微藻碳水化合物生產生物燃料的研究進展

趙永騰，李濤，徐軍偉，趙鵬，余旭亞

（昆明理工大學生命科學與技術學院，云南 昆明650500）

微藻碳水化合物生產生物燃料的研究進展

趙永騰，李濤，徐軍偉，趙鵬，余旭亞

（昆明理工大學生命科學與技術學院，云南 昆明650500）

化石能源的不可再生性和使用過程中造成的環境污染使開發新能源變得非常迫切。微藻因為生長速度快，固定二氧化碳能力強，碳水化合物積累量高，近年來成為生物燃料生產的研究熱點。微藻碳水化合物制備生物燃料極具潛力，但規?；囵B為制約其發展的瓶頸。本文總結了微藻碳水化合物的組成及代謝，介紹了微藻碳水化合物的酶水解、化學和超聲等預處理方法，比較分析了酶糖化和化學糖化特點，簡述了傳統的厭氧消化、活性污泥發酵技術用于微藻碳水化合物制備生物燃料的循環利用優勢，對微藻碳水化物制備生物液、氣態燃料的研究進展、經濟性和產業化前景進行了綜述。提出了微藻碳水化合物制備生物燃料需要以更經濟、有效的糖化和發酵技術為未來研發方向。

微藻；碳水化合物；發酵；生物燃料

Key words：microalgal；carbohydrates；fermentation；biofuel

由于化石燃料的開采使用使得環境污染、經濟問題日益嚴峻，研發清潔、可再生能源變得尤為重要，特別是發展中國家，新能源需求更為迫切[1]。用于生產生物柴油后的微藻藻渣仍含有一定量的蛋白質和碳水化合物，可利用這些蛋白質和碳水化合物發酵來生產生物燃料[2]。作為傳統化石燃料的替代能源，乙醇、氫氣、甲烷等燃燒時只產生水和二氧化碳，是較為清潔的生物燃料[3]。本文就微藻中碳水化合物的組成、代謝以及微藻碳水化合物預處理、糖化和發酵生產生物燃料等研究進行了總結。

1 微藻中的碳水化合物

1.1 微藻中碳水化合物組成

微藻的細胞壁分為內層細胞壁和外層細胞壁，總體可分為3部分，胞間層、初生壁和次生壁。外層的細胞壁成分因藻種的不同而形態各異，通常由多糖組成，例如果膠、瓊脂和藻酸鹽。微藻細胞壁內層主要是纖維素、半纖維素和其他物質[4]。淀粉和多糖都可以轉化為微生物發酵產乙醇所需的糖。

1.2 微藻中碳水化合物代謝

微藻中碳水化合物的積累源于微藻吸收二氧化碳進行光合作用，這一生物反應過程即卡爾文循環，通過ATP/NADPH將空氣中的二氧化碳轉化為葡萄糖和其他糖[5]。研究表明，三磷酸甘油不僅是合成三?；视偷那绑w，也用于合成葡萄糖，故微藻油脂和淀粉的合成存在競爭關系。因此，為了提高碳水化合物類微藻生產生物燃料的產量，就必須研究和調控微藻碳水化合物積累、代謝，如增加葡聚糖的積累和減少淀粉的降解[6]。

除了細胞質體內的淀粉外，微藻細胞壁上還存在另一個富含碳水化合物的區域。微藻種類不同，其細胞壁成分各異，其中纖維素是綠藻中最主要的碳水化合物。纖維素合成是一個較為復雜的過程，包括很多酶解反應。合成纖維素的原始底物為UDP-葡萄糖，而UDP-葡萄糖是在蔗糖合酶的作用下催化UDP和果糖反應的產物[7]。

2 微藻作為生產生物燃料的原料的特點

生物燃料生產的傳統原料一般為糖、谷物和含油作物。糖和淀粉類原料很容易發酵而且具有很高的生物燃料轉化率。然而，受到地域和氣候的限制，又因大部分谷物和植物油脂要用于全球日益增多的人和牲畜的食物，故傳統生物燃料生產的原料受到很大限制[8-10]。通過木質纖維素生產生物燃料比用糖和淀粉類谷物更經濟，但若要達到大規模生產仍需5～10年的發展[11]，且需要大量的可耕種土地甚至山區土地來培養草本能源植物。

