海藻化工残渣的乙醇转化技术研究
海藻乙醇提取物抗菌活性的研究_徐年军
第33卷 第3期海 洋 与 湖 沼Vol.33,No.3 2002年5月OCE ANOLOGIA ET LI MNOLOGIA SINIC A May,2002 海藻乙醇提取物抗菌活性的研究徐年军 范 晓 韩丽君 林 伟 曾呈奎(中国科学院海洋研究所 青岛 266071)提要 分属绿藻门、红藻门、褐藻门的海藻样品于2000年5月采于山东青岛和威海附近沿海,将海藻样品的乙醇提取物进行薄层层析分离和抗大肠杆菌、金黄色葡萄球菌活性测定。
结果表明,抗大肠杆菌活性较强的海藻样品有:鸭毛藻、酸藻、松节藻和孔石莼的水相;抗金黄色葡萄球菌活性较强的提取物有:鸭毛藻、海黍子、松节藻、小粘膜藻的乙酸乙酯相以及酸藻的水相。
从不同门类海藻的抗菌活性看,褐藻最强,红藻次之,而绿藻活性最弱。
薄层层析分离得到16个层析带具有抗金黄色葡萄球菌活性,11个层析带具有的抗大肠杆菌性。
其中褐藻门的酸藻、海黍子的3个层析带具有很强的抗金黄色葡萄球菌活性,酸藻的2个层析带也能强烈地抑制大肠杆菌的生长。
在同样的实验条件下,对常见抗生素进行的对照实验表明,这5条层析带的活性比常见的抗生素高。
关键词 海藻,抗菌活性,薄层层析(TLC)中图分类号 R931.77海藻活性物质的研究是现代海洋生物学研究的热点之一,从海藻中可以筛选、提取得到多种有抗肿瘤、抗氧化、抗细菌、抗真菌、抗病毒的活性物质(严小军等,1997;张新宇等, 2000;徐年军等,2001;王广策等,2001)。
海藻在海洋环境中生存,会受到外界生物的侵袭,在不断的进化过程中可能产生对各种微生物的抗性,国外对海藻抗菌活性的研究报道较多(B oro witzka,1995;Kumar et al,2000;Vlachos et al,1999;Tovar et al,2000),从海藻中可分离出许多有抗菌活性的化合物(Bennamara et al,1999)。
Robles-Centeno等(1996)报道运用薄层层析方法分离混合样品,然后分别测试各个层析带,能为鉴别海藻样品的化学性质和活性提供重要信息。
海藻能源的生物质利用与废弃物处理技术研究
海藻能源的生物质利用与废弃物处理技术研究海洋生物质是一种广泛存在于海洋环境中的可再生资源，其中海藻被认为是一种具有巨大潜力的生物质能源来源。
海藻能源的生物质利用与废弃物处理技术的研究不仅可以解决能源和环境问题，还可以促进可持续发展和经济增长。
海藻是一种多细胞的藻类植物，在世界各地的沿海地区广泛分布。
它们生长速度快，生物量丰富，并且不需要土地和淡水资源，使其成为一种理想的能源来源。
海藻可以通过多种方式利用其生物质，例如生物燃料生产、动物饲料、化工原料等。
首先，海藻能源的生物燃料利用是其中一种主要应用。
海藻中富含碳水化合物、脂肪和蛋白质等有机物质，可以通过生物转化过程制备生物燃料。
其中，利用海藻进行生物乙醇、生物柴油和生物气体的生产是比较成熟的技术。
通过生物发酵和催化转化等方法，可以将海藻中的多糖和脂肪转化为高效的能源。
另外，海藻也可以被用作动物饲料的重要来源。
海藻中含有丰富的蛋白质、维生素和矿物质等营养成分，对于饲养海洋鱼类、贝类和畜禽等具有明显的促进作用。
将海藻作为动物饲料可以提高养殖动物的生长速度和养殖效益，同时减少对传统饲料资源的依赖。
此外，海藻还可以被用作化工原料的重要来源。
海藻中含有大量的多糖、藻胶和脂肪酸等有机物质，可以用于制备生物塑料、生物纺织品、生物溶剂和生物降解材料等。
利用海藻制备这些化工产品可以减少对石油资源的依赖，降低环境污染，同时促进可持续发展。
然而，海藻能源的生物质利用也面临一些挑战。
首先，海藻的采集和培养技术需要不断的改进，以提高海藻的生物量和质量。
其次，海藻生物质的转化过程还存在一些技术难题，如高效的生物转化、催化反应和分离纯化等。
此外，海藻的利用还需要解决其竞争性与食品安全之间的平衡问题，以避免对饲料和食品供应带来不利影响。
为了克服这些挑战，需要加强海藻生物质利用与废弃物处理技术的研究。
