微藻生物采收技術(shù)的現(xiàn)狀和展望

樊 華， 韓 佩， 王菁晗， 李 昆， 黎 俊， 周文廣

(1. 南昌大學(xué) 資源環(huán)境與化工學(xué)院 鄱陽湖環(huán)境與資源利用教育部重點實驗室， 南昌 330031;2. 清華大學(xué) 環(huán)境學(xué)院 環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯(lián)合實驗室國家環(huán)境保護環(huán)境微生物利用與安全控制重點實驗室，北京 100084)

微藻生物采收技術(shù)的現(xiàn)狀和展望

樊 華1， 韓 佩1， 王菁晗2， 李 昆1， 黎 俊1， 周文廣1

(1. 南昌大學(xué) 資源環(huán)境與化工學(xué)院 鄱陽湖環(huán)境與資源利用教育部重點實驗室， 南昌 330031;2. 清華大學(xué) 環(huán)境學(xué)院 環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯(lián)合實驗室國家環(huán)境保護環(huán)境微生物利用與安全控制重點實驗室，北京 100084)

微藻是一類重要的光合微生物，在能量轉(zhuǎn)化和碳循環(huán)中舉足輕重。目前，微藻生物技術(shù)主要應(yīng)用在固碳控污、生物質(zhì)能源、食品、醫(yī)藥、飼料及其他高附加值產(chǎn)品制備等方面。但仍有很多技術(shù)瓶頸亟待解決，其中，微藻采收的高能耗是阻礙微藻產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的主要原因之一。由于微藻在培養(yǎng)液中濃度低、粒徑小，傳統(tǒng)的沉降、過濾、離心等采收方法都存在效率低或成本高的限制。利用絮凝性藻類、細菌、真菌或者從微生物中提取的生物絮凝劑收獲微藻的生物采收技術(shù)由于具有安全、無二次污染、采收率高、 設(shè)備投入和運行能耗與其他方法相比顯著降低等優(yōu)點，目前被認為是最具前景的采收技術(shù)之一。系統(tǒng)地評價了不同微藻采收技術(shù)的優(yōu)缺點，并重點闡述了微藻生物采收技術(shù)的研究進展及前景。

微藻；絮凝性微生物；生物絮凝；采收

微藻是地球上分布最廣、種類最多的一類形態(tài)微小、結(jié)構(gòu)簡單的單細胞或多細胞光合自養(yǎng)微生物，在能量轉(zhuǎn)化和碳循環(huán)中舉足輕重。微藻具有光合作用效率高、環(huán)境適應(yīng)能力強、生長速率快、生長周期短、占地面積小、生物質(zhì)產(chǎn)率高和環(huán)境效益顯著(高效吸收廢水中的N、P等營養(yǎng)元素)等特點[1-3]。這些獨特優(yōu)勢使微藻生物質(zhì)在制備液體燃料，生產(chǎn)醫(yī)藥、食品和動物飼料，污水深度處理以及CO2固定等方面的應(yīng)用前景廣闊。

盡管有諸多優(yōu)勢，微藻的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用至今仍面臨許多挑戰(zhàn)，微藻采收技術(shù)的低效或高能耗是阻礙其商業(yè)化的主要原因之一。微藻個體微小，直徑只有3～30 μm；大部分藻細胞表面帶負電荷，在培養(yǎng)液中會形成均勻分散的懸浮體系；且微藻自養(yǎng)培養(yǎng)時生物質(zhì)濃度低，一般只有0.4～1.0 g/L，這些特點使其采收成本高昂。研究表明，大規(guī)模培養(yǎng)過程中微藻的采收成本約占微藻生產(chǎn)總成本的20%～30%，有的甚至高達50%[4-5]。因此，尋求一種高效率、低成本的采收方法是目前微藻產(chǎn)業(yè)化亟須解決的關(guān)鍵問題。

