近日，8797威尼斯老品牌、海洋有机化学组（MOC）蔡明刚教授团队与合作者在国际权威期刊Bioresource Technology上发表最新研究成果“Two-stage carbon sequestration by Haematococcus pluvialis: Integrated research from small-scale to pilot-scale cultivation and data quality monitoring”。该研究开发了一种新颖的雨生红球藻两阶段高效固碳策略，并通过中试规模化培养、动力学拟合、经济评估和碳固定分析等多种方法全面论证了其可行性，为微藻固碳减排和虾青素市场的开发带来新的视角，助力实现碳中和目标。

研究背景

随着各国二氧化碳等温室气体排放猛增，人类逐渐认识并日益重视气候变化问题。2020年9月22日，习近平总书记在第七十五届联合国大会上一般性辩论上提出中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，争取在2060年前实现碳中和，固碳减排迫在眉睫。微藻贡献了全球1/3的CO₂固定量，光合作用效率为陆生植物的10-50倍，微藻固碳的同时可以协同合成多种高附加值产物，是目前最有潜力的固碳减排方法。虾青素，一种类胡萝卜素，具有极强的抗氧化性，在众多行业都有着广泛的应用。雨生红球藻是天然虾青素的最佳来源，被中国食品药品监督局认定为可食用虾青素的唯一来源。全球虾青素市场需求快速增长，但目前虾青素产能低，产出不稳定，市场供需严重失调。因此，研究团队设计并开发一种新型两阶段固碳策略，固碳减排的同时可以获得大量虾青素。

研究结果

常规的一阶段二氧化碳供给模式并不适合雨生红球藻独特的两阶段（绿色阶段和红色阶段）生长特点。因此研究团队根据雨生红球藻生长特点开发出一种新颖的两阶段（3%和10% CO₂）固碳策略，即第一阶段积累生物量，第二阶段提高虾青素产能，实现高效固碳的同时联产高附加值产物。（1）小试条件下，虾青素实现230%的产能提高；（2）同时推动成果应用，开展室内外中试规模化实验，证实了其应用可行性；（3）最后利用动力学拟合、经济评估和碳固定分析等多学科交叉手段综合评估了该策略的经济效益和固碳潜力；（4）此外，研究发现新策略也是一种安全、高效、经济的采收方法，10小时内可实现94.6%的细胞采收。该研究完成了从基础研究到中试应用以及质控监测的全链条式创新研发，不仅提高了虾青素产能，同时为微藻固碳和采收提供新的思路。

图1 技术路线图

全面评估中试规模化培养过程中的经济成本和固碳效果，主要包括绿色培养阶段、红色培养阶段、细胞采收和干燥等过程。经济评估结果表明每生产1千克富含虾青素的雨生红球藻成本仅为17.5美元。碳固定分析证明微藻生长是有效的固碳减排过程，固碳效率可达227.9 mg/L/d。但设备用电是经济成本和碳排放的主要源头（设备耗电量等价计算为碳排放），未来应该倡导并加快能源结构的升级转型——从化石能源转向清洁能源（太阳能、风能、潮汐能等）。

图2 经济评估和二氧化碳固定分析图

研究团队及资助

该论文第一作者为8797威尼斯老品牌博士生郭帅，通讯作者为蔡明刚教授，共同作者还包括广东海洋大学李峰、厦门海洋职业技术学院王俊、8797威尼斯老品牌周涵韬教授、柯宏伟副教授、王春卉工程师和硕士生苑紫怡、厦门大学药学院陈海峰教授和博士生杨任靖。该研究获得福建省海洋经济发展专项基金（FJHJF-L2021-5）和广东海洋大学科研启动基金（060302022103）联合资助。

论文来源

Guo S., Li F., Wang J., Zhou H., Yuan Z., Yang R., Ke H., Chen H., Wang C,. Cai M.*, 2025. Two-stage carbon sequestration by Haematococcus pluvialis: Integrated research from small-scale to pilot-scale cultivation and data quality monitoring. Bioresource Technology. 416: 131828.

论文链接

https://doi.org/10.1016/j.biortech.2024.131828

供稿：蔡明刚教授团队

编辑：苏颖

审核：徐鹏