《Biomass and Bioenergy》：Effects of different light regimes with constant photoperiod on the growth performance, lipid biosynthesis and biofuel potential of
Scenedesmus sp. for green energy applications
编辑推荐：
•光周期胁迫提高了栅藻属（Scenedesmus sp.）的生长、生物量和脂质生产率。•牛粪培养基和牡蛎来源的壳聚糖降低了生产成本。•T2和T3处理促进了富含饱和脂肪酸（SAFA）和单不饱和脂肪酸（MUFA）的脂肪酸甲酯（FAME）组成。•优化处理提高了有利于生物柴油生产的脂
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光周期胁迫提高了栅藻属（Scenedesmus sp.）的生长、生物量和脂质生产率。
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牛粪培养基和牡蛎来源的壳聚糖降低了生产成本。
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T2和T3处理促进了富含饱和脂肪酸（SAFA）和单不饱和脂肪酸（MUFA）的脂肪酸甲酯（FAME）组成。
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优化处理提高了有利于生物柴油生产的脂肪酸含量。
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引言
由于快速工业化、城市化和人口增长，全球能源需求不断增加，其中约80%的能源来自不可再生的化石燃料，包括石油、煤炭和天然气[1]。因此，化石燃料储量减少和温室气体排放上升趋势的叠加已演变为全球能源与环境可持续性的危机，这迫切需要发展可再生能源作为替代方案[2]。生物燃料已成为一种环保型可再生能源，能够减少对原油的依赖并显著降低温室气体（GHG）排放[3]。在新兴的生物燃料原料中，微藻引起了广泛关注，因为它们能够在积累珍贵脂质、碳水化合物和蛋白质的同时，仅需极少或不需要用于食品生产的耕地。尽管微藻燃料在全球生物燃料领域的贡献仍处于早期阶段，但近年来马来西亚、土耳其和日本的中试和工业化项目表明，人们对微藻生物燃料的开发和商业化越来越感兴趣[4]。
生物柴油是一种通过酯交换反应从植物生物质中生产出的可再生燃料，该反应将粗油脂中的甘油三酯转化为脂肪酸甲酯（FAMEs）[5]。生物柴油中的酯基（-COO-）所含氧原子数量约为碳氢化石燃料的11倍，因此其二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、未燃烧碳氢化合物及其他致癌气体的排放比更低[6]。这种绿色能源可以高效驱动压燃（CI）发动机，无需或仅需少量发动机改装，展现了其作为石油基柴油燃料可持续替代品的潜力[3,7]。此外，生物柴油的生产可显著减少化石燃料的使用，同时降低温室气体排放，从而有助于保护环境。
过去二十年间，生物柴油生产机制的发展取得了显著进展，并可分为三代[8]。第一代生物柴油由食用油生产，包括大豆油、玉米油、葵花籽油等来源，但这些原料的大规模使用因与粮食安全和耕地资源产生冲突而引发关注[8]。考虑到这些障碍，第二代生物柴油采用非食品生物质进行生产。然而，其大规模土地需求、较低的转化效率、高粘度以及高昂的预处理成本限制了其大规模商业开发，从而加速了第三代生物柴油生产的探索[3]。
第三代生物柴油主要由微生物生产，包括微藻、大型藻类、真菌、蓝细菌、细菌和酵母[3,8]。其中，微藻来源的生物柴油因其高生长速率、脂质积累能力以及不与耕地竞争资源等优势，在可再生生物能源生产中受到最广泛的关注[1]。微藻的光合能力（10-20%）高于陆地植物，这进一步增强了其环境可持续性和碳固定潜力[9]。然而，微藻脂质的化学结构适合甘油三酯到甲酯的生产，转化率约为92-97%[5]。生物柴油的质量参数，包括运动粘度、十六烷值（CN）、密度、冷流性、十六烷值、热值（CV）等，取决于原料质量、生产系统、提取方法，同时也受原料油最终脂肪酸组成的影响[10]。一般来说，生物柴油的脂肪酸碳链长度，包括棕榈酸（C16:0）、硬脂酸（C18:0）、油酸（C18:1）、亚油酸（C18:2）和亚麻酸（C18:3），决定了其燃料品质[3,7]。
幸运的是，微藻生物柴油具有饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸的均衡比例，这可以有效影响燃料性能和物理化学特性[5,11]。然而，较高的十六烷值提高了燃料燃烧效率，同时最优的运动粘度、密度和冷流性显著影响燃料雾化与喷雾特性，使其可与传统化石燃料媲美[12,13]。微藻培养的高生产成本仍然是实现商业化规模生产的显著障碍。要实现高生长速率、增强脂质积累和提高FAME品质，需要营养丰富的培养基、高效的采收方法、优化的脂质提取和FAME加工策略，而所有这些均限制了微藻生物柴油的实际应用[9,14]。尽管存在这些缺点，微藻生物柴油因其与柴油发动机的兼容性而具有若干实际应用优势。
