海洋微藻作為生物柴油生產(chǎn)的新型資源研究

海洋微藻作為生物柴油消費的新型資源研討生物三組：歐安平、陶光吉、吳學民、潘劍洪指點教師：黃勤妮1、緒論生物柴油是一種開展?jié)摿甏蟮目稍偕茉矗Ｑ笪⒃遄鳛槠湓仙锞哂匈Y源豐富和產(chǎn)油量高等明顯優(yōu)勢。本工程分別挑選到了13種海洋硅藻，對這些硅藻和另2種微藻的生長、總脂含量及脂肪酸進展了測定分析，發(fā)現(xiàn)硅藻的脂含量〔占干重%〕普遍較高，最高為三角褐指藻〔36.2%〕.以高產(chǎn)生物油為目的，最終挑選獲得了生長快、總脂與飽和脂肪酸含量高、資源易得的4種赤潮硅藻〔三角褐指藻、假微型海鏈藻、旋鏈角毛藻、熱帶骨條藻〕，它們是生物柴油消費的理想生物。三角褐指藻的熱解產(chǎn)油實驗得到了34.2%〔占干重比例〕的產(chǎn)油率，證明了利用海洋微藻消費生物油燃料的可行性及把赤潮硅藻化廢為寶的優(yōu)勢，有明顯的經(jīng)濟和社會價值與運用前景。2.1主要儀器與試劑光照培育箱(寧波賽福PXX-280B)，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器(R206)，超聲波細胞破碎儀(JY92-II),顯微鏡〔OlympusBH-2〕，紫外分光光度計〔UNICAMUV300〕，氣相色譜儀(VARIANCP3800)氯仿、甲醇均用分析純。2.2樣品采集與藻種分別挑選1.采樣地點：主要采樣地點包括廈門港、東山鮑魚養(yǎng)殖區(qū)、舟山群島水域、香港水域，除廈門港為本人取樣外，其他樣品均委托廈門大學生命學院硅藻實驗室協(xié)助采集。2.采集方法：樣品采集包括采水和拖網(wǎng)兩種。3.分別方法：采用微細吸管分別法進展藻株分別。2.3藻類培育與樣品處置實驗前，在500ml錐形瓶(每個藻種取三個反復樣)中進展藻種的擴展培育，在光照5000lx，12h:12h下，用f/2培育液，20℃培育，在微藻指數(shù)生長期末期時進展收獲。用Whatman玻璃纖維濾膜過濾搜集藻泥，冷凍枯燥，稱重，于4℃中保管待用。2.4藻類生長測定從藻類擴展培育的第一天起至搜集過濾藻液，每天或隔天取一部分藻液用紫外分光光度計測其OD值，以判別藻類的生長情況，并取實驗終了時的藻液用魯哥氏液固定，細胞計數(shù)時取0.1ml于浮游植物計數(shù)框在顯微鏡下進展，并計算藻細胞密度與OD值的比率，以確定生長期間藻細胞密度的變化。2.5總脂測定采用氯仿－甲醇(CHCL3-CH3OH)提取法。將凍干的濾膜剪成小片，分幾次參與氯仿-甲醇(1:2)混合液振蕩提取脂肪直至濾膜上藻體顏色變白，在所得氯仿－甲醇抽提液中參與蒸餾水使溶液最終比例為氯仿－甲醇－水〔8:4:3〕[10]。溶液分層后，取氯仿層即下層液體，倒入知分量的旋轉(zhuǎn)瓶中，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器旋轉(zhuǎn)蒸干，測出旋轉(zhuǎn)瓶中剩余物質(zhì)分量即為總脂分量。2.6脂肪酸測定脂肪酸的提取參考Lepage〔1984〕的方法略加修正[11]。將凍存的200mg帶膜藻粉放入帶蓋的螺口試管①中，參與4mlCHCL3-CH3OH混合液〔V/V=2：1〕，充N2一分鐘后密閉封口；用超聲波細胞破碎儀萃取30分鐘〔溫度低于40℃，萃取時間分兩次進展，間隔時間萃取液置于－20℃〕；往帶螺旋帽的水解管②參與0.3ml的內(nèi)標溶液〔0.2mg/ml〕，用N2吹干后，倒入螺口試管①萃取液，搖勻反響，接著用N2濃縮吹干后，參與2mol/LHCL-CH3OH溶液，充N2后密閉于100℃水浴中反響40分鐘；冷卻后用2ml正己烷分兩次提取，合并提取液〔正己烷層〕于具塞離心管中，用N2吹至100μl左右，在氣相色譜儀上進展脂肪酸測定。2.7熱解產(chǎn)油實驗把藻類接種于多個10升的三角瓶中擴展培育，同2.3的方法和條件進展培育與樣品搜集、處置。取獲得的藻粉在流化床反響器上進展快速熱解，溫度450℃，搜集獲得的熱解液化產(chǎn)物和固體焦炭，分別稱重，并計算產(chǎn)油率。3、實驗結(jié)果3.1藻種分別挑選3.2不同藻類的生長生長相對較快的藻種為三角褐指藻、自養(yǎng)小球藻、牟氏角毛藻、假微型海鏈藻和新月菱形藻。