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背景

近年来，能源过度消耗和使用化石燃料带来一系列环境问题，开发新的、对环境无害的非石油类能源及清洁可再生能源迫在眉睫。 生物柴油因其独特优越性，作为化石燃料潜在替代能源，其开发研究越来越受到研究者的关注和青睐。

目前，国内外对于生物柴油制备的研究主要集中于动、植物油或餐饮废弃油脂方面，但利用动植物油为原料成本高，其成本占总生产成本的70%~85%。以餐饮废弃油脂为原料，也存在原料难以收集和运输的困难，这些都严重制约了生物柴油的产业化进程，因此寻找一种廉价的原料成为了生物柴油产业化的关键。过去曾因为技术经济原因，单细胞油脂很少有规模化生产。但是，随着工业生物技术的发展，微生物油脂发酵从原料到过程都不断取得新进展。

微生物油脂(Microbialoils)又称单细胞油脂(single cell oils，sco)，是由酵母、霉菌、细菌和藻类微生物在一定条件下将碳水化合物、碳氢化合物和普通油脂等转化为微生物体内贮存的油脂，主要是由不饱和脂肪酸(PUFAs)组成甘油三酯(TAG)，其脂肪酸组成与植物油（如棕榈 油、大豆油、菜籽油等）相似，是以C16和C18为主脂肪酸，如硬脂酸，油酸，亚油酸和棕榈酸。微生物资源丰富，种类繁多，油脂含量高，其中一些种类可合成高达50％～70％的油脂，且产油微生物还具有碳源利用广谱，生长速度快，不受季节影响，容易大规模培养等特点。因此，微生物油脂具有很好开发前景，在未来生物柴油生产中具有重要作用。

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产油微生物

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常见的产油微生物种类

20世纪40年代研究者发现产油微生物，目前研究较多的是酵母菌、霉菌和藻类，产油细菌比较少，这些菌体油脂含量一般占细胞干重20%以上。

常见的产油酵母菌： 浅白色隐球酵母(Cryptococcusalbidus)、弯隐球酵母(Cryptococcus albidum)、弯假丝酵母(Candidacurvata)、斯达氏油脂酵母(Lipomycesstarkeyi)、茁芽丝孢酵母 (Trichospironpullulans)、产油油脂酵母(Lipomyces lipofer)、胶粘红酵母(Rhodotorulaglutinis)、类红冬孢酵母(Rhodosporidiumtomloides)等，油脂含量可达菌体干重的 30％～70％。

常见的产油霉菌： 土霉菌(Asoergullus terreus)、紫癜麦角菌(Clavicepspurpurea)、高梁褶孢黑粉菌(Tolyposporiumehrenbergii)、高山被孢霉 (Mortierellaalpina)、深黄被孢霉(Mortierella isabellina)等，油脂含量可达菌体干重的 25％～65％。

藻类油脂： 许多海洋微藻及巨藻都能产生油脂，常见产油海藻有 螺旋藻(Sph'ulina)和硅藻(Diatom)。微藻个体小、生长繁殖快、对外界环境适应力强、产油培养过程容易，对太阳能的利用效率高。另外，微藻中油脂含量较高，直接提取得到的油脂组分与植物油类似，可替代石油作为生物柴油的原料用于工业生产，也可以作为植物油的替代品。

可产油的细菌： 分枝杆菌(Mycobactenum)和棒状杆菌 (Corynebacterium)等。但细菌油脂开发有一定难度，大多数产油细菌不产甘油三酯，而是积累复杂类脂，如磷脂与糖脂。另外，细菌油脂集中于细胞外膜上，给提取带来 一定难度。

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微生物油脂生产特点

微生物油脂作为可再生清洁能源的资源，与常规植物油和动物油生产相比，具有以下优点： 微生物细胞生长十分迅速、生长周期较短； 微生物生长所需原料来源比较广泛，能利用一些价格低廉的农业废 弃物或农副产品，在培养微生物的同时还有益于环境保护； 微生物油 脂生产可人工高效调控，需要劳动力少，且不受季节、场地、环境变 化等的影响； 能连续大规模生产，生产成本较低。 微生物油脂生产的这些独特优点，为生物柴油工业化生产提供可行性，是工业化生产生物柴油一个重要途径。

