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1、混營培養高油脂微藻之生長速率及特性吳春生 黃鈺文康寧大學 康寧大學休閒資源暨綠色產業所教授 休閒資源暨綠色產業所研究生摘 要微藻具有高經濟價值，目前已被廣泛的利用在餌料、食品及化妝品開發之領域。油脂含量高之藻種稱為高油脂藻，近年來各國學者採用高油脂微藻作為生質能的研究極為廣泛，除可做為生質能同時亦可減少空氣中CO2的含量。本研究主要探討淡水高油脂含量之布朗葡萄藻（Botryococcus braunii）與小球藻（Chlorella sp.）在混營培養條件下之生長特性。本實驗培養微藻之光生物反應槽體積為 1 L，其控制條件有照光強度為 7840 lux、通氣量 0.25 vvm、攪拌速度 20
2、0 rpm、初始 pH 7.0、氮源濃度 0.42 g L-1、有機碳濃度為葡萄糖 3 g L-1與無機碳濃度為空氣中的二氧化碳濃度為 0.03%，在室溫下連續照光進行混營培養試驗。並且分析其中的OD（optical density）值、pH值、殘餘碳源及氮源濃度、生物質量（biomass）及生長速率（specific growth rate）等，當微藻生長進入衰亡期時結束試驗，並由此得之生物質量與碳氮源消耗的關係。由實驗結果得知，布朗葡萄藻（自營藻）在經過12小時後將氮源（硝酸鈉）消耗殆盡，而有機碳葡萄糖於16小時後已完全消耗。由於碳酸根及硝酸根的作用下布朗葡萄藻的pH值降至5.41，但在經
3、過10小時後pH值逐漸恢復至7.1。其中生物質量最高為0.5437 gL-1，生長速率則有1.13 h-1。小球藻（異營藻）在經過14小時候氮源消耗完畢，有機碳葡萄糖於18小時完全消耗。在碳酸根及硝酸根的作用下16小時後小球藻的pH值降至5.28，當有機碳源及氮源消耗完畢後再培養16小時pH值恢復至7.01。生物質量最高為1.4208 gL-1，生長速率則有 0.9502 h-1。此外並發現布朗葡萄藻及小球藻可生長在2831的室溫下，pH值生長範圍為 58。試驗中的小球藻為異營藻，布朗葡萄藻為自營藻。將兩者採用混營方式培養得知過多的營養鹽會使微藻的pH下降甚至抑制成長。需找到最佳之有機碳源及氮
4、源的比例，方可得到最快生長速率及最高生物質量。關鍵字：布朗葡萄藻、小球藻、混營、生長速率Growth rate and characteristics on high lipid microalgae mixotrophic growthAbstractMicroalgae with high economic value have been widely utilized in the field of feed, food and cosmetics development. High lipid content in algae species known as the high lip
5、id algae, in recent years, scholars from various countries with high lipid microalgae biomass is extremely broad, in addition can be used as biomass energy will also reduce the content of CO2 in the air. This study investigates the freshwater of high lipid content of Botryococcus braunii and Chlorel
6、la sp. cultured under the conditions of growth characteristics in mixotrophic culture.In this study, the cultivation of microalgae conducted in 1 liter bioreactor, temperature incubator. The operating conditions were illumination 7840 lux, aeration rate 0.25 vvm, agitation speed 200 rpm, initial pH
7、7.0, 0.42 g L-1 nitrogen concentration, 3 gL-1 organic carbon and 0.03 inorganic carbon in air, on room temperature with continuous illumination in mixotrophic culture. To analyzed optical density value, pH, residual carbon and nitrogen concentrations, biomass and specific growth rate. As the microa
8、lgae growth reached at decline phase, the test would be terminated and which have the biological quality and consumption of carbon and nitrogen sources.The experimental results show, Botryococcus braunii has been completely the expense of nitrogen concentration in 12 hours, and organic carbon in 16