首先，应该加强对海藻培养和采集技术的研究，提高海藻的生物量和质量。
其次，需要开发高效的生物转化和催化反应技术，以提高海藻生物质的转化效率和选择性。
利用海带渣制备乙醇的可行性分析及高效水解技术的研究
ｅ ｎ ｚ ｙ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｂ ｙ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｈ ｙ ｄ ｒ ａ ｔ ｅ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｒ ｅ ａ ｃ ｈ ｅ ｓ ８ ５ ． １ ６ ％．
ａ ｎ ｄ Ｅ 伍ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ Ｈｙ ｄ ｒ ｏ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ Ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ
ＷＵ Ｘｉ ｎ， Ｗ ＡＮＧ Ｚ ｈ ｉ － ｐ ｅ ｎ ｇ ， ＴＵ Ｘｉ ａ ｏ － ｔ ｉ ｎ ｇ ， ＸＵ Ｊ ｉ ａ － ｅ ｈ ａ ｏ ， ＧＡＯ Ｘｉ ｎ
（ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｆ ｏ ｏ ｄ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ＆ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ，Ｏ ｃ ｅ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ，Ｑ ｉ ｎ ｇ ｄ ａ ｏ ，Ｓ ｈ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ ２ ６ ６ ０ ０ ３ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ｋ ｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ：Ｌ ａ ｍｉ ｎ ａ ｒ ｉ ａ ｊ ａ ｐ ｏ ｎ ｉ ｃ ａ ｒ ｅ ｓ ｉ ｄ ｕ ｅ ；ｅ ｔ ｈ ａ ｎ ｏ ｌ ；ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ；ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ
近 年来 ，能 源需 求 压 力 空 前 增 大 ，生 物 能 源 成 是 利 用 海 带 生产 褐 藻 胶 的 废 弃 物 ，我 国海 带 加 工 企 为世 界各 国的研 究 热 点ｌ １ 】 。生物 燃 料 乙醇 是 一 种 由生 业 每 年 产 生 大量 的 海 带 渣 ，其 中除 一 小 部 分 用 于 鱼 物 质 降解 发 酵 得 到 的清 洁 、可 再 生 的生 物 能 源 。甘 饲 料 添 加 剂 外 ，大 量 的 海 带 渣 尚未 得 到 有 效 地 综 合
海带纤维低温酶解和制备生物乙醇的研究
陆源原 料 ， 对 海洋 生物 资源 制 备生物 乙 醇 的研究较 少 ， 但 在
海 藻 生 物 质 能 开 发 方 面 的 技 术 研 究 相 对 滞 后 ， 未 见 利 用 还
下进行发酵 （ 酵温度为 ３ 发 ０℃， 周 期 为 ７ 转 速 为 发 ２ｈ，
１ ０ｒ ｉ， ２ ｒ ｎ 酿酒 酵 母菌 接种 量 为 １ ％） 分别 测 定 乙醇产 率 ， ／ ａ ０ ， 确定 发酵 的最佳 纤维 素酶 用量 。 １ ． 酿酒 酵 母 菌接 种 量 选择 。 带 纤 维在 不 同 酿酒 酵 母 ．２ ４ 海 菌接 种 量下 进行 发 酵 （ 酵温 度 为 ３ 发 ０℃ ， 酵周 期 为 ７ ， 发 ２ｈ 转速 为 １０ｒ ｉ， 维素 酶 用量 为 ３ 对 底 物 ） 分 别 测 ２ ｒｎ 纤 ／ ａ ５Ｕ ， 定 乙醇产 率 ， 定发 酵 的最 佳酵 母菌接 种量 。 确
