本文關(guān)鍵詞：基于豬場廢水的微藻培養(yǎng)及其藻體發(fā)酵產(chǎn)丁醇的研究

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【摘要】：生物丁醇是一種具有開發(fā)潛力的生物質(zhì)能源,利用微藻為原料進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)的研究主要存在丁醇生產(chǎn)效率低、原料含糖量較低的問題。針對(duì)利用微藻原料發(fā)酵產(chǎn)丁醇研究中所存在的問題,本論文首先開展了微藻原料的廢水培養(yǎng)研究,并將收獲的藻體用于丁醇生產(chǎn)。本論文利用篩選于南臺(tái)灣淡水水域的綠藻Chlorella vulgaris JSC-6和Neochloris aquatica CL-M1開展了利用豬場廢水培養(yǎng)綠藻C.vulgaris JSC-6和N.aquatica CL-M1的研究,小球藻C.vulgaris JSC-6具有較高的營養(yǎng)物消耗能力,而N.aquatica CL-M1具有較大的藻體生產(chǎn)能力。利用稀釋后的養(yǎng)豬廢水培養(yǎng)小球藻C.vulgaris JSC-6,可獲得藻糖含量為58.8%的微藻藻體3.96 g/L(混營培養(yǎng))和藻糖含量為54.0%的微藻藻體2.35 g/L(異營培養(yǎng))。利用養(yǎng)豬廢水培養(yǎng)C.vulgaris JSC-6,每消耗1 g COD可以生成2.6 g藻體和1.2 g藻糖。優(yōu)化了新綠藻N.aquatica CL-M1的培養(yǎng)條件,N.aquatica CL-M1的最佳培養(yǎng)條件為:光照強(qiáng)度150μmol/m2/s,培養(yǎng)溫度25±2°C,氮磷比為5/1。利用養(yǎng)豬廢水培養(yǎng)時(shí)可收獲藻糖含量為50.46%的藻體6.1±0.3 g/L�；贑OD消耗的藻體產(chǎn)率為3.6 g/g COD,藻糖產(chǎn)率為1.82 g/g COD。確定了發(fā)酵菌株C.acetobutylicum ATCC824的最佳接種量為0.015 g/L(OD=0.05),以模擬藻糖為碳源時(shí)的最佳糖濃度為60 g/L,利用模擬藻糖為碳源時(shí)的丁醇生產(chǎn)速率和丁醇產(chǎn)率分別為0.32~0.33 g/L/h和0.40~0.44 mol/mol。額外添加的有機(jī)酸對(duì)丁醇發(fā)酵效果有不同程度的提高。外加丁酸策略可以有效提高丁醇生產(chǎn)效果,添加4 g/L丁酸可以提高16.7%的丁醇產(chǎn)率,產(chǎn)率由0.6 mol/mol增加至0.7 mol/mol。外加乳酸也可以提高丁醇生產(chǎn)效果,添加2 g/L乳酸使丁醇產(chǎn)量提高3 g/L,產(chǎn)率提高8.3%。呋喃環(huán)類、酸類、鹽類發(fā)酵抑制物對(duì)C.acetobutylicum ATCC824的毒性閾值為1.06 g/L,5-羥甲基糠醛1.99 g/L,甲酸0.077 g/L,草酸0.019g/L,硫酸鈉0.16 g/L。毒性強(qiáng)弱關(guān)系為甲酸草酸糠醛5-羥甲基糠醛硫酸鈉。優(yōu)化了微藻原料水解條件:生物方法水解微藻原料的最佳添加量為淀粉酶300U/ml(纖維素酶10 U/mL),可獲得的還原糖產(chǎn)率為67.2%;化學(xué)水解微藻原料的最佳硫酸濃度為3%(w/v),可獲得的還原糖產(chǎn)率為90.88%。微藻酸水解液中的糠醛和5-羥甲基糠醛含量低于毒性閾值。本研究發(fā)現(xiàn)了微藻蛋白質(zhì)會(huì)抑制利用C.acetobutylicum ATCC824菌株進(jìn)行的丁醇生產(chǎn),當(dāng)培養(yǎng)基中的藻蛋白類萃取物由500 mg/L增加8000 mg/L時(shí),會(huì)降低72%丁醇產(chǎn)率。使用1%氫氧化鈉預(yù)處理可以去除微藻蛋白質(zhì)。去除蛋白質(zhì)的藻渣利用3%硫酸水解提取藻渣中的單糖,用于發(fā)酵產(chǎn)丁醇,丁醇產(chǎn)率可達(dá)0.6 mol/mol。廢水培養(yǎng)的微藻原料進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)丁醇的產(chǎn)率為0.081~0.12 g/g藻體,丁醇轉(zhuǎn)化效率為2.8~8.5 g/kg藻體/h。構(gòu)建了連續(xù)發(fā)酵產(chǎn)丁醇系統(tǒng),通過細(xì)胞固定化策略可以使系統(tǒng)給的丁醇生產(chǎn)能力提高至0.59 g/L/h,比懸浮細(xì)胞的連續(xù)丁醇生產(chǎn)系統(tǒng)生產(chǎn)能力提高了59%。通過共培養(yǎng)策略可以有效提高系統(tǒng)的丁醇生產(chǎn)能力,其丁醇生產(chǎn)能力比細(xì)胞固定化策略提高了30%。在系統(tǒng)最佳運(yùn)行條件下,以微藻原料水解獲得的單糖為碳源進(jìn)行連續(xù)丁醇生產(chǎn),獲得了0.49 mol/mol丁醇產(chǎn)率,系統(tǒng)的丁醇生產(chǎn)速率為0.99 g/L/h,發(fā)酵液中的丁醇濃度為7.92 g/L。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ923;X713

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 班云霄;王西峰;;IC/改良HCR/SBR工藝處理養(yǎng)豬廢水[J];中國給水排水;2016年06期

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本文編號(hào)：1302082