利用生物絮凝采收微藻的相關(guān)研究已開展多年，該種方法由于具有安全、對環(huán)境無二次污染和采收效率高等特點，且設(shè)備投入和運行能耗與其他方法相比明顯降低，目前被認為是最具應(yīng)用潛力的微藻采收技術(shù)之一，近年來已引起全球研究者們的廣泛關(guān)注[6]。本文系統(tǒng)地比較了現(xiàn)有多種不同微藻采收技術(shù)的優(yōu)缺點，并重點討論了微藻生物采收技術(shù)的研究現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢，以期為大規(guī)模微藻培養(yǎng)過程中微藻采收方法的選取提供理論參考和實踐依據(jù)。

1 傳統(tǒng)微藻采收技術(shù)

近年來，包括自然沉降、絮凝、浮選、過濾、離心以及上述方法的組合等各類微藻采收技術(shù)已被廣泛研究[7]。

自然沉降法利用重力作用使微藻沉降，該方法適用于硅藻(Diatomsp.)等細胞密度較大的微藻[8]，但其效率低、耗時長，一般需要與絮凝法結(jié)合使用。

以上提到的絮凝法是指傳統(tǒng)絮凝方法，主要包括物理絮凝和化學(xué)絮凝。化學(xué)絮凝目前在微藻采收中應(yīng)用較多，多使用金屬鹽或高分子聚合物為絮凝劑，常用的多價金屬絮凝劑為FeCl3和Al2(SO4)3，已成功采收衣藻(Chlamydomonassp.)、布朗葡萄藻(Botryococcusbraunii)、柵藻(Scenedesmussp.)和小球藻(Chlorellasp.)[9-10]等；除此之外，聚合鋁鹽、鐵鹽等聚合金屬鹽類也是使用較為廣泛的絮凝劑。使用金屬鹽絮凝劑的主要問題是金屬離子造成的化學(xué)污染會較大程度限制微藻的應(yīng)用[11]。高分子聚合物絮凝劑主要分為人工高分子絮凝劑和天然高分子絮凝劑兩類：人工高分子絮凝劑多用聚丙烯酰胺，但絮凝效率低下；天然高分子絮凝劑多用殼聚糖，常用于食藥級藻體的采收，因其成本較高且只有在酸性條件下絮凝效果才顯著，故應(yīng)用上受到限制[12-13]。除了添加化學(xué)絮凝劑，化學(xué)絮凝還可通過調(diào)節(jié)微藻培養(yǎng)液pH值使鈣、鎂等離子沉淀，誘導(dǎo)絮凝現(xiàn)象的產(chǎn)生[14]。物理絮凝中，電絮凝的使用范圍較廣，該種方法對綠藻(Chlorophyta)、藍綠藻(Cyanobacteria)和硅藻(Diatomsp.)的絮凝率可達95%[15]。但電絮凝對設(shè)備和操作的技術(shù)要求較高，同時電解的金屬離子易殘留在培養(yǎng)液及微藻細胞內(nèi)，不利于培養(yǎng)液的循環(huán)利用和微藻的提煉加工等[16-17]。此外，物理絮凝還包括利用磁場、靜電吸附以及超聲采收微藻等[18]?？偟膩碚f，化學(xué)絮凝采收效率高、操作簡單、工藝成熟，但絮凝劑的使用不僅會增加生產(chǎn)成本，而且絮凝劑的殘留會增加下游處理難度；相對于化學(xué)絮凝法，物理絮凝法無二次污染，但其受操作環(huán)境局限較大，能耗較高。

浮選法在微藻采收方面也應(yīng)用較多，主要有泡載法和氣浮法，兩者原理類似，都是利用氣泡作為載體實現(xiàn)固液分離，區(qū)別在于氣浮法的氣泡更加微小，浮選可以看作是分離效果優(yōu)于沉降法的反向沉降[19-20]。Yan等[21]利用浮選法采收微藻，采收率可達98%以上。在浮選之前對微藻進行預(yù)處理，使其富集濃縮，可克服微藻采收過程中因微藻細胞小、培養(yǎng)濃度低等造成的不易沉降等問題[12]。浮選法主要用于先進的一體化光生物反應(yīng)器中，可達到同步培養(yǎng)和采收微藻的目的[19]。浮選法的工作原理決定了其僅適用于單細胞藻類的采收；此外由于需要復(fù)雜的工藝和較高的能耗來產(chǎn)生大量的微小氣泡，浮選法的投資和運行成本可能超過離心法，技術(shù)和經(jīng)濟的可行性成為限制浮選法發(fā)展的主要因素[22]。