含 纤 维 素 的海 带加 工废 弃物 制 备 燃料 乙醇 ， 不仅 可 使 海带
加 工废 弃物 变 废为 宝 ， 决环 境污 染 问题 ； 解 还可 为制备 生物 乙醇 提供 充 足 和廉 价 的原料 供 应 ， 促进 海 洋 生物 质 能 的 开 发。 此． 为 笔者 利 用低 温 纤 维 素酶 水解 海 带 纤 维 ， 初 步探 并
Ｕ ｇ对底 物 ， 酒 酵 母 菌接 种 量 为 １ ％） 分别 测 定 乙 醇 产 ／ 酿 ０ ，
率， 确定发 酵 的最佳温 度 。
１ ． 发 酵 时 间 的 选 择 。 带 纤 维 在 不 同 时 间 下 进 行 发 酵 ．４ ４ 海
低值海藻浒苔（Enteromorphaprolifera）生物乙醇转化工艺的研究（可编辑）
低值海藻浒苔(Enteromorpha+prolifera)生物乙醇转化工艺的研究谨以此论文献给敬爱的导师和亲爱的家人刘政坤●。
『低值海藻浒苔生物乙醇转化工艺的研究』’渺加学位论文完成日期:指导教师签字:答辩委员会成员签字:/’~独创声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其也不包含未获得他人已经发表或撰写过的研究成果,逵垫塑查墓丝益要挂型主盟数奎拦豆窒或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
学位论文作者签名去加优潜劫¨年如忙学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。
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同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》,并通过网络向社会公‘众提供信息服务。
保密的学位论文在解密后适用本授权书狐≥一学位沦文者签名导师签字:步哆鸣、、月砷/日签字日期年。
力储易签字日期易年月日,低值海藻浒苔生物乙醇转化工艺的研究摘要能源和环境问题己成为国际性热点,引起人们的广泛关注。
伴随中国能源预警的发出和节能呼声的日益高涨,开发利用可再生的清洁能源,已迫在眉睫。
本文以第三代发酵生产乙醇的纤维类生物质为原料,采用低值海藻.浒苔作为主要的研究对象,同时以陆生生物质.甘蔗渣为对照,研究海洋生物质和陆生生物‘质在生物乙醇转化上的异同。
浒苔含大量多糖,采用热水法浸提浒苔多糖进行前处理。
对浸提过多糖的浒苔,采用清洁氧化剂过氧化氢进行预处理。
通过单因素实验和响应面分析法优化预处理工艺。
通过对经过过氧化氢预处理的浒苔和甘蔗渣的组分,主要是纤维素、半纤维素和木质素含量变化进行测定,并采用扫描电镜对预处理前后的浒苔的微观结构进行观察,以验证预处理的效果。
大型藻类发酵燃料乙醇的研究进展
大型藻类发酵燃料乙醇的研究进展黄伊婷;黄清妹;杨亚会;付宁;田亚红【摘要】大型海藻发酵燃料乙醇己成为目前生物乙醇研究的前沿热点,大型海藻具有生长周期短、资源丰富、不与粮争地等优点,发展前景广阔.该文综述了大型藻类发酵燃料乙醇的预处理方法、水解糖化以及发酵工艺的研究进展,并对其发展趋势进行了展望.利用大型藻类发酵生产燃料乙醇对缓解人类面临的粮食、能源和环境三大危机具有重要意义.