然而，微藻可以通過很好的光合作用效率來解決這一問題，與其他生物質相比，微藻細胞的光合作用可較易獲得生物質[12]。一些微藻在細胞壁中包含大量的碳水化合物和質體[13]，這些均可作為發酵的底物。此外，一些藻種在特定條件下可以積累大量的油脂作為制備生物柴油的原料[14]。利用微藻作為生物燃料的原料比傳統原料有很多優勢，微藻生長較快且生物量大[15]。微藻碳水化合物中木質素和半纖維素的含量較低，如微藻Chlorococumsp.生物質用于發酵生產生物乙醇[1]，減少預處理。微藻在生長過程中可以有效利用二氧化碳，減少溫室氣體的排放，可利用海藻固定二氧化碳和油脂的生產[16]，以及利用微藻C. vulgaris固定二氧化碳和生產生物乙醇[17]。微藻對生存環境要求不嚴，既可生長在淡水也可在海水中，如海洋微藻Nannochloropsissp. F&M-M24和Tetraselmis suecicaF&M-M33用于生產油脂[18]，此外其副產品可作為其他生物煉制的原料。簡言之，微藻是一種有效、可循環利用、可再生的生物燃料原料。但是，微藻的培養規模以及微藻的生長速率是制約微藻工業化發展的瓶頸[19]。之前的藻類油脂產品主要局限于具有營養價值的脂肪酸， 而不是用于生產生物燃料。并且只有少數種類的藻類投入了商業生產， 因而對于微藻大規模培養的可借鑒性數據十分有限。此外，微藻采集過程相對繁瑣，微藻生物質轉化為生物燃料的技術欠佳[20]，生產成本也相對較高。因此要從提高生物燃料產率和降低生產成本上開展重點研究。

3 微藻中碳水化合物生產生物燃料的工藝

3.1 預處理

將微藻中的油脂提取之后，可以利用酶水解、熱堿和超聲等對其進行預處理，再發酵生產生物燃料。Ellis等[21]研究利用廢水培養的Clostridium saccharoperbutylacetonicum N1-4微藻生物質發酵生產丙酮-丁醇-乙醇，他們發現適當的預處理和酶水解可以有效的提高丙酮、丁醇和乙醇混合物（ABE）的產量，當加入1% 葡萄糖時ABE的總產量可以提升1.6倍，ABE最高的產量和產率分別為0.311 g/g和0.102 g/(L·h)。而通過熱堿在100 ℃下預處理提油后的微藻藻渣，1 g微藻藻渣可得到的最高氫氣產量為45.54 mL，產氫量比未經預處理的微藻藻渣提高3倍[3]?；瘜W預處理可將微藻生物質中的碳水化合物轉化為糖從而來生產生物乙醇。如在110 ℃用3%的硫酸預處理微藻30 min，葡萄糖的產量為28.5 g/L，產率達到95%，而直接進行分開酵素水解和發酵的微藻，生物乙醇產量僅為29.2%[22]。由此可見，在進行微藻生物質轉化生物燃料之前，通過適當的預處理可以提高生物燃料的產率。

