由于動物肉類生產(chǎn)的食品健康問題,,人們正在從動物性蛋白質(zhì)食品過渡到植物性蛋白質(zhì)食品,。這一趨勢促使研究工作考慮替代的高質(zhì)量蛋白質(zhì)來源,,例如單細(xì)胞生物,尤其是功能性蛋白質(zhì),。近年來,,微藻作為一種可靠的可再生能源引起了許多研究人員的注意。它們也被作為第三代生物燃料推出,,與第一代和第二代生物燃料相比,,每面積單位的能量最多可增加 30 倍。此外,,與陸生植物相比,,它們具有更高的生長速率、碳固定能力和更高的脂質(zhì)產(chǎn)生,。從微藻中收獲的主要感興趣成分包括蛋白質(zhì),、脂質(zhì)、碳水化合物和少量維生素,、色素和甾醇,。
微藻可以在光生物反應(yīng)器或水道池塘中大規(guī)模培養(yǎng)。培養(yǎng)目標(biāo)菌株后,,通過一系列步驟收獲最終的生物質(zhì),,包括生物質(zhì)分離、篩選,、增稠,、脫水和干燥,最后是生物精煉廠提取目標(biāo)產(chǎn)品,。優(yōu)化這些步驟對于高效生產(chǎn)高質(zhì)量的藻類生物質(zhì)至關(guān)重要,。小球藻屬是最常食用的微藻物種之一,自1960年代以來一直在商業(yè)種植,。小球藻的默認(rèn)生長條件是光合自養(yǎng)(光作為能量來源),。然而,它也能夠在各種有機碳源上異養(yǎng)生長,。這種異養(yǎng)生長條件經(jīng)常用于大規(guī)模生產(chǎn),,因為可以實現(xiàn)更高的生物量濃度、更低的運營成本,、更少的污染和更長的連續(xù)運行時間,。
在培養(yǎng)步驟之后,通常會對生物質(zhì)進(jìn)行干燥,,以延長保質(zhì)期,。根據(jù)干燥條件,熱敏性化合物(如蛋白質(zhì))的膠體特性可能會受到影響,從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)質(zhì)量改變,。此外,小球藻會產(chǎn)生一系列揮發(fā)性有機化合物,,從而產(chǎn)生明顯的風(fēng)味特征,。加工,尤其是熱處理,,會導(dǎo)致現(xiàn)有揮發(fā)性有機化合物降解并形成新的揮發(fā)性有機化合物,,從而導(dǎo)致感官特征發(fā)生變化。因此,,評估干燥過程的效果對于增加微藻功能性成分在創(chuàng)新食品中的應(yīng)用至關(guān)重要,。
脫水和干燥是下游提取中的重要元素。因此,,重要的是要考慮不同的技術(shù)及其對成本和能源的影響,,最重要的是考慮生物質(zhì)、高價值產(chǎn)品和代謝物的質(zhì)量,。脫水微藻通過去除大部分水來確保下游的有效加工,,從而降低了后續(xù)干燥步驟所需的成本和能源,盡管脫水需要大約整個微藻收獲過程所需能源的 20-40%,。此外,,在生產(chǎn)供人類或動物食用的情況下,需要消除污染風(fēng)險,。
干燥過程這被認(rèn)為是關(guān)鍵的一步,,因為從上游收獲過程中獲得的藻漿可能很脆弱。根據(jù)一些研究者的說法,,干燥過程需要的能源最多,,占制造生物柴油等藻類產(chǎn)品總成本的 80% 以上。由于藻類容易受到微生物污染,、機械損傷和不利的儲存條件的影響,,這可能會降低生物質(zhì)的質(zhì)量,因此有效干燥藻類以實現(xiàn)最佳儲存非常重要,。藻類的干燥方法有很多,,如常規(guī)陽光干燥、熱風(fēng)干燥,、冷凍干燥,、微波干燥、烘箱干燥和噴霧干燥,。
通常采用傳統(tǒng)方法,,例如陽光干燥和烘箱干燥,因為這些方法不需要高能量和資本投入,。但是,,由于這些方法可能不是選,,例如在曬干時容易受到鳥類、昆蟲和微生物等外部來源的污染,。此外,,這種方法在很大程度上依賴于天氣條件,對于多雨和低陽光的地區(qū)可能不可行,。另一個原因是由于太陽直接輻射導(dǎo)致葉綠素等色素的降解 ,。此外,烘箱干燥會對熱不穩(wěn)定的代謝物和生物活性化合物產(chǎn)生負(fù)面影響,。
冷凍干燥和噴霧干燥等工藝在干燥藻類生物質(zhì)方面已變得越來越普遍,。冷凍干燥是安全的干燥形式之一,可以保留重要的副產(chǎn)品,,否則這些副產(chǎn)品可能會丟失,,而噴霧干燥過程可以節(jié)省時間并生產(chǎn)高價值的產(chǎn)品。這些方法的缺點包括運營和維護(hù)成本高,。此外,,噴霧干燥方法包括高壓機制,這可能會使細(xì)胞破裂并降解顏料等高附加值成分,。
干燥的選擇取決于可用的資本和能源,,以及需要從藻類收獲中成功獲得的副產(chǎn)品的重要性。盡管脫水和干燥等下游過程對于提取有價值的高質(zhì)量藻類生物燃料和食品補充劑或動物飼料原料至關(guān)重要,,但缺乏概述這些過程重要性的研究,。
實驗樣本:微藻水凝膠
實驗?zāi)康模?/strong>去除所有水分,保持樣品結(jié)構(gòu)完整,。
實驗設(shè)備:富睿捷原位凍干機Mercury180M

實驗過程:
1.打開凍干機預(yù)冷,,設(shè)置好凍干程序包括預(yù)凍和升華程序。
2.將樣品分裝到小托盤內(nèi),,放置于隔板上,。
3.啟動設(shè)置好的凍干程序。凍干工藝:預(yù)凍-45℃,,持續(xù)時間5h,。升華程序-45℃~20℃,持續(xù)時間30h,。
4.程序結(jié)束后,,釋壓取出凍干好的樣品,儲存或者進(jìn)行后續(xù)實驗,。
實驗結(jié)果:
凍干前后對比圖如下

圖一:微藻水凝膠

圖2:空白水凝膠

圖3:微藻微球狀態(tài)
相關(guān)產(chǎn)品
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