過濾法是常用的微藻分離方法之一，細胞大小是影響微藻過濾效率的關(guān)鍵因素，對于部分大型海藻或絲狀藻，如螺旋藻(Spirulinasp.)和空星藻(Coelastrumsp.)，簡單過濾就能有效采收藻體[23]。通過加壓操作，可進一步提高過濾法的采收效率[24]。過濾法的成本相對其它方法較低，但該法只適用于個體較大的微藻，且易污染堵塞濾料[25-26]。

離心法是目前較為可靠有效的微藻采收方法之一，絕大多數(shù)微藻都可以通過離心達到分離、采收的目的[27]。離心法采收效率高，在適宜條件下對微藻的采收率可達95%[28]。離心法的主要缺點是能耗大，當(dāng)微藻的采收率達到95%時，處理能耗高達20 kW·h/m3；此外系統(tǒng)折舊和維護的費用也很大程度上增加了離心法的成本[29-30]。極高的能耗和投資運行成本使離心法目前只能應(yīng)用于高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)[31]。

表1羅列了傳統(tǒng)微藻采收技術(shù)的優(yōu)缺點。

2 生物絮凝采收法

近年來，添加絮凝性藻類、細菌、真菌或從微生物中提取的絮凝性物質(zhì)的生物絮凝采收法被視為一種很有前景的低成本微藻采收方法[25,27]。微藻的生物絮凝是利用生物體本身或其代謝產(chǎn)生的黏性物質(zhì)，對微藻進行采收的過程。由于不需要添加額外的化學(xué)物質(zhì)，微藻生物絮凝采收技術(shù)被認為是一種經(jīng)濟可行、綠色清潔、可持續(xù)發(fā)展，且最有希望實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用的采收技術(shù)。

微藻的生物絮凝采收主要包括：微藻自絮凝法、細菌介導(dǎo)的生物絮凝法以及絲狀真菌介導(dǎo)的生物絮凝法。

表1 不同微藻采收技術(shù)的比較

2.1 微藻自絮凝法

微藻自絮凝現(xiàn)象由來已久，1988年Sukenik等[34]在戶外開放培養(yǎng)和實驗室封閉培養(yǎng)中均發(fā)現(xiàn)了藻細胞自絮凝現(xiàn)象。研究表明，自絮凝現(xiàn)象是由微藻分泌的糖苷或多糖等絮凝活性物質(zhì)與藻細胞相互作用造成的[26,35]。目前發(fā)現(xiàn)的自絮凝藻株有斜生柵藻(Scenedesmusobliquus)、小球藻(Chlorellasp.)、剛毛綠球藻(Cladophoraaegagrophila)、骨條藻屬(Skeletonemasp.)、布朗葡萄藻(Botryococcusbraunii)、鐮形纖維藻(Ankistrodesmusfalcatus)和扁藻(TetraselmisChui)等[27,36-37]。這些自絮凝藻株既可用于微藻生物質(zhì)的自收獲，也可用于與其他種類的微藻混合培養(yǎng)并誘導(dǎo)生物絮凝 ，如骨條藻屬(Skeletonemasp.)可以通過共培養(yǎng)的方式收獲高脂海洋微綠球藻(Nannochloropsisoceanica)[39-40]。

微藻自絮凝法由于不需要添加化學(xué)絮凝劑，安全性高；通常情況下將自絮凝藻株與目標藻種混合培養(yǎng)即可達到采收目的，與其他采收方法相比操作簡單；同時，微藻自絮凝法的成本和能耗低[41]，相比于直接離心法，自絮凝后再離心可降低90%的能耗[36]。盡管具備上述諸多優(yōu)點，微藻自絮凝法在實際應(yīng)用時依然存在一些不足：如自絮凝過程所需時間過長；收獲的微藻生物質(zhì)含水量高，需進一步濃縮[27]；自絮凝藻株的篩選條件嚴苛；自絮凝藻株具有藻株特異性，對微藻的采收效果會“因藻而異”，普適性不高；此外，該法的可靠性也還有待進一步研究。

