微生物油脂制備生物柴油技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

李小英， 聶小安,2*， 陳 潔， 王義剛

(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院 林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所；生物質(zhì)化學(xué)利用國家工程實驗室；國家林業(yè)局 林產(chǎn)化學(xué)工程重點開放性實驗室；江蘇省 生物質(zhì)能源與材料重點實驗室，江蘇 南京 210042；2.中國林業(yè)科學(xué)研究院 林業(yè)新技術(shù)研究所，北京 100091)

·綜述評論——生物質(zhì)能源·

微生物油脂制備生物柴油技術(shù)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

李小英1， 聶小安1,2*， 陳 潔1， 王義剛1

(1.中國林業(yè)科學(xué)研究院 林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所；生物質(zhì)化學(xué)利用國家工程實驗室；國家林業(yè)局 林產(chǎn)化學(xué)工程重點開放性實驗室；江蘇省 生物質(zhì)能源與材料重點實驗室，江蘇 南京 210042；2.中國林業(yè)科學(xué)研究院 林業(yè)新技術(shù)研究所，北京 100091)

總結(jié)了微生物油脂的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對比分析了中國與其他國家的生物柴油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。介紹了微生物柴油的生產(chǎn)工藝，包括微生物油脂的篩選與培養(yǎng)、微生物預(yù)處理、油脂的提取精煉、微生物柴油的制備，并對微生物柴油的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

微生物油脂；研究現(xiàn)狀；生產(chǎn)工藝；發(fā)展趨勢

能源安全問題一直為世界各國所重視，隨著石化資源的枯竭及日益嚴(yán)重的環(huán)境問題，生物柴油因其低硫、低芳香性、燃燒性能優(yōu)良及生物可降解性等優(yōu)點引起世界各國的廣泛關(guān)注[1-4]。生物柴油主要通過酯交換法來制備，原料有大豆、油菜籽等油料作物，油棕、黃連木等油料林木果實，工程微藻等水生植物，以及動物油脂、餐飲廢油等[5]。然而，糧油作物作為生物柴油的原料存在“與民爭糧”的問題，木本植物的生長周期長、成本高，動物油脂和餐飲廢油原料分散、回收困難、質(zhì)量參差不齊、沒有統(tǒng)一的國家質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，這些都嚴(yán)重制約了生物柴油的發(fā)展。近年來，從微藻、酵母、霉菌和細(xì)菌等含油微生物中提取油脂制備生物柴油受到了廣泛關(guān)注和重視[6]。微生物油脂又稱單細(xì)胞油脂(SCO)，是由酵母、霉菌和藻類等產(chǎn)油微生物以碳水化合物、碳?xì)浠衔锖推胀ㄓ椭瑸樘荚?、氮源，輔以無機(jī)鹽在一定條件下生產(chǎn)的油脂和另一些有商業(yè)價值的脂質(zhì)，主要是由不飽和脂肪酸(PUFAs)組成的甘油三酯，在脂肪酸組成上與植物油如菜籽油、棕櫚油、大豆油等相似，是以C16和C18為主的脂肪酸[7-8]，但不飽和度更高。因此，以微生物油脂為原料制備的生物柴油品質(zhì)更好[9]。

1 微生物油脂的研究現(xiàn)狀

1.1 國外研究現(xiàn)狀

早在十九世紀(jì)晚期，德國就開始研究利用微生物生產(chǎn)油脂，以Paul Lindner為主的研究者發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)油酵母菌美極梅奇酵母[10]，其后美國也開始了研究。20世紀(jì)40年代發(fā)現(xiàn)了高產(chǎn)油脂的斯達(dá)凱依酵母、粘紅酵母、曲霉屬及毛霉屬[11]。20世紀(jì)70年代，Nancy Moon等從衣阿華州立大學(xué)牛奶廠的排水通道中分離出產(chǎn)油酵母——彎假絲酵母[10]。