3.2 糖化

微藻生物質碳水化合物的主要成分為纖維素和淀粉，為了提高微藻中碳水化合物的利用率，需分解纖維素分子，水解葡聚糖單體的β-1-4-糖苷鍵和淀粉中的α-1-4-糖苷鍵。微藻的糖化與木質纖維素糖化相類似，差別在于微藻生物質缺乏木質纖維素，可進行簡單的預處理[1]。無機酸、堿、酶和經過加壓的熱水都可以將微藻中的糖分離出來[23]，總體上可分為兩類，酶糖化和化學糖化。纖維二糖酶、淀粉酶和葡萄糖糖化酶可用于水解微藻來獲得發酵糖。由于微藻中的纖維素都存在于細胞壁內層，而且只有少量的半纖維素，無木質素，所以在酶糖化過程中無需木素降解酶和木聚糖酶。另外，較其他木質纖維素糖化過程，藻類的纖維素糖化無需要酸、堿或者蒸氣的預處理，更簡單經濟。在水解微藻中的纖維素時，內切型β-1-4-葡聚糖酶將纖維素分解為小片段，而后外切型β-1-4-葡聚糖酶將這些小片段分解為纖維二糖和纖維糊精，最終在β-糖苷酶的作用下將這些纖維寡糖降解為葡萄糖[24]。微藻細胞中的淀粉降解過程為，淀粉酶先水解淀粉內的α-1-4-糖苷鍵產生糊精，再在葡糖糖化酶的作用下水解為葡萄糖和麥芽糖等。與化學水解相比，酶解具有能耗低、反應條件溫和、葡萄糖產率高、無影響發酵的副產物產生等優點[25]。Choi等[26]探究了兩種不同的酶對碳水化合物含量59.7% 的Chlamydomonas reinhardtii微藻生物質產生物乙醇的影響，結果表明， pH值4.5、溫度55 ℃時反應30 min，糖和微藻生物質轉化率到達0.57 g/g，并且在分開酵素水解和發酵過程中產生物乙醇有很高的效率?；瘜W糖化特點是反應速度快，但通常反應條件強烈，需高溫、高壓、強酸、強堿等，在反應過程中還會產生糠醛和5-羥甲基糠醛等副產物，它們不僅會抑制發酵產生物乙醇，還會增加下游廢水處理的成本，所以必須選擇合適的條件來減少抑制型副產物的產生并提高反應效率[27]。0.75% 的氫氧化鈉于120 ℃處理C. Infusionum30 min，每克微藻生物質最終可產0.35 g糖[1]。此外，3% 硫酸于100 ℃水解微藻生物質30 min，糖最高得率為95%[28]。這些研究結果表明，化學水解微藻生物質產糖從而生產生物乙醇已經較為成熟，且通過化學糖化微藻生物質產糖從而轉化為生物乙醇具有更高的效率，而且更加簡單和經濟。但是利用酸堿水解時糖的產量可能低于酶糖化時糖的產量。

3.3 微藻中碳水化合物發酵生產生物燃料

微藻可以積累豐富的油脂或碳水化合物，從而可以用來生產生物燃料，如乙醇、丁醇等液態燃料和氫氣、甲烷等氣態燃料[29-30]。在對微藻生物質進行一定的預處理之后，多采用油脂提取后的微藻藻渣進行傳統的消化、活性污泥發酵技術生產生物燃料。此外，發酵過程中產生的二氧化碳足以維持微藻的生長和碳水化合物的積累，碳水化合物豐富的微藻再用于發酵產生物乙醇的原料，這樣就可以有效的減少二氧化碳的排放并提高二氧化碳的重復利用率。如利用微藻C. vulgaris的生物質作為原料生產發酵生物乙醇，乙醇得率可達到65%[17]。綠藻Dunaliella tertiolecta和C. reinhardtiiwere發酵生產氫氣，氫氣的最大得率分別為61% 和25%[31]。利用微藻生物質發酵生產生物燃料，雖然發酵的時間短、減少了外部微生物的污染，但仍需提高轉化階段的生產率以及降低生產成本[32]。

3.3.1 液態生物燃料

富含碳水化合物的微藻作為生產生物乙醇的原料，在發酵生產乙醇中會產生大量二氧化碳，可用來培養碳水化合物豐富的微藻[33]。此外，在微藻中碳水化合物的含量通常高于油脂含量，但后者的積累需要復雜的轉化過程，而碳水化合物的生產易通過光合作用實現[6]，這也是利用微藻生產生物乙醇優于生物柴油之所在。

