[发明专利]一种通过光照调节提高布朗葡萄藻烃产量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及能源微藻领域，具体地，本发明涉及一种通过光照调节提高布朗葡萄藻烃产量的方法。

背景技术

能源关乎人类的生存与发展，关乎一个国家的经济命运，是国家战略安全保障基础之一。随着化石燃料的消耗殆尽，以及化石燃料燃烧带来的环境危机等问题，各国科学家正努力寻求清洁的可再生能源。其中，生物能源由于其原料来源广、环境友好等特点，受到研究人员的广泛关注。微藻作为生物柴油的来源之一，由于其特有的化学组成和结构以及其他生物柴油原料不可比拟的优势，如油脂含量高，生长速度快，可与其他过程相耦合等，已经成为当前最具潜力代替化石燃料的生物柴油原料之一。

在适于生物柴油生产的众多藻种中，布朗葡萄藻是极具发展潜力的能源藻。布朗葡萄藻又称丛粒藻，隶属于绿藻门、绿藻纲、绿球藻目、葡萄藻科、葡萄藻属，是一种单细胞微藻。与其他能源藻相比，它具有许多优势，首先，它具有极高的烃含量，最高可达其细胞干重的86%，且所生产的烃的组成和结构与石油极其相似；其次，布朗葡萄藻在生长过程中聚集成簇，细胞尺寸较大，可以大大降低微藻采收过程的能耗与成本，有利于提高微藻生物柴油的经济性；再次，布朗葡萄藻所产的烃类物质分布在细胞外壁上，利于提取。但是，利用布朗葡萄藻生产生物柴油，面临的一个不可忽视的问题就是高烃含量的布朗葡萄藻种生长速度通常较慢，平均代时长达5～6天；而生长速度快的藻种含油量通常较低，只有10～20%，这就使得微藻培养过程的油脂产率过低，导致微藻能源的生产成本居高不下。为了解决这一问题，研究人员从不同方面进行了研究，包括藻种选育，培养条件优化，反应器优化与改造等。但是现有的技术条件仍然不足以使布朗葡萄藻生产的生物柴油的生产成本与传统的化石燃料竞争，寻求一种高效地微藻柴油生产途径仍是研究人员亟待解决的问题。

光照是影响布朗葡萄藻生长及代谢的最重要的因素之一，过低的光照使得微藻细胞的光合活性降低，导致微藻的生长及代谢速率减慢，而过高的光强会造成光合系统的损伤，对微藻产生不可逆的损害，因此，寻求最佳的光照条件，对于能源微藻的培养及油脂的积累是至关重要的。Ruangsomboon（Ruangsomboon S.Effect of light,nutrient,cultivation time and salinity on lipid production of newly isolated strain of the green microalga,Botryococcus braunii KMITL2.Bioresource Technology,2012,109:261–265）研究了光强与光暗比对布朗葡萄藻KMITL2生长和产油的影响，研究表明，该藻种在87.5μE·m^-2·s^-1的光强下最适合生物量的积累，而它的油脂含量和产量在538μE·m^-2·s^-1的光强下达到最高；此外，在24/0的光暗循环下，它的生物量最高，而16/8的光暗循环下油脂含量和产量最高。Sakamoto等人（Kohei Sakamoto1,Masato Baba1,Iwane Suzuki,Makoto M.Watanabe,Yoshihiro Shiraiwa.Optimization of light for growth,photosynthesis,and hydrocarbon production by the colonial microalga Botryococcus braunii BOT-22.Bioresource Technology,2012,110:474–479）研究了光强对布朗葡萄藻BOT-22的生长及代谢的影响，研究发现，在红光的单色光下，该藻生长，油脂积累和光合活性的饱和光强分别为100，200和1000μmol·m^-2·s^-1，而油脂，烃和多糖产率的半饱和光强分别为63，49和44μmol·m^-2·s^-1。现有的研究表明，布朗葡萄藻在最佳生长光强下细胞的油脂含量并非最高，而高油脂含量的光强下微藻的生长速率并非最大。现有的研究大多只是针对于微藻的生长，且对于细胞生长的光控过程中并未考虑光衰减问题，而关于其他藻种生长与油脂相结合的研究并不适用于布朗葡萄藻，对于布朗葡萄藻的光照研究没有综合考虑细胞生长与烃积累的最佳平衡点，从而使得布朗葡萄藻培养过程烃的产率不能达到最佳水平。通过在布朗葡萄藻培养过程中进行光照调节，使细胞的生长和烃的积累都在适宜的光照条件下进行，对于提高布朗葡萄藻培养过程中烃的产量具有一定的促进意义。