1976年，美國啟動能源微藻研究，期望利用石化燃料產(chǎn)生的廢氣來生產(chǎn)含脂量高的微藻[12]。 1986年，日本和英國率先從微生物中提取含γ-亞麻酸(GLA)的油脂作為保健食品、功能性飲料和高級化妝品等，使得微生物油脂成功實用化[13]。1994年新西蘭淀粉公司所屬的油脂廠，從假絲酵母中選育出一種含油量達(dá)50%(干基)的“產(chǎn)油酵母菌”，它們利用制奶酪工廠的副產(chǎn)品——乳清作為產(chǎn)油酵母培養(yǎng)基，繁殖出大量的菌體，用傳統(tǒng)的植物油壓榨工藝獲得對人體和家禽均無副作用的微生物油脂[14]。2007年，美國以能源部圣地亞國家實驗室為主的實驗室宣布了“微型曼哈頓計劃”，希望從海洋藻類中獲得豐富的能源[15]。2011年，西班牙水處理公司推出全球首個大規(guī)模利用廢水培養(yǎng)微藻進(jìn)行生物能源生產(chǎn)項目，計劃2015年年底建成面積相當(dāng)于10個足球場的展示廠房。隨后微生物油脂的研究越來越受到重視，但由于生產(chǎn)成本等問題均與植物油脂和動物脂肪無法相比，因此研究大多以含有多不飽和脂肪酸的微生物為主。

1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)20世紀(jì)60年代就有霉菌和酵母菌生產(chǎn)油脂的報道，但研究較多的開始于20世紀(jì)90年代，而且主要為微生物功能性油脂，對微生物油脂制備微生物柴油的研究較少。1993年，張峻等[16]紫外誘變深黃被孢霉，得到菌體得率25%和油脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)32.8%的變異株。1995年，羅玉萍等[17]分離出一株高產(chǎn)棕櫚油酸的酵母菌，其油脂占干菌體質(zhì)量的32.06%。1997年，施安輝等[18]從8株酵母菌中篩選出一株油脂含量高的GLR523菌株，進(jìn)行誘變處理后，優(yōu)化培養(yǎng)最終油脂產(chǎn)量可達(dá)干菌體質(zhì)量分?jǐn)?shù)的67.2%。2004年,繆曉玲[19]獲得了油脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)占干菌株質(zhì)量55%的異樣微藻。

2012年河北廊坊新奧集團(tuán)研發(fā)的微藻制備生物柴油技術(shù)取得中試成功，已在內(nèi)蒙古建設(shè)5 000 t/年微藻生物柴油示范工程，對煤電廠和化工廠等排放的二氧化碳進(jìn)行資源化利用，生產(chǎn)生物能源。2013年，青島能源所通過對國內(nèi)外多株絲狀微藻的性狀進(jìn)行評價，獲得1株高含油的淡水黃絲藻。在低光照、無營養(yǎng)脅迫條件下培養(yǎng)12 d，獲得淡水黃絲藻的總脂含量占干質(zhì)量的61.3%，采用酸堿兩步法對提取的油脂進(jìn)行轉(zhuǎn)酯化制備生物柴油，其脂肪酸組分主要為C16∶0與C16∶1，且制備的生物柴油完全符合國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 20828—2007。

2 生物柴油的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

微生物油脂作為清潔可再生的生物柴油原料，以其替代石化柴油也受到世界各國的重視。世界上很多國家已經(jīng)擬定了生物柴油理化性質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，從而保證柴油的質(zhì)量，使消費(fèi)者更加放心的使用生物柴油。自2000年開始，歐洲在實施不同階段的汽車排放法規(guī)時，就不斷降低柴油中的硫含量，到2009年時要求車用柴油的硫含量不得高于10 mg/kg，日本在車用柴油標(biāo)準(zhǔn)上基本參照了歐洲的發(fā)展趨勢。美國自2006年就要求車用柴油的硫含量不得高于10 mg/kg，美國2015年發(fā)布了最新的生物柴油混合燃料(B100)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格ASTM D6751-2015a。我國首個生物柴油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)于2007年頒發(fā)， 2015年頒布了柴油機(jī)燃料調(diào)和用生物柴油(BD100)的最新國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20828—2015，生物柴油具體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 中國、美國和歐洲的生物柴油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

3 微生物柴油的制備工藝

微生物柴油的制備首先需要篩選出高產(chǎn)油脂的微生物菌體作為原料，經(jīng)過滅菌處理后，可以進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)、收集，由于油脂存在于微生物菌體細(xì)胞內(nèi)，需要對其進(jìn)行預(yù)處理，以利于油脂的提取，提取后的油脂經(jīng)脫膠、脫色等方法精煉后，通過酯交換反應(yīng)后精煉得到精煉微生物柴油。

