综述：微藻与蓝藻源多糖的提取、结构化学、技术功能及生物活性特性的全面综述

这篇综述系统梳理了微藻（microalgae）和蓝藻（cyanobacteria）源多糖的研究进展，涵盖其提取技术（如超声辅助提取）、结构特征（如单糖组成与硫酸基团位置）、技术功能（如增稠与乳化）及生物活性（抗病毒、抗氧化）。创新性引入技术就绪水平（TRL）框架评估产业化潜力，为替代传统石油基聚合物提供可持续解决方案。

　　

引言

随着全球对可持续生物基材料需求的增长，微藻和蓝藻作为"光合细胞工厂"脱颖而出。这些单细胞生物能高效固定CO₂（效率达陆生植物10倍），在海水、淡水甚至极端环境中均可生长。其分泌的多糖（PS）具有独特化学结构——如Chlorella vulgaris产生的3-O甲基鼠李糖，因含硫酸基（-SO₃H）和羧基（-COOH）而展现特殊生物活性。

多糖分类与生产调控

微藻PS可分为胞内储存型（如淀粉）和胞外分泌型（EPS）。氮磷限制会触发Arthrospira platensis的EPS产量提升300%，而蓝藻Synechococcus在蓝光照射下多糖硫酸化程度显著增高。有趣的是，某些南极微藻在4°C低温环境中会合成带支链的鼠李糖-半乳糖杂聚物，这种结构赋予其抗冻特性。

提取技术突破

传统热水提取会导致硫酸基团水解，而新型脉冲电场辅助提取（PEF）能在30秒内破碎Nannochloropsis的坚韧细胞壁，多糖得率提升40%且分子量分布更均匀。针对EPS的"温和透析-超滤联用法"可保留90%以上的生物活性。

结构解析技术

原子力显微镜（AFM）揭示Porphyridium cruentum的EPS呈三螺旋结构，这种构象与其抗氧化能力直接相关。核磁共振（NMR）分析发现，硫酸基在C-2位取代时抗HSV-1病毒活性比C-4位取代高3倍。

产业化路线图

目前微藻多糖处于TRL4-5级（中试阶段），Spirulina多糖面膜已实现商业化。但大规模生产仍面临挑战：每公斤EPS成本高达120美元，需开发低成本光生物反应器系统。未来5年，基因编辑技术（如CRISPR-Cas9）调控多糖合成通路将成为研究热点。

生物医学应用

钙-螺旋藻素（Calcium-spirulan）通过激活TLR4受体增强巨噬细胞活性，在肿瘤免疫治疗中展现潜力。而Dunaliella分泌的硫酸化半乳聚糖能特异性抑制SARS-CoV-2刺突蛋白与ACE2受体的结合，半数抑制浓度（IC₅₀）仅0.8 μg/mL。

环境效益

采用微藻多糖生物塑料可减少67%的碳足迹。值得注意的是，用钢厂废气培养的Chlorella不仅能捕获90%的CO₂，其EPS还对重金属Pb²⁺有高达800 mg/g的吸附容量。

未来展望

建立"藻种库-培养工艺-提取标准化"的全链条数据库至关重要。通过人工智能预测多糖构效关系，结合连续流反应器技术，有望在2030年前将生产成本降低至20美元/公斤，真正实现从实验室到产业的跨越。