2.2 細菌介導(dǎo)的生物絮凝法

除了絮凝性藻類以外，國內(nèi)外學(xué)者發(fā)現(xiàn)一些細菌也有絮凝特性，這是由于細菌分泌的特定胞外聚合物(EPS)具有絮凝效果引起的。目前已知絮凝性細菌有洋蔥伯克氏菌(Burkholderiacepacia)、類芽孢桿菌(Paenibacillussp.)、黃桿菌屬(Flavobacterium)、泉發(fā)菌屬(Terrimonas)、鞘氨醇桿菌屬(Sphingobacterium)、根瘤菌屬(Rhizobium)、生絲單胞菌屬(Hyphomonas)[6,25,42-43]。利用絮凝性細菌采收微藻的方法稱為細菌介導(dǎo)的生物絮凝法，該法的作用機理主要為：細菌分泌的EPS降低了藻細胞表面靜電斥力，從而與微藻細胞緊密地黏結(jié)在一起形成絮凝體[23]，在這個過程中，細菌分泌的EPS起到了絮凝劑的作用。Oh等[6]利用類芽孢桿菌AM49(Paenibacillussp. AM49)分泌的絮凝物質(zhì)來絮凝小球藻(Chlorellavulgaris)，絮凝效率高達83%。絮凝性細菌本身也可直接用于微藻的絮凝采收[44-45]，如Lee等[45]將具有絮凝性狀的細菌與顆石藻(Pleurochrysiscarterae)共培養(yǎng)，微藻采收效率超過90%，且剩余的培養(yǎng)液無需額外處理即可循環(huán)利用。由于本地細菌對當(dāng)?shù)丨h(huán)境的耐受性更好，實際操作時，通常采用本地活性污泥中分離的細菌菌株與微藻聯(lián)合培養(yǎng)，故對土壤和活性污泥中未知細菌的研究更為廣泛[45-46]。

細菌介導(dǎo)的生物絮凝法成本低，絮凝效果也較為理想，但利用絮凝性細菌采收微藻的主要問題是細菌引起的微生物污染可能會導(dǎo)致生物安全問題，從而影響微藻的利用價值。

2.3 絲狀真菌介導(dǎo)的生物絮凝法

自然界中絕大部分真菌的營養(yǎng)體都是絲狀的，菌絲可將微藻細胞包裹其中而有助于微藻采收，作為其中的一個典型代表，地衣是自然環(huán)境中常見的微藻和真菌的共生體?！吨袊鴩业乩黼s志》把地衣比喻為一個“組裝家庭”：真菌把微藻包裹在真菌體內(nèi)靠近上皮層的部位，并為微藻提供水分和礦物質(zhì)，微藻則把糖類回饋給真菌，形成優(yōu)勢互補的共生系統(tǒng)。然而，這種共生關(guān)系的具體機理尚不完全清楚，還需進一步的研究，圖1是地衣的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 地衣的結(jié)構(gòu)

(http://www.dili360.com/nh/article/p5350c3d9c97b298.htm)

圖2 菌-藻顆粒形成的過程圖[23]

A：待收獲的微藻；B：添加能成球的真菌孢子；C：部分微藻細胞以菌-藻球體的形式聚集；D：所有微藻細胞以菌-藻球體的形式聚集，可通過簡單過濾法收獲

受到地衣中微藻與真菌共生關(guān)系的啟發(fā)，Zhou等[22-23]研發(fā)了一種新型絲狀真菌介導(dǎo)的微藻絮凝采收技術(shù)，通過真菌和微藻共生成球易沉降的特性來實現(xiàn)微藻采收的目的，如圖2所示。在此技術(shù)基礎(chǔ)上，本實驗室研究了以成球真菌為生物質(zhì)載體來實現(xiàn)小球藻的固定化和采收，發(fā)現(xiàn)在不同pH值下，真菌菌絲球?qū)ξ⒃宓奈叫Ч忻黠@差異。結(jié)果表明：在pH=4的條件下，2.5 h內(nèi)菌絲球?qū)π∏蛟宓奈叫蔬_到96%以上(圖3)。