9、hours. Botryococcus braunii the role of carbonate and nitrate, the pH value dropped to 5.41, but gradually restored after 10 hours the pH value to 7.1. The highest biomass is 0.5437 gL-1 and specific growth rate is 1.13 h-1. Chlorella sp. has been completely the expense of nitrogen concentration in
10、14 hours, and organic carbon in 18 hours. Chlorella sp. the role of carbonate and nitrate, the pH value dropped to 5.28, but gradually restored after 16 hours the pH value to 7.01. The highest biomass is 1.4208 gL-1 and specific growth rate is 0.9502 h-1.In addition, Botryococcus braunii and Chlorel
11、la sp. can growth in the room temperature at 28 31, and the pH of the growth range on 58. In test the Chlorella sp. is heterotrophic algae, Botryococcus braunii is autotrophic algae. Use mixotrophic culture to cultivate two microalgae that know too many nutrients make microalgae pH reduction or even
12、 suppression of growth. Need to find the best organic carbon and nitrogen sources the ratio, to receive the fastest specific growth rate and the highest biomass.Keyword：Botryococcus braunii, Chlorella sp., mixotrophic, specific growth rate一、緒論1.1 前言近年來隨著人口日益增長，全球經濟和科技也隨之進步，石油及煤炭等化石能源的消耗量也逐年上升。在國際能源總
13、署（International Energy Agency, IEA）所發布的2009年世界能源展望中提到了世界能源市場的發展狀況，認為2007年到2030年，全球一次能源需求量會以每年1.5的速度增長，從120億噸油當量增長到168億噸油當量，總體增幅達40。主要的因素為發展中的亞洲國家需求增長，其次為中東國家。報告同時指出，化石能源在未來仍然是世界範圍內一次能源的主導來源，所以專家學者為了解決石油危機，已經著手在農業作物、植物及微藻等研發生質能源。生質能源是指由生質物所產生的有機物質，直接或經由轉化技術產生可供用的能源。生質能源的原是由植物吸收太陽光能進光合作用，將大氣中的二氧化碳轉化生成
14、醣，再轉化成生質能源。所以消耗生質能源所釋放的二氧化碳超過原本植物所吸收的，因此生質能源具有永續再生與二氧化碳淨排放為的優點（吳文騰，2003）。其中生質柴油因為它具有以下優點（Connemann et al., 1999）：（1）源虞匱乏、（2）燃燒排放之廢氣較無污染問題、（3）閃火點較高、（4）與石化燃混合性好，（5）十烷值高，所以生質柴油可以是相當具有潛的生質能源，目前已成為世界各國積極發展的生質能源。生質能源是目前全球第四大的能源，僅次於石油、煤與天然氣，為目前最廣泛使用的再生能源，而生質能源的原料是由植物吸收太陽光進行光合作用，將大氣中的二氧化碳轉化生成醣類，再轉化成生質能源。微藻為
15、可進行光合作用之單細胞植物，能快速且大量生產生物質量與累積大量油脂於細胞中，在最佳培養狀況下可增加 3060%之藻體乾重（Hsieh and Wu, 2009），因此以微藻做為生質柴油之原料是相當穩定且具有多樣性的選擇。微藻生產油脂之代謝過程由於培養環境對於微藻生長、油脂含量與脂肪酸分佈等皆會造成不同程度的影響。因此在許多研究中都已廣泛探討不同培養因子對於微藻生長與油脂含量的影響，如氮源濃度（Li et al., 2008）、光強度（Renaud et al.,1991）、溫度（Zhang et al., 2009）、鹽度（Rao et al., 2007）及二氧化碳濃度（Yoo et al.
16、, 2010）等。Piorreck et al.（1984）也指出，培養環境的氮源濃度為主要的藻類油脂累積之影響因子，並且於低氮源濃度或氮源消耗殆盡的培養環境下，藻體內的油脂會累積增加。1.2 研究動機與目的現階段的生質柴油大部分是從植物如大豆油，油菜子油，棕櫚油等。轉化而，但是栽種的時間冗長，經濟效過低。部份的生質柴油是經由廢食用油轉化而，但是廢油的品質齊，因此生質柴油的品質無法一致。許多文獻指出有些微藻經光合作用固定二氧化碳，轉化成化合物且近一步以油脂形式大儲存於體內。且微藻的培養時間較短，收成次較多，品質也較為穩定，因此微藻可以是相當有潛的生質柴油源（謝誌鴻，2009）。目前有關微藻萃取生質柴油的相關文獻都以光生化反應器進行自營或是異營的方式培養，微藻經光合作