3.1 菌體的篩選和培養(yǎng)

在已有菌株的基礎(chǔ)上利用細(xì)胞融合、誘變育種、基因工程等手段選育出應(yīng)用于工業(yè)化的菌株，需具備： 1)油脂積累量大，含油量應(yīng)達(dá)50%以上，且油脂轉(zhuǎn)化率不低于15%； 2)生長速度快，不易污染雜菌，不易產(chǎn)生蟲害； 3)能適應(yīng)工業(yè)化的大規(guī)模簡單培養(yǎng)，培養(yǎng)條件不宜苛刻[6]。

微生物都能合成少量油脂，但只有在適宜條件下可產(chǎn)生并貯存的油脂占其生物總量20%以上的才稱為產(chǎn)油微生物[20]。目前用于微生物油脂生產(chǎn)的微生物主要為酵母、霉菌、微藻和細(xì)菌等，而細(xì)菌主要合成特殊脂類和多不飽和脂肪酸，產(chǎn)油率低[21-22]，所以目前主要集中在酵母、霉菌和微藻上。

3.1.1 產(chǎn)油酵母 酵母是一種單細(xì)胞真菌，屬于兼性厭氧菌，多數(shù)分離于富含糖類的環(huán)境中。產(chǎn)油酵母中含有的脂肪酸較為單一，多為含C16和C18脂肪酸[23-24]。常見的產(chǎn)油酵母主要有假絲酵母、淺白色隱球酵母、彎隱球酵母、斯達(dá)氏油脂酵母、膠粘紅酵母、產(chǎn)油油脂酵母等，含油量可達(dá)菌體質(zhì)量的30%～70%。

中科院大連化物所篩選出4株產(chǎn)油酵母能同時將葡萄糖、木糖和阿拉伯糖轉(zhuǎn)化為油脂，菌體含油量超過其干質(zhì)量的55%[25]。

3.1.2 產(chǎn)油霉菌 霉菌是形成分枝菌絲的真菌的統(tǒng)稱，因其油脂含量高，并含有豐富的γ-亞麻酸、花生四烯酸等功能性多不飽和脂肪酸而被深入研究。霉菌種類很多，常見的產(chǎn)油霉菌為土菌霉、深黃被孢霉、高山被孢霉、卷枝毛霉、米曲霉等，其含油量可達(dá)菌體干質(zhì)量的25%～65%。

鄭紅波等[26]從富含油脂的土壤中分離出47株產(chǎn)油脂菌株，篩選出7株油脂含量高的菌體，其中菌株華2-1(該菌株為深黃傘形霉)的油脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)48.60%。

葉思特等[27]從30份土壤樣品中篩選出9株產(chǎn)油霉菌和4株產(chǎn)油酵母，產(chǎn)油最高的是霉菌嗜松青霉，為26.4%；產(chǎn)油最高的酵母是假絲孢酵母，為44.3%；其他菌株的產(chǎn)油率多為17%～27%，其他文獻(xiàn)報道的產(chǎn)油率多為20%～25%[28-29]，基本一致。

3.1.3 產(chǎn)油微藻 微藻是指能進(jìn)行光合作用的單細(xì)胞藻類或藻群體，廣泛分布在海洋、淡水湖泊等水域以及潮濕的土壤和樹干等[30]。目前，藻類專家已經(jīng)測定了幾百種富油微藻，常見的產(chǎn)油微藻有綠藻、硅藻和部分藍(lán)藻如小球藻、杜氏鹽藻、葡萄藻等[31]。

Rodolfi等[32]從30份微藻中篩選出4株菌株(2株海藻和2株淡水藻),其中一株黃綠藻Nannochloropsissp.在缺氮條件下培養(yǎng)，油脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)60%。

Moazami等[33]從波斯灣和格什姆島篩選出147種微藻，在培養(yǎng)8～12 d之后，Nannochloropsissp.和Neochlorissp.的油脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為52%和46%。

