综述：电辅助微藻培养、收获和高价值产品回收的研究进展

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【字体：大中小】 时间：2025年09月06日 来源：Bioresource Technology 9

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　　这篇综述系统阐述了电辅助技术（PEF、欧姆加热、微波、冷等离子体）在微藻上游培养（提升生物量/高价值产物含量）和下游处理（采收/细胞破碎）中的应用进展，重点分析了电场参数（强度E、频率f、脉冲宽度τp）对微藻细胞电穿孔（electroporation）效率的影响，为构建微藻循环生物经济（circular bioeconomy）提供了创新解决方案。

电辅助微藻技术：从培养到高价值产品回收的全链条革新

微藻作为可持续生物资源，在碳固定、废水处理和生物活性物质生产方面展现出巨大潜力。近年来，电场辅助技术因其高效、环保的特性，正在彻底改变微藻从培养到产物回收的全流程。

电场技术在微藻培养中的应用

通过纳秒级脉冲电场（nsPEF）处理可显著提升微藻生长效率。研究显示，在指数生长期对小球藻（Chlorella vulgaris）施加10 kV/cm电场，能使细胞数量增加50.1%。电场通过可逆电穿孔作用增强细胞膜通透性，促进营养吸收，同时激活光合作用相关代谢通路。弧面电极偏转器的创新设计使螺旋藻（Arthrospira platensis）培养系统的死区减少9.1%，CO₂固定效率提升23.6%。

电场强化采收技术突破

在采收环节，电凝法（electrocoagulation）展现出显著优势。采用镁电极在10V电压下处理30分钟，对小球藻的采收效率达98.7%，能耗较离心法降低80%。新型非对称圆柱电极阵列通过负介电泳力（negative dielectrophoresis）促进微藻絮凝，使四爿藻（Tetraselmis sp.）采收效率达96.2%，同时减少铝离子污染52%。导电银纳米线/聚醚砜复合电膜在20 V/mm场强下实现95.6%生物质截留率，水通量达534 LMH/bar。

高值产物电辅助提取新策略

脉冲电场辅助提取技术表现突出：

• 脂质提取：25 kV/cm PEF处理使微藻脂质提取率提升166.7%

• 蛋白回收：25 kV/cm场强下Auxenochlorella protothecoides蛋白回收率提高122%

• 色素富集：半正弦脉冲波形使C-藻蓝蛋白提取量达133.9 mg/g

欧姆加热（Ohmic heating）在55℃处理10秒即可使Pavlova gyrans的类胡萝卜素提取量提升56.6倍。冷等离子体（cold plasma）处理则能定向调控代谢通路，使雨生红球藻（Haematococcus pluvialis）虾青素积累量达10 mg/g。

技术挑战与未来展望

当前主要瓶颈包括电极腐蚀（pH波动影响微藻生长）、处理参数优化（不同藻种细胞壁结构差异大）以及规模化能耗问题。未来应重点开发：

1）绿色溶剂（如离子液体ILs）耦合电提取技术

2）介电泳（DEP）微藻分选芯片

3）脉冲电场连续处理反应器

这项技术革新不仅将微藻生物精炼的经济可行性提升至1.29€/kg（较传统方法降低38%），更通过"零废弃"处理模式推动蓝色生物经济发展。电场辅助技术正成为打开微藻资源化利用大门的金钥匙。