螺旋藻生物质作为喷雾干燥蛋白替代粉的性能评估：从初始悬浮液到粉末特性的系统研究

为解决植物与藻类蛋白作为牛奶替代粉的应用瓶颈，研究人员系统评估了螺旋藻(Spirulina)生物质与豌豆蛋白(PP)单独/混合体系的喷雾干燥特性。通过表征初始悬浮液的粒径分布、流变行为及物理稳定性，揭示了其对喷雾干燥工艺及终产品性能的影响。结果表明：含螺旋藻的料液具有剪切稀化行为和高粘度，添加PP可降低粘度；所得粉末粒径<16μm，虽流动性差但复水性良好，为开发新型植物基乳粉替代品提供了重要技术参考。

　　

随着全球人口增长和资源紧张，开发可持续的蛋白质替代来源成为食品科学领域的重要课题。微藻和植物蛋白因其高营养价值和环境友好特性备受关注，其中螺旋藻(Spirulina platensis)含有60-70%的蛋白质和多种生物活性物质，而豌豆蛋白(NUTRALYS? S85F)已广泛应用于食品工业。然而，将这些原料转化为类似乳粉的喷雾干燥产品仍面临技术挑战——包括高粘度料液的处理困难、干燥过程中热敏成分的保留以及终产品的功能特性调控等问题。

法国研究人员在《Innovative Food Science》发表研究，系统比较了螺旋藻生物质(SL)、豌豆蛋白(PP)及其混合体系(SLP)与脱脂乳粉(SK)的喷雾干燥行为。通过激光衍射法测定粒径分布、流变仪分析粘度特性、离心分散分析仪评估物理稳定性，并结合喷雾干燥实验，探究了10%固含量料液在200°C入口温度下的干燥效率。研究创新性地揭示了藻类多糖对料液流变特性的调控机制，以及高压均质对细胞结构的破坏效应。

关键实验方法
研究采用BüCHI B290微型喷雾干燥器，设置200°C入口温度、35m³
·h^-1
空气流量和0.44Nm³
·h^-1
雾化气流。通过马尔文 Mastersizer 3000测定粒径，安东帕MCR 301流变仪进行剪切速率扫描(0.1-1000s^-1
)，LUMiSizer离心分散分析仪量化稳定性。冻干螺旋藻生物质来自法国Edonia公司，与市售脱脂乳粉和豌豆蛋白对比研究。

3.1 料液特性
3.1.1 粒径分析
高压均质(150bar)后，SL料液呈现双峰分布(主峰20μm)，显著大于SK料液(0.43μm)。混合体系SLP的D(50)为11.33μm，说明豌豆蛋白的加入可部分减小藻类聚集体尺寸。这种差异源于藻类细胞壁破碎后释放的多糖与蛋白质的相互作用。

3.1.2 流变特性
SL料液在低剪切速率(0.1s^-1
)下粘度高达10Pa·s，呈现显著剪切稀化行为。有趣的是，SLP(含50%PP)的粘度曲线与纯SL相近，说明藻类多糖对体系流变学起主导作用。动态振荡测试显示SL料液的弹性模量(G')在低频区(0.01-1Hz)高于SK，证实其弱凝胶网络结构。

3.1.3 物理稳定性
尽管SL料液粒径较大，但其不稳定性指数(0.05)与SK(0.09)相当，远低于PP(0.02)。这归因于高粘度对颗粒沉降的抑制作用，为喷雾干燥的连续进料提供了稳定性保障。

3.2 喷雾干燥粉末
3.2.1 干燥效率
在20%泵速下，SL粉末得率达70%，仅略低于SK(74%)。提高至40%泵速时，因料液粘度差异，SL实际进料速率(10.61g·min^-1
)低于SK(12.72g·min^-1
)，导致出口温度升高(102°C vs 100°C)。

3.2.2 粉末特性
所有粉末D(50)为11-16μm，但SLP粉末粒径最小(11.30μm)。表观密度测试显示SL粉末(1.2013g·cm^-3
)孔隙率低于PP，反映藻类多糖对颗粒结构的致密化作用。卡尔指数分析表明SL-40粉末流动性"尚可"(0.24)，优于PP粉末的"极差"(0.38)。

3.2.3 复水性能
接触角测试揭示SLP-20粉末(40°)与商业SK粉末(30°)润湿性相当。但复水6小时后，SL粉末未能完全恢复初始粒径分布，D(90)从63μm降至39μm，说明干燥过程中的高温(125°C)导致部分蛋白不可逆聚集。

3.2.4 颜色变化
喷雾干燥使螺旋藻粉末的L值从19.92提升至30.03，b值从-1.93变为+10.54，表明藻蓝蛋白在高温下部分降解。混合体系SLP的ΔE色差达47，显著区别于原料PP，这为产品感官优化提供了量化依据。

该研究首次系统阐明了螺旋藻生物质在喷雾干燥过程中的"行为-性能"关系。关键发现包括：1)藻类多糖赋予料液独特的粘弹特性，虽增加泵送难度但提升干燥效率；2)豌豆蛋白的添加可调控料液粘度但不改变流变类型；3)所得粉末虽流动性较差，但复水性能媲美商业乳粉。这些结论为开发新型植物基乳粉替代品提供了理论支撑，尤其揭示了藻类多糖作为天然稳定剂的应用潜力。未来研究需优化干燥工艺以保留热敏成分，并通过颗粒工程技术改善粉末流动性。该工作标志着可持续蛋白资源利用的重要进展，为食品工业的绿色转型提供了创新思路。