不同微生物的最佳培養(yǎng)條件不同，培養(yǎng)方法、培養(yǎng)基組成、培養(yǎng)溫度、pH值、光照、通氣量等均影響菌體產(chǎn)油率。

3.2 微生物預(yù)處理

微生物油脂多包含在菌體胞內(nèi)，有的甚至與菌體細(xì)胞蛋白或糖物質(zhì)結(jié)合，由于細(xì)胞壁堅韌，在提取油脂之前要對菌體細(xì)胞進(jìn)行破壁預(yù)處理。目前，微生物油脂成本高，尋找適于工業(yè)化的高效破壁技術(shù)是關(guān)鍵。常見的破壁方法有：研磨法、酸熱法、反復(fù)凍融法、超聲波破碎法、酶解法等[34-36]，其中研磨法較接近傳統(tǒng)植物油脂的預(yù)處理，常用于工業(yè)化生產(chǎn)油脂，反復(fù)凍融、超聲波法等適用于實驗室小型操作。

3.2.1 研磨法 利用研缽、球磨等研磨機(jī)械產(chǎn)生的剪切力將細(xì)胞破碎，在合適條件下一次操作就可以達(dá)到較高的破壁率，操作簡單、實用性強(qiáng)，易于工業(yè)放大，但料液損失較嚴(yán)重。萬其兵等[37]研究了研磨法對真菌細(xì)胞破壁的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，若研磨時間較短，細(xì)胞破壁效果不佳，只有延長研磨時間，但容易使胞內(nèi)物質(zhì)變性。

3.2.2 酸熱法 首先用鹽酸對菌體細(xì)胞壁進(jìn)行處理，使原來結(jié)構(gòu)緊密的細(xì)胞壁變得疏松，再經(jīng)沸水浴及速凍處理，使細(xì)胞壁進(jìn)一步被破壞[38]。酸熱破壁條件苛刻，容易破壞細(xì)胞中的物質(zhì)或與其反應(yīng)，且后續(xù)的鹽酸難以除去，因此很少用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)?？追裁舻萚39]通過正交試驗確定了酸熱法對酵母干菌體破壁的最優(yōu)條件為4 mol/L鹽酸沸水浴8 min。

3.2.3 反復(fù)凍融法 利用凍結(jié)-解凍過程中細(xì)胞內(nèi)部的冰晶對細(xì)胞壁的機(jī)械作用而使其破裂的一種物理方法。它可以避免高溫對原料造成的營養(yǎng)損失、風(fēng)味劣變等，是較溫和的破壁方式，且設(shè)備簡單，能源消耗低，但每次凍融需要消耗大量時間，使得部分酵母細(xì)胞自溶而使油脂含量降低[40]。孫曉璐等[41]采用凍融法處理產(chǎn)油酵母細(xì)胞，在-80 ℃液氮冷凍后煮沸30 min的油脂得率為9.5%，效果較差。

3.2.4 超聲波破碎法 超聲波是一種彈性機(jī)械振動波，當(dāng)超聲波在液體介質(zhì)中引起空化作用，產(chǎn)生大量空泡，空泡隨后爆裂，在此過程中產(chǎn)生沖擊波和局部高溫，從而使細(xì)胞破裂[42]。該法高效、省時、操作簡單、料液損失少；但噪音大、散熱困難，目前還停留在實驗室規(guī)模應(yīng)用。孫利芹等[43]研究了超聲波對紫球藻細(xì)胞破壁率影響，當(dāng)空占比為50%，輸出功率為150 W，時間為20 min，破壁率可達(dá)84.4%。

3.2.5 酶解法 基于某種特定的生物酶對菌體細(xì)胞進(jìn)行分解，破壞細(xì)胞壁加速胞內(nèi)油脂的釋放。操作時需先調(diào)節(jié)環(huán)境pH值至酶活性最大，再加入一定比例的酶液對細(xì)胞壁進(jìn)行處理。酶法破壁適用于多種微生物，其作用條件溫和，且破壁過程對內(nèi)含物不易產(chǎn)生破壞，但溶酶價格昂貴，回收溶酶又會增加額外的分離純化操作，這限制了它的大規(guī)模應(yīng)用。林杰[44]確定了復(fù)合酶破壁提取裂殖壺菌胞內(nèi)油脂的優(yōu)化條件：復(fù)合酶用量為(0.263±0.012)%，pH值7.45±0.5，破壁時間3.0 h，溫度50±1 ℃，此時DHA的粗油得率為(83.85±0.8)%。

