全 文 ：中国生物工程杂志 China Biotechnology, 2010, 30( 8): 106-111
响应面法优化自养小球藻产生物柴油油脂*
郑洪立 1 高 振 1** 黄 和 1, 2 纪晓俊 1 白跃华 3 李文琦 3
( 1南京工业大学生物与制药工程学院 南京 210009 2材料化学工程国家重点实验室 南京 210009)
( 3中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院 北京 100029)
摘要 利用响应面法对小球藻 (Chlorella vu lga ris)在 2 L气升式生物反应器中对自养产生物柴油
油脂的培养条件进行了优化。首先用 Placke tt-Burman方法对 10个相关影响因素的效应进行评
价并筛选出对产油有显著影响的 3个因素: KNO3浓度、温度和 CO2浓度;再用最陡爬坡实验逼近
最大产油区域;最后由中心组合实验及响应面分析确定了影响产油主要因素的最佳条件为: KNO3
浓度 0. 31g /L,温度 26. 5 e , CO2浓度 6. 80% , 最高产油量达到 0. 42 g /L,比优化前提高了近 2
倍。优化后,在 10 L气升式生物反应器中进行了扩大培养。
关键词 小球藻 培养条件 响应面法 生物柴油 油脂
中图分类号 Q819
收稿日期: 2010-04-21 修回日期: 2010-06-21
* 国家自然科学基金 ( 20936002 )、国家 / 9730计划 ( 2007CB707805,
2009CB724700 )、江苏省六大人才高峰项目 ( 2008 )、江苏省高校科
研成果产业化推进项目 ( 2009)资助项目
** 通讯作者,电子信箱: gaozhen@ nju.t edu. cn
能源短缺和环境污染问题已成为制约世界经济可
持续发展的主要瓶颈。作为重要的替代能源之一, 生
物质能因其较化石能源环境更友好、可再生性更好而
越来越受到关注。目前, 发展生物质能、减少对化石能
源依赖,已成为许多国家重要的能源战略。微藻是一
类能够利用太阳光进行光合作用固定 CO2 合成生物
质,将太阳能转化成化学能, 在自然界广泛存在的微型
藻类。微藻生物质具有作为生物能源原料的巨大潜
力,与其它能源植物相比, 其具有光合作用效率高等优
势 [1 ]。特别是微藻生物质中的油脂, 其单位面积产量
可达到陆生油料作物的 30倍以上 [ 2], 因此被认为是未
来生物柴油原料供应的重要途径。
利用富含油脂的微藻减排 CO2生产生物柴油油脂
目前正受到国内外的高度关注。小球藻 (Chlorella
vu lga ris) LICME001是本实验室从海洋中分离出的一株
富含油脂的微藻。目前本实验室对该小球藻藻种评
价、藻种保藏、培养工艺、生物量采收、生物柴油油脂提
取等方面开展了工作,并取得了相应成果 [3]。微藻油
脂产量及其质量受 N、P、K等营养条件、CO2 浓度、温
度、光照、pH等诸多培养条件的影响 [4 ]。而关于上述
培养条件对小球藻 LICME001产油的综合影响及交互
作用国内外尚未见报道。
培养条件的优化是一个复杂的过程,涉及大量
的实验研究,是一个耗时、耗力、耗费的过程。 Plackett-
Burman设计和响应面法克服了传统的单因素实验次数
多、实验周期长和结果不准确等缺点,已被成功地运用
于螺旋藻等的培养基优化工作中 [5 ]。本研究拟采用响
应面设计法对筛选到的小球藻自养产油的诸多因素进
行考察和评价,对筛选得到的重要因素进行优化,确定
较优的产油条件, 以期为后续自养小球藻工业化生产
生物柴油奠定理论基础和提供实验依据。
1 材料与方法
1. 1 材 料
1. 1. 1 藻种 小球藻 (Chlorella vu lgaris) LICME001(中
国典型培养物保藏中心编号: CCTCC NO: M 209256)由
南京工业大学工业催化与代谢工程实验室保藏。
1. 1. 2 培养基 保种培养基: 采用 f /2液体培养基。
摇瓶培养基:采用 f /2液体培养基。实验培养基:海盐,
KH2PO4, Na2EDTA, KNO3, FeSO4 # 7H2O。
1. 2 方 法
1. 2. 1 培养方法 摇瓶培养:将对数期藻种细胞接种
DOI：10.13523/j.cb.20100819
2010, 30( 8) 郑洪立 等:响应面法优化自养小球藻产生物柴油油脂
到 250 m l三角瓶,接种量为 10% (V /V), 150 r /m in, 30
e , 2000 lx下培养。将摇瓶培养对数期藻细胞作为生
物反应器培养的藻种。
生物反应器培养: 温度、光照、初始 pH、接种量、
