高密度高含油率微藻培养研究进展

微藻以其生长周期短、不占用农业耕地而被作为第三代生物柴油的首选原料,然而微藻培养密度偏低含油率不高是制约微藻生物柴油规模生产的主要因素。结合微藻培养的营养方式和培养系统,讨论了近年来提高微藻培养密度及油脂（主要为甘油三酯）含量的各种研究方法及成果,分析了微藻高产油率的培养模式,并就培养成本问题做了进一步探讨。最后总结了微藻生物柴油的发展方向,即在合适的培养系统下以太阳光为能源,充分利用废气、废液甚至废固培养微藻,提高藻油的生产率,从而降低生物柴油的生产成本,进而实现工业化生产。     

耦合浮珠-超声辅助溶剂萃取法用于微藻采收及油脂提取

为了优化微藻生物柴油生产工艺,开发高效低耗的微藻采收与油脂提取技术,该研究使用优化浮珠浮选工艺对小球藻进行采收,随后选取小球藻-表面层状聚合物浮珠聚集体进行破壁提油处理,并通过响应面优化破壁工艺,建立一种新型耦合浮珠-超声辅助溶剂萃取工艺。结果表明,在超声时间为13 min,正己烷：异丙醇体积比例为4,微藻质量浓度为13.6 g/L,超声功率为254 W时,油脂提取效率较高,为18.91%。相比传统气浮法与超声辅助溶剂萃取法,该法采收效率、细胞破壁效率和饱和脂肪酸含量都达到了较高水平,分别为98.36%、90.19%和37.03%。因此,耦合浮珠-超声辅助溶剂萃取工艺是一种有效提取小球藻细胞中油脂的工艺。研究结果为微藻生物柴油制备工艺的发展提供科学依据。     

适于猪场污水中快速生长富油微藻的筛选

微藻的大规模培养以及生产生物燃料在很大程度上依赖于所使用的微藻藻株性能.为了从自然水域中筛选、分离能够异养生长并同步处理养猪废水和实现油脂积累的高油脂产率微藻,本研究采用平板划线、单胞分离和毛细管分离3种方法,对51个采样点的样品进行分离、纯化,获得了118株藻,71株能够进行异养生长,其中33株能够在猪场污水中生长,且17株藻生长良好.根据形态特征对分离得到的部分藻株初步鉴定为小球藻(Chlorella sp.)和栅藻(Scenedesmus sp.).比较这17株藻在猪场污水中的生长速率和油脂含量,藻株13-6、19-4、20-6和34-2的比生长速率分别为0.147、0.162、0.177和0.154 d-1,较其他藻株生长更快;19-4、24-1和34-2的油脂含量分别为19.7％、22.9％和28.8％,高于其他藻株.从中选取生长快且油脂含量高的藻株19-4和34-2经18S rDNA鉴定为Chlorella sorokinlana和Chlorella sp.,分别命名为C.sorokinlana 19-4 (GenBank登录号:KU948990)和Chlorella sp.34-2 (GenBank登录号:KU948991).将微藻培养体系扩大至30 L反应器,利用稀释猪场污水培养C.sorokinlana 19-4和Chlorella sp.34-2,最大比生长速率分别达到0.153和0.149 d-1;油脂含量分别达到18.73％和29.27％;最大生物量浓度分别达到0.78和1.12 g/L.C.sorokinlana 19-4对废水培养基中总氮、总磷的最高去除率分别高达70.56％和90.98％,34-2则分别为60.24％和85.07％.脂肪酸组分分析表明,Chlorella sp.34-2主要含有Cl6∶0、C18∶2n6c及C18∶3n3,其脂肪酸组分含量符合生物柴油生产的原料要求标准.结果说明这两株微藻在净化废水和生产生物柴油中具有潜在的应用前景.利用猪场污水养殖微藻,既可以节约大量营养盐成本,促进微藻生物柴油产业的推进,又可以净化污水,促进水资源再利用,实现能源与环境的双赢.     

