發(fā)布時(shí)間：2020-10-24 17:58

　　 生物柴油是一種清潔無(wú)污染,可再生的替代型燃料。因其具有硫含量低、燃燒充分,閃點(diǎn)高、使用安全、較好的低溫啟動(dòng)性等優(yōu)點(diǎn),在全球受到廣泛的重視。但在生物柴油的生產(chǎn)過(guò)程中,較高的生產(chǎn)成本制約了其工業(yè)化的發(fā)展,其中原料成本占生產(chǎn)成本的75%。因此,選取合適的、低成本的原料及適宜的生產(chǎn)方式生產(chǎn)生物柴油成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。微藻作為地球上分布最為廣泛、種類最多的單細(xì)胞或群體的微生物,能夠有效的利用太陽(yáng)光進(jìn)行光合作用,吸收空氣中的CO_2,將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能。與其它原料相比,以微藻作為原料生產(chǎn)生物柴油具有生長(zhǎng)周期短、油脂含量高等諸多的優(yōu)勢(shì)。在微藻的培養(yǎng)過(guò)程中,添加植物激素可以降低利用微藻生產(chǎn)生物柴油的成本。褪黑素(Melatonin,MT)作為一種植物激素,廣泛存在于多種植物體內(nèi),通過(guò)調(diào)節(jié)光合作用、細(xì)胞周期、DNA復(fù)制、新陳代謝和油脂的合成等過(guò)程,促進(jìn)植物的生長(zhǎng)、延緩植物的衰老。然而,褪黑素應(yīng)用于廢水中調(diào)節(jié)微藻的生長(zhǎng)和油脂合成的機(jī)制鮮有報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)以單針藻Monoraphidium sp.FXY-10和Monoraphidium sp.QLZ-3為研究對(duì)象,建立微藻油脂高效合成的低成本培養(yǎng)方法,研究了以糖蜜酒精廢醪液(Molasses waste water,MW)和核桃殼提取液(Walnut shell extract,WSE)作為培養(yǎng)基,對(duì)微藻生長(zhǎng)和油脂積累的影響,分析了在工業(yè)廢水中微藻油脂合成的相關(guān)機(jī)制,同時(shí)利用CO_2聯(lián)合光生物反應(yīng)器縮短了生長(zhǎng)周期,增加了微藻的生物量產(chǎn)率和油脂產(chǎn)率,為降低微藻油脂的生產(chǎn)成本及工業(yè)化擴(kuò)大培養(yǎng)提供了一定的理論依據(jù)和實(shí)踐意義。具體研究結(jié)果如下:(1)以糖蜜酒精廢醪液作為培養(yǎng)基,添加不同濃度的MgSO_4·7H_2O,當(dāng)培養(yǎng)基中Mg~(2+)濃度為800μM時(shí),微藻的生物量和油脂含量達(dá)到最高。同時(shí),微藻對(duì)糖蜜酒精廢醪液中總氮、總磷、COD的移除率分別達(dá)到88.37%、93.69%和87.98%。此外,Mg~(2+)作用下,增強(qiáng)了微藻對(duì)糖蜜酒精廢醪液中Ca~(2+)、Fe~(3+)、Cu~(2+)的吸收。結(jié)果表明,適宜濃度的Mg~(2+)可以促進(jìn)糖蜜酒精廢醪液中微藻的生長(zhǎng)和油脂含量的積累,同時(shí),提高了微藻對(duì)糖蜜酒精廢醪液中總氮、總磷、COD值和相關(guān)金屬離子的利用率。(2)本實(shí)驗(yàn)中,通過(guò)外源添加褪黑素,促進(jìn)了糖蜜酒精廢醪液中微藻的生長(zhǎng)和油脂的積累。以糖蜜酒精廢醪液為基礎(chǔ)培養(yǎng)基,添加10~(-3)μmol/L的褪黑素,微藻中的油脂含量達(dá)到68.69%,且最高生物量為1.22 g/L。與此同時(shí),藻細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)含量下降,碳水化合物含量增加。在微藻培養(yǎng)過(guò)程中,糖蜜廢醪液中的COD、總氮及總磷降低。此外,外源褪黑素的添加通過(guò)上調(diào)了乙酰輔酶A羧化酶(Acetyl coenzyme A carboxylase,ACCase)、蘋果酸酶(Malic Enzyme,ME)的活性,下調(diào)了磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(Phosphoenolpyruvate Carboxylase,PEPC)的活性,促進(jìn)了微藻中油脂含量的積累。研究表明,褪黑素通過(guò)調(diào)節(jié)微藻油脂合成過(guò)程中相關(guān)酶的活性,促進(jìn)了油脂的積累,同時(shí)降低培養(yǎng)成本,為微藻擴(kuò)大化生產(chǎn)提供了新的理論基礎(chǔ)。(3)微藻的大規(guī)模工業(yè)化培養(yǎng)是未來(lái)微藻發(fā)展的趨勢(shì),利用光生物反應(yīng)器培養(yǎng)微藻為其工業(yè)化培養(yǎng)提供了一定的理論基礎(chǔ)。在鼓泡式柱形光生物反應(yīng)器中,通入CO_2的含量為12%時(shí),可以有效的提高WSE中單針藻Monoraphidium sp.QLZ-3的生物量產(chǎn)率和油脂產(chǎn)率。WSE中氮、磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的被有效利用。與此同時(shí),提高了微藻細(xì)胞內(nèi)的葉綠素含量和rbcL的相對(duì)表達(dá)量,促進(jìn)了單針藻Monoraphidium sp.QLZ-3對(duì)CO_2的固定。在12%的CO_2的作用下,促進(jìn)了微藻對(duì)WSE中多酚的吸收,多酚作為一種抗氧化劑,可能通過(guò)調(diào)控藻細(xì)胞內(nèi)的抗氧化體系,促進(jìn)了微藻油脂合成過(guò)程中accD和kas基因表達(dá)量的上調(diào),促進(jìn)了油脂的積累。
【學(xué)位單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TE667
【部分圖文】：