CO2、海盐、KH2 PO4、Na2EDTA和 FeSO4 # 7H2O浓度均
为考察对象,培养周期为 10天。反应器为本实验室自
主设计的气升式生物反应器, 反应器规格有两种: 体积
为 2 L(培养液体积为 1. 5 L)和体积为 10 L(培养液体
积为 7. 5 L);外置光源 (日光灯, 光 /暗: 12 /12h),供气
采用纯 CO2钢瓶与纯 N2钢瓶, CO2 和 N2 混合用气体
混合器来实现,通气量为 0. 3 vvm。整个培养过程在相
对密闭的房间中进行,温度由温度控制器控制。响应
面实验在 2 L气升式生物反应器中进行,产油条件优化
后在 10 L气升式生物反应器中放大培养。
1. 2. 2 产油量测定 待测定藻液经离心收集藻体后,
藻体用蒸馏水洗涤 3次, 经溶菌酶破碎 (破碎条件: 50
e , 10 h, 酶用量: 50 mg /L), 提取油脂,油脂提取采用
B ligh和 Dyer法 [6],油脂重量测定采用称重法 [7 ]。
1. 3 实验设计
1. 3. 1 P lackett-Burman实验设计 P lackett-Burman设
计法是一种两水平的实验设计方法,它以较少的实验
次数从众多考察因素中快速有效地筛选出最重要的几
个因素作进一步研究 [4 ]。对于 N 次实验至多可研究
(N-1) 个因素,其中 ( N-4)个实际因素, 3个虚构变量
用以估计误差。根据小球藻自养产油培养过程特点,
结合本课题前期实验,选取 10种可能影响小球藻产油
的因素,进行 12次实验 ( N = 12),并余留 1个空项作
误差分析。每个因素取 2个水平: 低水平 / - 0为出发
培养基和原始培养条件,高水平 / + 0根据预备实验结
果确定。响应值为产油量, 自变量、编码和水平因素见
表 1。
1. 3. 2 最陡爬坡实验 响应面拟合方程只在考察的
紧接邻域里才充分近似真实情形, 在其他区域, 拟合方
程与被近似的函数方程毫无相似之处, 几乎无意义 [8]。
因此,要建立有效的响应面拟合方程, 就必须先逼近最
大产油区域。最陡爬坡法以实验值变化的梯度方向为
爬坡方向,根据各因素效应值的大小确定变化步长, 能
快速、经济地逼近最大产油区域 [9 ]。根据 P lackett-
Burman法的实验结论,做最陡爬坡实验。
1. 3. 3 响应面实验 逼近最大产油区域后, 采用 Box-
Behnken设计法,对其关键因子进行进一步研究,每个
因素取 3个水平,以 ( -1, 0, 1 )编码。根据相应的实验
表进行实验后,对数据进行二次回归拟合,得到带交互
项和平方项的二次方程:
Y= B0 + 6
k
i= 1
BiXi+ 6
k
i< j
Bi jX iXj+ 6 Bi iX
2
i ( 1)
其中 Y是预测响应值, Xi是自变量, B0、Bi、Bii、Bi j
是待估计参数偏移值。对拟合所得模型进行分析, 最
后在一定水平范围内求出最佳值。诸因子实验水平及
编码见表 4。
2 结果与分析
2. 1 影响小球藻产油的主要因素确定
前期实验表明,小球藻能够利用碳酸钠、CO2、碳酸
氢钠等无机碳作为碳源,也可以利用醋酸钠等有机碳
作为碳源。考虑到发展低碳经济的实际需要,本实验
选用 CO2作为小球藻培养的碳源。已有的研究表明,
不同浓度 CO2 对淡水小球藻生长影响差异显著 [ 10 ]。
故本实验对 CO2浓度进行了考察。
根据 1. 3. 1节 P lackett-Burman实验设计,自变量
编码和水平因素见表 1,实验结果见图 1。利用 S tatistic
6. 0软件对 P lackett-Burman实验结果进行方差分析,结
果见表 2。P rob > F值的大小表明各个考察因素的显
著水平。P rob > F值小于 0. 05表明各因素有显著影
响, Prob > F值小于 0. 01表示影响极显著。由表 2可
知,对产油有显著影响的因素包括 KNO3 浓度、温度和
CO2浓度,其中温度影响极显著。根据影响显著程度,
选取 3个影响显著的重要因子: KNO3浓度、温度和 CO2
浓度,进行最陡爬坡实验。
表 1 P lackett-Bu rm an实验设计
Tab le 1 P lacke tt-Burm an de sign
Variab le levels
NO. X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10
1 1 -1 1 -1 -1 -1 1 1 1 -1
2 1 1 -1 1 -1 -1 -1 1 1 1
3 -1 1 1 -1 1 -1 -1 -1 1 1