淀粉是微藻細胞中最主要的碳水化合物，比如Chlorella，Dunaliella，Chlamy-domonas和Scenedesmus等藻種細胞干重淀粉量超過50%[34]。酶水解法仍是淀粉類微藻發酵生產生物乙醇采用的水解方法。微藻生物質作為初始原料，可以充分利用現有的技術和設備。除了作為原料外，微藻細胞中的淀粉在無光照和無氧條件下可直接轉化為乙醇，盡管生物乙醇的產率和產量都比較低[35]，這種反應能有效地解釋微藻細胞在黑暗條件下還能進行光和作用基本代謝的原因，而不僅僅把注意力集中在生物乙醇的實際運用上。Choi等[26]證明通過分開酵素水解和發酵C. reinhardtii UTEX90，1 g生物質可以產0.23 g生物乙醇?；瘜W糖化通常有較高的產糖率，但是水解含糖微藻生物質時在預處理階段必須消除一些對發酵產生抑制作用的副產物。

丁醇是用微藻中碳水化合物生產的另一種液態燃料。現在生產丁醇最常用的的方法是以石油為原料進行化學合成[36]，很多學者致力于利用傳統碳源像生產乙醇一樣生產生物丁醇。但是與生物乙醇相比，發酵生產丁醇效率和產量都比較低，這主要是由于現有的代謝途徑生產生物丁醇時產生了一些具有抑制作用的副產物，尤其是丙酮、乙醇和其他有機酸[37]。理論上，如果能保證發酵副產物僅為二氧化碳和氫氣，那么生物丁醇的最大產率為每克葡萄糖可生產0.41 g丁醇，即使這樣仍然低于生產乙醇的理論產量。

通過丁醇梭菌的糖化結果看，與生產生物乙醇相比，利用微藻細胞中淀粉生產生物丁醇的過程相對簡單。在丁醇梭菌存在下，糖化生產丁醇時無需用淀粉酶使淀粉液化，也不用葡糖糖化酶糖化糊精。利用微藻碳水化合物生產生物丁醇的研究進展有限，而多見于利用海藻生產丁醇的報道[38]。除了可以利用微藻中淀粉轉化生產生物丁醇外，微藻中的纖維素在水解過程也可以轉化為丁醇。但是目前為止還沒有利用微藻生物質中的纖維素生產生物丁醇的報道。在丁醇梭菌的存在下通過發酵含有淀粉和纖維素的微藻生物質有可能會使生物丁醇的產量呈上升趨勢[39]。

3.3.2 氣態燃料

除了利用微藻中碳水化合物生產液態燃料外，氣態燃料，如甲烷、氫氣也可以通過有氧或者無氧發酵微藻生物質來生產。甲烷發酵通過有機廢物或者是廢水，特別是復雜材料的降解物來厭氧消化，因此微藻生物質也可以作為一種合適的甲烷發酵底物，但是產氫效率非常低[40]。

與利用谷物類原料一樣，微藻生物質也可用來生產甲烷。木薯發酵產生物乙醇的有機廢棄物可用來厭氧消化制取甲烷，微藻藻渣也可以用來生產甲烷，甲烷的含量超過60%，所產生的硫含量少，降低了對反應器的腐蝕[41]。共同消化微藻生物質和廢紙可以提高甲烷產量[42]。此外，將其他有機材料和微藻生物質共同消化可以提高它們的消化效率。

氫氣是通過消化微藻生物質來生產另一種氣態燃料。作為高效、清潔能源，氫氣已逐步發展成為新的能源載體，特別是作為燃料可以直接用來發電[43]。近來，已有較多研究關注利用微藻生產沼氣[44]。然而，值得一提的是，單純厭氧消化過程制取氣態燃料不具有經濟競爭力，應考慮產出微藻高等級的生物燃料后（如生物乙醇、生物柴油和生物丁醇），再次利用微藻藻渣進行開發利用，形成微藻生物煉制的完整閉環[45]。

利用微藻生產生物燃料的經濟可行性是決定市場的需求量和社會的認可度。微藻生物燃料要與化石燃料具有競爭性，除了具有自身的優勢外，還需要降低生產的成本和節約能源的投入。微藻的生產成本取決于生產的規模和生產體系，就目前看微藻生物燃料的成本無法與其他化石燃料相比，且其價格較高于化石燃料。這樣就導致市場的需求量不高，加之政府的支持不夠，無法推動微藻生產生物燃料的發展，最終無法產業化[46-47]。要想使其產業化，應將技術改進與篩選優良菌種想結合，同時利用遺傳與代謝工程改造微藻的生理和代謝途徑，這樣才能對提高微藻生產生物燃料的經濟可行性具有重要作用[6]。

