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1 成果簡介原料油脂費用占生物柴油生產成本的 80％以上，目前原料油脂價格高居不下并不斷上漲，制約了生物柴油產業(yè)化和商業(yè)化。國內外生產生物柴油的主要原料是大豆油、菜籽油、花生油、棕櫚油、地溝油等。它們與農業(yè)爭地，與食品及飼料爭原料，單位生物量的產油率低，生產周期長，消耗大量的水資源、化肥和能源。 清華大學發(fā)明了微藻異養(yǎng)發(fā)酵生產生物柴油的新技術，其技術特征在于：通過對一種特別藻株特殊品系的篩選和代謝途徑的改變，Chlorella protothecoides 0710 strain 由光合自養(yǎng)轉變?yōu)榛墚愷B(yǎng)，細胞由綠變黃，生長繁殖更快，油脂含量提高 3－4 倍，達細胞干重的 61％以上。又將工業(yè)界成熟的發(fā)酵技術應用于高油脂異養(yǎng)微藻的生產，進一步提高發(fā)酵規(guī)模和細胞密度，現細胞發(fā)酵密度超過了 100 g/L，獲取了大量異養(yǎng)干藻粉后提取油脂，經轉酯化反應生成了高質量的生物柴油。 該技術的創(chuàng)新點： （ 1）發(fā)明了微藻異養(yǎng)發(fā)酵生產生物柴油新技術，打通了以糖、淀粉、有機廢水、二氧圖1 吉化工程新型塔及常規(guī)塔運行外觀 圖2 慶陽石化工程新型塔（ 左側） 及常規(guī)塔（ 右側）運行外觀化碳等為原料、工業(yè)自動化條件下高效生產生物柴油的新途徑； （ 2）異養(yǎng)藻細胞發(fā)酵產量和油脂含量不斷創(chuàng)造新高（ 細胞干重 100 g/L，含油量 60％），提高了該技術工業(yè)化生產的經濟性。 （ 3）在發(fā)酵前引入利用 CO2和光合作用來減少糖或淀粉的消耗，降低成本同時減少溫室氣體的排放。該技術獲 3 項國家發(fā)明專利和 2007 年全國發(fā)明大會獎。2 應用說明應用目標：與有實力的企業(yè)界合作，在工業(yè)化規(guī)模上進一步降低微藻發(fā)酵過程的成本，實現該技術的商業(yè)化運作。 主要生產原料為以下 4 類之一：（ 1）二氧化碳；（ 2）甜高粱、甘蔗等糖質原料；（ 3）或木薯、玉米等淀粉質原料；（ 4）或含糖有機廢水等。 生產設備：微藻培養(yǎng)池、光生物反應器、工業(yè)發(fā)酵設備及廠房為主。 生產消耗：電能、蒸汽等（無污染等環(huán)境問題）。 產品應用：微藻生物柴油質量好，應用范圍與目前市場上銷售的柴油完全相同。 投資風險：本技術創(chuàng)新性強，沒有前人的實踐、范例和經驗；通過工業(yè)化和規(guī)模化來實現進一步降低成本的目標；高技術、高投入、預期高回報的同時也存在投資風險。  圖 1 流程圖3 應用說明中國境內的生物柴油能源市場等。4 效益分析全世界油脂價格和液體燃料價格瘋狂上漲，對世界經濟、政治和國家安全等產生重大影響。實現本技術商業(yè)化運作的經濟效益和社會效益巨大。5 合作方式雙方共同合作，在工業(yè)化規(guī)模上進一步降低微藻發(fā)酵過程的成本，實現該技術的商業(yè)化運作。6 所屬行業(yè)領域能源環(huán)境。