4 1 -1 1 1 -1 1 -1 -1 -1 1
5 1 1 -1 1 1 -1 1 -1 -1 -1
6 1 1 1 -1 1 1 -1 1 -1 -1
7 -1 1 1 1 -1 1 1 -1 1 -1
8 -1 -1 1 1 1 -1 1 1 -1 1
9 -1 -1 -1 1 1 1 -1 1 1 -1
10 1 -1 -1 -1 1 1 1 -1 1 1
11 -1 1 -1 -1 -1 1 1 1 -1 1
12 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1
107
中国生物工程杂志 China Biotechnology Vo.l 30 No. 8 2010
图 1 P lack ett-Burman实验结果
F ig. 1 Resu lts of P la ck ett-Burm an d esign
表 2 P lacke tt-Burm an实验设计的
因素水平及效应分析
Tab le 2 A ssigned concen tra t ion s of var iab les a t d iffer ent
levels and effec t estim a te s in P la cke tt-Burm an design
Factors
Leve ls
-1 1
t test P rob > | t| S ignificance
X1 Sea sa lt ( g /L) 16 34 -7. 01 0. 090 NS
X2KH 2PO4( g /L) 0. 01 0. 1 -3. 20 0. 205 NS
X3Na2EDTA ( g /L) 0. 01 0. 1 7. 15 0. 097 NS
X4 FeSO4. 7H 2O (g /L) 0. 01 0. 05 5. 03 0. 126 NS
X5KNO 3( g /L) 0. 05 0. 5 17. 05 0. 037 *
X6 Light( lx) 1000 5000 3. 03 0. 201 NS
X7 Temperatu re (e ) 20 30 79. 12 0. 008 * *
X8 In itial pH 5 9 1. 24 0. 500 NS
X9 Inoculum size (% ) 1 10 5. 11 0. 128 NS
X10CO2 conten t (% ) 0. 1 10 41. 32 0. 016 *
Note: * : Significan;t ** : Very significan;t NS: Not significant
2. 2 最陡爬坡实验
由 Plackett-Burman实验可知,对于小球藻产油, 海
盐、KH 2PO4、Na2EDTA和 FeSO4 # 7H 2O浓度、光照、初
始 pH值和接种量均无显著影响; 当这些值一定时,
KNO3浓度和 CO2浓度均有显著正效应,温度有极显著
正效应,均应增加, 因此选取 KNO3浓度、温度和 CO2
浓度 3个因子进行最陡爬坡实验。根据这 3个因素效
应大小比例设定其变化方向及步长 ( v X i= ( X i- X0 ) /
Xi,其中 X i是自变量的编码值, X0是自变量在中心点
处的值, v X i是自变量的步长 )进行实验,设计及结果
如表 3和图 2所示。可见,最优产油条件在处理 3与处
理 4之间,故以处理 3条件为后续实验中心点。
表 3 最陡爬坡实验设计
T ab le 3 T he steepest a scen t exper im en t design
NO.
KNO 3 concentra tion
( g /L)
Tempe rature
(e )
CO2 concentration
(% )
1 0. 1 22 0. 5
2 0. 2 24 1. 5
3 0. 3 26 3. 0
4 0. 4 28 4. 5
5 0. 5 30 6
图 2 最陡爬坡实验结果
F ig. 2 R esu lts of the steepest a scen t exper im en t de sign
2. 3 响应面实验优化产油
根据最陡爬坡实验,响应变量 Y值逼近最大产油
区域,以处理 3条件为中心点实施中心组合实验。 15
个实验点可分为两类: 其一是析因点, 自变量取值在
X1、X2、X3所构成的三维顶点,共有 12个析因点;其二
是零点,为区域的中心点,零点实验重复 3次,用以估
计实验误差 (表 4),每次实验得到的产油量见图 3。
表 4 Box-Behnken实验设计
Tab le 4 Box-Behnk en de sign
NO.
