在能源领域，传统化石燃料的广泛使用带来了诸多问题，如环境污染和资源短缺。微藻作为一种可持续的生物质资源，因其生长迅速、含油量高，在生物燃料生产方面极具潜力，有望成为解决能源问题的 “救星”。然而，微藻生物燃料的大规模应用却面临着重重挑战，其中生物质从培养基中收获的高昂成本成为了 “拦路虎”，其成本几乎占总生产成本的 30% 。这一问题严重制约了微藻生物燃料的经济可行性，使得相关研究和产业发展陷入困境。
为了攻克这一难题，来自阿联酋大学（United Arab Emirates University）的研究人员展开了深入研究。他们将目光聚焦于自絮凝微藻，希望借助其独特的性质提升微藻生物质的收获效率，进而推动微藻生物燃料的发展。研究人员选择了 Pleurochrysis carterae 这种具有自絮凝潜力的微藻，探究其对 Chlorella vulgaris 的收获效果，并利用响应面法（Response Surface Methodology，RSM）对关键参数进行优化。同时，研究共培养这两种微藻对生物质产量、营养去除和脂质积累的影响。该研究成果发表在《Biomass and Bioenergy》上，为微藻生物燃料领域带来了新的希望和方向。
研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：一是微藻的培养与收获技术，分别培养 P. carterae 和 C. vulgaris，对培养后的 P. carterae 进行离心收获 ；二是生物絮凝实验，在不同条件下进行絮凝实验并计算收获效率；三是响应面法（RSM），采用 Box - Behnken Design（BBD）设计实验，优化影响絮凝的关键参数；四是多种分析方法，如测定微藻生物量浓度、脂质含量、zeta 电位等。
研究结果
- ANOVA 分析：通过方差分析（ANOVA）对影响生物絮凝过程的关键因素进行统计验证。结果表明，所选参数能有效解释收获效率的变化，其中沉降时间和 pH 影响最为显著。二次模型虽有一定预测能力，但存在拟合不足的问题。经改进，采用的简化三次模型能更好地拟合数据，消除拟合不足的问题，为预测生物絮凝效率提供更可靠的依据。
- 参数相互作用及其对收获效率的影响：研究发现，沉降时间与微藻比例呈正相关，延长沉降时间和增加 P. carterae 的比例可提高收获效率；混合时间超过最佳点后，对生物絮凝效率提升不明显；pH 在酸性和碱性条件下均能增强絮凝效率，且与沉降时间相互作用显著。总体而言，沉降时间和 pH 是生物絮凝中最具影响力的因素，过度混合并无益处。
- 形态分析和 zeta 电位：扫描电子显微镜（SEM）分析显示，生物絮凝过程中细胞发生聚集。zeta 电位测量结果表明，C. vulgaris 单独存在时表面电荷高度为负，难以自聚集；P. carterae 电荷相对较低，可作为天然生物絮凝剂。二者混合后，zeta 电位降低，静电排斥减少，絮凝效率提高。此外，P. carterae 和混合培养体系中胞外聚合物（EPS）含量较高，促进了生物絮凝。
- 生物絮凝的拟议机制：生物絮凝机制主要归因于 P. carterae 促进的电荷中和和桥接相互作用，EPS 的分泌增强了细胞间的粘附和聚集。P. carterae 释放的 CaCO3和 Ca2+离子降低了 zeta 电位，进一步促进了电荷中和，提高了絮凝效率。
- 共培养 P. carterae 对生长、营养去除和脂质生产的影响：共培养 P. carterae 和 C. vulgaris 可显著提高生物质产量，达到 1.22g/L，高于两种微藻单独培养时的产量。同时，脂质含量也有所增加，达到 33.98%。共培养还能提高营养去除效率，显示出在废水处理方面的潜力。
研究结论表明，P. carterae 作为生物絮凝剂具有显著提升 C. vulgaris 收获效率的潜力，优化关键参数后收获效率可达 98.06%。共培养这两种微藻不仅提高了收获效率，还增强了生物质生产、脂质积累和营养去除效率，为微藻生物燃料生产和废水处理提供了一种经济高效且环保的解决方案。然而，研究也指出，虽然 P. carterae 目前未被归类为有害藻类，在现有研究条件下风险较低，但在大规模应用前，仍需进一步研究其潜在的代谢产物生产、化感作用和环境影响评估，以确保长期的可持续性和安全性。
这项研究在微藻生物燃料生产领域具有重要意义。它为解决微藻生物质收获成本高的问题提供了新的途径，有助于推动微藻生物燃料产业的发展，使其更接近大规模商业化应用。同时，共培养微藻在废水处理方面的潜力也为环保领域提供了新的思路，有望实现能源生产与环境保护的双赢局面，为可持续发展战略提供有力的技术支持。
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