乌桕油脂成分作为生物柴油原料的研究进展

生物柴油本质上是长链脂肪酸甲酯,工业上多通过酯交换反应进行生产。乌桕是广泛分布于中国的油料树种,其种子油脂含量高达40％左右,是生物柴油的优质原料。本文在介绍能源植物的种类及生物柴油生产概况的同时综述了乌桕皮油和梓油的提取工艺、用于催化乌桕油生产生物柴油的催化剂以及乌桕油及种子中脂肪酸组成等方面的研究进展。规范乌桕种质资源的标准化与分子标记辅助遗传育种、油脂代谢途径机理的揭示及转基因技术创制高含油新品种、新型纳米催化剂及新型高效固定化抗逆脂肪酶的研制对推动乌桕生物柴油的发展具有重要作用。     

基于开放式培养的微藻生物柴油生命周期环境影响评价

为定量评价以微藻为原料生产的生物柴油生命周期系统产生的各种潜在环境影响,以基于开放式培养的微藻生物柴油为研究对象,应用生命周期分析方法,以1 MJ能量的柴油产品为功能单位,对生产、使用微藻生物柴油产生的环境影响进行了分析。结果表明：微藻生物柴油生命周期最显著的环境影响类型为不可更新资源消耗,其次为光化学烟雾形成,生命周期总环境影响指数为4.63×10-4人当量,较石化柴油降低19.34%,以油菜籽为原料的生物柴油生命周期总环境影响指数是微藻生物柴油的7.19倍,微藻培养与生物柴油制取对生命周期总环境影响指数的贡献分别为27.95%与46.24%。基于开放式培养的微藻生物柴油相对于石化柴油与以油菜籽为原料的生物柴油具有较好的生命周期环境效益,控制微藻生物柴油生命周期环境影响的要点在于减少微藻培养与生物柴油制取阶段的动力消耗。     

超声波辅助离子液体组合物直接制备微藻生物柴油

微藻生物柴油能够解决目前植物原料生物柴油面临的耕地不足、气候变化影响产量并引起农作物价格上涨等突出问题,但传统微藻生物柴油生产过程能源与化学品消耗大,将微藻油脂的提取-酯交换耦合成一个单元,具有较大应用潜力。该研究采用小球藻、甲醇为原料,离子液体组合物作为提取剂、催化剂,超声波辅助催化微藻直接提取-酯交换制备生物柴油。考察超声波频率、超声波功率、离子液体类型、离子液体用量、反应温度、反应时间、醇油摩尔比等因素对酯交换率的影响,并与传统水浴加热机械搅拌法比较,结果表明,超声波和离子液体对生物柴油的制备有协同促进作用,离子液体具有催化、提取与增溶的作用,能较好地消除醇油界面接触,超声波的引入强化了传质传热过程,与传统加热方式水浴加热机械搅拌法相比,可以缩短酯交换反应的时间,降低反应温度,减少离子液体、甲醇的用量。离子液体[BMIM][HCOO]为提取剂,微藻油脂提取率最高;酸性离子液体催化效果明显高于碱性离子液体,离子液体[SO3H- BMIM][HSO4]为催化剂,微藻油脂转化率最高。当超声波功率240W,频率28kHz,甲醇用量和藻粉质量比为6∶1,离子液体组合物和藻粉质量比为5∶1,离子液体[BMIM][HCOO]与[SO3H-BMIM][HSO4]体积比为12∶1,反应温度为50 ℃,超声反应时间50 min条件下,生物柴油的转化率可达69.6%。该方法将离子液体溶解提取性能、催化性能及超声波的空化效应相结合,将油脂的提取与油脂的转酯化合二为一,不需先从微藻粉中提取油脂,缩短了工艺,能够实现含油微藻到生物柴油的一步转化。     