3.3 油脂提取

針對微生物油脂提取工藝中細(xì)胞破壁成本高的問題，開發(fā)高效低成本的破壁技術(shù)，快速釋放油脂，采用低成本、快速的油水分離技術(shù)，分析研究各種提取工藝的優(yōu)缺點及適用范圍，選用合適方法，并通過進(jìn)一步改進(jìn)得到簡易快捷的提取方法尤為重要。

3.3.1 有機(jī)溶劑法 利用油脂能夠溶于某些溶劑的特性，通過浸濕滲透、分子擴(kuò)散等將菌體細(xì)胞中的油脂提取出來。常用的有機(jī)溶劑如苯、丙酮、己烷、環(huán)己烷、乙醚等對微生物油脂的提取效果較好，可以用單一或幾種溶劑混合物作為提取劑。該法成本低，操作簡單，但溶劑有毒，污染環(huán)境，且有機(jī)溶劑滲透性較差，測定的總脂含量不準(zhǔn)確。Cheng等[45]比較了溶劑提取和超臨界CO2萃取技術(shù)對Pavlovasp.粗油脂提取效率，發(fā)現(xiàn)混合溶劑乙酸乙酯/甲醇提取效果最佳，為44.7%。

3.3.2 索氏提取法 利用溶劑在索氏提取器中的回流和虹吸，從而使微生物油脂不斷被萃取。該法油脂得率高，但耗時長，需要加熱消耗能量大，但因其高效準(zhǔn)確，可作為篩選菌株和優(yōu)化培養(yǎng)時使用。劉憲夫等[46]研究了不同提取方法對小球藻油脂得率的影響，發(fā)現(xiàn)索氏提取法中無水乙醇作為溶劑的提取率最高為(24.37±0.21)%。

3.3.3 超臨界CO2萃取法 當(dāng)CO2處于臨界溫度和壓力以上時，就使得其具有液體的溶解性和氣體的流動性。在臨界點附近，CO2對油脂溶解度隨體系溫度和壓力連續(xù)變化，從而可以從菌體中提取油脂[47]。該法可以避免產(chǎn)物氧化，不破壞提取物，提取速度快，安全無污染，但需要專門的儀器設(shè)備，且設(shè)備操作費(fèi)用昂貴[48]。 Couto等[49]研究了在溫度323 K、壓力為30 MPa、超臨界CO2萃取3 h的條件下，幾乎50%的微藻油脂被提取出來。

3.4 微生物柴油的制備

生物柴油替代石油最初是在第二次世界大戰(zhàn)中提出，主要是采用直接與汽油或柴油混合、微乳化和高溫裂解法，以降低油脂的黏度，但成效不大。目前，較為常用的方法為酯交換法，包括酸催化酯交換法、堿催化酯交換法、酶催化酯交換法、亞臨界酯交換法和超臨界酯交換法等。

3.4.1 酸催化酯交換法 酸催化劑包括無機(jī)液體酸(硫酸、磷酸和鹽酸等)、有機(jī)磺酸、酸性離子液體、強(qiáng)酸性離子交換樹脂和固體酸等。硫酸為較常用的酸性催化劑, 價格便宜, 但腐蝕設(shè)備且不易回收，與堿金屬相比，耗用的甲醇多，反應(yīng)時間長，但當(dāng)甘油酯中游離脂肪酸和水含量較高時，酸更合適[50]。

Dai等[51]利用硫酸催化從酵母Rhodotorulagutinis中提取的油脂，在醇油物質(zhì)的量之比為30∶1，反應(yīng)5 h后，生物柴油的得率可達(dá)81.7%，且制得的生物柴油組分與植物油相似。

