微藻生物精炼新策略：超声-微波序贯萃取技术提升紫球藻代谢产物回收率与可持续性

【编辑推荐】本研究创新性地将聚焦超声(FUSE)与微波辅助萃取(MAE)技术结合，开发出紫球藻(Porphyridium purpureum)代谢产物的序贯提取工艺。通过优化溶剂系统（甲醇:氯仿1:2 v/v）和30%功率20分钟处理参数，实现脂质(31.4±0.41%)、蛋白质(32.14±0.35%)和碳水化合物(35.2±0.22%)的高效回收，溶剂用量减少75%，残渣降低70-80%，完美契合SDG7可持续发展目标和循环经济理念。

　　

研究亮点

本研究采用跨学科的可持续生物精炼策略，结合前沿提取技术、智能溶剂系统和紫球藻(Porphyridium purpureum)的生化特性，实现了多组分高值生物产物的高效回收。通过聚焦超声(FUSE)、微波和浴式超声波的协同应用，配合氯仿/甲醇（1:2 v/v）等溶剂体系，在30%功率处理20分钟条件下，脂质提取率达31.4±0.41%，同时显著降低能耗和环境负荷。虽然我们注意到氯仿的非食品级特性，但经酯化后其残留已完全消除。未来将探索离子液体和低共熔溶剂(DES)等绿色替代方案，以符合食品和保健品的安全标准。

材料与方法

实验所用化学试剂购自Sigma Aldrich（美国），其中氯仿和甲醇分别由Honeywell和J.T. Baker（美国新泽西）提供。所有试剂均为分析纯级别。

不同方法的脂质提取

微藻的厚实细胞壁给脂质等活性成分的提取带来挑战。提取效率取决于溶质-溶剂特性、溶剂选择性和细胞破碎方法。微波辅助提取(MAE)等创新技术能有效破解细胞屏障，同时保持生物活性。

结论

本研究证明通过优化预处理和序贯提取工艺，可实现微藻生物质代谢产物的最大化回收，建立可扩展的生物精炼模型。与MAE相比，FUSE技术减少75%溶剂用量，残渣量降低70-80%，完美践行"零废弃"理念。这种蛋白质-脂质-碳水化合物（回收率分别为65%、69%、57%）和脂质-蛋白质-碳水化合物（52%）的序贯提取策略，为可持续生物燃料和高值产品生产提供了创新解决方案。