微藻中血红素b的高效提取与HPLC定量分析新方法及其在功能食品开发中的应用

本研究针对微藻中血红素b(heme b)传统检测方法灵敏度低、步骤繁琐的问题，开发了酸性N,N-二甲基甲酰胺(DMF:HCl)单步提取结合高效液相色谱(HPLC)的定量新方案。该方案使提取效率提升50%，检测限降低至0.1 pmol，为微藻源生物可利用铁的开发及植物基肉类风味改良提供了关键技术支撑。

　　

当植物肉渴望"肉味"：微藻如何成为血红素b的新来源？

全球25%人群受缺铁性贫血困扰，而植物基食品浪潮催生了对非动物源血红素b(heme b)的迫切需求。血红素b作为铁-原卟啉IX复合物，不仅是治疗贫血的理想生物可利用铁源，更是赋予植物肉"肉味"的关键成分。传统血红素b主要来自动物血液，但微藻作为潜在替代来源面临两大技术瓶颈：一是光合生物中血红素b含量远低于动物组织，二是叶绿素等色素严重干扰传统分光光度法的检测精度。

针对这些挑战，Ulfat Jahan Lithi团队在《Journal of Applied Phycology》发表的研究，系统比较了分光光度法与HPLC的检测效能，并创新性地开发了酸性DMF单步提取技术。研究人员选取6种可规模化培养的微藻（包括蓝藻Arthrospira platensis和硅藻Chaetoceros muelleri等），通过对比分析发现：HPLC法的检测灵敏度比分光光度法高1000倍（检测限0.1 pmol vs 230 pmol），且无需繁琐的色素去除步骤。更突破性的是，酸性DMF(2% HCl)提取方案将传统多步丙酮提取法的操作时间缩短90%，溶剂用量减少90%，血红素b得率提升50%，提取物在-25°C下可稳定保存两周。

关键技术方法

研究采用对比实验设计，主要技术包括：(1)六种微藻的标准化培养与生长监测；(2)传统丙酮提取法与五种改良方案（含酸性DMF）的系统比较；(3)分光光度法（基于吡啶血色素差异光谱）与HPLC（C₁₈反相柱，梯度洗脱）的并行检测；(4)加标回收实验验证方法准确性；(5)提取物稳定性测试。所有数据均通过四生物学重复的统计分析验证。

研究结果

血红素b含量谱系分析

HPLC检测揭示六种微藻血红素b含量差异显著：蓝藻A. platensis MUR126最高（153.48 μg g^-1 AFDW），硅藻C. muelleri次之（42 μg g^-1），而光谱法因灵敏度不足未能检测Tetraselmis suecica的含量。这一结果首次建立了微藻血红素b的基准数据库。

色素干扰实证

提取方案突破

酸性DMF方案（Protocol C）表现最优：

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  得率提升：较传统方法提高48-56%（A. platensis: 197.3%效率值）

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  流程简化：单步8分钟完成 vs 传统方法60分钟

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  溶剂经济：仅需3 mL DMF-HCl vs 传统方法多溶剂体系

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  稳定性佳：-25°C储存15天无降解（25°C储存则下降12%）

讨论与意义

该研究建立了首个针对微藻血红素b的高通量分析平台，其技术优势体现在三方面：

1. 1.

   检测革命：HPLC法克服了光谱法在低浓度样本（<1 μM）中的精度缺陷，使微藻筛选效率提升10³倍；

2. 2.

   提取创新：酸性DMF通过质子化作用高效解离血红素-蛋白复合物，省去相转移步骤，回收率达103.5±0.3%；

3. 3.

   应用前景：为开发非转基因高血红素b微藻株（如含藻胆素合成通路的蓝藻）提供了关键技术支撑，有望推动微藻在贫血治疗和植物肉风味增强剂领域的产业化应用。

这项研究不仅解决了光合生物血红素b检测的历史性难题，其"单溶剂单步骤"的设计理念更为其他脂溶性微量成分的提取分析提供了范式参考。未来研究可进一步探索光照、铁营养等培养条件对微藻血红素b合成的调控机制，以充分发挥这一绿色细胞工厂的潜力。