%The fuel ethanol fermentation with macroalgae has become a current research hot spot,the macroalgae has many advantages such as short vegetative cycle,abundant resource,no contest with grains,and it has wide development prospects.The progress of pretreatment,hydrolytic saccharification and fermentation process of macroalgae fermented fuel ethanol was reviewed and the prospect of its development was given in this paper.The production of fuel ethanol by macroalgae fermentation is important to the three major crises of human food,energy and environment.【期刊名称】《中国酿造》【年(卷),期】2017(036)008【总页数】5页(P26-30)【关键词】大型海藻;发酵;燃料乙醇;研究进展【作者】黄伊婷;黄清妹;杨亚会;付宁;田亚红【作者单位】华北理工大学生命科学学院,河北唐山063210;华北理工大学生命科学学院,河北唐山063210;华北理工大学生命科学学院,河北唐山063210;华北理工大学生命科学学院,河北唐山063210;华北理工大学生命科学学院,河北唐山063210【正文语种】中文【中图分类】TS216.2随着化石能源渐趋枯竭和环境的日益恶化，全球正在共同致力于生物质能源的开发研究。
海藻能源的催化转化与提取技术研究
海藻能源的催化转化与提取技术研究海藻作为一种丰富的生物资源，被广泛应用于食品加工、化妆品和农药等领域。
近年来，随着对可再生能源的需求不断增加，海藻能源的催化转化与提取技术逐渐引起人们的关注。
本文将探讨海藻能源的催化转化与提取技术的研究进展和应用前景。
海藻催化转化技术是指通过化学反应将海藻中的有机物转化为燃料、化工原料或其他有价值的产物。
常见的催化转化技术包括热解、气化和液相催化等。
热解是利用高温将海藻中的有机物转化为液体或气体燃料的过程。
气化是将海藻在高温和缺氧条件下转化为合成气体（主要是CO和H2），进而用于制备燃料和化工产品。
液相催化是利用催化剂将海藻中的有机物转化为高附加值化学品的过程。
目前，热解和气化技术已经在实际生产中得到了广泛应用，而液相催化技术仍处于研究和发展阶段。
热解技术是将海藻在高温下进行裂解，生成油、气和残渣的过程。
热解技术的优点是操作简单、适用性广，并且可以通过调节热解温度和反应时间来控制产物的分布。
热解产物主要包括生物石油、生物柴油和生物煤等。
生物石油是由大分子有机物组成的一种液体燃料，可以替代石油燃料使用。
生物柴油是一种可再生的燃料，可以与传统柴油混合使用，并且具有较低的排放和环境影响。
生物煤是一种用于火力发电或燃料添加剂的化石燃料替代品。
气化技术是将海藻在高温和缺氧条件下反应，生成合成气体的过程。
合成气体主要由CO和H2组成，在升温厌氧气化反应中可以通过化学反应转化为液体燃料或化学品。
合成气体可以进一步转化为甲醇、乙醇、二甲醚等合成燃料和化学品，或者通过Fischer-Tropsch合成制备石油替代品。
气化技术的优点是能够高效利用海藻中的碳资源，并且产生的合成气体可以替代传统的化石燃料。
液相催化技术是将海藻中的有机物在液体催化剂的作用下转化为高附加值的化学品。
液相催化技术包括酶催化和化学催化两种形式。
酶催化是利用海藻中的酶来催化有机物的转化，具有反应条件温和、产物纯度高等优点。
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Reducing sugar mg/g samples
pH 10
H2O2 pretreatment
Enzymatic hydrolysis
Analysis of hydrolysates
400 300 200 100 0 0 ,0 0.2 ,6 0.2 ,12 0.5 ,6 0.5 ,12
预处理方法IV: AMIMCl预处理
100
葡萄糖产率 （%）
90 80 70 60 50 40 30 未处理 1h 1.5h 2h
AMIMCl预处理条件——反应时间
