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本综述聚焦微藻在蓝色生物经济（BBE）中的关键作用，探讨其在食品、 nutraceuticals、 pharmaceuticals、生物燃料等多领域应用，分析废水处理、CO?固定等环境效益，揭示高成本、公众接受度低等挑战，展望技术创新与产业协同的可持续发展路径。
蓝色生物经济（Blue Bioeconomy）依托可再生水生资源，融合生命科学与生物技术创新，正推动全球向可持续发展转型。微藻作为其中核心角色，凭借快速生长、高生物质生产力及环境友好特性，在多领域展现出独特价值。
微藻的多元应用场景
在食品与营养健康领域，微藻是优质功能食品来源。螺旋藻（Spirulina）、小球藻（Chlorella vulgaris）等富含蛋白质、多不饱和脂肪酸（PUFA）、类胡萝卜素等生物活性物质。例如，螺旋藻被世界卫生组织（WHO）认定为健康食品，其蛋白质含量占干重 50-60%，且氨基酸组成符合 FAO/WHO 标准。小球藻经加工后可制成膳食补充剂、天然色素添加剂，其浅色粉末已获 EFSA 批准用于食品配料，解决传统深绿色产品的视觉接受度问题。杜氏盐藻（Dunaliella salina）因高 β- 胡萝卜素含量（干重 14%），被用于功能性食品如富胡萝卜素奶酪的开发。全球营养保健品市场规模 2021 年达 2898 亿美元，微藻衍生的 Omega-3 脂肪酸、虾青素（如雨生红球藻 Haematococcus pluvialis 生产）等成分需求旺盛。
动物饲料领域，微藻可缓解传统畜牧业的环境压力。其含有的藻蛋白、维生素及生物活性物质，能提升动物免疫力、改善肠道功能。研究表明，5-10% 微藻添加可部分替代家禽饲料中的传统蛋白源，如添加红球藻（Porphyridium sp.）使鸡蛋蛋黄胆固醇降低 10%、类胡萝卜素含量增加；在反刍动物饲料中添加小球藻（Chlorella vulgaris）或眼点拟微绿球藻（Nannochloropsis oculata），可减少甲烷排放并优化瘤胃发酵参数。水产养殖中，微藻不仅是幼虫和仔鱼的饵料，还可通过吸收氮磷净化水质，抑制病原菌如副溶血弧菌（Vibrio parahaemolyticus）。
农业领域，微藻作为生物刺激素和生物肥料展现潜力。其提取物可促进作物生长，如小球藻粗提物使小麦发芽率、根茎长度及营养元素（N、P、K 等）吸收显著提升；Desmodesmus abundans 培养物作为生物刺激素，使大豆茎粗、叶重及种子蛋白含量增加，生产成本降低 31.8%。全球生物肥料市场预计 2029 年达 53.778 亿美元，微藻基产品因环保特性成为增长亮点。
环境治理与能源生产
废水处理方面，微藻基废水处理（MBWT）技术通过生物吸附、降解和积累机制，高效去除氮磷等污染物。例如，螺旋藻 - 细菌耦合膜系统对磺胺甲恶唑（SMX）废水的 NH??-N 和 SMX 去除率分别提升 11% 和 6%；半透明光伏生物反应器同时实现废水处理、生物质增产（小球藻生物量增加 18%）及 37 kWh/m2 电能生产。工业应用中，法国公司 ZENI 利用光生物反应器处理食品加工废水，同步生产藻类生物质用于生物肥料，推动循环经济。
CO?固定领域，微藻光合效率（年均 5% 以上）远超陆地植物（C3 植物 4.6%），每公顷每年可吸收 10-50 倍于陆地植物的 CO?。人工神经网络（ANN）结合模糊逻辑（FL）的自适应神经模糊推理系统（ANFIS）模型，可精准预测微藻固碳速率。印度某燃煤电厂案例显示，塔氏伪菱形藻（Thalassiosira pseudonana）每年每公顷可捕获 147 kg CO?，单位成本 58.41 美元 / 吨，兼具环境与经济效益。
生物燃料生产中，微藻作为第三代原料，理论上可实现碳中性。美国能源部水生物种计划（ASP）评估显示，美国南部近千个农场每年可生产 1.52 亿吨微藻生物质，消耗 2.68 亿吨 CO?，生物柴油成本低于 4 美元 / 加仑汽油当量。马来西亚宾图鲁拟建 1 万英亩微藻生物炼制厂，目标 2030 年日产 10 万桶藻原油；西班牙 Cepsa 与加那利群岛技术学院合作，利用水热液化技术将微藻转化为可持续航空燃料（SAF），年产能 250 万吨，CO?排放降低 90%。
生物基材料创新
生物塑料领域，微藻衍生的淀粉、聚羟基脂肪酸酯（PHA）等可替代传统塑料。例如，斜生栅藻（Scenedesmus obliquus）提取物与聚氨酯（PU）复合膜兼具抗菌性与可降解性；小球藻淀粉制备的热塑性淀粉（TPS）比马铃薯淀粉基 TPS 更柔软且延展性好。欧盟 Horizon 2020 资助的 NENU2PHAR 项目开发微藻基 PHA 包装材料，实现可回收与堆肥化。尽管尚处研发阶段，藻类生物塑料因原料可再生性成为解决塑料污染的重要方向。
产业挑战与突破路径
当前微藻产业面临多重挑战：高生产成本（干重生产成本 290-587 欧元 /kg），涉及光生物反应器基建、温控及采收等环节；公众对微藻食品接受度低，西班牙调查显示 85% 受访者缺乏相关认知；政策法规滞后，如欧盟新型食品法规对微藻准入要求严格。技术层面，基因编辑（如莱茵衣藻 Chlamydomonas reinhardtiiβ- 胡萝卜素合成通路优化）、机器学习驱动的 cultivation 参数优化（如 XGBoost 模型预测螺旋藻产量）、物联网（IoT）实时监控系统等成为突破口。例如，ATEC 联盟通过跨学科教育培养藻类技术人才，NordAqua 研究中心聚焦北欧微藻资源开发，推动基础研究与产业应用衔接。
未来展望
微藻产业的可持续发展需技术创新、政策支持与公众教育协同。欧盟《欧洲绿色协议》《生物经济战略》等将微藻纳入可持续食品与能源体系，美国、中国等国家加大研发投入。随着合成生物学、自动化培养技术的进步，微藻有望在碳中和、循环经济中占据更重要地位，成为解决全球资源与环境挑战的核心方案之一。
