几种富油微藻菌种的培养、收获和油脂提取优化工艺研究

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1、分类号：单位代码：10019密级：学号：B06090436学位论文几种富油微藻菌种的培养、收获和油脂提取优化工艺研究Studiesonoptimizationofculture,harvestingandlipidextractionofseveraloil-richmicroalgaespecies研究生：沈英指导教师：毛恩荣合作指导教师：袁文桥申请学位门类级别：工学博士专业名称：车辆工程研究方向：生物质能源所在院（部）：工学院2010年6月中国农业大学博士学位论文独创性声明独创性声明本人声明所呈

2、交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：时间：年月日关于论文使用授权的说明本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅；学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学

3、位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此协议)研究生签名：时间：年月日导师签名：时间：年月日I中国农业大学博士学位论文摘要摘要微藻是一种生长速度快、油含量高的单细胞微生物，是目前最有潜力的可再生生物质能源之一。本课题以利用微藻生产生物质和生物油为目标，重点研究了四种产油量较高的微藻菌种，包括淡水藻Botryococcusbraunii、Scenedesmusdimorphus和Chlorellaprotothecoides以及盐水

4、藻Nannochloropsissp。根据微藻生物油生产过程中生物质培养、生物质收获和生物油提取这三个主要环节，对这四株微藻菌种进行了以下几个方面的研究：（1）纵观微藻生物油生产的各个环节，包括对生物质的培养（自养培养和异养培养、淡水培养、污水培养和盐水培养）、生物反应器的设计、生物质的收获、生物油的提取等，分析了国内外研究现状和背景，提出了课题研究的目标、内容以及技术路线。（2）污水中富含各种氮盐、磷盐以及矿物成分，是微藻生长天然的培养液。本研究将B.Braunii的培养与污水处理结合起来，观察了

5、B.Braunii在不同浓度污水中的生长情况，分析了污水中氮、磷含量的变化。实验结果表明，B.Braunii在50%的消毒污水中具有最高生物质产量为2.543g/L，其中油含量为19.8%（以重量计算）。（3）利用响应曲面算法中的中心复合式设计理论，设计了Nannochloropsissp的培养优化实验，分析了培养液中氮和磷的浓度、pH值以及盐度对生物质生长以及产油量的影响。基于实验数据建立了二阶模型，预测了最优结果并将模型得出的最优培养条件应用于四种生物反应器（3L罐式生物反应器、6L垂直管式生物

6、反应器、10L水平管式生物反应器和20L平面式生物反应器）的生物质培养中，对这四种反应器的产量、能耗和成本进行了分析与评价。（4）精选了C.protothecoides的四株菌株UTEX25、31、249和255进行异养优化对比实验，分析了不同氮源（包括尿素、硝酸钾以及酵母粉）对异养菌株产油量的影响。研究表明了UTEX255具有最高产油量（5.89g/L）并且可以达到较高的葡萄糖/生物质转化率（1.04）；营养源中的氮源和氮含量对UTEX255的产油量影响较大。（5）阐述了四种常用生物质收获方法（离

7、心法、过滤法、絮凝法和沉淀法）在生物质收获过程中的特点与适用性，重点分析了经济性好、适用范围广、能耗低的絮凝法。利用响应曲面算法对影响絮凝效果的三个参数（生物质浓度、pH值和絮凝剂剂量）进行了建模分析并对模型得出的结论进行了实验验证。（6）分析了培养液中的氮源、氮含量以及生物油提取方法对微藻产油量的影响。实验分三个部分进行：实验一分析了尿素、硝酸钾、酵母粉和氨基乙酸对S.dimorphus和C.protothecoides的油含量影响；实验二分析了针对五种常用细胞破碎法（直接提取法、超声波破碎法、法

8、式压力法、珠磨式组织研磨法和湿磨法）与有机溶剂（己烷、酒精、己烷&酒精）组合的生物油提取方法对这两种微藻菌种生物油提取率的影响；实验三分析了经济性好、操作方便的湿磨生物油提取法，通过响应曲面算法优化实验设计，建立了二阶响应曲面模型，分析了生物质浓度、湿磨次数和溶剂与溶液比对生物油提取率的影响。关键词：微藻，生物质，生物油，自养培养，异养培养，污水处理，生物质收获，生物油提取I中国农业大学博士学位论文摘要AbstractMicroalgaearesinglecellmi