AMIMCl预处理中反应时间对褐藻残渣葡萄糖产率的影响
预处理方法IV: AMIMCl预处理
100
葡萄糖产率 （%）
90 80 70 60 50 40 30 未处理 1:05 1:10 1:15
20.3° 16.3° 14.8° A 未处理样品 B 稀硫酸预处理样品 C AMIMCl预处理样品
21.2°
22.6°
A B C 5 15 25 2-Theta(° ) 35 45
不同处理的褐藻残渣的X射线衍射（XRD）图谱
小结：
褐藻残渣纤维素利用——预处理方法的选择
预处理方法 对酶解效果 影响 实验室水平 可行性 实验室水平 可行性 工业应用 现状 稀酸预处理 较好 CSLF预处理 较好
AMIMCl 预处理
最好
操作简易
操作简易
程序繁琐
程序繁琐 一体化、循环性 好
操作较简易
操作较简易
设备要求高
循环性好
2 酶解
酶解时间
Glucose mg/ml
10.0 7.5 5.0 2.5 0.0
100
15.0
Cellulase
Cellulase & cellubiase
Glucose mg/g samples
设计思路
褐藻残渣
纤维素的单一利用 预处理方式的优选
纤维素和半纤维素 共利用 稀酸
传统
新型
纤维素的有效预处理 半纤维素的最大降解
稀酸/过氧化氢
CSLF Ionic liquid - AMIMCl E. coli KO11
酵母菌 生物乙醇
生物乙醇
1 预处理——传统预处理方法
方法Ⅰ—— 稀硫酸
硫酸预处理
300
200
24
48
Time (h)
Reducing sugar mg/ml
0 0 24 48 72 96
12.0 9.0 6.0 3.0 0.0 24 48
Time (h)
Time (h)
3 乙醇发酵
发酵菌种
① 啤酒酵母（Saccharomyces cerevisiae ）SC、SY
视觉评价 气味评价 可回收性
完全溶解 温和气味 较易
明显颗粒物 未溶解
刺激性气味 较易
预处理方法IV: AMIMCl预处理
100
葡萄糖产率 （%）
90 80 70 60 50 40 30 未处理 60℃ 70℃ 80℃ 90℃
AMIMCl预处理条件——反应温度
AMIMCl预处理中反应温度对褐藻残渣葡萄糖产率的影响
美国 西班牙
微藻 绿藻
生物柴油 生物柴油
相当于每年每英亩生产138吨生物柴油 每天从2m3 的水中生产6kg “生态石油”
海藻特征性多糖
单糖组成 硫酸基 糖醛酸 内 醚 carrageenan
Marine special polysaccharides
alginate
卡拉胶酶
Specific depolymerization Cytophaga sp. MCA-2 Marine oligosaccharides
0.1%
0.5%
1.0%
酸水解浓度
褐藻残渣经不同浓度的硫酸或盐酸水解后剩余固形物组分分析
半纤维素损失率 （% ）
鼠 李 糖
岩 藻 糖
阿 拉 伯 糖
木 糖
A
甘 露 糖 半 乳 糖 葡 萄 糖
A: 标准品
B
B: 2% H2SO4酸解褐 藻残渣溶出物直接衍生 化气相分析 C: 2% HCl酸解褐藻残 渣溶出物直接衍生化气 相分析
第三届水产食品贮藏加工与质量安全控制新技术研讨会 暨海洋功能食品开发应用技术交流会
中国海洋大学 食品科学与工程学院
牟海津
研究背景
能源危机
第一代生物质
第二代生物质
陆生生物质 粮 食
海洋生物质
纤维质
海洋生物质能开发：
• Marsh gas (methane) : Macrocystis
• Hydrogen : Marine green microalgae
琼胶酶
Chemical modification
Alteromonas sp.nov.SY37-12
Exoglycosidases hydrolysis Neutral monosaccharides Vibrio fluvialis 510－64 Ethanol transformation
褐藻胶 裂合酶
预处理方法II: 稀酸预处理
1000
样品损失质量（mg）
