在上一篇文章中我们已经为大家介绍了藻类燃料的缺陷和原料的培养，今天我们来介绍发酵和生产工艺。

一、藻类燃料乙醇的发酵制备

无论是大型藻类还是微藻均具有储存淀粉、 纤维素等碳水化合物的能力，通过工程培养先获得制备能源燃料的原料，然后利用机械(超声波、机械剪切等)或者酶解细胞壁方法得到所需的碳水化合物，再进行糖化和发酵制备燃料乙醇。上述发酵生产燃料乙醇工艺，可分为先水解后发酵的二步法和同步糖化发酵法。藻类所含碳水化合物为结构复杂的多糖或杂多糖，为提高碳水化合物利用率，发酵前需对其糖化处理。糖化过程可采用酸或酶处理水解。糖化后的发酵需选用适宜的发酵菌株或菌群，该步骤是制备燃料乙醇的关键环节。若能选择到菌株或菌群，可分泌酶用于分解多糖或杂多糖，同时又利用单糖发酵生产乙醇，上述二步法就可合并为同步糖化发酵。在同步糖化发酵过程中，多糖或杂多糖水解产生的葡萄糖或其它还原糖在发酵过程中不断消耗，因而可避免高浓度单糖对酶活性的反馈抑制，大幅度提高糖化水解效率。该方法中水解与发酵的适宜温度通常不一致，只有在工程菌株(或菌群)温度适应范围较宽时，才可选择到兼顾这二个过程都合适的温度范围，乙醇制备效率才较高。另外，菌株或菌群需具备耐受较高酒精浓度的能力。在发酵过程中乙醇浓度不断上升，进而抑制水解发酵酶的活性，导致乙醇制备效率逐步下降; 如果发酵液中乙醇浓度偏低，会引起后面蒸馏能耗过大和高成本，最终限制了藻类乙醇制备的经济可行性。蒸馏是藻类燃料乙醇生产的最后步骤。通过蒸馏，将浓度较低酒精溶液中的杂质去除掉，获得浓度更高的液态乙醇。高浓度的液态乙醇(95%)可与化石燃料按照一定比例混合使用，也可直接用作燃料。另外，藻类发酵制备燃料乙醇后的废料，还可进一步用于动物养殖饲料，综合降低燃料乙醇的制备成本。

二、微藻直接生产燃料乙醇

如上所述，利用微藻原料制备燃料乙醇过程相对比较复杂，需经过细胞破壁处理、淀粉提取、水解糖化和发酵生产酒精等多个步骤。减少上述任何过程无疑会降低藻类制备燃料乙醇的能耗和制备成本。某些微藻在黑暗条件下具有异养有机物(如糖类) 的能力。Ueda等报道了富含多糖的微藻细胞可在黑暗厌氧条件下直接产出乙醇。事实上，黑暗厌氧条件下能产乙醇的微藻很多，主要有绿藻纲的衣藻和小球藻，以及蓝藻纲中的螺旋藻、颤藻和微囊藻。Hirano等探讨了多种微藻在黑暗厌氧条件下直接转化细胞内淀粉为乙醇的可能性，其中莱茵衣藻UTEX2247和Sak-1藻株具有较高的乙醇转化率。Ueno等利用海水小球藻发酵，在30℃时每克干重藻泥制备乙醇的产量值为450μmol。事实上，藻类异养生产燃料乙醇的能量最终来源是光合作用所固定的太阳光能。在无氧黑暗条件下发酵的产能效率，在理论上远没有光合作用直接固定CO2并转化为燃料乙醇的效率高。目前还没有分离出直接通过光合作用生产燃料乙醇的藻类，通过现代基因工程手段，有望获得具有该能力的超级藻种。Deng和 Coleman将运动发酵单胞菌的丙酮酸脱羧酶基因(pdc基因)和乙醇脱氢酶基因II(adh基因) 通过载体pCB4，导入到聚球藻PCC7942藻株中，这两个基因在编码核酮糖-1，5-二磷酸羧化加氧酶的操纵子rbcLS的启动子控制下，在细胞内实现高水平表达，转基因聚球藻光合作用固定的碳可直接转化为乙醇并溶解到培养基中。

二、藻类燃料乙醇的生产设备与工艺

目前燃料乙醇制备主要依赖于粮食作物，其整个工艺流程和发酵设备都已相对成熟。而藻类燃料乙醇工作还处于早期实验阶段，无论藻种及所含碳水化合物类型，还是生产过程和制备工艺流程都未完全明确，其规模也远没有达到工业化制备水平，因此尚无成熟的生产设备可直接借鉴。基于藻类的特殊性和复杂性，理论上也不可能简单地复制粮食作物生产乙醇的设备，直接用于藻类燃料乙醇开发。尽管如此，藻类与粮食燃料乙醇制备过程的差异主要在于前期生物质原料生产和加工，特别需要研制适宜于藻类高密度培养、造价低廉的新型简易光生物反应器，以及可规模化收获和湿法细胞破壁的系列设备，尽可能地减少藻体干燥和碳水化合物提取环节，节省设备投资和能源消耗; 至于藻类燃料乙醇生产后期的制曲、糖化和发酵等过程，与粮食作物制备燃料乙醇的工艺大致相似，可在借鉴基础上，针对具体微生物菌种与发酵工艺特点等加以改造，研发适宜于藻类燃料乙醇生产的设备。