利用絮凝性絲狀真菌與微藻共生成球采收微藻的方法在近年來受到越來越廣泛的關(guān)注，有報道稱利用擬盤多毛孢菌(Pestalotiopsisversicolor)可采收布朗葡萄藻(Botryococcusbraunii)[9]；Zhang等[47]將黑曲霉孢子與小球藻共培養(yǎng)3 d，不僅成功采收小球藻(Chlorellasp.)，還顯著提高了藻細胞內(nèi)總脂肪酸含量。然而并非所有絲狀真菌都能獲得很好的收獲效果，有的真菌甚至不能與微藻產(chǎn)生絮凝現(xiàn)象[47]，目前研究較為廣泛的絲狀真菌有曲霉屬(Aspergillussp.)、氣球菌屬(Aerococcussp.)、白緣皺孔菌屬(Leucogyrophanasp.)、和小克銀漢霉屬(Cunninghamellasp.)等[47-49]。

圖3 不同pH值下的真菌菌絲球?qū)ξ⒃宓奈叫Ч?/p>

A：不同pH值條件下的微藻光密度值隨時間的變化；B：2.5 h時，不同pH值下的真菌菌絲球?qū)ξ⒃宓奈叫?/p>

絲狀真菌介導(dǎo)的生物絮凝法可通過多種方式實現(xiàn)，除了將絮凝性真菌與微藻共培養(yǎng)，還可將絮凝性真菌的混合培養(yǎng)液，或胞外抽取液以及分離純化后的胞外提取物作為絮凝劑來采收微藻(后者的添加方式需要單獨的培養(yǎng)系統(tǒng)，且后續(xù)分離和加工等環(huán)節(jié)成本較高)[14]。

絲狀真菌介導(dǎo)的生物絮凝有多重優(yōu)點，包括無需添加化學(xué)絮凝劑，操作簡單；絲狀真菌在與微藻培養(yǎng)過程中由于其菌絲纏繞易形成菌絲球，有利于傳質(zhì)傳氧，還可以進一步吸附微藻等。但在實際應(yīng)用中，該方法尚存在很多問題：1)絲狀真菌的絮凝時間長；2)與微藻自絮凝和細菌介導(dǎo)的生物絮凝相比，培養(yǎng)條件相對嚴苛；3)與細菌介導(dǎo)的生物絮凝法的問題相似，很多絲狀真菌是人類病原菌，一些絲狀真菌還可能在培養(yǎng)過程中產(chǎn)生毒素，給微藻的后續(xù)加工處理帶來巨大風(fēng)險等。目前已開展了利用食用菌采收微藻的相關(guān)研究，如平菇和小球藻可形成穩(wěn)定性良好的混合菌絲球[50]，且收獲的生物質(zhì)可直接用于食品、醫(yī)藥等產(chǎn)品的生產(chǎn)，該法的主要缺陷是食用菌生長速度過慢，使其應(yīng)用受到限制。

表2列舉了不同微藻生物絮凝采收法的比較。

表2 不同微藻生物絮凝方法的比較

2.4 其他生物絮凝法

除了微生物絮凝劑，一些植物提取物也可作為采收微藻的絮凝劑[51]，但上述利用植物絮凝劑采收微藻的方法在經(jīng)濟和技術(shù)上的要求相對較高，本文不做詳細討論。

3 微藻生物絮凝采收的影響因素

微藻生物絮凝采收效率與許多因素有關(guān)，主要取決于絮凝性微生物的種類，目標藻種和培養(yǎng)條件的不同也會導(dǎo)致絮凝效率的差異。在確定絮凝性微生物的種類后，目標藻種培養(yǎng)條件的依存性是不容忽視的。

3.1 目標藻種的類型

目前研究最廣泛的微藻主要有小球藻(Chlorellasp.)、柵藻(Scenedesmussp.)等淡水藻及海洋微綠球藻屬(Nannochloropsissp.)、新綠藻屬(Neochlorissp.)、顆石藻屬(Pleurochrysissp.)和海鏈藻屬(Thalassiosirasp.)等海水藻[22,25,27,36,38,43,45,52]。這些微藻種類不同，所需的培養(yǎng)條件也不同，部分藻種只能在自養(yǎng)條件下培養(yǎng)[53]，其他的則可在混養(yǎng)/異養(yǎng)條件下培養(yǎng)[22-23,47]。即使采用相同的絮凝微生物，微藻生物絮凝效率也會隨目標藻種的變化而變化[26-27,42]。

