藻类生物质的特点及开发利用

地球上的生物每年通过光合作用可固定8.0×1010吨碳,生产1.4×1011吨的生物质,其中40%应归功于藻类的光合作用。因此,藻类生物与人类的生存和发展有极其密切的关系,是重要的可再生生物资源。此外,藻类与其他生物质如木质纤维素材料(木材)相比,作为可再主能源材料还有如下优点:

(1)光合作用效率高,一般高等植物光合作用效率仅为0.5%左右,而藻类生物质光合作用效率为2.5%;

(2)生长周期短,一般高等植物需要几个月甚至几年才能完成一代生长发育,藻类繁殖的时间仅为数小时或者数天时间;

(3)藻类液化所获得生物质油相对来说品质好、热值高,平均热值高达33MJ/kg,是木材或农作物秸秆的1.6倍左右;

(4)藻类如葡萄球藻、盐藻、小球藻在适当条件下培养后,所得藻粉具有很高产烃能力;

(5)环境适应能力强,无论是江河湖泊、海洋还是其他水域,或是潮湿的土壤,几乎在有光同时又潮湿的地方都能生存;

(6)养殖过程可以实现自动化,可以有针对性地对藻类进行培养,例如加入某一微量元素可以增加酯的含量或者蛋白质的含量;

(7)藻类的生长繁殖是在水域(成水或淡水)中,它具有不依靠土地的特性,藻类的生长繁殖不存在与粮争地的特点,原料生物质生产不影响农作物生产,这对有十几亿人口的我国来说尤为重要。

藻类拥有如此多的优点,已经引起了人们的广泛关注,并在能源、医疗、食品、环保、化工原料等领域的开发应用成为热点,藻类的培养和相关产品开发现已成为新兴技术产业。
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藻类可分为微藻和大藻。微藻是一类在陆地、海洋分布广泛,营养丰富、光合利用度高的自养植物,细胞代谢产生的多糖、蛋白质、色素等,使其在食品、医药、基因工程、液体燃料等领域具有良好的开发前景。微藻种类繁多,且微藻细胞中含有多种营养物质,如蛋白质、脂类、藻多糖、β一胡萝卜素、多种无机元素(如Cu,Fe,Se,Mn,Zn等)等,这些物质在医学和环境改善方面发挥着重要作用。

目前,蛋白质需求日趋猛增,确保蛋白质充足供应是摆在人类面前非常严峻的问题。依靠传统方法大力发展农业、畜牧业和养殖业来增加蛋白质的产量很不切合实际,尤其在耕地减少、水资源短缺等情况下,使之更加困难。因此微藻产业化培养和应用具有十分重大的意义。微藻的蛋白质、脂质、碳水化合物含量很高,其中螺旋藻、小球藻受关注。小球藻是很早就被用于健康食品开发研究和上乘饲料添加剂的微藻之一,在美国、日本、以色列等地,小球藻商业化开发已有数十年的历史。

在众多的小球藻中,以蛋白核小球藻的蛋白质含量高(不低于50%),且氨基酸种类齐全必需氨基酸总量接近鱼粉.啤酒酵母,高于一般植物性蛋白。在所有天然食物中螺旋藻中的蛋白质含量是高的,可达60%70%,是鸡蛋的6倍、牛肉的3倍、大豆的2倍.大米的10倍.鸡肉的3倍.猪肉的4倍”,而且蛋白质氨基酸组成合理,含有8种人体必需的氨基酸，是人类理想的蛋白质宝库。

人们对大藻的研究比较早，相比于微藻来说,大藻体型要大得多,日常生活中常见的大藻有浮萍、水葫芦.条浒苔芙蓉莲等。大藻也含有蛋白质、脂类.糖类碳水化合物等。

藻中富含的酯类和是制备液体燃料的良好原料;藻类热化学转化制备生物质燃油热值高,是木材或农作物秸秆的1.42倍。在世界能源消耗中,生物质能已占14%。将微生物和微藻混合培养,生产高纯度的乙醇、甲醇.丁烷等能源化合物,微藻大的可利用之处在于其干细胞中含油达70%以上,是合成生物柴油的佳原料,是理想的可再生能源。藻类可经过一系列的物理化学转化方法,可转化为人类需求的燃料。