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真!油田“大佬”

撰稿: 发布时间:2019-12-12

bet9九州登陆平台 www.lovemybellymaternity.com   在超市里,花生油、玉米油、葵花籽油……各种各样的“油”令人眼花缭乱,介绍也是五花八门。当然,这些都是很常见的油了。其实,还有一种油,是从藻类中提取的,而且对这些油进行进一步提炼,就可以制备出绿色环保型的柴油和航油了。

小身体蕴含“大能量”

  这种能产油的藻类,叫做“产油微藻”。微藻是一类含有叶绿素a并能进行光合作用的微小藻类,一般要在显微镜下才能分辨其形态。它们分布广泛,陆地湖泊、海洋等水域均有分布。

  而产油微藻,是通过光合作用把二氧化碳和水转化为各类储存能量的有机物,然后在微藻细胞内能够大量合成油滴作为能力储存的一类微藻。

  经过国内外科学家的不断筛选,产油微藻家族越来越庞大。其中,最有代表性的微藻种类包括微拟球藻、小球藻、栅藻等。这些微藻细胞形态各异,有的像圆盘,有的像鸡蛋,也有的是长筒形的,而且它们属于单细胞微藻。

图 1 形态各异、油滴分布不同的代表性单细胞产油微藻

  这些微藻细胞内的油滴分布不尽相同,有的聚集在一起形成大油滴,有的呈分布状态的小油滴,但这些微藻细胞内油脂的含量都处于较高水平。可别看这些小家伙产的这些“油”,经过物理/化学方法把微藻细胞内的油脂转化到细胞外,在进行提炼加工,就可以制备出绿色环保型的柴油和航油。

  另外,相比其油料作物,产油微藻生长周期短,单位产油量非常大。不仅让人感叹,这些“小身体”居然蕴含着如此高性价比的“大能量”。

“富得流油”的黄丝藻

  一直以来,单细胞产油微藻是科学家们研究的重点。然而,单细胞微藻因尺寸较小,存在藻细胞采收困难,提油工艺繁琐等问题,增加了微藻制油的成本。

  近来,中科院青岛能源所微藻生物技术研究组在国内外首次发现了一类丝状产油微藻——黄丝藻,产油效率非常高,可谓是“富得流油”。

图2 “富得流油”的黄丝藻丝状细胞

  上图就是这种黄丝藻,在高倍显微镜下,我们可以明显看到蕴含在藻细胞中的“大油滴”。这种黄丝藻,被誉为“微藻界的后起之秀”。它们的特点非常突出:

  第一,细胞采收与油脂提取非常简单。因为黄丝藻丝状体的特性,其细胞尺寸较大,长度约500-3000μm,微藻细胞成熟后,简单的过滤即可从培养液中高效收集藻细胞;另外,也因为其细胞大尺寸的缘故,通过简单物理压榨的方式就能使细胞破碎,从而令细胞内的油滴流出来,而避免了单细胞油脂提取过程中大量化学溶剂的使用。因此,人们能够很容易地从成熟的黄丝藻细胞中采集到油。

  第二,微藻细胞长得很快。除了依靠阳光和二氧化碳,这些黄丝藻还可以通过吸收葡萄糖等“营养液”来“加餐”,相比起利用光合作用进行自养生长来说,利用葡萄糖异养的生长速率可增长10倍以上!

  因此,细胞生长快、油脂提取简单,这些都让黄丝藻更具有产业化生产柴油/航油的潜力。

“对症下药”提高黄丝藻产油效率

  不过,研究人员却发现了一个问题,如果黄丝藻只是靠喝“葡萄糖”来猛长的,它们产油的效率会大大降低。

  这也难不倒我们的科研人员,他们想到了先进的“多组学”分析手段。“多组学”分析是指对细胞进行基因组、转录组、代谢物组等多层次的整合分析。

  具体来说,科研人员通过比较利用光合作用和利用葡萄糖进行生长,这两类细胞转录组和代谢组的差异,找出葡萄糖异养状态下黄丝藻油脂积累降低的具体原因,并“对症下药”,最终通过补充外源前体物的方式提高了利用葡萄糖生长的黄丝藻细胞的油滴大小与含量。

图3 黄丝藻细胞中心碳代谢流的调节模型

  从微藻中提炼出柴油和航油等油品,还可以生产出很多下游产品,比如,藻渣蛋白饲料、藻渣发酵沼气等等。我们相信,从微藻中提炼油品这个产业,未来将会有更广阔的发展前景。

  (文章来源:中国科学院青岛生物能源与过程研究所)