微藻可以通過自身的光合作用高效固定二氧化碳，同時生產生物燃料以及高 附加值產品，已成為國內外技術開發(fā)的熱點。在微藻能源利用工藝流程中，用于 微藻培養(yǎng)的光生物反應器占總設備投資和運行成本的一半。由于相關研究工作的 缺乏，生物反應器受微藻光合效率、傳質以及光照的限制，體積大、占地寬、成 本高、產率和效率低。為了強化微藻光生物反應器中光傳遞，提高光分布的均勻 性，構建了內嵌空心導光管的新型平板式微藻光生物反應器，通過空心導光管的 引入實現了將光能導入反應器中光衰減嚴重區(qū)域，提高了反應器內藻細胞的產量。 在此基礎上，為了優(yōu)化反應器的光分布，設計了內置導光板的光生物反應器，并 將其用于工業(yè)化中常用的跑道池反應器中（如圖1所示），使微藻產量提到了 193. 33%,生物質產量達到2. 31g/L,油脂產量達到1258. 65mg/L。導光板目前工 藝成熟，成本低廉，對微藻無毒害作用，因此將其用于微藻產業(yè)化培養(yǎng)的跑道池 反應器中，基本不會增加建造及運營成本。按目前藻粉市場價來算，微藻150 元/千克，傳統跑道池反應器的收益為0.18元/升，而利用內置導光板的跑道池 光生物反應器可獲得0.35元/升的收益。同時，在工業(yè)化常用的管式反應器的基 礎上，創(chuàng)新性的提出了一種新型非連續(xù)光照管式光生物反應器，通過間斷遮光方 式，形成了反應器內明區(qū)和暗區(qū)的周期性分布，實現了微藻在反應器內流動時的 規(guī)律性明暗交替，從而觸發(fā)閃光效應，使微藻生長速率提高了 15%。 在微藻生長到穩(wěn)定期后，需對反應器中的微藻進行采收。傳統的采收方式包 括離心、絮凝、氣浮、膜過濾等，這些方法均耗能較多。為了降低采收成本，提出聚丙烯酸系高吸水性樹脂吸收培養(yǎng)基濃縮微藻，吸收后可通過高溫煙氣脫水回 收再利用。利用采收后的濕藻進行水熱液化的預處理方式，將藻細胞破壁，使細 胞內的多糖、蛋白質、油脂等析出并解聚成小分子的單糖、氨基酸、脂肪酸，之 后這些小分子物質經微生物發(fā)酵，產出甲烷、氫氣等高熱值的生物燃料。此外， 微藻破壁后，可直接經萃取等過程，得到硫代多糖、二十碳五烯酸（EPA）、二十 二碳六烯酸（DHA）、蝦青素等高附加值產品。其中，硫代多糖具有抗氧化、抗腫 瘤、抗炎、抗病毒等活性，并且可以作為抗凝血劑和免疫調節(jié)劑。EPA被稱為“血 管清道夫"，能促進循環(huán)系統的健康和防止膽固醇和脂肪在動脈壁上積聚，并對 治療由自身免疫缺陷引起的炎癥有效。DHA俗稱“腦黃金”，是神經系統細胞生 長及維持的一種主要成分，是大腦和視網膜的重要構成成分，在人體大腦皮層中 含量高達20%,在眼睛視網膜中所占比例最大約50%。蝦青素是已知氧自由基清 除能力最強的天然色素，其抗氧化能力是維生素E的1000倍，雨生紅球藻是最 佳的天然蝦青素來源，含量達到3%-5%,是目前唯一被美國FDA審核準許可用于 人類直接使用的蝦青素產品，我國于2010年批準納入食品新資源產品目錄。 針對微藻生物質高效能源化利用的問題，提出太陽能加熱實現微藻水熱預處理， 再利用水解液和固態(tài)殘渣厭氧發(fā)酵制取富氫甲烷氣，實現微藻全組分轉化利用， 并建立了中試系統（如圖2, 3）o通過太陽能水熱水解，微藻發(fā)酵產甲烷過程的 速率和轉化率得到顯著提升。

本發(fā)明提供了一種微藻水熱液化制取生物油的連續(xù)式反應系統及方法，通過設置兩級預熱器可以充分利用液化反應后的余熱，進而降低反應系統的整體能耗。此外該系統通過固液分離器、氣液分離器和離心機的聯合作用可以連續(xù)、高效地實現液化產物的分離，無需額外的有機溶劑對生物油進行分離。相比其他水熱液化系統，本發(fā)明系統運行費用低、產物分離徹底、系統連續(xù)性好，可以廣泛應用于微藻水熱液化生產生物油。