昆明理工大學(xué)碩士學(xué)位論文30重）增長(zhǎng)到365.4和406.00nmol/min/g（鮮重），最終達(dá)到357.28和373.52nmol/min/g鮮重（圖2.11）。相比對(duì)照組，培養(yǎng)的第5、10、15天，實(shí)驗(yàn)組中PEPC的活性分別下降了50.00%、23.53%和34.88%。研究表明，pepc的高表達(dá)，可以促進(jìn)微藻中生物量的增加[64]。結(jié)合圖2.3可知，培養(yǎng)的5-20天中，隨著實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組中PEPC的活性逐漸增加，微藻的生物量也表現(xiàn)出不同程度的增加；20-25天時(shí)，PEPC活性與微藻生物量同時(shí)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。先前的研究結(jié)果也表明，pepc表達(dá)量的下調(diào)可以促進(jìn)Chlamydomonasreinhardtii中油脂含量的積累[80]。MT作用下，單針藻FXY-10中PEPC的活性低于對(duì)照組，而油脂含量均不同程度的高于對(duì)照組。結(jié)果表明，MT可以降低單針藻Monoraphidiumsp.FXY-10中PEPC的活性，促進(jìn)微藻油脂的積累。2.3.10MW培養(yǎng)微藻生產(chǎn)生物燃料理論性分析CO2是引起溫室效應(yīng)的主要?dú)怏w，由其所產(chǎn)生的增溫效應(yīng)占所有溫室氣體總增溫效應(yīng)的63％[82]。糖蜜酒精生產(chǎn)過(guò)程中，每得到1L的酒精，會(huì)有13-15L的糖蜜酒精廢醪液餾出。微藻可以利用糖蜜酒精廢醪液中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，固定空氣中的CO2，并轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)能源，添加MT可以促進(jìn)微藻的生長(zhǎng)和油脂的積累。68.69%油脂含量殘余生物量(610.2kg)油脂(1338.6kg)10.36%碳水化合物含量Monoraphidiumsp.FXY-101.2180gL-1其他(408.3kg)總碳水化合物(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圖2.12MT誘導(dǎo)下糖蜜廢醪液培養(yǎng)單針藻Monoraphidiumsp.FXY-10理論能源轉(zhuǎn)化Fig.2.12TheoreticalconversionyieldsforbiofuelproductionfromMonoraphidiumsp.FXY-10cultivatedinMWwithMT-treated
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張雪;劉建華;;微藻油脂合成代謝途徑及調(diào)控機(jī)制的研究進(jìn)展[J];基因組學(xué)與應(yīng)用生物學(xué);2019年03期

