离子液体胆碱-丙氨酸([Cho][Ala])促进微藻Coelastrella sp. CHZ絮凝的机制研究及工艺优化

【编辑推荐】针对微藻采收效率低、传统絮凝剂环境风险高等问题，研究人员创新性采用绿色离子液体胆碱-丙氨酸([Cho][Ala])对Coelastrella sp. CHZ进行絮凝。通过RSM-CCD优化使絮凝效率提升至85%，结合XDLVO理论揭示其通过增强细胞疏水性(40.27%)和电荷中和(?4.96?mV)促进聚集的机制，为微藻生物加工提供了高效环保的新策略。

　　

微藻作为"绿色细胞工厂"能合成高价值产物，但其微小尺寸(微米级)和近水密度导致采收成本占生产总成本的20%-30%。传统絮凝剂如铝盐虽有效但存在生态毒性，而生物可降解的胆碱-氨基酸离子液体([Cho][AA])因其可设计性强、低毒等特点成为研究热点。云南某研究团队针对这一瓶颈问题，以本土分离的Coelastrella sp. CHZ为对象，开展离子液体介导的绿色絮凝技术研究。

研究采用响应面法-中心复合设计(RSM-CCD)优化工艺参数，结合表面张力、接触角测定和扩展DLVO(XDLVO)理论分析机制。结果显示，[Cho][Ala]在290?mg?L^?1
时絮凝效率达85%，较空白提升53个百分点。关键机制包括：①使细胞疏水性从13.27%增至40.27%；②zeta电位从?14.45?mV升至?4.96?mV实现电荷中和；③XDLVO计算表明，[Cho][Ala]使总界面能(ΔG_sls
)降低，最小分离能垒从6.73×10^?20
?J降至1.12×10^?20
?J，促进自发聚集。

【微藻培养与特性】
从云南普者黑湿地分离的Coelastrella sp. CHZ在BG-11培养基中混合营养培养，其对数生长期细胞表面带负电(?14.45?mV)，初始絮凝率仅32%，证实采收难度。

【絮凝性能优化】
通过CCD实验建立二次回归模型，确定最优条件为[Cho][Ala]浓度290?mg?L^?1
、pH7.2、沉降时间35min，验证实验效率达84.7±1.2%，与预测值偏差<1%。

【机制解析】
接触角从47.6°增至68.3°证实疏水性提升；XDLVO理论量化显示，[Cho][Ala]使Lewis酸-碱相互作用能占比从18.6%提升至39.4%，成为主导聚集的关键作用力。

该研究首次将胆碱-丙氨酸ILs应用于微藻采收，通过多尺度分析阐明其"疏水改性-电荷中和"协同机制，为绿色生物制造提供了新思路。研究建立的RSM-XDLVO联用策略，为后续新型絮凝剂开发提供了方法论参考。论文发表于《Aquaculture》，对推动微藻产业可持续发展具有重要意义。