利用市政污水培養(yǎng)產油微藻可有效解決環(huán)境水污染和能源危機的雙重挑戰(zhàn)：微藻能夠利用市政污水中的碳、氮、磷等營養(yǎng)物質進行生長，并在細胞內積累油脂。降解污水中的污染物的同時提供了生產生物柴油的原料，極大限度地降低生物柴油的生產成本和污水處理廠的運營成本。通過對微藻能源生產工藝進行中試，構建微藻能源規(guī)模化集成系統，以實現各個單元之間高效率的耦合。其主要流程為：微藻培養(yǎng)、微藻收獲、微藻油脂提取與轉酯化。

本發(fā)明涉及生物質能利用技術，旨在提供平板氣升環(huán)流式養(yǎng)藻光合反應器及其進行微藻養(yǎng)殖的方法。該平板氣升環(huán)流式養(yǎng)藻光合反應器為箱型結構，箱型結構的頂部有一個直徑為3cm的開孔，內部通過隔板分隔成三塊區(qū)域，分別為中心流上升區(qū)和兩個兩側流下降區(qū)；該進行微藻養(yǎng)殖的方法包括步驟：接種微藻液體至平板氣升環(huán)流式養(yǎng)藻光合反應器中，在平板氣升環(huán)流式養(yǎng)藻光合反應器的一側設置光源，用氣泵向平板氣升環(huán)流式養(yǎng)藻光合反應器中送入的空氣或工業(yè)煙氣。本發(fā)明能形成一個旋轉的交替更迭的大渦流動，加強了氣液攪拌和物質傳遞，能夠明顯改善藻液流場和促進閃光效應，有利于提高微藻光合作用和生物質產量。

成果簡介：二十二碳六烯酸（DHA）是人體所必需的一種多不飽和脂肪酸，是大 腦細胞膜的重要構成成分，可輔助腦細胞發(fā)育，對治療高血脂癥、動脈粥樣硬化 178天津大學科技成果選編 等能起到有效作用。本課題組通過開發(fā)破囊壺菌高密度異養(yǎng)發(fā)酵生產二十二碳六 烯酸（DHA）關鍵工程化技術，篩選出高產 DHA 的破囊壺菌工業(yè)菌株 2 株。同 時優(yōu)化獲得了破囊壺菌生產 DHA 的工藝條件，批量發(fā)酵培養(yǎng)破囊壺菌，獲得 DHA 的提取技術，在分離純化 DHA 的基礎上，能夠進一步優(yōu)化中式技術，獲得高純 度（90%）DHA，實現商業(yè)價值。 成果水平： 國內領先，團隊專有技術 應用范圍：海洋生物能源與生物資源可持續(xù)發(fā)展利用技術，利用海洋微生物進行 高附加值、高產能的海洋生物能源開發(fā)（提取 DHA），主要可應用于海洋微藻產 氫產脂、生物醫(yī)藥、生物食品、保健等領域。 市場分析及前景：據統計目前市售食品級低濃度（22％-25％）DHA 價格在 26.9-36.5 萬元/噸；食品級高濃度 DHA（27％-30％）為 73-109.5 萬元/噸，而純 度為99.9％的DHA售價高達16.8萬美元/公斤。當前DHA的生產主要來自魚油， 普遍存在分離成本高、具有魚腥味、有污染物等問題。海洋微生物的不飽和脂肪 酸成分簡單，易于分離純化，用于發(fā)酵生產 DHA 可以有效解決利用魚油生產 DHA 的問題，降低 DHA 的生產成本，產業(yè)過程污染少，隨著國內消費者健康意 識的不斷提升以及購買力的提高，國內 DHA 的需求必將進一步增加，其開發(fā)應 用前景廣闊。 主要技術指標：分離得到 200 多株可培養(yǎng)的破囊壺菌菌株，獲得高產 DHA 和類胡蘿卜素的破囊壺菌工程菌株，如 Aurantiochytrium sp. PKU#SW7 和 Thraustochytriidae sp. PKU#Mn16，其 DHA 占細胞干重達 20%；另已獲得 4 株破 囊壺菌基因組二代測序結果；申請發(fā)表專利（破囊壺菌的分離純化培養(yǎng)，破囊壺 菌快速測定方法等）；獲得粗制 DHA 工藝技術。 投資規(guī)模：包括設備、資金、場地、人員等。 合作方式：技術轉讓等

