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[硕士论文] 程贺
生物工程 北京化工大学 2017(学位年度)
摘要:微藻,具有较高的生长速度和较大的油脂积累量,可广泛应用于能源、医药、食品等行业,成为未来最有前景的可再生能源。但现阶段微藻下游加工环节中的“干燥”和“破壁”能耗过高,制约其产业化。本文利用多种方式对微藻细胞进行破壁处理:采用超声空化技术破损“藻液”中的微藻细胞;采用水力空化技术破损“藻泥”中的微藻细胞;采用挤压膨化技术破损“湿藻粉”中的微藻细胞,同时研究藻泥的低成本干燥技术,包括有常规干燥和快速干燥。主要工作如下:
  1、超声空化破壁实验中,以小球藻为原料,分析超声破碎过程胞内物溶出曲线及藻液浓度、超声功率和超声时间对藻细胞破碎的影响。经超声破碎后,约72.26%的油脂残留破损细胞中,27.74%的油脂存在细胞碎片上。超声条件影响力大小:超声时间>超声功率>藻液浓度;
  2、水力空化破壁实验中,建立以正己烷为溶剂的藻油提取工艺。考察了水力空化时间和溶剂使用量对油脂提取效果的影响,并进行了油脂品质分析和能量消耗换算。水力空化处理高浓度藻浆,高溶剂比下,12.5min油脂提取率在90%以上,能耗约4.97MJ·Kg-1。在4min处理时间,油脂/糖提取率达到20min总处理时间的50%。水力空化过程中存在自由基氧化;
  3、在挤压膨化破壁实验中,研究藻粉含水率和挤压转速对油脂得率的影响,其最佳条件:藻粉含水率21%,挤压转速400rpm,可处理20-30Kg·h-1的藻粉,正己烷的油脂得率约20%左右,能耗约1.08MJ·Kg-1。并分析油脂中脂肪酸组成,藻粉中氨基酸和多糖的变化,证明挤压膨化的积极作用;
  4、干燥实验中,对真空干燥,水热干燥和烘箱干燥进行评价实验。测定70℃,3h内各方式的干燥曲线发现,干燥初期的干燥速率为HWD>OD>VD,干燥后期的干燥速率为VD>HWD>OD。干燥过程中,真空条件有利于色素的保留,存储过程中,氧气对藻粉中叶绿素和类胡萝卜素含量影响很大,有氧储存的样品色素损失约74.68%。干燥及储存过程中,藻粉中多不饱和脂肪酸含量出现降低,但降低程度相近,水溶糖增加,蛋白维持不变。使用高温油浴对低含水量的小球藻泥进行薄层干燥,以减小干燥过程能耗。薄层厚度及油浴温度影响藻泥升温速度,以致影响干燥时间,决定干燥出藻粉的颜色品质。油浴温度160℃时,0.3mm厚度的藻泥全部干燥仅需1.5min,可很大程度保留叶绿素和类胡萝卜素,约为冷冻干燥的95%以上。
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