什么是生物柴油？

　　生物柴油是指生物油脂與醇通過酯交換反應生成的一種生物燃料。生物柴油具有高十六烷值，不含硫和芳香烴。相比石化柴油，生物柴油具有優(yōu)良的環(huán)保性能和再生性能；較好的燃燒性能；良好的低溫發(fā)動機啟動性能和潤滑性能；較高的經(jīng)濟性、可降解性和安全性能。自20世紀70年代以來，生物柴油的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)過三代更迭。

　　第一代生物柴油的原材料主要來自油菜、大豆、向曰葵等可食用性的油類作物。這類原材料生產(chǎn)成本高昂，并且與人爭地爭糧，生產(chǎn)周期冗長，油脂產(chǎn)率偏低，對環(huán)境要求較為苛刻，因此不適合進行規(guī)模化生產(chǎn)。

　　第二代生物柴油的原材料主要來自麻瘋樹、煙草種子等非糧油類植物，以及地溝油、動物脂肪等。第二代生物柴油解決了原材料與人爭糧的問題，但是其他缺點仍然制約著生物柴油的發(fā)展。

　　第三代生物柴油以“微藻”作為生產(chǎn)原料。微藻因光合效率高、生長速率快、占地面積小、油脂含量高等優(yōu)點，當之無愧成為第三代生物柴油原料的首選。

　　微藻為什么可以做生物燃油？微藻——取之不盡的能量球

　　微藻，即微體藻類，大小從幾微米到幾百微米不等。其光合效率較高，能高效生產(chǎn)脂類、蛋白質(zhì)、多糖等有機物。其中脂質(zhì)可通過酯交換反應轉(zhuǎn)化為生物柴油。

　　在20世紀70年代，美國能源部以發(fā)展可持續(xù)能源為目的，對微藻開展了大規(guī)模搜集、篩選和鑒定工作，最終獲得了三百多種產(chǎn)油微藻，即脂質(zhì)占細胞干重比例超過20%的微藻。其中微擬球藻的脂質(zhì)比例更是高達68%！

　　作為一種單細胞藻類的微擬球藻，除了脂質(zhì)含量高外，還具有環(huán)境適應能力強、個體小、繁殖速度快等優(yōu)點，躋身生產(chǎn)生物柴油的優(yōu)良藻種行列。

　　微擬球藻為什么能具有這么高的脂質(zhì)比例呢？答案在于它獨特的固碳能力。

　　我們知道，光合作用是自然界生物固碳的基礎。地球上每分鐘通過光合作用大約可以將300萬噸CO2和110萬噸H2O轉(zhuǎn)化為200萬噸有機物質(zhì)，同時放出210萬噸O2。

　　與陸生高等植物不同，微擬球藻生長在海水中。水體中溶解性無機碳的主要存在形式有HCO3-、CO32-、CO2、H2CO3等。為了應對復雜的水體碳環(huán)境，微擬球藻具備了獨特的CO2濃縮機制(CO2 concentrating mechanism，CCM)。

　　真核微藻、藍藻、大型藻中均有CCM存在，但是真核微藻的CCM只有在環(huán)境CO2小于大氣CO2濃度時才會啟動。該機制主要通過無機碳的轉(zhuǎn)運,改變細胞光合作用對無機碳的親和力,在核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）的活性位點提高CO2濃度,有利于Rubisco的羧化酶作用,抑制其氧化酶活性，從而提高了固碳的效率。

　　CO2是造成溫室效應的罪魁禍首之一。2015年12月在巴黎氣候變化大會上，中國承諾到2030年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值CO2排放比2005年下降60%～65%。微擬球藻強大的固碳能力不但可以生產(chǎn)更多的生物柴油，還可能用于減少大氣中的CO2。

　　如何讓微藻變身“生物柴油”

　　最常用的微藻生物柴油生產(chǎn)工藝主要由三個步驟組成：微藻生物質(zhì)的生產(chǎn)、油脂的提取、酯交換反應。

　　首先在開放塘中大規(guī)模培養(yǎng)微藻。在微藻細胞內(nèi)，光合作用合成的糖類物質(zhì)經(jīng)過一系列的代謝反應轉(zhuǎn)化為油脂。

