丝状微藻的筛选与生物膜贴壁培养技术研究进展

主讲人 : 刘天中 研究员

由于普遍认同的能源安全需求和全球温室气体减排的巨大压力，耦合了CO2固定的微藻生物柴油和航空生物燃料技术成为全球生物能源研究热点。此外微藻的生物多样性和丰富的产物组成为其在食品、饲料、材料及医药、保健等大健康产业的发展提供了资源基础。然而围绕微藻的能源与资源化利用技术研究虽然已取得了众多进展，但真正大规模的产业化并未实现，主要原因在于未能解决微藻生物质的低成本大规模生产，核心瓶颈在于：1）缺乏能够适应户外多变环境（光照、温度）、抵抗敌害生物和易于采收等优良工程性状特色微藻藻种；2）现存的微藻培养技术和装备粗放，效率远远低于100g/m2/d以上的理论产率导致大规模培养占地和水耗过大。

迄今为止人们广泛使用的产油微藻多为尺寸细小的单细胞藻，细小的单细胞藻对原生动物有很好的适口性，因此大规模培养的污染问题一直难于解决，同时难于通过过滤、沉降等简易方式收获。黄丝藻是一种世界性分布的多细胞节杆状丝状体微藻，其对氮磷和有机质的吸收利用能力强，广泛用于河流等的指示性藻类。最近我们的研究首次发现通过培养可使其细胞内积累高达50-60%的油脂，且生长迅速，耐轮虫等 污染，通过气浮、沉降、过滤等 收获，具有良好的工程应用价值，产油黄丝藻的发现为人们提供了一条从传统的单细胞微藻转向多细胞丝状藻筛选以解决微藻的工程性状问题的新思路；在微藻的培养上， 我们提出了微藻的生物膜培养方法，研究表明大多数微藻都可以进行生物膜贴壁培养并高效生长和积累目标产物，在此基础上，为解决光能的高效利用提出了基于光强稀释的反应器设计原理。通过帘式阵列的反应器结构，光能利用率可达6-10%，占地面积微藻产率可达40-80g/m2/d，且培养过程节水，采收方便。目前微藻贴壁培养已成为微藻培养技术研究的热点。

---

主讲人简介：

刘天中，博士，研究员，博士生导师，1987年毕业于成都科技大学化工系，1990、1998年在中国科学院过程工程研究所获工学硕士和博士学位，2000-2003年在英国Birmingham大学化工系作博士后研究。现任中国科学院青岛生物能源与过程研究所藻类生物技术中心主任，中国科学院生物燃料重点实验室副主任。研究方向为藻类生化工程。主要研究领域为：1）微藻能源工程，包括产能微藻种的选育与性状评价、大规模培养工艺、高效培养光生物反应器、油脂的提取与精制、生物柴油制备、能源技术集成与工艺放大；2）微藻环境工程，包括生活和工业废水的处理、燃煤废气二氧化碳的固定利用；3）微藻高值产品工程，包括微藻色素、微藻蛋白、微藻多糖等的产业化关键技术。近五年来承担了包括国家十二五科技支撑计划、十三五重点研发计划、863计划、国家自然科学基金、中国科学院重要方向性项目、山东省重大科技攻关和美国波音公司可持续航空生物燃料研究等项目二十余多项，并与国内多家企业建立了技术研发合作。在Biotechnology for Biofuels, Scientific Reports, Bioresource Technology等期刊上发表SCI研究论文40余篇，单篇论文引用 107次，申请发明专利16项，国际PCT专利2项，授权专利11项。