因此，优化培养条件，特别是光照和光周期条件，对于提高生物量产量、脂质积累以及有利于生物柴油生产的脂肪酸组成至关重要，从而支撑大规模微藻生物柴油生产的可行性。由于微藻的生长和生化组成具有高度物种和菌株特异性，筛选当地适应的分离菌株可能为低成本生物柴油生产提供有价值的候选者。本研究选取了一种新分离的栅藻属（Scenedesmus sp.）菌株来鉴定其生物柴油生产潜力，因其具有快速生长和脂质积累效率高的特点[14]。栅藻属物种的脂肪酸组成富含C16和C18，这些是生产高性能生物柴油所必需的[15]。例如，Ogbonna等[15]报道了不同的有机碳源可以影响Scenedesmus dimorphus的生长、脂质产量和脂肪酸组成，强调了培养条件在塑造脂质生产率和有利于生物柴油生产的脂肪酸组成方面的重要作用。
尽管已有部分关于从栅藻属物种生产生物柴油的相关研究，但本研究的新颖性和目标在于：首次针对孟加拉国本地分离株，采用三种光制度——包括螺旋形荧光灯、管形灯和LED灯，配合恒定16L:8D光周期和8000lux的高光强来提高生物量和脂质积累产量，使用基于生物质的低成本培养基进行培养，并采用天然来源壳聚糖实现高效絮凝采收策略，而多数研究仅单独关注这些方面之一[15,16]。本研究重点评估了生长性能、脂质积累、FAME组成以及预测的生物柴油性能。通过将光制度优化与低成本培养和基于天然生物聚合物的壳聚糖驱动的生物质回收策略相结合，本工作为利用本土栅藻属分离株进行可持续微藻生物柴油生产提供了有益见解。因此，本研究不仅鉴定了栅藻属（Scenedesmus sp.）的生物柴油生产潜力，还为未来微藻生物柴油的商业化提供了一条全面且具有经济可行性的途径。
章节摘要
微藻样品收集和培养基配制
纯分离株栅藻属（Scenedesmus sp.）采集自恰特甘兽医与动物科学大学（Chattogram Veterinary and Animal Sciences University）活饵料研究角，位于孟加拉国吉大港Khulshi区。该菌株分离自孟加拉国朗加马蒂卡普塔伊湖（Kaptai Lake，22°64′ N, 92°19′ E）。该淡水菌株采用改良Bold基础培养基（BBM）培养，配方来源于Stein（1973）[17]。首先，将纯分离株在50 mL和100 mL锥形瓶中于受控实验室条件下培养，随后扩大培养至500 mL及
细胞密度与光密度
基于细胞密度和光密度等生长参数，评估了不同光制度与光周期对栅藻属（Scenedesmus sp.）生长性能的影响。第12天T3处理组记录到最高细胞密度13.68 × 106 细胞 mL ?1，显著高于（p < 0.05）其他处理组，而对照组在第9天稳定期观察到最低细胞密度7.32 × 106 细胞 mL ?1（图2a）。另一方面，
培养参数对生长和生物量生产率的影响
本研究的发现与之前的研究结果一致，表明适宜的光周期配合较高光强条件对微藻生长和产量具有重要影响。据Fettah等[33]报道，在500 μmol photons m?2 s?1光强下，1:1光暗光周期胁迫培养10天后，Scenedesmus quadricauda产生了较高的生物量产量，强调了光周期胁迫对细胞密度和生物量生产的重要性。在本
结论
本研究证明，采用不同光制度配合恒定16L:8D光周期和8000lux光强，显著提高了分离自孟加拉国卡普塔伊湖的栅藻属（Scenedesmus sp.）的生长、脂质生物合成、脂肪酸甲酯组成、FAME产量以及预测的生物柴油性能。这些培养条件结合低成本培养基和壳聚糖辅助絮凝，提供了一种有效且资源节约的方法来增强生物量生产及
CRediT作者贡献声明
Helena Khatoon：论文撰写——初稿，监督指导，项目管理，研究方法论，数据管理，概念设计。Udoy Das：论文撰写——审阅与编辑，论文撰写——初稿，研究方法论，形式化分析，数据管理。Sakib khan：可视化呈现，论文撰写——审阅与编辑，软件技术。Sabrina Akter：论文撰写——初稿，数据管理。Trina Das：论文撰写——审阅与编辑，论文撰写——初稿，数据管理。Trisha Paul：论文撰写——审阅与编辑，形式化分析。
科学写作中使用生成式AI的声明
作者在撰写本文过程中使用了ChatGPT来提升论文的可读性和语言质量。在使用该工具/服务后，作者仔细审阅并修订了内容，并对最终发表的论文承担全部责任。
资金
本研究由Krishi Gobeshona基金会资助，项目编号：TF 100-F/21。
Helena Khatoon|Udoy Das|Sakib khan|Sabrina Akter|Trina Das|Trisha Paul|Kanika Mitra|Md Habibullah-Al-Mamun|Md Hasan Faruque|Pranta Saha