4 總結與展望

在合適的培養條件下，微藻細胞可以積累超過50% 的碳水化合物，簡單的預處理后較易糖化，與木質纖維素為原料生產生物燃料、生物煉制相比，微藻更具競爭力。了解微藻碳水化合物的基本代謝途徑是提高增加碳水化合物生產率的一個先決條件，然后再通過操縱代謝途徑的主要因素進行優化，如光照、氮源缺乏、溫度和二氧化碳等。此外，為提高微藻生物質轉化為生物燃料的效率，需要更經濟、有效的糖化和發酵技術。為了滿足生物燃料市場的需求，應當設計與開發能大規模培養碳水化合物含量高的微藻的光生物反應器。對基于微藻生物燃料生產系統的經濟可行性和生命周期應進行評估，而基于微藻碳水化合物轉換成各種生物燃料產品的商業可行性同樣需要進行系統評價。

[1] Harun R，Danquah M K，Forde G M. Microalgal biomass as a fermentation feedstock for bioethanol production[J].Journal ofChemical Technology and Biotechnology，2010，85（2）：199-203.

[2] Yang Z，Guo R，Xu X，et al. Hydrogen and methane production from lipid-extracted microalgal biomass residues[J]. International Journal of Hydrogen Energy，2011，36（5）：3465-3470.

[3] Yang Z，Guo R，Xu X，et al. Enhanced hydrogen production from lipid-extracted microalgal biomass residues through pretreatment[J]. International Journal of Hydrogen Energy，2010，35（18）：9618-9623.

[4] Yamada T，Sakaguchi K. Comparative studies on Chlorella cell walls：Induction of protoplast formation[J]. Archives of Microbiology，1982，132（1）：10-13.

[5] Nelson D L，Cox M M. Lehninger's Principles of Biochemistry[M]. New York：W H Freeman and company，2005.

[6] Radakovits R，Jinkerson R E，Darzins A，et al. Genetic engineering of algae for enhanced biofuel production[J]. Eukaryotic Cell，2010，9（4）：486-501.

[7] Kimura S，Kondo T. Recent progress in cellulose biosynthesis[J]. Journal of Plant Research，2002，115（4）：297-302.

[8] Goldemberg J. Ethanol for a sustainable energy future[J]. Science，2007，315（5813）：808-810.

[9] Naylor R L，Liska A J，Burke M B，et al. The ripple effect：Biofuels，food security，and the environment[J]. Environment：Science and Policy for Sustainable Development，2007，49（9）：30-43.

[10] Leung D Y C，Wu X，Leung M K H. A review on biodiesel production using catalyzed transesterification[J]. Applied Energy，2010，87（4）：1083-1095.

[11] Graham-Rowe D. Agriculture：Beyond food versus fuel[J]. Nature，2011，474（7352）：S6-S8.

[12] Dismukes G C，Carrieri D，Bennette N，et al. Aquatic phototrophs：Efficient alternatives to land-based crops for biofuels[J]. Current Opinion in Biotechnology，2008，19（3）：235-240.

[13] Rismani-Yazdi H，Haznedaroglu B，Bibby K，et al. Transcriptome sequencing and annotation of the microalgae Dunaliella tertiolecta：Pathway description and gene discovery for production of next-generation biofuels[J]. BMC Genomics，2011，12（1）：148.

[14] Chisti Y. Biodiesel from microalgae[J]. Biotechnology Advances，2007，25（3）：294-306.

[15] Markou G，Angelidaki I，Georgakakis D. Carbohydrate-enriched cyanobacterial biomass as feedstock for bio-methane production through anaerobic digestion[J]. Fuel，2013，111：872-879.