900 800 700 600 500 400 300 0.10%
H2SO4 HCl
0.50%
1.00%
1.50%
2.00%
2.50%
酸处理浓度
图 1-1 不同浓度的酸酸解褐藻残渣固形物质量的损失情况 Fig. 1-1 Effect on mass loss of brown algae residue pretreated by acid of different concerntrations
a
Glucose (mg/g samples)
300 200 100 0
0.0 0.1
0h
0.5h
1.0h
1.5h
Acid concentration % (w/v)
0.2
0.5
1.0
优化结果：0.1%硫酸体系， 121℃反应1 h Ocean University of China Company Logo
Na2CO3
粗纤维、粗蛋白、 半纤维素、灰分
褐藻酸钠
海带
排放 粉碎 乙醇转化原料
按干物质计，海带的工业利用率仅为30%，还有 约2/3的海带成分尚未得到利用，不但浪费了大 量的自然资源，而且还带来一系列环境污染问题 漂浮渣
Process
原料制备与组分分析
Step 1
非专一性酶
海藻资源作为生物能源的优势
粮食安全，土地安全 结构特征：高碳水化合物、低木质素 数量充足：800万吨/年（野生和种植） 清洁能源：吸收CO2，不产生额外的温室气体排放 保护生物环境：防止赤潮、绿潮等自然灾害
海藻加工废弃物利用：变废为宝，保护环境
•原料-褐藻胶加工废弃物
AMIMCl预处理
N-烯丙基-3-甲基咪唑氯（N-Ally-3-methylimidazolium chloride, AMIMCl）
洗涤干燥 AMIMCl 充氮气 磁力搅拌 纤维素
浸没渣体
密封
至溶解
再生
AMIMCl 回收
反应温度 反应时间 固液比
预处理方法I: H2O2预处理
Reducing sugar
Acid concentration % (w/v)
预处理方法II: 稀酸预处理
12
半纤维素-硫酸 纤维素-硫酸
半纤维素-盐酸 纤维素-盐酸
纤维素损失率（%）
10 8 6 4 2 0
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
1.5% 2.0% 2.5%
预处理方法III: CSLF预处理
100 100 100 95 95
葡萄糖产率 （ % ） 葡萄糖产率 （ ） % 葡萄糖产率（ ） %
90 90 85 85 80 80 75 75 70 70 65 65 60 60
24 24 48 48
30min
65% 40 ℃
75% 50 ℃ 60min 85% 90min 60 ℃ 0.1% 硫酸
• Bio-ethanol : Sargassum, Ulva, Macrocystis • Bio-diesel : Microalgae
国家 日本 挪威
藻类 马尾藻 褐藻
转化产物 车用乙醇 乙醇
研究现状 07年启动生物质能源OSP项目，预计到2020 年实现年产200万L的燃料乙醇 可以实现转化，但是发酵条件不成熟
1 预处理——新型预处理方法
CSLF预处理（Cellulose-Solvent-based Lignocellulose Fractionation ）
Ethanol Ethanol
Ethanol Ethanol
Ethanol
Ethanol
磷酸浓度 处理温度 处理时间
Bioethanol
1 预处理——新型预处理方法
Step 2
稀酸 预处理 离子液体
酶解制备可发酵单糖
Step 3
Ethanol Step 4
乙醇发酵
化学组分
漂浮渣的化学组成 (% 干重 w/w)
组分 含量（%） 纤维素 27.3 半纤维素 12.5 木质素 13.0
半纤维素的单糖组成 (%)
半纤维素中 单糖组分 含量（%） 甘露糖 34.6 葡萄糖 30.9 岩藻糖 17.3 半乳糖 9.9 木糖 7.3
预处理方法II: 稀酸预处理
还原糖
0h
Reducing sugar (mg/g samples)