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国内外研究进展

关于微生物产生油脂的研究已有半个多世纪的历史。国外对于微生物油脂的研究工作起步较早,最早可追溯到第一次世界大战期间 ,当时德国准利用内孢霉属和单细胞藻类镰刀属的某些菌种生产油脂 ,以解决食用油匮乏问题,后因战争爆发而中止研究。随后美国、日本等也开始研究微生物油脂的生产。第二次世界大战前夕, 德国科学家筛选到了高产油脂的斯达氏油脂酵母、黏红酵母属、曲霉属以及毛霉属等微生物,并进行规模生产。后来发现利用微生物生产普通油脂成本太高,无法与动、植物来源的油脂相竞争。有关微生物油脂的探索此后一度集中在获取功能性油脂, 如富含多不饱和脂肪酸的油脂。1986年,日本和英国等国家率先推出含微生物GLA油脂的保健食品、功能性饮料和高级化妆品等产品,微生物油脂实用化已迈出了第一步。进入90年代,特种油脂的发展越来越受人们的重视。Stewdansk 和Radevan分别筛选到产生ARA的真菌,产生的总脂中ARA的质量分数达到42%～55%。1996年Stredanska等从Pacificmarkarel的肠内容物中分离到一株叫SCRC-2378的海生细菌,能产生一种多烯不饱和酸,即二十碳五烯酸,其质量分数达24%～40%,被认为是EPA的一种新资源1996年,Singh等在优化华体会体育最新地址 上对Thraustochy triu- mATCC28210进行培养, 5d后DHA产量达到1061mg/L。研究者还发现，某些海藻和硅藻也能生产出较高产量的EPA和DHA。

我国在 20 世纪 60 年代就有生产油脂的报道 , 但研究较多的是在90年代,其研究重点也集中在开 发功能性油脂方面。由于一些产油微生物具有转化五碳糖为油脂的性质,这一特性尤其适用于木质纤维素的全糖利用。而木质纤维素资源又具有来源丰富、品种多、再生时间短等优点。因此 ,利用产油微生物转化 木质纤维素水解液为微生物油脂 ,再通过转酯化制备生物柴油可降低生物柴油的成本,同时也将秸秆、高梁杆、蔗渣等废弃物进行合理利用。

近年来,随着现代生物技术的发展,利用物理化学诱变已获得具有高产油能力的产油微生物资源。目前,日本、德国、美国等国家已有商品菌油或相应下游加工产品面市。因此,微生物油脂是具有广阔 前景的新油脂资源,有望从根本上解决制备生物柴油的原料问题。

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前景及展望

随着化石资源日益枯竭和世界各国能源供应形势日趋严峻,生物柴油的制备和应用是国内外生物能源领域研究的重点,而其原料的来源更是人们急需解决的问题。 产油微生物因具有资源丰富、油脂含量高、生长周期短、碳源利用广、能在多种培养条件下生长等特点而受到人们广泛的重视。 此外,以木质纤维素等可再生资源为原料,利用产油微生物转化制备微生物油脂,可降低生产成本,解决制约生物柴油工业化的原料瓶颈。 随着现代生物技术的发展,将可能获得更多的微生物资源,应充分利用现代分子生物学、化学生物学和生物化工技术的最新成果,加快对产油微生物菌种筛选、改良、代谢调控和发酵工程的研究。 如通过对野生菌进行诱变、细胞融合和定向进化等手段能获得具有更高产油能力或油脂组成中富含稀有脂肪酸的突变株,从而提高产油微生物的应用效率。 另一方面, 开发利用微生物油脂进行功能性油脂的生产仍是研究热点, 因此,微生物油脂的研究技术将成为新世纪油脂工业的一个新的发展方向,使油脂行业的加工范围更加广阔,并将在解决人类能源问题、促进人类保健方面起着越来越重要的作用。

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