發(fā)布時間：2020-10-24 17:58

　　 生物柴油是一種清潔無污染,可再生的替代型燃料。因其具有硫含量低、燃燒充分,閃點高、使用安全、較好的低溫啟動性等優(yōu)點,在全球受到廣泛的重視。但在生物柴油的生產(chǎn)過程中,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)生物柴油成為當前研究的熱點。微藻作為地球上分布最為廣泛、種類最多的單細胞或群體的微生物,能夠有效的利用太陽光進行光合作用,吸收空氣中的CO_2,將太陽能轉(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)生物柴油具有生長周期短、油脂含量高等諸多的優(yōu)勢。在微藻的培養(yǎng)過程中,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),通過調(diào)節(jié)光合作用、細胞周期、DNA復制、新陳代謝和油脂的合成等過程,促進植物的生長、延緩植物的衰老。然而,褪黑素應用于廢水中調(diào)節(jié)微藻的生長和油脂合成的機制鮮有報道。本實驗以單針藻Monoraphidium sp.FXY-10和Monoraphidium sp.QLZ-3為研究對象,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,對微藻生長和油脂積累的影響,分析了在工業(yè)廢水中微藻油脂合成的相關機制,同時利用CO_2聯(lián)合光生物反應器縮短了生長周期,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)化擴大培養(yǎng)提供了一定的理論依據(jù)和實踐意義。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,當培養(yǎng)基中Mg~(2+)濃度為800μM時,微藻的生物量和油脂含量達到最高。同時,微藻對糖蜜酒精廢醪液中總氮、總磷、COD的移除率分別達到88.37%、93.69%和87.98%。此外,Mg~(2+)作用下,增強了微藻對糖蜜酒精廢醪液中Ca~(2+)、Fe~(3+)、Cu~(2+)的吸收。結(jié)果表明,適宜濃度的Mg~(2+)可以促進糖蜜酒精廢醪液中微藻的生長和油脂含量的積累,同時,提高了微藻對糖蜜酒精廢醪液中總氮、總磷、COD值和相關金屬離子的利用率。(2)本實驗中,通過外源添加褪黑素,促進了糖蜜酒精廢醪液中微藻的生長和油脂的積累。以糖蜜酒精廢醪液為基礎培養(yǎng)基,添加10~(-3)μmol/L的褪黑素,微藻中的油脂含量達到68.69%,且最高生物量為1.22 g/L。與此同時,藻細胞內(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,促進了微藻中油脂含量的積累。研究表明,褪黑素通過調(diào)節(jié)微藻油脂合成過程中相關酶的活性,促進了油脂的積累,同時降低培養(yǎng)成本,為微藻擴大化生產(chǎn)提供了新的理論基礎。(3)微藻的大規(guī)模工業(yè)化培養(yǎng)是未來微藻發(fā)展的趨勢,利用光生物反應器培養(yǎng)微藻為其工業(yè)化培養(yǎng)提供了一定的理論基礎。在鼓泡式柱形光生物反應器中,通入CO_2的含量為12%時,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、磷營養(yǎng)物質(zhì)的被有效利用。與此同時,提高了微藻細胞內(nèi)的葉綠素含量和rbcL的相對表達量,促進了單針藻Monoraphidium sp.QLZ-3對CO_2的固定。在12%的CO_2的作用下,促進了微藻對WSE中多酚的吸收,多酚作為一種抗氧化劑,可能通過調(diào)控藻細胞內(nèi)的抗氧化體系,促進了微藻油脂合成過程中accD和kas基因表達量的上調(diào),促進了油脂的積累。
【學位單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TE667
【部分圖文】：

昆明理工大學碩士學位論文30重）增長到365.4和406.00nmol/min/g（鮮重），最終達到357.28和373.52nmol/min/g鮮重（圖2.11）。相比對照組，培養(yǎng)的第5、10、15天，實驗組中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，可以促進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，隨著實驗組和對照組中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，PEPC活性與微藻生物量同時呈現(xiàn)下降趨勢。先前的研究結(jié)果也表明，pepc表達量的下調(diào)可以促進Chlamydomonasreinhardtii中油脂含量的積累[80]。MT作用下，單針藻FXY-10中PEPC的活性低于對照組，而油脂含量均不同程度的高于對照組。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是引起溫室效應的主要氣體，由其所產(chǎn)生的增溫效應占所有溫室氣體總增溫效應的63％[82]。糖蜜酒精生產(chǎn)過程中，每得到1L的酒精，會有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可以促進微藻的生長和油脂的積累。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
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本文編號：2854804