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本文聚焦微藻在反刍动物饲料领域的应用，探讨其利用工业废弃物（如啤酒厂废气、废渣）进行培养的可行性。微藻不仅能捕获 CO2，减少碳排放，其富含营养的生物质还可作为饲料添加剂，降低反刍动物甲烷排放，提升生产性能，为可持续农业提供新途径。
微藻在循环生物经济中的作用
微藻在循环生物经济中占据重要地位，它能够捕获二氧化碳（CO2）并将其转化为有价值的生物产品，如生物燃料、生物塑料和生物肥料，推动可持续发展和碳中和目标的实现。
在微藻的碳捕获与利用方面，生物技术的进步促使了相关技术的发展。目前主要有开放跑道池塘（ORPs）和封闭式光生物反应器（PBRs）等多种培养系统。ORPs 成本较低，但土地占用量大；PBRs 能克服 ORPs 的一些局限，如二氧化碳吸收效率低和生物质生产力有限等问题，其单位面积生产力比 ORPs 高，最高可达 2.5 倍 ，但存在资本和运营成本高的问题。此外，附着培养系统如垂直薄片生物膜系统，生产力较高，光合效率比 ORP 系统高 4 倍，且能显著降低能源和水的需求，减少运营成本。同时，利用适应性实验室技术进行菌株突变，可获得具有理想培养特性的微藻，增强其在特定环境下的生长能力和生产力。
工业废弃物的利用也是微藻培养的重要方向。微藻能利用废水和烟道气等废弃物作为生长介质。不同微藻对二氧化碳的耐受性存在差异，例如小球藻（Chlorella spp.）能耐受高达 50%（v/v）的二氧化碳浓度 。烟道气可作为二氧化碳来源，能提高微藻的生产力，但其中的挥发性燃烧产物可能影响微藻生长。混合方法，即将物理化学方法与生物固定相结合，可提高二氧化碳的生物利用度，但高浓度时可能抑制某些藻类的生长。
利用澳大利亚饮料废弃物生产反刍动物饲料用微藻生物质
啤酒厂在发酵过程中会产生大量的二氧化碳，其纯度较高，是微藻培养的理想碳源。同时，啤酒厂还产生大量的啤酒糟（BSG），BSG 富含纤维素、半纤维素、蛋白质等成分，但目前作为动物饲料添加剂存在质量较低的问题，且部分 BSG 被填埋处理。
将藻类基碳捕获与利用（CCU）系统应用于啤酒厂，可利用啤酒厂发酵气培养微藻，减少二氧化碳排放，并生产用于农业的生物质。一些微藻物种如 Scenedesmus sp.、Chlorella sp. 等，能够利用啤酒厂烟道气中的二氧化碳生长，生产适合动物饲料和生物肥料的生物质。而且，藻类基碳捕获系统独立于酿造过程，不会影响啤酒质量。此外，通过开发生物精炼程序，可同时利用啤酒厂的碳输出和 BSG 废弃物，提高其利用价值，为澳大利亚农民提供可持续的饲料选择，有助于减少排放和提高牲畜生产力。
微藻在反刍动物饲料中的应用
随着藻类基 CCU 技术的发展，微藻作为反刍动物饲料添加剂的成本可能降低，其应用可行性将提高。微藻具有丰富的营养价值和潜在的功能益处，包括抗炎、抗氧化和抗甲烷生成等特性，这使得它在反刍动物饲料领域备受关注。
在营养特性方面，微藻的代谢能、粗蛋白和总脂质含量可超过常用的饲料浓缩物，如小麦、大麦和全棉籽等。不同类型和种类的微藻化学组成差异显著，海洋微藻通常含有较高浓度的多不饱和脂肪酸（PUFA），尤其是 omega - 3s，而淡水微藻往往蛋白质含量较高。在实际应用中，微藻添加到反刍动物饲料中对其性能参数有不同影响。在牛、羊、山羊等动物中，有的表现为提高采食量、日增重和增强抗氧化能力等，但在奶牛上的研究结果存在差异，部分研究显示对牛奶产量等生长参数无显著影响。
微藻还含有生物活性化合物，如 PUFA、类胡萝卜素和酶等，这些化合物能为反刍动物提供健康益处，如抗氧化、抗炎和抗菌等作用。微藻被认为是瘤胃保护 PUFA 的潜在来源，添加微藻可提高反刍动物肉产品和牛奶中 omega - 3 脂肪酸、共轭亚油酸和二十二碳六烯酸（DHA）等的浓度 。同时，微藻中的抗氧化化合物能减少氧化应激，对肉的品质和货架期有积极影响。
在减少反刍动物肠道甲烷排放方面，微藻也具有一定潜力。肠道甲烷（CH4）是反刍动物产生的主要温室气体，占该行业温室气体排放总量的约 39% 。某些微藻物种在体外实验中显示出减少甲烷生成的能力，但不同研究结果差异较大。例如，普通小球藻（Chlorella vulgaris）减少肠道甲烷生成的效果在不同研究中，其降低幅度从 10% 到 60% 不等 。微藻减少甲烷生成的机制可能与其中的 PUFA 有关，尤其是 DHA 和二十碳五烯酸（EPA），它们可能通过破坏产甲烷细菌的细胞膜来减少甲烷生成。但微藻的添加剂量对发酵参数有影响，高剂量添加可能因藻类含有的一些化合物而对瘤胃发酵产生负面影响，降低发酵效率，因此确定微藻的最佳添加剂量至关重要。
不过，微藻作为反刍动物饲料添加剂仍面临一些挑战，如不同反刍动物和微藻物种之间结果的变异性，微藻细胞壁可能导致消化率低，以及目前缺乏长期的体内研究来评估其对甲烷生成的影响等。虽然瘤胃模拟技术（RUSITEC）等方法可用于更全面地研究微藻对发酵、甲烷生成和微生物功能的影响，但仍需要进一步改进体外高通量筛选能力，以加速微藻物种的筛选和评估。
未来研究和展望
目前，微藻用于反刍动物饲料的价值链尚未建立，主要原因是生产和加工成本高，以及动物在对照实验中的反应不一致。建立啤酒厂内的综合系统，利用啤酒厂的废物流（包括二氧化碳和废水）培养微藻，并通过现有的 BSG 供应链分配藻类生物质，是一个具有潜力的解决方案。这不仅可以减少啤酒厂的二氧化碳排放，提高废弃物利用率，还能为牲畜生产者提供更可持续的饲料选择，促进畜牧业的可持续发展。
未来研究应重点优化利用啤酒厂发酵气培养微藻的技术，包括选择合适的微藻物种、优化二氧化碳浓度管理和设计高效的培养系统，以提高微藻产量和质量。同时，应进一步研究微藻对反刍动物长期的影响，通过长期的体外和体内研究，确定能持续产生理想甲烷减排和性能结果的微藻物种，为建立可持续的微藻 - 反刍动物饲料产业提供科学依据，推动农业和工业部门的长期可持续发展。