[16] Chen Y. Microalgal CO2sequestration and lipid production：A biochemical and physiological insight on two marine species[D]. UK：University of Sheffield，2013.

[17] Hirano A，Ueda R，Hirayama S，et al. CO2fixation and ethanol production with microalgal photosynthesis and intracellular anaerobic fermentation[J]. Energy，1997，22（2）：137-142.

[18] Bondioli P，Della Bella L，Rivolta G，et al. Oil production by the marine microalgae Nannochloropsis sp. F&M-M24 and Tetraselmis suecica F&M-M33[J]. Bioresource Technology，2012，114：567-572.

[19] 黃雄超，牛榮麗. 利用海洋微藻制備生物柴油的研究進展[J]. 海洋科學，2012，36（1）：108-116.

[20] 郝宗娣，楊勛，時杰，等. 微藻生物柴油的研究進展[J]. 上海海洋大學學報，2013，22（002）：282-288.

[21] Ellis J T，Hengge N N，Sims R C，et al. Acetone，butanol，and ethanol production from wastewater algae[J]. Bioresource Technology，2012，111：491-495.

[22] Nguyen T A D，Kim K R，Kim M S，et al. Thermophilic hydrogen fermentation from Korean rice straw by Thermotoga neapolitana[J]. International Journal of Hydrogen Energy，2010，35（24）：13392-13398.

[23] Van de Vyver S，Peng L，Geboers J，et al. Sulfonated silica/carbon nanocomposites as novel catalysts for hydrolysis of cellulose to glucose[J]. Green Chemistry，2010，12（9）：1560-1563.

[24] Soni R，Nazir A，Chadha B S. Optimization of cellulase production by a versatile Aspergillus fumigatus resenius strain （AMA） capable of efficient deinking and enzymatic hydrolysis of Solka floc and bagasse[J]. Industrial Crops and Products，2010，31（2）：277-283.

[25] Cara C，Moya M，Ballesteros I，et al. Influence of solid loading on enzymatic hydrolysis of steam exploded or liquid hot water pretreated olive tree biomass[J]. Process Biochemistry，2007，42（6）：1003-1009.

[26] Choi S P，Nguyen M T，Sim S J. Enzymatic pretreatment of Chlamydomonas reinhardtii biomass for ethanol production[J]. Bioresource Technology，2010，101（14）：5330-5336.

[27] Mussatto S I，Dragone G，Guimar?es P M R，et al. Technological trends，global market，and challenges of bio-ethanol production[J]. Biotechnology Advances，2010，28（6）：817-830.

[28] Nguyen M T，Choi S P，Lee J，et al. Hydrothermal acid pretreatment of Chlamydomonas reinhardtii biomass for ethanol production[J]. Journal of Microbiology and Biotechnology，2009，19（2）：161-166.

[29] Wijffels R H，Barbosa M J. An outlook on microalgal biofuels[J]. Science，2010，329（5993）：796-799.

[30] Chen C Y，Zhao X Q，Yen H W，et al. Microalgae-based carbohydrates for biofuel production[J]. Biochemical Engineering Journal，2013，78：1-10.

[31] Kawaguchi H，Hashimoto K，Hirata K，et al. H2production from algal biomass by a mixed culture of Rhodobium marinum A-501 and Lactobacillus amylovorus[J]. Journal of Bioscience and Bioengineering，2001，91（3）：277-282.

[32] Lin Y，Tanaka S. Ethanol fermentation from biomass resources：Current state and prospects[J]. Applied Microbiology and Biotechnology，2006，69（6）：627-642.

[33] Ho S H，Chen C Y，Lee D J，et al. Perspectives on microalgal CO2-emission mitigation systems——review[J]. Biotechnology Advances，2011，29（2）：189-198.

[34] Ueda R，Hirayama S，Sugata K，et al. Process for the production of ethanol from microalgae：US，5578472[P]. 1996-11-26.

[35] Ueno Y，Kurano N，Miyachi S. Ethanol production by dark fermentation in the marine green alga，Chlorococcum littorale[J]. Journal of Fermentation and Bioengineering，1998，86（1）：38-43.

