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本文对比微藻生物炼制与传统生产增值组分的经济环境特性，为微藻系统优化提供参考。
微藻生物炼制潜在生产的商业增值组分基准评估：是否值得？
在应对气候变化的紧迫需求下，寻找可持续且高效的化石燃料替代品成为环境研究的关键目标。生物固碳，尤其是微藻生物固碳，因其环保特性和生产高价值化合物的能力，被视为缓解气候变化的潜在有效途径。微藻作为一种极具潜力的生物质，能在多种水源（如盐水、废水）和生长条件（异养、自养、混合营养）下生长，且不与传统农业争夺耕地资源。此外，微藻富含脂质、蛋白质、碳水化合物及其他生物活性化合物，在人类和动物健康产品、化妆品、制药等领域具有广泛应用前景。
然而，微藻生物炼制在大规模应用过程中面临诸多挑战，其中收获和加工阶段成本高昂且能源消耗大，严重阻碍了其商业可行性。因此，全面评估微藻生物炼制的技术经济和环境可行性，对于优化该系统、推动其在生物产业中的广泛应用至关重要。
材料与方法
- 搜索策略与查询实施：本研究采用系统搜索方法，基于 Pacheco 等人的研究方法，利用 Web of Science 数据库进行全面搜索。检索时间范围为 2013 年 1 月 1 日至 2023 年 12 月 1 日，使用 Zotero 6.0.36 进行文献管理和初步摘要筛选，借助 Microsoft Excel 进行数据提取和管理。根据初步文献分析，确定了四种具有商业重要性的微藻产品：蛋白质、色素、甘油三酯（如二十碳五烯酸（EPA）或二十二碳六烯酸（DHA））和多不饱和脂肪酸（PUFA），并据此制定了四个搜索查询。
- 筛选标准与数据归一化：为确保文献管理和筛选的高效性，将 Web of Science 数据转换为.ris 文件，并在 Zotero 中进行系统组织、参考注释和重复项去除。根据预设的排除标准，剔除不符合要求的研究，包括未涉及所选四类产品、未进行技术经济评估或环境评估的研究，以及实验室规模或研究边界有限的研究。在数据处理过程中，将技术经济数据转换为通用货币（欧元），并对资本支出（CAPEX）和运营支出（OPEX）等数据进行归一化处理，以便于不同生产系统之间的比较。
结果与讨论
- 文献筛选：按照系统评价和荟萃分析的首选报告项目（PRISMA）方法进行系统综述。经过多轮筛选，最终确定 220 篇文章进行深入分析，并根据最终产品或功能单位（FU）的性质进行分类，涵盖从食品到饲料、从单一产品到混合产品等多种类型。
- 文献数据与趋势分析：对 2013 - 2023 年微藻产品相关研究的出版趋势分析表明，可持续实践和经济评估在工业过程中的关注度日益提高，但数据标准化程度低、生产规模和单位不一致等问题给研究带来挑战。不同产品领域中，微藻在饲料和营养保健品生产中的应用逐渐增加，反映出其在可持续发展方面的潜力。
- 定量分析
- 技术经济评估：在色素生产方面，微藻基色素生产虽成本高，但在对纯度和功效要求高的市场中，凭借高售价和强市场需求仍具经济可行性，且扩大生产规模可降低单位 CAPEX。PUFA 生产中，单一生产不经济，而联合生产可提高盈利能力，同时利用低精炼形式的 PUFA 用于动物饲料可降低成本。脂质生产上，微藻来源的脂质生产成本高于传统来源，且不同终端用途的成本差异显著，食品应用的脂质生产成本最高，饲料应用最低。蛋白质生产中，传统农业来源的蛋白质 CAPEX 较低，而微藻生物炼制的 CAPEX 较高，但可通过优化生长模式降低 OPEX，同时不同生产系统的利润差异受多种因素影响。
- 碳足迹：在色素生产的环境分析中，由于相关研究数量有限，数据存在局限性，且生产过程中的能源消耗和溶剂使用导致微藻基色素生产的气候变化影响值较高。PUFA 生产的环境数据受命名问题干扰，异养培养是主要生产方式，其环境影响结果因原料、电力混合使用和分配方法而异，但微藻培养表现出较好且稳定的环境性能。脂质生产的 GWP 值因用途而异，农业、农场和渔业等传统来源的脂质生产环境影响较低，而微藻基脂质生产因技术成熟度低、生产过程复杂，环境影响值通常较高。蛋白质生产的相关研究最为广泛，人类消费的蛋白质产品生产对环境影响较大，不同生产来源的主要环境影响因素各异，农场基蛋白质生产的气候变化影响最大，而微藻生产的环境影响在不同研究中差异较大。
- 研究局限性：本研究存在多方面局限性。数据收集依赖 Web of Science 数据库，可能存在选择偏差，且排除了非索引来源和实验室规模的研究，忽略了潜在的新技术。此外，命名标准化不足影响了查询结果，单位标准化困难导致数据可比性受限，研究未充分考虑区域差异，且经济评估基于当前市场条件，可能无法反映长期经济可行性。
结论与未来展望
本研究对微藻生物炼制生产的四种关键组分进行了经济和环境基准评估。微藻生物炼制具有灵活性，可通过生物炼制方法提高资源效率，但目前其环境影响较高，技术成熟度有待提高。从技术经济角度看，虽然微藻生物炼制的 CAPEX 和 OPEX 较高，但在特定市场中，高价值产品的溢价定价使其具有经济可行性，且扩大生产规模有望进一步提高盈利能力。
未来研究应聚焦于优化微藻生物炼制系统，加强其与现有工业流程的整合，以充分发挥其可持续生产的潜力。政府政策在推动技术创新和可持续发展方面起着关键作用，需制定鼓励研发、提供财政激励和支持创新技术商业化的政策框架，促进微藻生物炼制技术的广泛应用，助力实现更可持续的生产模式。