3.2 培養(yǎng)條件

3.2.1 絮凝性微生物投加比例

絮凝微生物投加比例也是影響微藻采收效率的一個重要參數(shù)，絮凝性微生物投加過少時，微藻采收效率低下；投加量過多時，成球顆粒數(shù)量多、尺寸小，不利于生物質(zhì)的采收及利用。研究表明，在微藻生物絮凝中，所需的絮凝性微生物的數(shù)量與目標藻種的尺寸有關(guān)。小型藻細胞的比表面積較大，所需生物絮凝劑的量較多[54]。

Zhou等[22]研究發(fā)現(xiàn)利用真菌作為絮凝性微生物采收微藻時，真菌孢子投加量為1.1×104個/mL時與微藻共生成球的效果最好。值得注意的是，在菌-藻共培養(yǎng)過程中，菌株會與微藻競爭營養(yǎng)物質(zhì)，不利于微藻生物量的累積，且過多的絮凝性微生物會給后續(xù)處理增加難度[55]。因而，選擇適宜的絮凝性微生物投加比例對于微藻的采收至關(guān)重要。

3.2.2 培養(yǎng)基類型

培養(yǎng)基的類型及老化程度會影響微藻生物絮凝的效率[56]。此外，研究表明培養(yǎng)基中的碳源種類對微藻采收效率也有重要影響：采用自絮凝藻株作為生物絮凝劑，一般只需要無機碳源；而以細菌和真菌為絮凝性微生物的生物絮凝則還需要有機碳源[57]。為降低微藻的培養(yǎng)成本，已開展利用廢水作為微藻培養(yǎng)基的相關(guān)研究，然而大量非目標微生物的引入會降低絮凝效果，加劇污染情況，從而嚴重降低目標產(chǎn)品的質(zhì)量[55]。

3.2.3 培養(yǎng)時間

對于微藻的自絮凝和細菌介導(dǎo)的生物絮凝，絮凝效率是由微藻或細菌分泌的EPS量決定的[56]。研究表明，在微藻的自絮凝中，EPS含量的峰值通常出現(xiàn)在微藻生長的最后階段，由此可推測，EPS的分泌量可能與培養(yǎng)基中微藻細胞的密度正相關(guān)[56]。

對于真菌介導(dǎo)的生物絮凝，真菌與微藻共生成球的效率是由真菌的表面特性決定的，成球時間一般在2 d左右。

3.2.4 其他

除上述因素之外，還有許多培養(yǎng)條件會對微藻的生物絮凝效果產(chǎn)生影響。1)pH值：pH值與微藻及絮凝性微生物的表面電荷有關(guān)系。微藻的自絮凝宜在中性條件下進行[26]；細菌介導(dǎo)的生物絮凝效果在堿性條件下更優(yōu)[6]；真菌形成菌-藻顆粒則通常需要酸性環(huán)境[22]。2)溫度和光照：溫度和光照是微藻生長和繁殖的基本要素，直接決定了微藻生物量，溫度對自絮凝微藻的 EPS分泌具有重要影響[58]，高溫刺激 EPS 的形成，低溫則對EPS 的形成產(chǎn)生抑制；除了溫度，充足的光照也是微藻EPS形成的有利因素[59]。3)目標微藻所處生長階段：目標微藻所處生長階段是另一個影響絮凝效率的參數(shù)[25]，通常將絮凝性微生物與對數(shù)生長末期的微藻混合培養(yǎng)可獲得較好的絮凝效果[60]。4)攪動速率：攪動速率直接影響混合強度，混合強度的不同會引起剪切應(yīng)力的不同，進而影響菌-藻顆粒成形效果，一般在無攪拌時，菌-藻不會形成顆粒球體；另外，攪動速率對成球顆粒的尺寸也有影響[22]。5)重金屬和碳酸鹽：重金屬、碳酸鹽也可能對菌-藻顆粒成形有重要影響，目前此方面的報道較少，有待進一步研究[22]。