自養(yǎng)型富油微藻具有光合作用效率高、環(huán)境適應能力強、生長周期短、生物產量高的特點，是理想的生物質能源材料。利用藻類生物質生產液體燃料對緩解人類面臨的糧食、能源、環(huán)境三大危機，有著巨大的潛力。本項目開發(fā)的富油舟形藻屬硅藻類，是富油潛力藻種之一。對原始藻種馴化和篩選后，在不補充CO2的情況下，以自養(yǎng)方式培養(yǎng)藻細胞，干重可達3.66g/L，生長周期15天，油含量達到40%以上，達到了國際先進水平。現完成實驗室3L規(guī)模的小試階段，500L規(guī)模的中試培養(yǎng)正在進行中，10噸級規(guī)模的光生物反應器正在建設投產，可年產960kg的干藻粉。更大規(guī)模的光生物反應器正在籌備之中。富油小球藻是本實驗室開發(fā)的第二個品種。以BG11為培養(yǎng)基，在100L光生物反應器中，優(yōu)化后的藻細胞自養(yǎng)培養(yǎng)，干重可達5.5g/L培養(yǎng)基，總油脂含量可達藻細胞干重的50%左右，達到國內外先進水平。已達到500L的中試培養(yǎng)規(guī)模，10噸級規(guī)模的光生物反應器正在建設投產。以年產10 M gallons生物柴油的投資成本計，約10年即可完全收回投資成本。自養(yǎng)型微藻的無機鹽占到總成本的60%以上。本項目已成功把沼氣發(fā)酵和小球藻的培養(yǎng)兩個體系進行偶聯，即利用沼氣發(fā)酵的沼液作為小球藻的培養(yǎng)基，同時把沼氣中的CO2作為微藻培養(yǎng)的CO2來源。偶聯后小球藻的各項指標和無機鹽培養(yǎng)相近。這樣既解決了微藻培養(yǎng)的培養(yǎng)基成本問題，又提高了沼氣的純度與質量，還減少了沼液的環(huán)境污染。已申請專利一項。