不同藻種生長期間的OD值及其藻密度/OD比值中文學名天數(shù)終藻密度（x103個·ml-1)藻密度/OD比值1234567三角褐指藻0.0240.0550.1120.2880.3470.4070.4351536.43529250細弱海鏈藻0.0030.0180.0200.0340.0580.0630.08978.1881199威氏海鏈藻—0.035—0.101—0.128—128.81008877假微型海鏈藻—0.013—0.201—0.264—995.33765446圓海鏈藻—0.025—0.094—0.117—305.12614860牟氏角毛藻0.0170.0160.0300.0820.1620.3430.371650.01752022旋鏈角毛藻—0.009—0.037—0.060—9.5159000扭曲小環(huán)藻—0.079—0.187—0.212—297.01400943新月菱形藻—0.054—0.189—0.237—224.3947886尖細擬菱形藻—0.008—0.087—0.108—319.32956787多枝舟形藻0.0050.0130.0190.0610.1160.1640.2001308.86533111血色紫球藻—0.009—0.050—0.084—215.02549407自養(yǎng)小球藻0.0270.0430.0580.1360.2060.3420.3851479.038382353.3不同微藻細胞內(nèi)的總脂含量和產(chǎn)量總脂含量最高的藻株有三角褐指藻、血色紫球藻、尖細擬菱形藻，它們的總脂含量在30％以上；其次為假微型海鏈藻，扭曲小環(huán)藻，熱帶骨條藻和旋鏈角毛藻，總脂含量在20～30％之間，再其次為細弱海鏈藻，牟氏角毛藻，威氏海鏈藻，新月菱形藻，總脂含量在10～20％之間；含量最低的為自養(yǎng)小球藻，多枝舟形藻和圓海鏈藻，均在10%以下。總脂產(chǎn)量的結(jié)果那么略為不同，產(chǎn)量最高的是牟氏角毛藻、三角褐指藻，其次為自養(yǎng)小球藻、多枝舟形藻、細弱海鏈藻、新月菱形藻，它們的產(chǎn)量均在100mg.L-1以上。而單個藻細胞的總脂含量較高的藻類為旋鏈角毛藻、細弱海鏈藻，其次為威氏海鏈藻、新月菱形藻。3.4不同微藻細胞內(nèi)的脂肪酸組成多不飽和脂肪酸〔PUFA〕占總脂肪酸的百分含量依次為旋鏈角毛藻<威氏海鏈藻<圓海鏈藻<細弱海鏈藻<假微型海鏈藻<多枝舟形藻<三角褐指藻<熱帶骨條藻<自養(yǎng)小球藻<牟氏角毛藻<新月菱形藻<小環(huán)藻<血色紫球藻<尖細擬菱形藻.PUFA含量較低的旋鏈角毛藻、威氏海鏈藻、圓海鏈藻、細弱海鏈藻、假微型海鏈藻都是較好的生物柴油的資料。3.5熱解產(chǎn)油三角褐指藻熱解產(chǎn)油結(jié)果株系號藻種藻粉重(g)焦碳(g)產(chǎn)油量(g)產(chǎn)油率(%干重)MMDL574三角褐指藻1.7680.9830.60534.2實驗結(jié)果闡明，經(jīng)過熱解方法可以從硅藻中獲得較高的產(chǎn)油率，產(chǎn)油量占干重的比例為34.2%，這一結(jié)果證明了利用微藻作為生物油燃料消費的資源生物的可行性。4．討論4.1高脂微藻株系的挑選及其消費生物柴油的潛力分析從生物柴油的熄滅特性；從生物柴油的工業(yè)運用上來思索；培育周期等綜合思索，我們從本課題獲得的十五種微藻中挑選出較適宜作為生物柴油消費原料的四種硅藻，它們是三角褐指藻、假微型海鏈藻、旋鏈角毛藻、熱帶骨條藻。三角褐指藻是重要的養(yǎng)殖用的餌料硅藻，而后面三種硅藻是常見赤潮硅藻，因此選擇它們作為生物柴油消費的資源生物除了其本身的高油產(chǎn)量潛力的優(yōu)勢外，還有資源易獲得的優(yōu)勢。4.2脂肪和脂肪酸含量與藻種的關(guān)系硅藻與其它藻類相比，具有較高的脂含量以及飽和脂肪酸含量，是微藻中作為生物柴油的首選原料。4.3高脂微藻作為生物柴油消費的優(yōu)勢與運用前景分析以藻類作為原料的生物柴油具有如下明顯的優(yōu)點：占地球外表積71%的自然水體〔海洋、湖泊等〕每年能提供非常豐富的藻類生物量；藻類容易繁衍，生長周期短，光協(xié)作用效率高，再生生物量每天都可以獲得；藻類的生長繁衍是在水域(淡水或海水)中，具有不依托土壤特性，不占用農(nóng)業(yè)用地因此熱轉(zhuǎn)化的原料消費不影響農(nóng)業(yè)消費，這對于有十多億人口我國來說尤為重要，而且其養(yǎng)殖過程可以實現(xiàn)自動化控制；藻類是一種單細胞生物，它沒有葉、莖、根。