响应面法优化自养小球藻产生物柴油油脂

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1、中国生物工程杂志ＣｈｉｎａＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１０，３０（８）：１０６１１１响应面法优化自养小球藻产生物柴油油脂１１１，２１３３郑洪立高振黄和纪晓俊白跃华李文琦（１南京工业大学生物与制药工程学院南京２１０００９２材料化学工程国家重点实验室南京２１０００９）（３中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院北京１０００２９）摘要利用响应面法对小球藻（Ｃｈｌｏｒｅｌｌａｖｕｌｇａｒｉｓ）在２Ｌ气升式生物反应器中对自养产生物柴油油脂的培养条件进行了优化。首先用ＰｌａｃｋｅｔｔＢｕｒｍａｎ方法对１０个相关影响因素的效应进行评价

2、并筛选出对产油有显著影响的３个因素：ＫＮＯ３浓度、温度和ＣＯ２浓度；再用最陡爬坡实验逼近最大产油区域；最后由中心组合实验及响应面分析确定了影响产油主要因素的最佳条件为：ＫＮＯ３浓度０．３１ｇ／Ｌ，温度２６．５℃，ＣＯ２浓度６．８０％，最高产油量达到０．４２ｇ／Ｌ，比优化前提高了近２倍。优化后，在１０Ｌ气升式生物反应器中进行了扩大培养。关键词小球藻培养条件响应面法生物柴油油脂中图分类号Ｑ８１９能源短缺和环境污染问题已成为制约世界经济可度、光照、ｐＨ等诸多培养条件的影响［４］。而关于上述持续发展的主要瓶颈。作为重要的替代能源之一，生培养条

3、件对小球藻ＬＩＣＭＥ００１产油的综合影响及交互物质能因其较化石能源环境更友好、可再生性更好而作用国内外尚未见报道。越来越受到关注。目前，发展生物质能、减少对化石能培养条件的优化是一个复杂的过程，涉及大量源依赖，已成为许多国家重要的能源战略。微藻是一的实验研究，是一个耗时、耗力、耗费的过程。Ｐｌａｃｋｅｔｔ类能够利用太阳光进行光合作用固定ＣＯ合成生物２Ｂｕｒｍａｎ设计和响应面法克服了传统的单因素实验次数质，将太阳能转化成化学能，在自然界广泛存在的微型多、实验周期长和结果不准确等缺点，已被成功地运用藻类。微藻生物质具有作为生物能源原料的

4、巨大潜［５］于螺旋藻等的培养基优化工作中。本研究拟采用响力，与其它能源植物相比，其具有光合作用效率高等优应面设计法对筛选到的小球藻自养产油的诸多因素进［１］势。特别是微藻生物质中的油脂，其单位面积产量行考察和评价，对筛选得到的重要因素进行优化，确定［２］可达到陆生油料作物的３０倍以上，因此被认为是未较优的产油条件，以期为后续自养小球藻工业化生产来生物柴油原料供应的重要途径。生物柴油奠定理论基础和提供实验依据。利用富含油脂的微藻减排ＣＯ生产生物柴油油脂２目前正受到国内外的高度关注。小球藻（Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ１材料与方法ｖｕｌｇａｒｉｓ）

5、ＬＩＣＭＥ００１是本实验室从海洋中分离出的一株１．１材料富含油脂的微藻。目前本实验室对该小球藻藻种评１．１．１藻种小球藻（Ｃｈｌｏｒｅｌｌａｖｕｌｇａｒｉｓ）ＬＩＣＭＥ００１（中价、藻种保藏、培养工艺、生物量采收、生物柴油油脂提国典型培养物保藏中心编号：ＣＣＴＣＣＮＯ：Ｍ２０９２５６）由［３］取等方面开展了工作，并取得了相应成果。微藻油南京工业大学工业催化与代谢工程实验室保藏。脂产量及其质量受Ｎ、Ｐ、Ｋ等营养条件、ＣＯ浓度、温２１．１．２培养基保种培养基：采用ｆ／２液体培养基。收稿日期：２０１００４２１修回日期：２０１００６２

6、１摇瓶培养基：采用ｆ／２液体培养基。实验培养基：海盐，国家自然科学基金（２０９３６００２）、国家“９７３”计划（２００７ＣＢ７０７８０５，ＫＨＰＯ，ＮａＥＤＴＡ，ＫＮＯ，ＦｅＳＯ·７ＨＯ。２００９ＣＢ７２４７００）、江苏省六大人才高峰项目（２００８）、江苏省高校科２４２３４２研成果产业化推进项目（２００９）资助项目１．２方法通讯作者，电子信箱：ｇａｏｚｈｅｎ＠ｎｊｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ１．２．１培养方法摇瓶培养：将对数期藻种细胞接种２０１０，３０（８）郑洪立等：响应面法优化自养小球藻产生物柴油油脂１０７到２５０ｍｌ三角瓶，接种量为１

7、０％（Ｖ／Ｖ），１５０ｒ／ｍｉｎ，３０表进行实验后，对数据进行二次回归拟合，得到带交互℃，２０００ｌｘ下培养。将摇瓶培养对数期藻细胞作为生项和平方项的二次方程：物反应器培养的藻种。ｋｋ２Ｙ＝β０＋βｉＸｉ＋βｉｊＸｉＸｊ＋βｉｉＸｉ（１）ｉ＝１ｉ＜ｊ生物反应器培养：温度、光照、初始ｐＨ、接种量、其中Ｙ是预测响应值，Ｘ是自变量，β、β、β、βｉ０ｉｉｉｉｊＣＯ、海盐、ＫＨＰＯ、ＮａＥＤＴＡ和ＦｅＳＯ·７ＨＯ浓度均２２４２４２是待估计参数偏移值。对拟合所得模型进行分析，最为考察对象，培养周期为１０天。反应器为本实验室自后在一定水平范

8、围内求出最佳值。诸因子实验水平及主设计的气升式生物反应器，反应器规格有两种：体积编码见表４。为２Ｌ（培养液体积为１．５Ｌ）和体积为１０Ｌ（培养液体积为７．５Ｌ）；外置光源（日光灯，光／暗：１２／１２ｈ），供气２结果与分析