應(yīng)用背景
微藻具有光合作用效率高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、生長(zhǎng)快、生物質(zhì)產(chǎn)率高和環(huán)境效益顯著等優(yōu)點(diǎn)。它在體內(nèi)還能積累很多高附加值生物活性成分(如β-胡蘿卜素、蝦青素、葉黃素等類(lèi)胡蘿卜素及其衍生物、AA、EPA和DHA等高度不飽和脂肪酸，以及維生素、萜類(lèi)、氨基雜環(huán)、大環(huán)內(nèi)酯、多糖及其衍生物、核苷酸、特異蛋白和多肽等)。微藻在食品、醫(yī)藥保健、基因工程、液體燃料等領(lǐng)域具有很好的開(kāi)發(fā)前景。培養(yǎng)的經(jīng)濟(jì)微藻可用于水產(chǎn)養(yǎng)殖餌料和進(jìn)行特殊生物活性成分開(kāi)發(fā)，近年來(lái)成為人們關(guān)注和研究的熱點(diǎn)。
應(yīng)用案例
與微生物細(xì)胞相比，大多數(shù)種類(lèi)的微藻細(xì)胞具有纖維素性細(xì)胞壁，微藻細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)致密，含有難以分解的多糖類(lèi)物質(zhì)，破壁難度大，非常不利于活性物質(zhì)的進(jìn)一步提取，大大降低了微藻產(chǎn)品的生物利用效率，也成為微藻產(chǎn)業(yè)化的一大制約因素。因此，微藻細(xì)胞破壁是提取這些產(chǎn)物的關(guān)鍵及困難環(huán)節(jié)。如何快速、高效地對(duì)微藻原料進(jìn)行破壁處理，同時(shí)有效地避免地加工過(guò)程中主要生物活性成分的降解，成為開(kāi)發(fā)微藻生物資源的關(guān)鍵的核心技術(shù)。
提取生物油脂
高壓細(xì)胞破碎是一種新的提取方法，高壓細(xì)胞破碎儀提供一種強(qiáng)大的機(jī)械破壁技術(shù)，利用其產(chǎn)生的壁面剪切力，用非極性和毒性較小的溶劑造成細(xì)胞破碎從而使油脂直接從微藻生物質(zhì)中提取出來(lái)。高壓細(xì)胞破碎儀的破碎機(jī)理主要是高速撞擊、水力空化及強(qiáng)剪切作用。細(xì)胞破壁的能耗取決于細(xì)胞濃度、藻細(xì)胞的種類(lèi)和培養(yǎng)條件等。如果目標(biāo)是生物油脂，可將有機(jī)溶劑浸提與高壓均質(zhì)機(jī)法配合，優(yōu)化各工藝條件(溶劑種類(lèi)及用量、破壁溫度、均質(zhì)壓力與次數(shù)等),以油脂收率評(píng)價(jià)破壁效率，油脂收率可以達(dá)到52%左右。例如，魯龍等研究了高壓勻質(zhì)法破碎小球藻細(xì)胞，得到最佳工藝為：藻液質(zhì)量濃度為140g/L,勻質(zhì)壓力為94MPa,勻質(zhì)時(shí)間為14 min(均質(zhì)3-4次)。在此條件下小球藻的油脂得率大約為52%。
提取生物活性物質(zhì)
如果目標(biāo)產(chǎn)物是小分子生物活性物質(zhì)，比如蝦青素、葉黃素等，分子結(jié)構(gòu)中存在不少共軛不飽和碳碳雙鍵，易氧化，對(duì)光熱敏感，破壁工藝的選擇尤其要考慮目標(biāo)產(chǎn)物的活性。高壓細(xì)胞破壁技術(shù)，屬于微藻生物技術(shù)領(lǐng)域，涉及富含生物活性物質(zhì)的微藻細(xì)胞破壁方法，是采用濕法微藻細(xì)胞破壁技術(shù)，有效保護(hù)微藻生物活性成分，降低其被氧化分解的相關(guān)技術(shù)。采用高壓細(xì)胞破壁時(shí)，需考慮配備冷卻系統(tǒng)，以保證料液不會(huì)因機(jī)械破壁導(dǎo)致溫度大幅升高，從而破壞目標(biāo)產(chǎn)物的生物活性。而且機(jī)械破壁過(guò)程中，會(huì)帶來(lái)泡沫，增加目標(biāo)產(chǎn)物被氧化的可能性，因此破壁前需考慮適當(dāng)添加還原劑保護(hù)目標(biāo)產(chǎn)物。
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