生物柴油原料资源高油脂微藻的开发利用

生物柴油作为化石能源的替代燃料已在国际上得到广泛应用。至今生物柴油的原料主要来自油料植物, 但与农作物争地的情况以及较高的原料成本限制了生物柴油的进一步推广。微藻作为高光合生物有其特殊的原料成本优势, 微藻的脂类含量最高可达细胞干重的80%。利用生物技术改良微藻, 获得的高油脂基因工程微藻经规模养殖, 可大大降低生物柴油原料成本。介绍了国内外生物柴油的应用现状, 阐述了微藻作为生物柴油原料的优势, 对基因工程技术调控微藻脂类代谢途径的研究进展, 以及在构建工程微藻中面临的问题和应采取的对策进行了综述和展望。     

微藻生物柴油的发展

微藻生物柴油是一种具有较大发展潜力的可再生能源,与动、植物为原料制备的生物柴油相比,它有不占用耕地、产油效率高等优点。目前,微藻生物柴油在国内外都有很大发展,产业化的进程也在逐步推进。介绍了高油脂含量微藻的种类、微藻合成油脂的机理研究、微藻的培养技术及微藻生物柴油的产业化现状,并对微藻生物柴油发展中的一些问题进行了分析。     

产生物柴油微藻培养研究进展

石油的大量使用会导致能源枯竭和温室气体（CO2）排放的增加。为了实现经济和环境的和谐发展,必须使用可再生能源代替石油。可再生能源使用后不会造成温室气体排放的增加。生物柴油是一种理想的可再生能源, 能满足以上要求,所以近年来得到迅速发展。微藻是一种主要利用太阳能固定 CO2,生成制备生物柴油所需油脂的藻类。因此以微藻油脂为原料转化成的生物柴油是石油理想的替代品。简要介绍了产油微藻的种类和微藻油脂的合成,较详细地阐述了微藻自养培养、异养培养、生物反应器、工程微藻的最新研究进展,并初步展望了微藻产油研究的未来发展方向。     

微藻生物柴油的现状与进展

微藻生物柴油能够解决目前使用植物原料发展生物柴油面临的耕地不足、气候变化对产量影响大和引起农作物价格上涨等突出问题。通过转基因技术培育“工程微藻”,繁衍能力高,生长周期短,比陆生植物产油高出几十倍,并且能用海水作为其天然培养基进行工业化生产。介绍了微藻生物柴油的优势,高脂质微藻选育,以及工程微藻研究与下游生产工艺的研究现状和进展。     

微藻生物柴油研发态势分析

微藻是光合效率最高的原始植物之一,与农作物相比,单位面积的产率可高出数十倍。微藻生物柴油技术首先包括微藻的筛选和培育,获得性状优良的高含油量藻种,然后在光生物反应器中吸收阳光、CO2等,生成微藻生物质,最后经过采收、加工,转化为微藻生物柴油。完整的微藻生物柴油成套技术链涵盖多个技术环节,是一个复杂的系统工程,包括微藻生物工程技术、微藻高效规模化养殖技术,以及微藻生物质采收、加工与转化技术等。其中,降低生产成本是当前微藻生物柴油研究面临的主要挑战,各国的研究机构为此开展了多方面的研究。     

我国微藻生物柴油的研究背景与发展战略

生物柴油是可再生能源开发利用的重要发展方向。藻类制备生物柴油具有产油量高、生长速度快、环境适应能力强、不与农作物争夺农田和淡水资源等优势。从微藻制备生物柴油着手,简要介绍了生物柴油的生产原料与发展历程、微藻油脂的组成与生物合成途径、微藻制备柴油的工艺与瓶颈及解决策略,最后对微藻制备生物柴油技术提出了近中远期发展目标及展望。     

微藻减排CO2制备生物柴油的研究进展

碳减排与可再生能源的开发利用是研究可持续发展的热点,而微藻在此方面具有巨大优势.利用微藻减排CO2合成生物柴油生产原料油脂,对于解决能源短缺和全球变暖具有重大战略意义.将碳减排与微藻生物柴油的制备方法相结合,对微藻转化CO2合成生物油脂的机制,微藻油脂积累的影响因素以及国内外在工业上的研究概况等方面进行综合归纳和评述,并对微藻生物油脂的发展前景进行了展望.     