1 成果簡介原料油脂費用占生物柴油生產成本的 80％以上，目前原料油脂價格高居不下并不斷上漲，制約了生物柴油產業(yè)化和商業(yè)化。國內外生產生物柴油的主要原料是大豆油、菜籽油、花生油、棕櫚油、地溝油等。它們與農業(yè)爭地，與食品及飼料爭原料，單位生物量的產油率低，生產周期長，消耗大量的水資源、化肥和能源。 清華大學發(fā)明了微藻異養(yǎng)發(fā)酵生產生物柴油的新技術，其技術特征在于：通過對一種特別藻株特殊品系的篩選和代謝途徑的改變， Chlorella protothecoides 0710 strain 由光合自養(yǎng)轉變?yōu)榛墚愷B(yǎng)，細胞由綠變黃，生長繁殖更快，油脂含量提高 3~4 倍，達細胞干重的 61％以上。又將工業(yè)界成熟的發(fā)酵技術應用于高油脂異養(yǎng)微藻的生產，進一步提高發(fā)酵規(guī)模和細胞密度，現細胞發(fā)酵密度超過了 100 g/L，獲取了大量異養(yǎng)干藻粉后提取油脂，經轉酯化反應生成了高質量的生物柴油。 該技術的創(chuàng)新點： （ 1）發(fā)明了微藻異養(yǎng)發(fā)酵生產生物柴油新技術，打通了以糖、淀粉、有機廢水、二氧化碳等為原料、工業(yè)自動化條件下高效生產生物柴油的新途徑； （ 2）異養(yǎng)藻細胞發(fā)酵產量和油脂含量不斷創(chuàng)造新高（ 細胞干重 100 g/L，含油量 60％），提高了該技術工業(yè)化生產的經濟性； （ 3）在發(fā)酵前引入利用 CO2和光合作用來減少糖或淀粉的消耗，降低成本同時減少溫室氣體的排放。 該技術獲 3 項國家發(fā)明專利和 2007 年全國發(fā)明大會獎。2 應用說明與有實力的企業(yè)界合作，在工業(yè)化規(guī)模上進一步降低微藻發(fā)酵過程的成本，實現該技術的商業(yè)化運作。 主要生產原料為二氧化碳及以下 3 類之一：（ 1） 甜高粱、甘蔗等糖質原料；（ 2） 木薯、玉米等淀粉質原料；（ 3） 含糖有機廢水。 生產設備：微藻培養(yǎng)池、光生物反應器、工業(yè)發(fā)酵設備及廠房為主。 生產消耗：電能、蒸汽等（無污染等環(huán)境問題）。 產品應用：微藻生物柴油質量好，應用范圍與目前市場上銷售的柴油完全相同。 投資風險：本技術創(chuàng)新性強，沒有前人的實踐、范例和經驗；通過工業(yè)化和規(guī)模化來實現進一步降低成本的目標；高技術、高投入、預期高回報的同時也存在投資風險。3 應用范圍中國境內的生物柴油能源市場等。4 效益分析全世界油脂價格和液體燃料價格瘋狂上漲，對世界經濟、政治和國家安全等產生重大影響。5 合作方式（ 1） 合作研究開發(fā)：清華大學方投入前期的專利技術、成果、儀器、實驗室和研究人員，政府或企業(yè)方投入研發(fā)資金（至少若干百萬元起步）、設備和工程技術人員，雙方共同合作，在工業(yè)化規(guī)模上進一步降低微藻發(fā)酵過程的成本，實現該技術的商業(yè)化運作。雙方風險共擔，成果共享。 （ 2） 技術轉讓：清華大學方將前期的專利、技術、成果獨家轉讓給企業(yè)方，同時協助企業(yè)方完成進一步的研發(fā)、生產和商業(yè)化運作。企業(yè)方首先投入技術轉讓費用，享有對該技術的壟斷權。

為了探索行之有效的抑制藻類水華暴發(fā)的途徑，更好的了解藻類水華爆發(fā)的自然條件，就需要進行大量的實驗室模擬培養(yǎng)。但是作為水華爆發(fā)的主要藻類，微囊藻的實驗室純培養(yǎng)比較困難，特別是現有的培養(yǎng)基及培養(yǎng)條件很難達到實驗室純培養(yǎng)銅綠微囊藻的要求。為解決銅綠微囊藻實驗室純培養(yǎng)較困難的問題，本發(fā)明提供一種利于銅綠微囊藻生長的培養(yǎng)基及培養(yǎng)條件

本發(fā)明公開了一種利用微藻同時生產葉黃素和油脂的方法，包括以下步驟：(1)微藻細胞的收集；(2)微藻細胞的稱取；(21)葉黃素的提取進和(22)油脂的提取過程；同時設有對葉黃素和油脂提取順序對調的試驗以確定最優(yōu)化的提取順序和水平。本發(fā)明采用超聲波對微藻進行破碎，超聲波的空化效應和醇溶解作用具有更佳的協同效果，利于細胞的破碎機細胞內油脂成分擴散；利用甲醇—二氯甲烷作為提取溶劑，葉黃素的提取效果最佳，而且剩余藻體的油脂損失較少，通過對葉黃素的提取工藝進行正交優(yōu)化，在最優(yōu)工藝條件下得到的葉黃素提取率為94.59％，比優(yōu)化前提高了1.43倍，剩余藻體的油脂含量為32.56％，葉黃素提取前后原始小球藻油脂的脂肪酸組成基本上沒有變化。