Coded levels
X1 X2 X3
1 -1 -1 0
2 1 -1 0
3 -1 1 0
4 1 1 0
5 -1 0 -1
6 1 0 -1
7 -1 0 1
8 1 0 1
9 0 -1 -1
10 0 1 -1
11 0 -1 1
12 0 1 1
13 0 0 0
14 0 0 0
15 0 0 0
以产油量为响应值, 运用 Statistic 6. 0程序进行回
归拟合后,各实验因子对响应值的影响可用下列回归
模型表示:
Y= - 12. 4267+ 1. 9500X1 - 4. 0833X
2
1 + 0. 8778X2
- 0. 0158X22 + 0. 2631X3 - 0. 0033X
2
3 + 0. 0376 X1 X2 -
0. 0625X1X3 - 0. 0075X2X3 ( 2)
对回归模型进行检验后,结果表明:
F回归 = MSR /MSe = 5. 84
F0. 01 ( 9, 5) = 10. 20 > F回归 > F0. 05 ( 9, 5) = 4. 78
108
2010, 30( 8) 郑洪立 等:响应面法优化自养小球藻产生物柴油油脂
图 3 Box-Behnken实验结果
F ig. 3 Resu lts of Box-Behnk en d esign
说明回归方程在 F0. 05的水平上显著。根据 R2 =
0. 9131,说明模型能解释 91. 31%产油量的变化。回归
方程给小球藻产油提供了一个合适的模型, 因此可用
方程 ( 2)代替真实实验点对小球藻产油进行分析和
预测。
上述模型方程中 3个因素及其相互作用对响应的
影响可通过图 4、图 5、图 6所示的响应面三维图直观反
映出来。从三维图可以看出, 过高或过低的温度、CO2
浓度与 KNO3浓度对小球藻生长均不利。由图 4、图 5
及图 6响应面立体图可以看出, 响应值存在最大值, 进
一步通过软件分析计算,得到预测最大产油量为 0. 41
g /L,此时: X1 = 0. 31, X2 = 26. 5, X3 = 0. 0680;相当于
KNO3浓度 0. 31 g /L,温度 26. 5 e , CO2浓度 6. 80%。
图 4 温度与 KNO 3浓度交互影响
小球藻产油的曲面图
F ig. 4 Sur face r espon se p lot of tem pera tur e and
KNO3 con cen tr a tion to lip id yield
2. 4 模型验证
为了检验模型的可靠性, 用 2 L气升式生物反应
器在最佳产油条件和原始产油条件分别对小球藻进行
图 5 CO 2浓度与 KNO 3浓度交互
影响小球藻产油的曲面图
F ig. 5 Sur fa ce re spon se p lot ofCO 2 con ten t and
KNO 3 concen tra tion to lip id yie ld
图 6 CO 2浓度与温度交互影响
小球藻产油的曲面图
F ig. 6 Sur face r espon se p lot of CO2 con ten t
and temp era tu r e to lip id yie ld
了培养实验,所得实际产油量分别为 0. 42 g /L和 0. 15
g /L,优化后产油量是原始条件产油量的近 3倍; 所得
实际产油量与预测最大产油量相符,可见该模型能较
好地预测实际产油情况。
2. 5 优化条件下小球藻的扩大培养
由于生物柴油油脂是低附加值的产品,提高其产
油量是实现大规模工业化培养的基础。基于此, 本实
验对小球藻在 10 L气升式生物反应器中的生长特性进
行了初步研究,以期为工业化应用提供参考。
采用本实验在 2 L气升式生物反应器中优化后的
109
中国生物工程杂志 China Biotechnology Vo.l 30 No. 8 2010
培养条件培养小球藻, 实验结果如图 7所示。从图中
可以看出,小球藻在 10 L气升式生物反应器中生长良
好,产油量第 10天达到 0. 38 g /L;与 2 L气升式生物反
应器的产油量相比, 略有下降, 这进一步验证了模型
( 2)的可靠性。
图 7 优化条件下小球藻在 10 L气升式
生物反应器中的生长
F ig. 7 G row th b ehavior ofCh lorella vulga r is in a 10L
a ir lift photob ior eac tor under op tim um cond itions
3 讨 论
响应面法是一种从众多因素中寻求重要因素的数
理统计方法 [5 ]。它有效地运用数理统计手段, 通过建
立几个过程变量之间的数学模型, 能够定向地优化反
应过程,能以较少的人力、物力和财力对实验进行全面
研究,建立起局部与整体之间的关系, 从而得到更为科
学合理的结论。近年来响应面法在优化微藻培养基方
面得到了广泛应用,取得了良好的效果。曾文炉等 [11]
利用响应面法优化了转小鼠金属硫蛋白 -I基因聚球藻
7002的培养基,在 2L光生物反应器中其生物量较优化
