本文由Zhubo Li、Feifei Jiang、Ya Li、Xu Zhang和Tianwei Tan等作者共同撰写，他们均来自北京化工大学生命科学与技术学院的北京生物过程重点实验室。该研究于2013年发表在《Bioresource Technology》期刊上，题为《Simultaneously Concentrating and Pretreating of Microalgae Chlorella spp. by Three-Phase Partitioning》。研究的主要目的是探索一种新型的微藻生物质浓缩和预处理技术——三相分配法（Three-Phase Partitioning, TPP），并评估其在微藻生物柴油生产中的应用潜力。

研究背景

随着全球能源需求的增加和化石燃料资源的枯竭，寻找可持续的替代能源成为当务之急。微藻因其高油脂含量和快速生长能力，被认为是生产生物柴油的理想原料。然而，微藻的收获和浓缩过程通常成本高昂，占整个生物柴油生产成本的20%-30%。传统的浓缩方法如离心、絮凝和膜过滤等存在能耗高、设备投资大或化学污染等问题。因此，开发一种高效、低能耗且环保的微藻浓缩技术具有重要意义。

三相分配法（TPP）是一种新兴的生物分离技术，最初用于蛋白质的纯化。该方法通过在水溶液中加入盐和水溶性醇（如叔丁醇）形成三相系统，生物分子在界面处富集，而污染物则分别集中在上下相。近年来，TPP也被应用于多糖和油脂的回收。本研究首次将TPP技术应用于微藻（Chlorella spp.）的浓缩，并探讨了其在微藻生物柴油生产中的可行性。

研究方法

研究分为以下几个步骤：

1. 材料准备：使用Chlorella spp.微藻粉末，将其与去离子水混合制成不同浓度的溶液。微藻培养液经过重力沉淀后用于TPP实验。

2. TPP实验：在100 mL烧杯中进行TPP实验，微藻溶液占系统的60%，其余部分为乙醇和磷酸氢二钾（DKP）的混合物。通过调节乙醇与DKP的比例、初始浓度、温度和pH值，研究这些参数对浓缩效果的影响。

3. 浓缩因子和回收率测定：通过测量三相系统中中间层的高度计算浓缩因子，并通过细胞计数法测定回收率。

4. 脂质提取与分析：使用Bligh和Dyer法提取脂质，并通过气相色谱（GC）分析脂肪酸甲酯（FAME）的组成。

5. 叶绿素和多糖测定：通过紫外-可见分光光度法测定叶绿素含量，采用改良的苯酚-硫酸法测定多糖含量。

主要结果

1. 乙醇与DKP比例的影响：研究发现，乙醇与DKP的比例对浓缩效果有显著影响。当比例低于0.6时，生物质回收率和浓缩因子显著提高，最高回收率达到98%，浓缩因子为9.2。

2. 温度和pH的影响：温度在25°C和37°C时对浓缩效果影响较小，但在更高温度下浓缩因子下降。pH值对浓缩效果无显著影响。

3. 初始浓度的影响：初始浓度对回收率影响较小，但对浓缩因子有显著影响。初始浓度越低，浓缩因子越高，最高可达19.6。

4. 脂质提取效果的增强：TPP浓缩后的微藻细胞脂质提取率提高了26.3%，且脂肪酸组成未发生显著变化，表明TPP不会影响脂质质量。

5. 叶绿素和多糖的变化：TPP处理后，叶绿素提取率提高了58.9%，多糖含量减少了20%-30%，表明TPP可能通过破坏细胞壁结构增强了细胞内产物的提取。

结论

本研究首次将三相分配法（TPP）应用于微藻（Chlorella spp.）的浓缩，证明了该技术在微藻生物柴油生产中的可行性。TPP不仅能够高效浓缩微藻生物质，还能增强脂质提取效果，且不会影响脂质质量。此外，TPP具有低能耗和无毒化学品的优势，是一种环保且经济的微藻处理技术。

研究亮点

1. 创新性：首次将TPP技术应用于微藻浓缩，为微藻生物柴油生产提供了一种新的技术路径。
2. 高效性：TPP能够在10分钟内将超过91.7%的微藻生物质浓缩到中间层，且脂质提取率显著提高。
3. 环保性：TPP使用无毒化学品，且能耗低，符合绿色化学的原则。
4. 应用潜力：该技术不仅适用于实验室规模，还具有规模化应用的潜力，为微藻生物燃料的工业化生产提供了技术支持。

研究意义

本研究为微藻生物柴油的生产提供了一种高效、低成本的浓缩和预处理技术，具有重要的科学和应用价值。通过TPP技术，不仅可以降低微藻生物柴油的生产成本，还能提高脂质提取效率，为可再生能源的开发提供了新的思路。此外，该技术的环保特性也符合可持续发展的要求，具有广泛的应用前景。