3.4.2 堿催化酯交換法 堿催化劑包括KOH、NaOH、碳酸鹽、烷基氧化物(如甲醇鈉等)、固體堿(如CaO等)和含氮類有機(jī)堿等, 最常用的堿性催化劑為KOH 和NaOH[50]。堿催化酯交換的反應(yīng)速率很快，是酸催化速率的4 000倍，但是堿催化對原料中的游離脂肪酸和水更敏感，游離脂肪酸與堿反應(yīng)易發(fā)生皂化反應(yīng)，生成的皂在反應(yīng)中起乳化作用，與產(chǎn)品甘油和脂肪酸甲酯發(fā)生乳化而無法分離。而水會使產(chǎn)物甲酯水解成脂肪酸，使反應(yīng)體系變得復(fù)雜。

劉會影等[52]采用兩步法，首先以超臨界CO2萃取深黃被孢霉M2發(fā)酵得到微生物油脂，然后研究了酸催化脫酸-堿催化酯交換兩步法制備生物柴油，在酸值由高酸值降低到1.60 mg/g時，催化劑KOH用量為1.25%，醇油物質(zhì)的量之比10∶1，反應(yīng)溫度為57 ℃，反應(yīng)1.47 h，微生物柴油得率高達(dá)93.39%。

3.4.3 酶催化酯交換法 酶催化法是指以脂肪酶為催化劑，將醇與脂肪酶反應(yīng)生成脂肪酸酯的過程，其催化工藝通常是多個順序水解和酯化的過程。

里偉等[53]通過酸熱法提取了微生物油脂，采用3% Lipozyme TLIM和1% Novozym 435脂肪酶混合用于酵母毛油脂制備生物柴油，在叔丁醇介質(zhì)體系下，三步甲醇醇解的生物柴油得率高達(dá)89.7%。

Tran等[54]用固定化脂肪酶催化微藻轉(zhuǎn)酯化制備生物柴油，比較了超聲波破壁與己烷提取的粗油脂和超聲波破壁后直接與甲醇酯交換的懸浮液的油脂轉(zhuǎn)化率，分別為72.1%和97.3%。實驗表明：直接在細(xì)胞破壁后用脂肪酶催化轉(zhuǎn)酯化效率更高，且脂肪酶在重復(fù)使用6次后活性變化不大。

該法反應(yīng)條件溫和、收率高，脂肪酶催化劑容易與產(chǎn)品分離，固定化酶可以重復(fù)使用，廢棄的酶可以被生物降解，不會產(chǎn)生工業(yè)廢水；反應(yīng)中不需要過量的甲醇，分離提取簡單，耗能少；無酸堿，不會造成皂化反應(yīng)，生產(chǎn)穩(wěn)定性好等，因此也受到廣大研究者的關(guān)注，但由于生產(chǎn)成本高、酯交換時間長，在工業(yè)上沒有大規(guī)模推廣[55-56]。目前存在以下問題：脂肪酶只對長鏈脂肪醇的酯化或轉(zhuǎn)酯化有效，對短鏈脂肪醇(甲醇、乙醇等)的轉(zhuǎn)化率只有40%～60%；甲醇和乙醇對酶有毒，容易導(dǎo)致其失活；副產(chǎn)物甘油和水難以回收，并且反應(yīng)過程中對脂肪酸酯的生成產(chǎn)生抑制作用[57]。

3.4.4 亞臨界酯交換法 油脂-甲醇-催化劑在接近甲醇超臨界溫度下進(jìn)行的酯交換反應(yīng)。亞臨界溫度通常為120～220 ℃。由于反應(yīng)溫度大大高于甲醇常壓沸點，整個反應(yīng)體系實質(zhì)上處于帶壓狀態(tài)。

侯相林等[58]研究了亞臨界甲醇相固體堿催化大豆油酯交換制備生物柴油，在140 ℃、2 MPa、醇油物質(zhì)的量之比16∶1和反應(yīng)時間30 min條件下，K2CO3/Al2O3催化大豆油酯交換反應(yīng)脂肪酸甲酯含量可達(dá)90%以上。亞臨界酯交換法工藝的特點是反應(yīng)時間短，對原料油脂的酸值、含水量等要求不高，不需要精制預(yù)處理，降低了生產(chǎn)成本。

