紫球藻高效脂质诱导与分馏技术：可持续营养保健品与生物燃料联产的生物精炼策略

为解决非产油微藻脂质含量低的问题，研究人员通过两阶段培养策略（白光LED促生长+红光/氮限制/Fe3O4纳米颗粒/褪黑素诱导），将紫球藻（Porphyridium purpureum）生物量提升至5.75 g/L，脂质含量提高1.45倍达26.73%，PUFA（如花生四烯酸87.21 mg/L）显著富集。尿素络合分馏实现PUFA（88.4%）与SFA（79.3%）高效分离，同步支撑营养保健品与生物柴油生产，为SDG3目标提供创新方案。

　　

在全球面临气候变化与营养安全的双重挑战下，微藻因其高效固碳能力和丰富的生物活性成分成为研究热点。然而，非产油藻种如紫球藻（Porphyridium purpureum）天然脂质含量低，且传统PUFA提取工艺存在成本高、易氧化等问题，制约其产业化应用。如何通过绿色方法同步提升微藻的脂质产量和高值组分纯度，成为实现"藻类生物精炼"模式的关键瓶颈。

台湾地区的研究团队在《Bioresource Technology Reports》发表研究，提出一种整合光调控、纳米材料与激素诱导的两阶段培养体系。通过白光LED促进生物量积累，再结合红光、氮限制、50 μM褪黑素和Fe₃O₄纳米颗粒协同诱导，使紫球藻脂质生产率提升1.45倍。创新性采用尿素络合分馏技术，实现PUFA与饱和脂肪酸（SFA）的高效分离，为营养保健品与生物柴油提供差异化原料。

关键技术包括：1）多光谱LED光环境调控系统；2）Fe₃O₄纳米颗粒强化脂质合成；3）褪黑素（Melatonin）应激调控；4）尿素络合分馏（urea complexation）纯化PUFA；5）气相色谱（GC）分析脂肪酸组成。

【材料与方法】
实验采用Sigma-Aldrich试剂，通过不同波长LED（蓝450 nm/黄580 nm/红660 nm/白光）比较生物量产出。诱导阶段添加Fe₃O₄纳米颗粒与褪黑素，尿素络合使用甲醇/乙醇溶剂分级结晶。

【光波长对生物量与脂质的影响】
白光LED使生物量达5.75 g/L，红光显著提升脂质至26.73%。黄光优化色素生产，C-藻蓝蛋白（57.77 mg/g）和别藻蓝蛋白（65.67 mg/g）产量创新高。

【纳米材料与褪黑素协同效应】
Fe₃O₄纳米颗粒通过增强电子传递促进脂质积累，联合褪黑素使花生四烯酸（ARA）增加至87.21 mg/L，γ-亚麻酸（GLA）达79.34 mg/L。

【尿素络合分馏】
该方法以88.4%纯度富集PUFA，同时获得79.3%纯度的SFA固体相，后者具更高氧化稳定性适合生物柴油。

结论表明，该研究首次将光调控-纳米材料-激素网络整合应用于紫球藻，突破非产油藻种脂质生产率瓶颈。尿素络合分馏实现"一藻两用"：PUFA用于改善心脑血管健康（契合SDG3目标），SFA转化生物柴油。研究为微藻高值化利用提供可放大生产的范例，推动循环经济模式在生物制造领域的应用。作者Siddhant Dubey等强调，该策略比分子蒸馏节能40%，且避免色谱分离的高成本，具有显著商业化潜力。