2 黃秋婷;史功賦;楊振;;產(chǎn)油微藻的篩選及其產(chǎn)油能力的評(píng)價(jià)[J];吉林化工學(xué)院學(xué)報(bào);2017年11期

3 宋瑞雪;;能源微藻的應(yīng)用[J];生物化工;2018年04期

4 田興國(guó);杜偉;劉德華;;微藻油脂制備生物柴油上游工藝的研究現(xiàn)狀及展望[J];生物產(chǎn)業(yè)技術(shù);2016年02期

5 張森;劉平懷;楊勛;郝宗娣;張玲;羅寧;;富油微藻育種技術(shù)研究進(jìn)展[J];廣東農(nóng)業(yè)科學(xué);2013年14期

6 和晶亮;徐翔;;未來(lái)能源安全的柱石——來(lái)自微藻的生物柴油[J];河南工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2008年02期

7 ;微藻制油市場(chǎng)潛力大[J];技術(shù)與市場(chǎng);2012年01期

8 ;我國(guó)富油微藻制油取得初步成果[J];天津化工;2009年03期

9 李曉蘭;;我國(guó)富油微藻制油取得初步成果[J];海洋石油;2009年02期

10 許海朋;張曉東;張杰;李巖;孟光范;;利用微藻生產(chǎn)生物柴油的研究進(jìn)展[J];現(xiàn)代化工;2008年10期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 任宏宇;微藻油脂合成策略及暗發(fā)酵細(xì)菌—微藻耦合產(chǎn)能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

2 韓飛;高溫脅迫與超聲刺激促進(jìn)微藻油脂積累的過(guò)程及機(jī)理[D];山東大學(xué);2016年

3 張芳;微藻油脂合成調(diào)控及膜分散原位萃取研究[D];浙江大學(xué);2011年

4 王晶晶;基于脫灰預(yù)處理的低脂微藻催化熱解特性及機(jī)理研究[D];華南理工大學(xué);2019年

5 馬春陽(yáng);微藻光譜輻射特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

6 鄭禾山;利用頭孢抗生素廢水培養(yǎng)微藻制備生物吸附劑的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

7 王新鋒;基于能源轉(zhuǎn)化的沼液濃縮稀水微藻養(yǎng)分循環(huán)利用研究[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué);2018年

8 巫小丹;利用有機(jī)廢水生產(chǎn)微藻生物質(zhì)的研究[D];南昌大學(xué);2017年

9 彭陽(yáng);微藻生物材料對(duì)工業(yè)污水二價(jià)汞的脫除性能及機(jī)理研究[D];華中科技大學(xué);2018年

10 王垚;產(chǎn)油微藻高效培養(yǎng)及其酶法制備生物柴油技術(shù)研究[D];暨南大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 董訓(xùn)贊;糖蜜酒精廢醪液和核桃殼用于微藻培養(yǎng)產(chǎn)生物柴油的研究[D];昆明理工大學(xué);2019年

2 朱斌斌;利用微藻油脂制備生物柴油的研究[D];華中科技大學(xué);2009年

3 黃佳;能源微藻的培養(yǎng)及其氣浮浮選研究[D];長(zhǎng)安大學(xué);2016年

4 李崯雪;微藻油脂原料制備與乙醇亞臨界流體萃取藻油方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

5 郝宗娣;熱帶淡水產(chǎn)油微藻的分離、鑒定及其培養(yǎng)條件初步探索[D];海南大學(xué);2013年

6 宗娜娜;南海微藻的分離、鑒定及脂肪酸特性分析[D];青島科技大學(xué);2013年

7 李達(dá);利用繅絲廢水培養(yǎng)小球藻的初步研究[D];江蘇科技大學(xué);2019年

8 杜鐵民;二氧化碳濃度控制系統(tǒng)（3C）的優(yōu)化及其在微藻培養(yǎng)中的應(yīng)用[D];河北農(nóng)業(yè)大學(xué);2019年

9 王莎;微藻固定化培養(yǎng)光照策略優(yōu)化及廢水處理研究[D];福州大學(xué);2018年

10 陽(yáng)需求;微藻高效利用氨氮和無(wú)機(jī)碳源的條件優(yōu)化及應(yīng)用研究[D];福州大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2854804