH 7．5、培养温度25℃、光照时间12h/d,光强5300k,此时氨态氮的去除率达到77%。结论：实验条件下小球藻能够较好地去除水产加工废水中的氨态氮,为小球藻规模化处理此类废水提供了基础数据。     

Effect of nanoparticle on cellular growth and lipid production in Chlorella vulgaris culture

Magnetic cobalt ferrite/silica nanoparticles (MSNs) and methyl functionalized MSNs (methyl‐MSNs) were used to enhance lipid production in Chlorella vulgaris culture through enhancement of gas‐water mass transfer and increased dissolved concentration of CO₂. Methyl‐MSNs enhanced CO₂–water mass transfer rate better than MSNs, and 0.3 wt% methyl‐MSNs are more effective than 0.1 wt% MSNs. In the cultivation experiment, 0.3 wt% methyl‐MSNs yielded the highest dry cell weight and subsequently, the highest mass transfer rate. However, enhancement of mass transfer rate did not increase lipid content. The volumetric lipid productivity in C. vulgaris culture depends not only on intracellular lipid content but also on the cell mass concentration. Consequently, 0.1 wt% methyl‐MSNs yielded the highest volumetric lipid productivity in C. vulgaris cultivation. © 2018 American Institute of Chemical Engineers Biotechnol. Prog., 34:929–933, 2018     

Investigation of biomass concentration,lipid production,and cellulose content in Chlorella vulgaris cultures using response surface methodology

The microalgae Chlorella vulgaris produce lipids that after extraction from cells can be converted into biodiesel. However, these lipids cannot be efficiently extracted from cells due to the presence of the microalgae cell wall, which acts as a barrier for lipid removal when traditional extraction methods are employed. Therefore, a microalgae system with high lipid productivity and thinner cell walls could be more suitable for lipid production from microalgae. This study addresses the effect of culture conditions, specifically carbon dioxide and sodium nitrate concentrations, on biomass concentration and the ratio of lipid productivity/cellulose content. Optimization of culture conditions was done by response surface methodology. The empirical model for biomass concentration (R² = 96.0%) led to a predicted maximum of 1123.2 mg dw L^?1 when carbon dioxide and sodium nitrate concentrations were 2.33% (v/v) and 5.77 mM, respectively. For lipid productivity/cellulose content ratio (R² = 95.2%) the maximum predicted value was 0.46 (mg lipid L^?1 day^?1)(mg cellulose mg biomass^?1)^?1 when carbon dioxide concentration was 4.02% (v/v) and sodium nitrate concentration was 3.21 mM. A common optimum point for both variables (biomass concentration and lipid productivity/cellulose content ratio) was also found, predicting a biomass concentration of 1119.7 mg dw L^?1 and lipid productivity/cellulose content ratio of 0.44 (mg lipid L^?1 day^?1)(mg cellulose mg biomass^?1)^?1 for culture conditions of 3.77% (v/v) carbon dioxide and 4.01 mM sodium nitrate. The models were experimentally validated and results supported their accuracy. This study shows that it is possible to improve lipid productivity/cellulose content by manipulation of culture conditions, which may be applicable to any scale of bioreactors. Biotechnol. Bioeng. 2013; 110: 2114–2122. © 2013 Wiley Periodicals, Inc.