青島能源所在產(chǎn)油黃絲藻研究中取得系列進展

圖1 黃絲藻細胞油脂含量

利用產(chǎn)油微藻生產(chǎn)生物能源,其核心在于大量微藻生物質(zhì)的高效、低成本獲得。目前產(chǎn)油微藻藻種選育的指標(biāo)主要集中在其生長速度和生化組分兩個方面,而對于藻種的抗輪蟲污染能力、采收性能等工業(yè)性狀卻很少關(guān)注,而這些工業(yè)性狀往往是決定微藻工業(yè)培養(yǎng)體系能否成功建立的關(guān)鍵。

同形黃絲藻
同形黃絲藻

鑒于絲狀體螺旋藻優(yōu)良的易采收特性,中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所微藻生物技術(shù)團隊于2013年提出“從絲狀微藻中挖掘具有優(yōu)良工業(yè)特性的產(chǎn)油微藻”的新思路,完成了幾十株絲狀微藻的系統(tǒng)評價,首次發(fā)現(xiàn)黃藻門的黃絲藻細胞(不分枝的絲狀體)具有極高的產(chǎn)油脂能力、抗輪蟲污染和易采收特性。實驗室條件下黃絲藻油脂含量可達到50~61%,其中中性脂占70~80%,藻細胞可在無絮凝劑添加時實現(xiàn)95%以上直接氣浮采收或直接過濾,開放池周年培養(yǎng)未發(fā)現(xiàn)明顯的輪蟲污染(Wang et al.,2013)。

研究發(fā)現(xiàn)了其在光自養(yǎng)條件下油脂的積累不受氮缺乏誘導(dǎo)的獨特油脂合成積累機制(Guo et al., 2014),通過其油脂代謝途徑與關(guān)鍵調(diào)控基因的組學(xué)分析以及其對環(huán)境因子的響應(yīng),確定了培養(yǎng)過程中實現(xiàn)油脂快速積累的調(diào)控方法(Wang et al., 2016)。研究了黃絲藻油的生物柴油轉(zhuǎn)化方法和藻渣水解制備乙醇條件,完成了500平方米規(guī)模的培養(yǎng)、采收、提油和生物柴油轉(zhuǎn)化中試,建立了利用黃絲藻進行生物柴油以及燃料乙醇聯(lián)產(chǎn)的工藝(Wang et al., 2013; 2014)。

研究發(fā)現(xiàn)黃絲藻油脂中棕櫚油酸(C16:1Δ9)的含量占總脂肪酸的50%左右,遠高于其它常見微藻(Wang et al., 2016)。而棕櫚油酸(C16:1Δ9)屬于ω-7單不飽和脂肪酸,除與ω-3脂肪酸一樣具有促甘油三酯降低、有益心血管系統(tǒng)健康外,還被認(rèn)為是一種新型荷爾蒙,能夠提高人體對胰島素的敏感性,在Ⅱ型糖尿病的預(yù)防、保健和治療方面具有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)黃絲藻可以利用有機碳源,特別是葡萄糖進行高密度異養(yǎng)生長的特性(Wang et al., 2017;Zhou et al., 2017),通過對培養(yǎng)基中有機碳、氮源和磷源及無機營養(yǎng)鹽的優(yōu)化,建立了黃絲藻批式流加發(fā)酵工藝,最終生物量可達40g/L,油脂含量經(jīng)誘導(dǎo)后可達干重的45%左右。該技術(shù)為建立利用黃絲藻異養(yǎng)發(fā)酵生產(chǎn)ω-7脂肪酸并聯(lián)產(chǎn)生物柴油工藝奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)技術(shù)申報了中國發(fā)明專利和國際PCT專利,已進入美國、日本、歐盟等國家的專利權(quán)申請。

上述研究獲得國家支撐計劃項目、中科院“一三五”項目、國家海洋局經(jīng)濟創(chuàng)新發(fā)展示范城市項目以及青島市科技計劃項目的支持。

圖1 黃絲藻細胞油脂含量
圖1 黃絲藻細胞油脂含量
表1 油脂脂肪酸組成
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圖2 黃絲藻的流加異養(yǎng)發(fā)酵
圖2 黃絲藻的流加異養(yǎng)發(fā)酵

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