[36] Lee S Y，Park J H，Jang S H，et al. Fermentative butanol production by clostridia[J]. Biotechnology and Bioengineering，2008，101（2）：209-228.

[37] GHeshlaghi R，Scharer J M，Moo-Young M，et al. Metabolic pathways of clostridia for producing butanol[J]. Biotechnology Advances，2009，27（6）：764-781.

[38] Sangha A K，Petridis L，Smith J C，et al. Molecular simulation as a tool for studying lignin[J]. Environmental Progress & Sustainable Energy，2012，31（1）：47-54.

[39] Liu Z，Ying Y，Li F，et al. Butanol production by Clostridium beijerinckii ATCC 55025 from wheat bran[J]. Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology，2010，37（5）：495-501.

[40] Benemann J R. Hydrogen production by microalgae[J]. Journal of Applied Phycology，2000，12（3-5）：291-300.

[41] Zamalloa C，Vulsteke E，Albrecht J，et al. The techno-economic potential of renewable energy through the anaerobic digestion of microalgae[J]. Bioresource Technology，2011，102（2）：1149-1158.

[42] Yen H W，Brune D E. Anaerobic co-digestion of algal sludge and waste paper to produce methane[J]. Bioresource Technology，2007，98（1）：130-134.

[43] Das D，Veziro?lu T N. Hydrogen production by biological processes：A survey of literature[J]. International Journal of Hydrogen Energy，2001，26（1）：13-28.

[44] Collet P，Hélias A，Lardon L，et al. Life-cycle assessment of microalgae culture coupled to biogas production[J]. Bioresource Technology，2011，102（1）：207-214.

[45] Mussgnug J H，Klassen V，Schlüter A，et al. Microalgae as substrates for fermentative biogas production in a combined biorefinery concept[J]. Journal of Biotechnology，2010，150（1）：51-56.

[46] Pienkos P T，Darzins A. The promise and challenges of microalgalderived biofuels[J]. Biofuels，Bioproducts and Biorefining，2009，3（4）：431-440.

[47] Lardon L，Hélias A，Sialve B，et al. Life-cycle assessment of biodiesel production from microalgae[J]. Environmental Science & Technology，2009，43（17）：6475-6481.

Research progress of microalgae-based carbohydrates for biofuel production

ZHAO Yongteng，LI Tao，XU Junwei，ZHAO Peng，YU Xuya
（Faculty of Life Science and Biotechnology，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650500，Yunnan，China）

Environmental pollution and the utilization of unrenewable fossil energy source encourage people to explore new energy source. Recently，more attentions have been paid to microalgae-based carbohydrates for biofuel production due to the fast growth，the efficient carbon dioxide fixation and the high carbohydrate accumulating potential of microalgae. Utilization of microalgal-based carbohydrates feedstock for biofuel production has the great potential，but culture scale-up becomes development bottleneck. In this paper，the composition and metabolism of microalgal-based carbohydrates are summarized. The methods of the pretreatment of microalgal-based carbohydrates are introduced，such as hydrolyzation，chemical，ultrasound and so on. In addition，the characteristics of enzymatic and chemical saccharification are comparatively analyzed. Recycling advantages of traditional anaerobic digestions and activated sludge fermentation methods with microalgae carbohydrates for biofuel production are resumed. Moreover，research progress in microalgal-based carbohydrates in producing liquid，gaseous biofuels，economy and industrialization foregrounds are reviewed. Finally，the paper makes a primary summary that more economical，efficient saccharification and fermentation technology shall be the future focus of research and development in microalgal-based carbohydrates for biofuel production.

TK 09

A

1000-6613（2014）04-0878-06

10.3969/j.issn.1000-6613.2014.04.015

2013-10-28；修改稿日期：2013-11-26。

國家自然科學基金（21266013）及云南省自然科學基金（2010CD028）項目。

趙永騰（1989—），男，碩士研究生。E-mail 18314485014@ 139.com。聯系人：余旭亞，副教授，碩士研究生導師，主要從事生物質能研究。E-mail yuxuya@gmail.com。