废弃食用油脂两相厌氧发酵酸化条件优化

油脂的水解和长链脂肪酸的降解是油脂厌氧发酵过程中的限速步骤,提高水解酸化阶段挥发性脂肪酸(volatile fatty acid,VFA)的产率,有助于后续甲烷化反应的进行。利用响应面方法(response surface methodology,RSM)对废弃食用油脂两相厌氧发酵水解产挥发酸条件进行优化,考察了初始p H值、原料负荷、反应时间和接种量对产生挥发酸浓度的影响,提出采用该工艺的数学模型及优化后的工艺参数。结果表明,各影响因子对挥发酸的影响顺序为:接种量反应时间原料负荷初始p H值,方程的F值为15.65,相关系数为0.9359,调整相关系数为0.8761,说明数学模型可以较好地模拟真实的反应曲面。优化得到最佳的工艺参数为初始p H值6.2、负荷300 g/L、反应时间8 d、接种量40%,在该条件下,实际产挥发酸7 221.0 mg/L,与预测值7 224.0 mg/L吻合且重现性较好。厌氧产甲烷试验表明,酸化后废弃油脂较未酸化油脂在甲烷产量、甲烷含量、总化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)去除率及挥发性固体(volatile solid,VS)去除率方面分别提高了44%、11%、28%和51%,经酸化处理比未酸化油脂的厌氧发酵时间(完成一个厌氧发酵周期内总产气量的80%的时间)缩短了28%。该研究结果为废弃食用油脂的两相厌氧发酵中试提供了参考。     

排碱渠水中产油微藻分离鉴定及培养产油

针对新疆地区经排碱渠排放的大量盐碱水,目前仍缺乏资源化利用,不但造成水资源浪费,也对周边土壤生态环境带来严重威胁。该研究从排碱渠水中分离得到一株产油微藻WY205,经鉴定为小球藻（Chlorella sp.）,在此基础上,以排碱渠水为培养基质,考察了补充有机碳源对该藻生长及油脂积累的影响,以及微藻的盐耐受性、在半连续培养模式下该藻的生长与产油稳定性。结果表明,补充适量有机碳源可有效提高微藻生长速率和油脂产量,微藻油脂积累过程属于生长偶联型,Logistic方程和Gaden生长相关模型方程可较好地描述该藻的生长和油脂生成动力学过程,添加2.5 g/L葡萄糖可获得最大生物量（3.03 g/L）和最高油脂产量（1.26 g/L）,分别为不加糖处理的1.35、2.21倍。培养基中Na+添加至5 g/L时（折合NaCl 12.72 g/L）,微藻油脂产量比排碱渠水原液培养处理（Na+浓度2.64 g/L）提高了21.69%;继续增加Na+浓度至10 g/L（折合NaCl 25.43 g/L）,微藻油脂产量相比排碱渠水原液处理依然提高了10.84%,说明该藻具有较高的盐耐受性。经60 d共6个周期的半连续培养,该藻生物量和油脂产量无显著（P>0.05）变化,表现出良好的适应性和稳定性。该研究表明利用排碱渠水培养产油微藻可行,可为排碱渠水的资源化利用提供技术参考。     

生物表面活性剂产生菌的筛选及其发酵条件的初步优化

以石油为 C 源,经过富集培养从石油污染土壤中筛选出 15 株具有较强产生物表面活性剂能力的菌株.其中菌株 BS-5 产生物表面活性剂的能力最强,该菌发酵液的表面张力可达 27.3 mN/m(空白发酵液表面张力为 54.5 mN/m).通过红外光谱分析发现该菌产生的生物表面活性剂为糖脂类物质.另外,通过正交试验对该菌的培养基条件进行初步优化,结果以植物油 10 g/L、MgSO4 0.2 g/L、K2HPO4 1.0 g/L、KH2PO4 1.0 g/L、蛋白胨 1.0 g/L、FeSO4 0.05 g/L、CaCl2 0.02 g/L、初始 pH 值 7.5 为最佳.通过16S rDNA 测序结果表明该菌为铜绿假单胞菌 (Pseudomonas aeruginosa).     

醋糟发酵菌种的筛选及其发酵条件研究

为了充分利用废弃糟渣，缓解山西省黄土残塬区饲料粮供需矛盾，减轻土地负担，促进绿色生态的改善与恢复，课题组对山西省醋糟资源进行了充分调查，并对高活性纤维素菌－－霉菌、担子菌进行了筛选及其发酵条件研究、组合配伍研究、初步确定适合醋糟发酵的优良菌种。     