4 結(jié)論與展望

微藻采收階段成本占微藻培養(yǎng)總成本比例較高，嚴重制約了微藻的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。目前微藻的采收方法主要包括自然沉淀、化學(xué)及物理絮凝沉淀、氣浮、過濾、離心等，這些傳統(tǒng)方法在技術(shù)及經(jīng)濟性上存在不足，難以滿足實際大規(guī)模生產(chǎn)的需求。微藻的生物采收法是一種以微藻自絮凝法、細菌介導(dǎo)的生物絮凝法、絲狀真菌介導(dǎo)的生物絮凝法為主體的技術(shù)方法，相比于傳統(tǒng)方法，具有以下優(yōu)勢：1)無需添加化學(xué)藥劑，對環(huán)境無二次污染； 2)易于操作且能顯著降低能耗。影響微藻生物絮凝效率的因素非常復(fù)雜，包括絮凝微生物和目標藻種的種類以及培養(yǎng)條件等，為進一步提高微藻生物絮凝的效率，需要深入研究這些影響因素間的相互關(guān)系。

盡管微藻生物采收優(yōu)勢突出，但在實際應(yīng)用中尚存在一些不足：微藻的自絮凝法可靠性低；細菌或絲狀真菌介導(dǎo)的生物絮凝容易造成微生物污染；真菌與微藻的共生機制還有待進一步研究等。為解決上述問題，微藻生物采收技術(shù)需在以下方面尋求突破：1)針對微藻的不同應(yīng)用選擇適宜的絮凝性微生物，降低微生物污染對微藻應(yīng)用的影響；2)優(yōu)化共培養(yǎng)條件，減少微藻收獲所需時間；3)對真菌與微藻的共生機制進行深入研究，為微藻采收提供新思路。此外，利用基因工程提取出絮凝性菌株的有效基因，并在微藻細胞中表達，也是一個有前景的研究方向。

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Status and prospects of microalgae harvesting with biological flocculation

FAN Hua1, HAN Pei1, WANG Jing-han2, LI Kun1, LI Jun1, ZHOU Wen-guang1

(1. Key Laboratory of Poyang Lake Environment and Resources Utilization, Ministry of Education School of Resources,Environmental & Chemical Engineering, Nanchang University, Nanchang 330031; 2. Environmental Simulation and Pollution Control State Key Joint Laboratory, State Environmental Protection Key Laboratory of Microorganism Application and Risk Control (SMARC), School of Environment, Tsinghua University, Beijing 100084, China)

Microalgae are important photosynthetic microorganisms playing important roles in energy conversion and carbon cycle. At present, algae biotechnology is mainly used in carbon fixation and pollution control, production of bio-energy, food, medicine, feed, and other value-added by-products, etc. However, there are still many technical bottlenecks need to be addressed such as energy-intensive microalgae harvesting, which is one of the main obstacles that hinders microalgae industry. Traditional harvesting methods such as sedimentation, filtration, and centrifugation are either of low efficiency or high cost for microalgae harvesting due to low concentration in medium and the relatively small size of microalgal cells. Biological flocculation method, mediated through flocculating algae, fungi, bacteria and/or microbial flocculants extracted from microorganisms, is considered as one of the most promising techniques for algae harvesting due to advantages of high safety, high recovery efficiency, low fundamental investment， low operating energy consumption, and no secondary pollution to the environment, etc. This paper critically reviewed different microalgae harvesting methods with particular focus on the current status and prospects of biological flocculation.

microalgae; flocculating microorganisms; biological flocculation; harvesting

2016-12-10；

2017-02-20

國家自然基金(No.51668044)；江西省重點研發(fā)計劃(20161BBH80029)；江西省教育廳科學(xué)技術(shù)研究重點項目(150029)；第59批中國博士后科學(xué)基金(No. 2016M591188)

樊華，副教授，研究方向為污染防治

周文廣，博士，教授，研究方向為生物技術(shù)與微藻產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，E-mail: wgzhou@ncu.edu.cn

Q949.2

A

2095-1736(2017)02-0026-07

doi∶10.3969/j.issn.2095-1736.2017.02.026