　　當藻細胞密度達到最大時，根據(jù)微藻的特性，可選用離心法、超濾法、氣浮法、絮凝法等方法進行收集。收集后的微藻需要進一步提取其中的油脂。藻類油脂的提取過程繁瑣，目前最常用的油脂提取方法有機械壓榨法、有機溶劑法、加速溶劑提取法、超臨界流體萃取法和酶提取法等。

　　提取出來的藻油成分復雜，主要由游離脂肪酸、三酰甘油酯、磷脂、糖脂和硫脂組成。其中游離脂肪酸容易和堿性催化劑發(fā)生皂化反應，通過對原料干燥和預酯化可減少脂肪酸對酯交換反應帶來的不利影響。

　　酯交換反應是酯與醇在酸或堿的催化下生成一個新酯和一個新醇的反應。在微藻生物柴油生產(chǎn)中，利用短鏈醇和藻類油脂在催化劑、高溫環(huán)境下進行酯交換反應，最終合成脂肪酸單脂，即生物柴油。

　　據(jù)估計，每公頃養(yǎng)殖面積上藻類年產(chǎn)油量可達1.5萬～8萬升，相比之下玉米、大豆的年產(chǎn)油量分別只有120升和440升。

　　不過，目前微藻生物柴油的生產(chǎn)成本依然較高，這是限制其商業(yè)化生產(chǎn)的瓶頸。除繼續(xù)開發(fā)產(chǎn)油性能優(yōu)良的藻種以外，需要實現(xiàn)微藻生產(chǎn)的綜合利用，可有效解決這一問題。例如從微藻中獲得DHA、類胡蘿卜素、活性多糖等高附加值產(chǎn)品，將廢棄的藻渣作為水產(chǎn)業(yè)的餌料等。

　　根據(jù)歷年《BP世界能源統(tǒng)計年鑒》，作為化石能源替代品的生物柴油已成為國際上發(fā)展最快、應用最廣的可再生能源。在這場能源革命中，微擬球藻扮演著渺小卻又偉大的角色。

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　　問：光語海水微擬球藻濃縮液的藻液濃度是多少？

　　答：光語采用德國進口離心機，微擬球藻濃縮液每毫升350億藻細胞。

　　問：光語海水微擬球藻濃縮液用在哪里？

　　答：海水育苗，戶外養(yǎng)殖調(diào)水，培藻都可以用。

　　問：光語海水微擬球藻濃縮液如何保存？

　　答：海水微擬球藻濃縮液經(jīng)離心或過濾后，在零下18℃冷凍條件下可保存180天以上，且細胞保持鮮活狀態(tài)，解決了傳統(tǒng)藻液擴培周期長、運輸成本高的問題。

　　德國科技×超高密度×長效鎖鮮

　　光語海水微擬球藻濃縮液，”1瓶濃縮液=3.5畝塘全年肥水成本，省去擴培設備投入，凍存180天隨取隨用！”

　　細胞密度350億/mL（行業(yè)常規(guī)產(chǎn)品≤100億/mL）

　　零下18攝氏度冷凍保存180天

　　德國離心技術(shù)（純度≥99%無雜藻）

　　三大應用場景深度解析

　　水產(chǎn)養(yǎng)殖革命性方案

　　痛點解決：

　　苗期存活率提升：直接投喂?jié)饪s液（稀釋1000倍），幼體變態(tài)率提高38%

　　藍藻防控：微擬球藻與藍藻營養(yǎng)競爭，7天內(nèi)藍藻占比從80%降至≤5%

　　應急調(diào)水：氨氮超標時，按1L/畝用量稀釋潑灑，24小時降解效率達92%

　　光語海水微擬球藻（Nannochloropsis）濃縮液作為一種高活性微藻產(chǎn)品，因其獨特的生物特性在多領域展現(xiàn)重要作用。

　　光語海水微擬球藻是自養(yǎng)采集離心濃縮的藻液。德國進口離心機，每毫升350億藻細胞！可以冷凍儲存，海水微擬球藻濃縮液經(jīng)離心或過濾后，在零下18℃冷凍條件下可保存180天以上，且細胞保持鮮活狀態(tài)，解決了傳統(tǒng)藻液擴培周期長、運輸成本高的問題。

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一、關鍵環(huán)境因子對脂質(zhì)積累的調(diào)控機制  