E.coli谷氨酸脱羧酶高产菌株选育及发酵条件研究

以普通大肠杆菌(E. coli)为出发菌株,以L-谷氨酸、溴甲酚绿(pH3.8~5.4)为筛选及指示剂,经亚硝基胍(NTG)、UV诱变处理,得到了L-谷氨酸脱羧酶活性变异菌株,其L-谷氨酸脱羧酶（GAD）活性大幅度提高,比出发菌株酶活性提高了2.22倍。优化实验显示：pH值、发酵时间、诱导剂L-谷氨酸、硫酸镁对GAD产酶有较大影响。通过对产酶发酵培养基中几种成份单因素变动及正交优化实验,对该菌株产GAD的诱导剂L-谷氨酸、营养要求和发酵条件进行了研究,优化后的发酵培养基组成为牛肉膏5 g/L,蛋白胨10 g/L,氯化钠3 g/L,L-谷氨酸0.5 g/L,葡萄糖1.5 g/L,磷酸二氢钾2 g/L,硫酸镁0.7 g/L。发酵条件是：pH6.8,接种菌龄20h,发酵时间20h。在优化条件下突变菌株GAD活性可达6790.7U,是出发菌株的2.76倍。     

吕梁地区基本农田建设的思考

吕梁地区以黄土丘陵为主体，水土流失严重、水资源严重贫乏、旱灾频繁发生的区情特点，决定了发展农业经济必须把基本农田建设放在首位。多年来，全区的基本农田建设取得了显著成绩，但也存在着标准质量差，发展不平衡、单产仍较低等问题。今后全区基本农田建设的重点应放在提高地表水利用率、推广节水灌溉、大力开发沟滩、田林路井全面配套等方面，走经济效益和生态效益全面提高的新路子。     

一株耐盐解磷真菌的筛选、鉴定及其发酵优化

从黄河三角洲盐碱土壤中分离到一株真菌PSF2,该菌具有极强的溶磷能力,在改良孟金娜液体培养基中培养72 h,发酵液中的可溶性磷含量高达1042.0 mg L-1,且兼具耐盐特性,最高可以耐受12.5%的盐浓度。经形态观察及ITS序列分析,初步确定该菌株为草酸青霉(Penicillium oxalicum),Gen Bank登录号为KJ957935。在单因素试验基础上,采用正交试验设计对菌株PSF2的发酵条件进行了优化,结果表明菌株PSF2的最佳培养基组成是蔗糖15 g L-1、尿素0.14 g L-1、Na Cl 3.0%,p H 9.0。进一步研究表明,在含盐量0.45%的土壤中添加PSF2,培养20 d,土壤中有效磷含量可增加20.9%。     

具有产表面活性剂功能石油降解茵的筛选及其发酵条件优化

从广州某炼油厂附近石油污染的土壤中筛选出一株可高效产表面活性剂的原油降解菌株MZ01,结合菌株形态观察、革兰氏染色和16SrDNA序列同源性进行分析鉴定其属于假单胞菌属（Pseudomonassp．MZ01）,该菌9d对原油的降解率达54．7％。通过正交实验优化其产表面活性剂的环境因子并进行发酵培养,结果表明,MZ01最佳发酵条件为：酵母膏（3g·L^-1）作为氮源,玉米油（2g·L^-1）作为碳源,温度为25℃,pH值为9．0和含盐量为5％。该条件下3d的发酵产物经提纯后得到表面活性剂产量为2．27g·L^-1,测得该产物CMC值为0．1g·L^-1,可将水的表面张力从初始的72mN·m^-1降至30mN·m^-1。     

腌制叶用芥菜发酵菌分离鉴定及应用研究

为获得发酵性能优良的菌株,生产优质的发酵叶用芥菜,本研究从自然发酵的芥菜中分离发酵用菌株,通过测定乳酸菌的生长、产酸和亚硝酸盐降解能力以及酵母菌的产气、产酯能力和蛋白酶活性等发酵特性进行筛选,并对筛选获得的优良发酵菌加以应用。结果表明,筛选获得的2株乳酸菌L8短乳杆菌(Lactobacillus brevis)、L9植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)和1株酵母菌Y9酿酒酵母菌(Saccharomyces cerevisiae)在腌制叶用芥菜中的发酵性能优良。与自然发酵的叶用芥菜相比,接菌发酵叶用芥菜的pH值和亚硝酸盐含量分别减少了2.22%和88.13%;总酸含量、氨基酸态氮含量分别增加了9.02%和28.09%。接菌发酵提高了腌制芥菜的营养品质和安全性。本研究丰富了叶用芥菜的发酵菌种,为蔬菜发酵加工产业奠定了技术基础。     