即沒有無用生物量，整個藻體都可用于熱轉(zhuǎn)化；藻類含有較高的脂類、可溶性多糖和蛋白質(zhì)等易熱解的化學組分，而其熱轉(zhuǎn)化得到的生物能的質(zhì)量與藻體內(nèi)的蛋白質(zhì)等物質(zhì)含量和質(zhì)量有關(guān)，因此在單位面積和單位時間內(nèi)藻類可比其它植物熱轉(zhuǎn)化產(chǎn)生更高質(zhì)量的生物能；藻類不含纖維素等難分解成分，易被粉碎和枯燥，所需熱解條件相對較低，可使消費本錢降低；藻類可塑性大，可以經(jīng)過改動培育條件或誘導，提高其產(chǎn)油才干；從藻類獲取的油是沒有污染、可再生的能量資源，它的運用不需求改動汽車、飛機的發(fā)動機，不需求改動能源的分配方式以及能源資源的市場[15]。藻類熱解所獲得的生物質(zhì)燃油熱值高，平均高達33MJ/kg，是木材或農(nóng)作物秸稈的1.6倍[9]。4.4．挑選高生物柴油產(chǎn)量微藻的新途徑除了從自然界中大量知的藻株中挑選出高產(chǎn)脂肪的微藻外，我們還可以經(jīng)過其它途徑來提高微藻的產(chǎn)油量。4.4.1培育條件。對3種海冰硅藻的研討闡明,隨著溫度和光強下降，脂肪含量升高。4.4.2人工誘變。可以采用人工誘變的方法使微藻細胞內(nèi)的脂類大量累積。4.4.3異養(yǎng)培育。可經(jīng)過異養(yǎng)培育提高微藻的產(chǎn)脂量。4.4.4基因改造。利用基因工程的方法，從分子程度改動細胞遺傳信息，調(diào)控細胞內(nèi)合成代謝途徑，促使細胞內(nèi)脂肪合成累積。4.4.5直接提高制備生物油燃料的效率。采用熱解方法可將藻體細胞轉(zhuǎn)化為液體燃料，微藻的熱解可得到芳烴含量高、具有高辛烷值的生物油，同時熱解產(chǎn)生的燃料具有能量密度高、易于儲運和氮、硫含量低等優(yōu)點[21]。液化熱解法所采用的溫度低,耗能少。5、展望與領(lǐng)會

5.1生物油燃料作為后續(xù)能源的優(yōu)勢和開展前景作為石化柴油的替代能源，生物柴油是一種清潔的可再生能源，它的利用不會呵斥大氣中CO2添加，也不會排放導致酸雨的二氧化硫，是優(yōu)質(zhì)的石化柴油代用品，典型的“綠色能源〞。大力開展生物柴油對經(jīng)濟可繼續(xù)開展，推進能源替代，減輕環(huán)境壓力，控制城市大氣污染具有重要的戰(zhàn)略意義[23]。因此，生物柴油具有極大的利用潛力。5.2微藻在生物油燃料開發(fā)中的宏大潛力在眾多的生物中，微藻具有脂類含量高、資源豐富、生物量大、生長周期短、易培育等優(yōu)點，使其經(jīng)過熱解獲得的生物質(zhì)燃油或經(jīng)過酯化反響獲得的生物柴油具有熱值高、廢氣少、易儲運等優(yōu)點，因此微藻是重要的可再生生物能源。微藻可用于提取活性物質(zhì)、作為海洋保健品和藥物的資源生物，同時也可用于污水處置。因此，以微藻為原料消費生物柴油具有很好的開展前景。海洋微藻資源豐富，經(jīng)過大量的分別挑選和研討，可以獲得高脂產(chǎn)量的微藻。因此，從海洋微藻挑選生物柴油消費的目的微藻潛力宏大。5.3利用藻類赤潮獲取大量的生物柴油原料本工程挑選到的4種高產(chǎn)生物柴油的硅藻均為常見赤潮硅藻,不僅可以人工培育,也可以利用赤潮迸發(fā)時獲取大量的藻物質(zhì),到達消費生物柴油和治理赤潮危害、化廢為寶的雙重目的。5.4本工程的創(chuàng)新之處及后續(xù)任務我們的后續(xù)任務主要包括以下幾個方面：進一步對挑選到的高脂微藻種類進展油脂提取和酯化反響任務，制備高質(zhì)量和高產(chǎn)量的生物柴油；進一步擴展藻種資源，挑選更多的海洋微藻種類作為生物柴油消費的資源生物；經(jīng)過實驗討論提高微藻的油產(chǎn)量的各種方法，如優(yōu)化培育條件、人工誘變、基因工程改造、異養(yǎng)培育等。6、結(jié)論本實驗經(jīng)過有