我国生物柴油产业化现状及前景

生物柴油是石化柴油的一种优良替代品，发展生物柴油有助于缓解能源危机，减少污染物的排放。本文从原料、技术、现有生产能力等方面概述了生物柴油在我国的产业化发展现状，并针对我国生物柴油产业发展提出了建议。[编者按]     

利用基因工程技术提高微藻油脂含量的研究进展

利用微藻油脂制备生物柴油因具有重要的战略意义而受到世界各国的重视,成为近年来的研究热点。利用微藻制备生物柴油具有生长周期短、易于大规模培养、能大量吸收CO2及不占用耕地等优点。但是,由于对藻类油脂合成代谢中的调节机制了解不多,导致微藻基因组研究相对滞后,极大地限制了微藻生物能源的大规模开发和利用。随着现代生物技术的发展,通过基因工程、代谢工程等方法调控微藻脂类的合成代谢,提高藻类含油量和生物量已成为可能。概述了微藻中油脂的合成代谢,归纳总结利用基因工程技术提高微藻油脂含量的研究进展,为获得含油量高的工程微藻及微藻制备生物柴油提供技术储备。     

微藻油脂合成代谢途径及调控机制的研究进展

随着经济的快速发展,各国对石油的需求仍有增无减,但是石油作为不可再生能源不利于可持续发展。相比之下,生物柴油应运而生且已发展到了第三代,而微藻作为第三代生物柴油的主角因为具有生长速度快,不占用耕地等优势,已逐渐成为具有极大发展潜力的能源原料,所以利用微藻生产生物柴油的技术近年来也成为研究的重点。本综述针对微藻容易进行基因改造的优势,综述了国内外对微藻油脂代谢通路的研究现状及进展,讨论了目前的基因改造方法对通路中关键酶产生的影响,以求找到能有效并稳定增强微藻油脂代谢途径的方法,为以后的研究提供理论指导。     

基因工程在能源植物改良中的应用

利用基因工程技术改良能源植物,对降低能源植物向生物燃料(生物乙醇、生物柴油)的转化成本、提高能源转化效率有着非常重要的意义。目前,基因工程技术已被广泛应用于提高植物总的生物产量、降低或改变植物木质素的含量与成分、在植物体中大量表达纤维素降解酶、提高油料植物的产油量以及改变植物油酯的组成成分等方面的研究。概述了利用基因工程技术在以上方面对能源植物进行改良已取得的进展,讨论了现存问题及未来的发展前景。     

微藻育种与培养研究概况

微藻类的天然产物具有广泛的遗传变异和潜在的经济价值,但是这些天然产物的获取还依赖于品种的改良和适宜的培养条件。本文概括性地论述了微藻的遗传育种和优化培养。它包括微藻类的遗传多样性、选择育种、诱变育种、细胞融合、基因工程以及固定化培养和生物反应器的应用。这些生物技术为微藻类的利用开辟了广阔的前景。     

Oil extraction from microalgae for biodiesel production

This study examines the performance of supercritical carbon dioxide (SCCO₂) extraction and hexane extraction of lipids from marine Chlorococcum sp. for lab-scale biodiesel production. Even though the strain of Chlorococcum sp. used in this study had a low maximum lipid yield (7.1 wt% to dry biomass), the extracted lipid displayed a suitable fatty acid profile for biodiesel [C18:1 (∼63 wt%), C16:0 (∼19 wt%), C18:2 (∼4 wt%), C16:1 (∼4 wt%), and C18:0 (∼3 wt%)]. For SCCO₂ extraction, decreasing temperature and increasing pressure resulted in increased lipid yields. The mass transfer coefficient (k) for lipid extraction under supercritical conditions was found to increase with fluid dielectric constant as well as fluid density. For hexane extraction, continuous operation with a Soxhlet apparatus and inclusion of isopropanol as a co-solvent enhanced lipid yields. Hexane extraction from either dried microalgal powder or wet microalgal paste obtained comparable lipid yields.     