3.4.5 超臨界酯交換法 當(dāng)溫度和壓力超過臨界點時，物質(zhì)處于一種氣液不分的狀態(tài)。在超臨界狀態(tài)下，流體具有不同于氣體或液體的性質(zhì)，密度接近于液體，黏度接近于氣體，導(dǎo)熱率和擴(kuò)散系數(shù)介于氣液之間，此時植物油與甲醇相容性提高，反應(yīng)幾乎是在均相中進(jìn)行，使得反應(yīng)和提取可以同時進(jìn)行。超臨界酯交換法是指在不添加催化劑的條件下，油脂在甲醇的超臨界狀態(tài)下進(jìn)行的酯交換反應(yīng)。

張貴芝等[59]以小球藻為原料采用超臨界甲醇直接酯交換法制備生物柴油，在甲醇與濕藻(50%含水量)配比為8∶1(mL∶g)、反應(yīng)溫度260 ℃、反應(yīng)壓力8 MPa和停留時間10 min、未加任何萃取劑的條件下，微藻生物柴油產(chǎn)率高達(dá)9%，獲得微生物柴油的性質(zhì)與石化柴油的理化性質(zhì)和組分相近。

目前，工業(yè)上主要采用化學(xué)法生產(chǎn)生物柴油，但化學(xué)法對油脂原料品質(zhì)要求苛刻，需要酸堿作為催化劑，工藝復(fù)雜、效率低、成本高且污染環(huán)境，因而近年來利用超臨界甲醇制備生物柴油的研究受到關(guān)注。超臨界甲醇法不使用催化劑，可將回收的廢棄食用油用于制備生物柴油，對油脂原料要求低，不需要預(yù)處理，反應(yīng)時間短，工藝簡單，無污染排放，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。然而，反應(yīng)條件苛刻，反應(yīng)溫度達(dá)300～400 ℃，壓力10～15 MPa，設(shè)備投資大，工業(yè)化生產(chǎn)困難[60-61]。

微生物油脂可以通過萃取-酯交換法、直接醇解法和酯交換法制備微生物柴油。周力等[62]研究了干藻直接轉(zhuǎn)化制備生物柴油的工藝，直接轉(zhuǎn)化法在最優(yōu)條件下得到生物柴油轉(zhuǎn)化率為(7.56±0.37)%，而傳統(tǒng)兩步法(正丙醇-正己烷-水萃取+轉(zhuǎn)化法，Bligh-Dyer法萃取+轉(zhuǎn)化法)在最優(yōu)條件下得到生物柴油轉(zhuǎn)化率分別為(4.24±0.45)%、(7.77±0.44)%，結(jié)果表明直接轉(zhuǎn)化法C16～C18總含量最高，能夠得到較高品質(zhì)的生物柴油，省去了傳統(tǒng)兩步法中的萃取、濃縮等耗能步驟，具有明顯優(yōu)點。

Johnson等[63]分別采用兩步法和一步法研究了裂殖壺菌酯交換制備生物柴油，當(dāng)干菌株采用兩步法制備生物柴油時，微生物柴油產(chǎn)生率為98.4%；用濕菌株、萃取溶劑和醇類混合后直接反應(yīng)時，微生物柴油得率很高，若不加入萃取溶劑最終產(chǎn)率只有12.7%，且直接轉(zhuǎn)酯化獲得的生物柴油基本符合ASTM標(biāo)準(zhǔn)。

4 展 望

能源問題將成為人類長期關(guān)注的問題，隨著微生物油脂研究與開發(fā)技術(shù)的日益成熟與工業(yè)化，微生物油脂完全有可能成為生物柴油的重要原料來源。然而，目前還未實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，要實現(xiàn)微生物油脂產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵是降低成本，尋找廉價、可規(guī)模化采集的油脂資源。未來的發(fā)展可從以下幾個方面探索： 1)探索廉價碳源用于產(chǎn)油脂的微生物發(fā)酵，促進(jìn)微生物油脂產(chǎn)業(yè)化，結(jié)合工業(yè)排放的廢氣、廢液、廢料等培養(yǎng)菌株，不僅可以減少溫室氣體的排放和減少污染，還可以降低生產(chǎn)成本；2)進(jìn)行產(chǎn)油微生物菌種的篩選、改良、培育的研究，對發(fā)酵產(chǎn)油脂工藝進(jìn)行優(yōu)化；3)對野生菌株進(jìn)行誘變、細(xì)胞融合、定向進(jìn)化和基因改造，以獲得高產(chǎn)油菌株；4)創(chuàng)制菌株破壁節(jié)能、低密度采集與酶法破壁偶聯(lián)提取胞內(nèi)微生物油脂技術(shù)，以降低生物柴油制取成本；5)開發(fā)生物柴油氣液兩相法專用介孔催化劑及再生技術(shù)，創(chuàng)制油脂氣液低壓酯化預(yù)處理關(guān)鍵技術(shù)。