前提高了 9倍,效果显著。
优化小球藻 LICME001产油工艺参数,可以提高其
产油量。采用 P lackett-Burman设计筛选出对小球藻产
油影响显著的因素分别为温度、CO2 浓度与 KNO3 浓
度,对小球藻产油均有促进作用。在 P lackett-Burman
实验基础上,采用 Box-Behnken实验设计, 通过响应面
法对主要影响因子进行优化与评价,并得到影响小球
藻培养产油的二次多项式回归模型,利用统计学方法
对该模型进行显著性检验并求出最佳值。在 KNO3 浓
度、温度、CO2浓度分别为: 0. 31 g /L, 26. 5 e , 6. 80%
时,可得到最大产油量,预测值为 0. 41 g /L, 在此条件
下对实验结果进行验证实验,得到产油量为 0. 42 g /L,
较优化前提高了近 2倍。这表明模型方程能够较好地
预测实验结果。产油条件优化后,小球藻在 10 L气升
式反应器中扩大培养,生长情况良好,产油量达到 0. 38
g /L。
已有的研究表明光照、pH值等对微藻产油有显著
影响 [ 12-14 ]。而本实验研究表明海盐浓度和初始 pH值
对小球藻产油无显著影响, 这可能是由于本实验室的
小球藻能生长的 pH 和海盐浓度范围较广。 Zhang
等 [15 ]研究也表明, 某些微藻生长的 pH范围为 5. 5~
10,盐度范围为 1% ~ 4. 1%。刘志媛等 [16]研究表明铁
对小球藻油脂积累影响较大,但本实验研究表明 FeSO4
# 7H2O浓度对小球藻产油无显著影响,这可能是由于
本实验同时研究了 FeSO4# 7H 2O浓度等多个因素对小
球藻产油的影响。本实验海盐、KH 2PO4 和 Na2EDTA
浓度对小球藻产油均无显著影响,这可能是由于海盐、
KH2PO4和 Na2EDTA对细胞均会产生一个渗透压从而
影响小球藻生长。由 Abe等 [ 17 ]研究可知本实验中海盐
对细胞所产生的渗透压远远大于 KH2PO4和 Na2EDTA
所产生的渗透压, KH2 PO4和 Na2 EDTA浓度改变对体
系渗透压改变较小,故对小球藻生长影响不显著。光
是光合作用的关键因子之一, 但本实验中光照对小球
藻产油影响不显著,这有待于进一步研究。
致谢: 感谢中国石油天然气股份有限公司资助。
参考文献
[ 1 ] 郑洪立,张齐,马小琛,等.产生物柴油微藻培养研究进展. 中
国生物工程杂志, 2009, 29( 3 ): 110 -116.
ZhengH L, ZhangQ, Ma X C, et a.l Ch ina Biotechno,l 2009,
29( 3): 110-116.
[ 2 ] 黄和,郑洪立,高振,等.一种产生物柴油微藻的规模化收获方
法及其装置.中国, CN101586078. 2009-11-25.
H uangH, Zheng H L, G ao Z, et a.l Ch ina, CN101586078.
2009-11-25.
[ 3 ] Yu su fC. Biod iesel from microalgae. Biotechno lAdv, 2007, 25:
294-306.
[ 4 ] L iliana R, Graziella C Z, N iccolB, et a.l M icroalgae for oi:l
strain se lection, induction of lip id syn thesis and ou tdoor mass
cu ltivation in a low-cost photob ioreactor. Biotechno l and Bioeng,
2009, 102: 100-112.
[ 5 ] 谯顺彬,迟海洋,张奕婷, 等。螺旋藻混合营养培养基响应面
法的优化研究. 食品科学, 2009, 30( 7 ): 109-114.
Q iao S B, Ch iH Y, Zhang Y T, et a.l Food Science, 2009, 30
( 7): 109-114.
[ 6 ] DyerW M, Bligh E G. A rap id method of lip id extraction and
pu ri fication. Can J Bioch em Physio,l 1959, 37: 911-917.
[ 7 ] ConvertiA, Casazza AA, O rtiz E Y, et a.l E ffect of temperatu re
110
2010, 30( 8) 郑洪立 等:响应面法优化自养小球藻产生物柴油油脂
and ni trogen concentration on th e growth and lip id con tent of
Nannoch loropsis ocu la ta and Ch lorella vu lgaris for b iod iese l
p roduction. Chem Eng and Processing, 2009, 48: 1146-1151.