1.1 光照強度與光譜特性  

光照是微擬球藻光合作用與脂質(zhì)合成的能量來源。在低光強條件下（50–100 μmol photons/m2/s），細胞優(yōu)先進行生物量增殖；當光強提升至200–400 μmol photons/m2/s時，光系統(tǒng)II（PSII）活性受抑制，導致NADPH/ATP積累，進而通過乙酰-CoA羧化酶（ACCase）激活脂肪酸合成通路。值得注意的是，持續(xù)高光強（>500 μmol photons/m2/s）可能引發(fā)光氧化損傷，采用間歇光照（如16 h光照/8 h黑暗）可緩解光抑制現(xiàn)象。

光質(zhì)對脂質(zhì)合成的影響亦不可忽視。藍光（450–470 nm）通過調(diào)控細胞周期蛋白表達促進分裂期細胞增殖，而紅光（630–660 nm）可增強葉綠體發(fā)育，間接提高碳固定效率?；旌瞎赓|(zhì)（紅藍光比例7:3）已被證實可使脂質(zhì)產(chǎn)率提升12%~18%。

1.2 溫度脅迫響應  

微擬球藻的最適生長溫度為20–25°C，但短期高溫處理（28–30°C，持續(xù)48 h）可通過誘導熱激蛋白（HSP70）表達，增強脂質(zhì)合成相關酶的熱穩(wěn)定性。研究表明，30°C脅迫下脂質(zhì)合成速率較對照組提高1.4倍，但持續(xù)高溫（>72 h）會導致細胞膜通透性增加，引發(fā)胞內(nèi)物質(zhì)泄漏。

1.3 營養(yǎng)鹽限制策略  

氮限制是誘導脂質(zhì)積累的核心手段。當培養(yǎng)基中硝酸鹽濃度從常規(guī)的0.88 g/L降至0.2 g/L時，細胞內(nèi)氮代謝關鍵酶（如硝酸還原酶）活性下降，導致蛋白質(zhì)合成受阻，碳流轉(zhuǎn)向脂質(zhì)儲存。此時，中性脂占比從15%增至40%，但生物量產(chǎn)量下降約30%。為平衡生物量與脂質(zhì)產(chǎn)率，兩階段培養(yǎng)法被廣泛采用：第一階段（0~96 h）提供充足氮源（f/2培養(yǎng)基）促進生長；第二階段（96~144 h）通過氮剝奪誘導脂質(zhì)合成。

磷限制對脂質(zhì)積累的促進作用較弱，但可減少細胞壁多糖合成，有利于后續(xù)脂質(zhì)提取。而硅限制對非硅藻類微擬球藻無明顯調(diào)控效應。

二、 多因素協(xié)同優(yōu)化策略  

2.1 兩階段培養(yǎng)工藝  

通過時序調(diào)控環(huán)境參數(shù)可實現(xiàn)代謝途徑定向切換。例如：  

– 階段Ⅰ：25°C、100 μmol photons/m2/s、1.5% CO?通氣，促進生物量積累至4.2 g/L；  

– 階段Ⅱ：轉(zhuǎn)入缺氮培養(yǎng)基，提升至30°C、350 μmol photons/m2/s，脂質(zhì)含量在72 h內(nèi)從18%增至43%。

2.2 混合營養(yǎng)培養(yǎng)體系  

添加外源有機碳（如1 g/L葡萄糖）可使微擬球藻同時進行光自養(yǎng)與異養(yǎng)代謝，脂質(zhì)生產(chǎn)率提高至每日0.12 g/L，較單純光自養(yǎng)模式提升60%。但需嚴格控制無菌條件以避免細菌污染。

三、技術(shù)挑戰(zhàn)與展望  

盡管實驗室尺度已實現(xiàn)脂質(zhì)含量>40%的突破，但規(guī)?；囵B(yǎng)仍面臨以下瓶頸：  

1. 光生物反應器內(nèi)部光梯度導致細胞受光不均；  

2. 高密度培養(yǎng)時CO?傳質(zhì)效率低下；  

3. 脂質(zhì)提取能耗占生產(chǎn)成本60%以上。  

未來研究需結(jié)合代謝工程（如過表達DGAT基因）與過程集成技術(shù)（如膜分離原位提?。?，以實現(xiàn)微擬球藻脂質(zhì)生產(chǎn)的商業(yè)化應用。