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《林業(yè)科技開發(fā)》更名為《林業(yè)工程學(xué)報》的啟事

根據(jù)林業(yè)工程學(xué)科的發(fā)展需要和讀者建議，經(jīng)研究，并報請國家新聞出版廣電總局批準(zhǔn)(新廣出審[2015]868號)，《林業(yè)科技開發(fā)》將自2016年起更名為《林業(yè)工程學(xué)報》，刊號為CN32-1862/S。更名后，期刊的辦刊方針和報道內(nèi)容將作必要調(diào)整。

《林業(yè)工程學(xué)報》的辦刊方針為：以精品化、國際化為向?qū)?，重點報道木材科學(xué)與技術(shù)、林產(chǎn)化學(xué)加工工程、裝備與信息化、森林工程、家具設(shè)計與制造等方面的科研成果和最新進(jìn)展，大力促進(jìn)林業(yè)工程學(xué)科的科研創(chuàng)新和學(xué)術(shù)交流,培養(yǎng)高層次林業(yè)工程人才，推動我國林業(yè)工程學(xué)科向更高水平發(fā)展。

期刊目前為中文核心期刊、中國科技核心期刊、RCCSE中國核心學(xué)術(shù)期刊和中國農(nóng)業(yè)核心期刊，被國內(nèi)外多家數(shù)據(jù)庫收錄。更名后原有的期刊數(shù)據(jù)和評價結(jié)果將予以繼承，編輯部將在此基礎(chǔ)上努力將期刊辦出更高水平。

《林業(yè)工程學(xué)報》主要欄目有木材科學(xué)與技術(shù)、林產(chǎn)化學(xué)工程、裝備與信息工程、家具設(shè)計與制造、森林工程等。雙月刊，大16開，120頁，公開發(fā)行，刊號CN32-1862/S，郵局發(fā)行代號28-103，單價：20元/冊，全年120元，逢單月25日出版。

編輯部電話：025-85427227，85427298；http:∥lkkf.njfu.edu.cn；E-mail:lkkf@vip.163.com，lygcxb@vip.163.com；地址：210037南京市龍蟠路159號南京林業(yè)大學(xué)內(nèi)《林業(yè)工程學(xué)報》編輯部。

《林業(yè)工程學(xué)報》編輯部

Research Status and Development Trendency ofBiodiesel Preparation from Microbial Lipid

LI Xiao-ying1, NIE Xiao-an1,2, CHEN Jie1, WANG Yi-gang1

(1.Institute of Chemical Industry of Forest Products,CAF;National Engineering Lab.for Biomass Chemical Utilization;Keyand Open Lab.of Forest Chemical Engineering,SFA;Key Lab.of Biomass Energy and Material,Jiangsu Province,Nanjing 210042, China; 2.Research Institute of Forestry New Technology,CAF, Beijing 100091, China)

The classification and research situation of oleaginous microorganisms were reviewed. The quality standards of China and other countries were compared. The production technology of microbial lipid and explained in this paper. They included the pretreatment of microbial cell, extraction and refinement of microbial lipid, and preparation of micro-biodiesel. In addition, the prospect of microbial lipid was proposed.

microbial lipid; research situation; production technology; prospect

10.3969/j.issn.1673-5854.2015.06.008

2015- 06- 18

“十二五”國家科技支撐計劃資助(2014BAD02B02)

李小英(1990—)，女，湖北孝感人，碩士生，主要從事微生物油脂煉制生物質(zhì)燃料油

*通訊作者：聶小安(1966—)，男，江西安樂人，研究員，博士，碩士生導(dǎo)師，主要從事環(huán)氧樹脂、固化劑、膠黏劑以及生物質(zhì)液體能源的科研及產(chǎn)業(yè)化工作；E-mail:niexiaoan@126.com。

TQ35

A

1673-5854(2015)06- 0037- 08