[ 8 ] DaviesO L, G eorge E P, Lew isR C. The Design and Analysis of
Indu strial E xperimen ts. 2nd ed. London: Longman G roup
Lim ited, 1978. 136-152.
[ 9 ]Mon tgomeryD C. Design and Analysis of Experimen ts. 3 rd ed.
NewYork: JohnW iley& Sons, 1991. 216-247.
[ 10 ] YooC, Jun S Y, Lee JY, et a.l Selection ofmicroalgae for lip id
p roduction under high leve ls carbon dioxide. Bioresource
Techno,l 2010, 101: S71-S74.
[ 11 ]曾文炉,赵飞飞,曹照根,等。利用响应面方法优化转小鼠金
属硫蛋白 -I基因聚球藻 7002的培养基成分。生物工程学报,
2008, 24( 1): 130-136.
ZengW L, Zhao F F, Cao Z G, et a.l Ch in ese Journa l of
Biotechnology, 2008, 24 ( 1): 130-136.
[ 12 ] Renaud S M, Th inh L V, Lamb rin id is G, et a.l E ffect of
temperatu re on grow th, chem ical composition and fat ty acid
compos ition of trop ical Austra lian m icroalgae grown in b atch
cu ltu res. A qu acu ltu re, 2002, 211: 195-214.
[ 13 ] Pecrez E B, P ina I C, Rod riguez L P. K inetic model for grow th of
Pha eoda cty lum tricornu tum in intens ive cu ltu re photob ioreactor.
Biochem icalE ng ineering Journa,l 2008, 40: 520-525.
[ 14 ] RaoA R, Dayananda C, Sarada R, et a.l E ffect of sa lin ity on
growth of green alga Bo tryococcu s braun ii and its const ituen ts.
Bioresource Techno,l 2007, 98: 560-564.
[ 15 ] Zhang D H, Lee Y K, N g M L, et a.l Composition and
accumu lation of secondary caroteno ids inCh lorococcum sp. JApp l
Phyco,l 1997, 9: 147-155.
[ 16 ] 刘志媛,王广策.铁促进海水小球藻油脂积累的动态过程. 海
洋科学, 2008, 32 ( 11): 56-59.
Liu Z Y, W angG C. Marine Sciences, 2008, 32( 11): 56-59.
[ 17 ] Abe F, Kato C, H orikosh i K. P ressure- regu lated metabo lism in
M icroorganism s. Trend s in M icrobiology, 1999, 7 ( 11 ): 447-
453.
O p tim iza tion ofAu totroph ic Cu ltiva tion of L ip id s P roduct ion for B iod iesel
by Ch lore lla vu lga ris with R espon se Sur faceM ethodology
ZHENG Hong- li1 GAO Zhen1 HUANG He1, 2 JIX iao- jun1 BAI Yue-hua3 LIW en-qi3
( 1 Co llege of Biotechnology and Pharmaceu tical Engin eering, Nan jing University ofTechnology, N an jing 210009, Ch ina)
( 2 State Key Laboratory ofMaterials-O rien ted Chem icalE ng ineering, N an jing 210009, Ch ina)
( 3 Petroleum Research In stitu te, Ch ina N ationalPetro leum Corporation, Bei jing 100029, Ch ina)
Ab stract Response surface me thodology was used to optimize the au totrophic cultiva tion conditions for
lipids production byCh lorella vu lga ris in a 2 L airlift photobioreactor. In the first op tim ization step, a placke tt-
Burman design was used to evalua te the influence of ten re lated factors and it was found out tha t KNO3
concentration, tempe ratu re and CO2 concentra tion influenced lipids produc tion significantly. Subsequently, the
path of steepest ascentwas used to app roach the op timal region of the cultiva tion cond itions. In the third step,
KNO3 concentra tion, temperature and CO2 concentration were fu rthe r op timized using central composite designs
and response surface ana lysis and the optimum conditions we re tha t KNO3 concentra tion was 0. 31 g /L,
temperaturewas 26. 5 e and CO2 concentration was 6. 80% . Under optimum conditions, the lipid yield was
0. 42g /L and itwas increased by two times than that under the conditions be fore optim ized. Ch lorella vu lga riswas
cu ltured in a 10 L airlift photob ioreactor under optimum conditions.
K ey words Chlorella vu lga ris Cu ltivation cond itions Response surface Methodology Biodiesel
Lipids
111