真空冷凍干燥技術在浮游生物制備方向的應用

微藻可以在光生物反應器或水道池塘中大規(guī)模培養(yǎng)。培養(yǎng)目標菌株后，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)生明顯的風味特征。加工，尤其是熱處理，會導致現(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)新食品中的應用至關重要。

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，需要消除污染風險。
 

干燥過程這被認為是關鍵的一步，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成本高。此外，噴霧干燥方法包括高壓機制，這可能會使細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重要，但缺乏概述這些過程重要性的研究。