虾籽酱发酵工艺条件的优化及其挥发性风味成分研究

为改善虾籽酱传统加工周期长、高盐和品质不均一的不足,通过正交试验优化虾籽酱的发酵工艺条件,制备出一种发酵时间短、盐分低的虾籽酱,并采用顶空固相微萃取结合气相色谱—质谱联用技术对挥发性风味成分进行分离鉴定。结果表明,虾籽酱的二次发酵工艺条件为:温度20℃,加盐量11%,先发酵7 d,之后添加5%黄酒和7%糖,再发酵21d;此条件下制得的虾籽酱感官得分为83.5分,氨基酸态氮含量为0.56 g·100 m L~(-1)。虾籽酱中检出25种挥发性成分,主要为烃类、醇类、醛类、酮类、脂类;与原料虾籽相比,丁香醛和酯类化合物相对含量明显增加,(E,E)-3,5-辛二烯-2-酮和1-戊烯-3-醇相对含量明显减少,它们相互作用,可共同构成虾籽酱的特征风味。本研究为低盐虾籽酱的工业生产和风味研究提供了理论依据。     

浙江省标准农田地力与评价

通过对浙江省66.7万hm2标准农田耕层土壤抽样调查研究,按照标准农田建设现状,选择14个评价指标,运用专家经验法,确定指标权重,以综合地力指数将浙江省标准农田评定为5个等级.浙江省标准农田土壤表层砾石含量少,耕作层砂、黏适中,耕性尚可;与全国第二次土壤普查的结果相比,表现出土壤紧实的趋势,土壤有机质略有下降,酸性变强,有效P、速效K增加,但含量分异加大.通过调查与评价,标准农田以二等和三等田为主,占调查样本的85%左右.该结果将为今后的标准农田建设和培肥地力提供科学依据.     

Optimization of Fermentation Temperature and Mash Specific Gravity for Fuel Alcohol Production

The effects of fermentation temperature and dissolved solids concentration adjusted by changing mashing water-to-grain ratios on wheat fermentation efficiencies, fermentation times, final ethanol concentrations, and ethanol production rates were studied by using response surface methodology. Final ethanol concentrations in fermentors depended primarily on mash specific gravities. Predictably, increases in fermentation temperatures dramatically reduced fermentation times and thereby shortened fermentation cycles. The highest ethanol production rates were achieved with a high fermentation temperature of 30°C and a low water-to-grain ratio of 2.0. At these settings, an ethanol concentration of 13.6% (v/v) was attained with a fermentation time of 54 hr and an ethanol production rate of 2.45 mL of ethanol/L/hr. Optimization of operating conditions suggested in the current study will provide existing fuel alcohol plants with increased productivity without alteration of plant equipment or process flow.     

高产低耗畜禽粪厌氧处理新工艺研究及应用

高产、低耗是沼气发酵装置追求的主要目标。针对我国多数畜禽场以人工为主、水冲为辅的清粪方式,将常用的塞流、全混合(搅拌)和高浓度三种沼气发酵工艺有机结合,取长补短研制成一种新工艺。经应用于卧式机械搅拌加温沼气池取得成功,达到池容产气率高、自身耗能省、结构简单、投资低、操作方便等目标。该项新工艺及其装置具有较强竞争力和推广前景。     

高产低耗畜禽粪厌氧处理新工艺研究及应用

高产、低耗是沼气发酵装置追求的主要目标。针对我国多数畜禽场以人工为主、水冲为辅的清粪方式,将常用的塞流、全混合(搅拌)和高浓度三种沼气发酵工艺有机结合,取长补短研制成一种新工艺。经应用于卧式机械搅拌加温沼气池取得成功,达到池容产气率高、自身耗能省、结构简单、投资低、操作方便等目标。该项新工艺及其装置具有较强竞争力和推广前景。