脉冲电场辅助下以低毒溶剂提取微藻油脂的研究

摘要

以污水培养富油微藻既可以净化污水，又能得到可以生产生物柴油的微藻。油脂提取是微藻生物柴油产业链中十分重要的环节，但目前其工业化前景并不乐观。本实验的目的是建立一套具有工业化前景的湿法提脂工艺，主要包括在技术和经济上可实现工业化的破壁方法的建立和低毒提取溶剂的选取。
　　本论文首先研究了脉冲电场破壁小球藻过程中各因素的影响作用，其次对影响脉冲电场破壁的因素进行油脂提取的单因子和多因子的优化，得到辅助提取的最佳条件，并探讨了脉冲电场辅助提取的作用机理，然后优化筛选出一种提取效果好、毒性小的能够替代氯仿的溶剂，最后，对整个湿法提脂工艺的工业化可行性进行分析。
　　本论文主要研究成果如下：
　　通过单因子实验和正交实验得到的最佳参数为：场强20 kV/cm，流速5.4 L/h，频率130 Hz，脉宽6μs，循环次数3次。该条件下油脂提取率为61.1％，FAME产率为11.2%，与传统方法相比分别提高了15.9%和9.8%。
　　以人工污水培养时，油脂提取率和FAME产率分别为63.2%和11.9%；以实际污水培养时，油脂提取率和FAME产率分别为61.4%和11.5%，二者并无明显差异。通过油脂成分分析，证明脉冲电场辅助法能够提高油脂提取率和FA M E产率，但不会改变所提取的油脂的成分。
　　脉冲电场作用下导致的细胞内物质溶出，是脉冲电场使油脂提取率升高的原因之一，细胞内油脂并未损失；荧光染色和扫描电镜实验发现脉冲电场作用下小球藻细胞的细胞膜完整性遭到破坏；脉冲电场处理能够有效地缩短油脂提取时间，与传统方法相比大概缩短了4h。
　　正己烷/乙醇可以替代氯仿甲醇作为油脂提取的溶剂，提取条件为：溶剂配比3:2，液料比1:1，提取时间28 h。脉冲电场-正己烷/乙醇法的油脂提取率为54.4%，FAME产率为10.5%，分别达到传统方法的106.7%和91.9%。

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第1章 绪 论

1.1课题背景

1.1.1能源危机与环境污染

1.1.2微藻生物柴油简介

1.2微藻生物柴油技术的研究进展

1.2.1微藻生物柴油技术的国内外研究现状

1.2.2微藻生物柴油技术产业链的现状及问题

1.3微藻生物柴油提取技术的研究现状

1.3.1预处理方法

1.3.2油脂提取方法

1.4课题研究目的和意义

1.5课题研究的技术路线及研究内容

1.5.1技术路线

1.5.2主要研究内容

第2章 实验材料与方法

2.1实验装置

2.1.1微藻培养装置

2.1.2脉冲电场发生装置

2.2实验材料

2.2.1实验藻种

2.2.2实验用水及水质

2.2.3实验仪器及设备

2.3实验方法

2.3.1微藻的扩大培养

2.3.2实验分析项目及方法

第3章 脉冲电场破壁微藻细胞的影响因素研究

3.1小球藻的生长规律及油脂积累情况

3.1.1小球藻的生长情况研究

3.1.2小球藻的油脂积累情况

3.2影响脉冲电场破壁效果的因素研究

3.2.1微藻细胞浓度对破壁效率的影响

3.2.2电导率对破壁效率的影响

3.2.3电场强度对破壁效率的影响

3.2.4频率对破壁效率的影响

3.2.5脉宽对破壁效率的影响

3.2.6流速对破壁效率的影响

3.3本章小结

第4章 脉冲电场的工艺参数优化及机理探讨

4.1脉冲电场辅助提取油脂的单因子实验

4.1.1电场强度对油脂提取效果的影响

4.1.2流速对油脂提取效果的影响

4.1.3频率对油脂提取效果的影响

4.1.4脉宽对油脂提取效果的影响

4.1.5循环次数对油脂提取效果的影响

4.2脉冲电场辅助提取油脂的多因子实验

4.2.1正交实验方案设计

4.2.2正交实验结果分析

4.2.3验证实验

4.3机理探讨

4.3.1破壁上清液的成分分析

4.3.2微观结果观察

4.3.3提取动力学的比较

4.4本章小结

第5章 低毒溶剂的筛选及工业化可行性分析

5.1低毒溶剂的初步筛选

5.1.1溶剂种类的选择

5.1.2溶剂配比对油脂提取的影响

5.1.3液料比对油脂提取的影响

5.1.4提取时间对油脂提取的影响

5.1.5提取动力学的比较

5.1.6对比实验及方法比较

5.2工业化可行性分析

5.2.1技术可行性

5.2.2经济可行性

5.3本章小结

结论

参考文献

声明

致谢