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为解决藻红蛋白（PE）大规模生产菌株筛选及工艺优化问题，研究人员对 5 种红藻和 3 种蓝藻开展筛选，在 3-L 光生物反应器（PBR）中优化培养条件。发现紫球藻和紫罗丹藻生长速率高，确保硝酸盐充足可维持高 PE 含量，最终紫球藻 PE 浓度达 360±37 mg/L，为后续工业化提供数据支撑。
在食品、化妆品和纺织等行业对天然可持续色素需求日益增长的背景下，利用光合微生物生产色素成为研究热点。藻红蛋白（Phycoerythrin, PE）作为一种由光合微生物产生的粉红色色素，具有广泛应用潜力，但目前仅有少数红藻物种被评估其生物技术潜力，且面临大规模生产中菌株筛选、工艺优化及成本控制等问题。为填补这一研究空白并推动藻红蛋白的工业化应用，英国布鲁内尔大学（Brunel University）和印度 SRM 科学技术学院（SRM Institute of Science and Technology）的研究人员开展了相关研究，成果发表在《Journal of Applied Phycology》。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先进行菌株筛选，在摇瓶中对 5 种红藻（包括紫球藻 Porphyridium purpureum、紫罗丹藻 Rhodella violacea 等）和 3 种蓝藻进行培养，测定其藻胆蛋白及藻红蛋白含量；随后将筛选出的优势菌株在 3-L 定制光生物反应器（Photobioreactor, PBR）中进行放大培养，通过改变光强度（如 140、450、1200 μmol 光子?m?2?s?1）、培养基营养浓度（如 f/2 培养基、5f 和 20f 培养基，涉及 NaNO?等成分）等条件，优化培养工艺；同时利用分光光度法测定光密度（OD????）、硝酸盐浓度，通过离心、冻干、珠磨破碎等方法提取藻红蛋白，并采用统计学方法分析数据。
菌株筛选与摇瓶培养结果
摇瓶筛选实验显示，不同物种的总藻胆蛋白含量差异显著（3.7±0.6 至 175±40 mg/g）。蓝藻中藻红蛋白占总藻胆蛋白的 2–20%，而红藻中这一比例达 40–70%。红藻中的弗林蒂拉血藻（Flintiella sanguinaria）藻红蛋白含量最高（28±15 mg/g），紫球藻和紫罗丹藻次之，蓝藻的藻红蛋白含量较低（0.8–2.7 mg/g）。
光生物反应器放大培养
在 3-L 光生物反应器中，紫球藻和紫罗丹藻的生长速率相近（约 0.6 day?1），显著高于少核 Timspurckia oligopyrenoides（0.35±0.13 day?1）。研究发现，培养基中硝酸盐的充足供应是维持高藻红蛋白含量的关键：当硝酸盐耗尽时，紫球藻和紫罗丹藻的藻红蛋白含量显著下降，而未耗尽硝酸盐的少核 Timspurckia oligopyrenoides 含量相对稳定。
光强度与营养浓度的优化
提高光强度至 450 μmol 光子?m?2?s?1 并使用 5f 培养基时，紫球藻和紫罗丹藻的细胞密度显著增加（分别达 1.72±0.16 g/L 和 1.77±0.33 g/L），藻红蛋白含量保持稳定，最终体积浓度分别达 210±25 mg/L 和 220±120 mg/L。进一步将光强度提升至 1200 μmol 光子?m?2?s?1 并使用 20f 培养基，紫球藻细胞密度增至 3.46±0.36 g/L，藻红蛋白体积浓度达 360±37 mg/L，较初始值提升 50 倍。
讨论与意义
该研究首次系统评估了多种红藻和蓝藻的藻红蛋白生产潜力，证实紫球藻和紫罗丹藻是理想生产菌株。研究揭示了光强度和硝酸盐浓度对细胞生长及藻红蛋白合成的影响机制：光强度主要影响细胞密度，而硝酸盐供应直接关联藻红蛋白的合成与降解。尽管 20f 培养基未进一步提升生物量产率，但其实现的高细胞密度和藻红蛋白浓度为后续工艺放大提供了关键数据。研究结果不仅填补了红藻藻红蛋白生产的研究空白，还为工业化生产提供了可复制的培养策略，有望推动天然色素在食品、化妆品等领域的可持续应用。未来研究可进一步探索连续培养模式，以提升藻红蛋白的生产效率。