基因工程创制油菜种子基生物燃油的关键技术

生物基燃料的开发研究对保证我国能源安全、改善生态环境都有重要意义。通过系统的基因工程改良创制“能源油菜”,作为生物柴油主要原料,是我国可再生能源战略推进的明智选择。分析了油菜作为生物柴油原料的优势及尚需解决的问题,根据相关领域研究趋势和我国现有基础,提出了油菜种子基生物能源发展的战略构想和重点研究方向:1.进一步提高产量、含油量以提高单位面积产油量。2.利用油菜种子作为口服疫苗等高值蛋白产物生物反应器,提高油菜种子蛋白质部分价值,降低综合生产成本。3.基因工程提高油菜抗逆性和生态适应性,利用海涂、荒坡等非农业用地,解决大规模发展油菜种子质基生物柴油原料种植所需土地问题。4.通过特种脂肪酸组分定向基因调控技术,培育高品位生物柴油专用油菜品种。     

The dynamics of heterotrophic algal cultures

In this work, the time varying characteristics of microalgal cultures are investigated. Microalgae are a promising source of biofuels and other valuable chemicals; a better understanding of their dynamic behavior is, however, required to facilitate process scale-up, optimization and control. Growth and oil production rates are evaluated as a function of carbon and nitrogen sources concentration. It is found that nitrogen has a major role in controlling the productivity of microalgae. Moreover, it is shown that there exists a nitrogen source concentration at which biomass and oil production can be maximized. A mathematical model that describes the effect of nitrogen and carbon source on growth and oil production is proposed. The model considers the uncoupling between nutrient uptake and growth, a characteristic of algal cells. Validity of the proposed model is tested on fed-batch cultures.     

Advancing oleaginous microorganisms to produce lipid via metabolic engineering technology

With the depletion of global petroleum and its increasing price, biodiesel has been becoming one of the most promising biofuels for global fuels market. Researchers exploit oleaginous microorganisms for biodiesel production due to their short life cycle, less labor required, less affection by venue, and easier to scale up. Many oleaginous microorganisms can accumulate lipids, especially triacylglycerols (TAGs), which are the main materials for biodiesel production. This review is covering the related researches on different oleaginous microorganisms, such as yeast, mold, bacteria and microalgae, which might become the potential oil feedstocks for biodiesel production in the future, showing that biodiesel from oleaginous microorganisms has a great prospect in the development of biomass energy. Microbial oils biosynthesis process includes fatty acid synthesis approach and TAG synthesis approach. In addition, the strategies to increase lipids accumulation via metabolic engineering technology, involving the enhancement of fatty acid synthesis approach, the enhancement of TAG synthesis approach, the regulation of related TAG biosynthesis bypass approaches, the blocking of competing pathways and the multi-gene approach, are discussed in detail. It is suggested that DGAT and ME are the most promising targets for gene transformation, and reducing PEPC activity is observed to be beneficial for lipid production.     

Cyanobacteria and microalgae: a positive prospect for biofuels

Biofuel-bioenergy production has generated intensive interest due to increased concern regarding limited petroleum-based fuel supplies and their contribution to atmospheric CO2 levels. Biofuel research is not just a matter of finding the right type of biomass and converting it to fuel, but it must also be economically sustainable on large-scale. Several aspects of cyanobacteria and microalgae such as oxygenic photosynthesis, high per-acre productivity, non-food based feedstock, growth on non-productive and non-arable land, utilization of wide variety of water sources (fresh, brackish, seawater and wastewater) and production of valuable co-products along with biofuels have combined to capture the interest of researchers and entrepreneurs. Currently, worldwide biofuels mainly in focus include biohydrogen, bioethanol, biodiesel and biogas. This review focuses on cultivation and harvesting of cyanobacteria and microalgae, possible biofuels and co-products, challenges for cyanobacterial and microalgal biofuels and the approaches of genetic engineering and modifications to increase biofuel production.