苯乙醇辅助高压均质增强海洋小孔绿藻生物质体外消化过程中EPA保留并促进脂质释放

《Food Research International》：Phenethyl alcohol-assisted high-pressure homogenization enhances EPA preservation and facilitates lipid release from Nannochloropsis oceanica biomass during in vitro digestion

　　

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  苯乙醇在高压均质过程中增强了细胞破碎效果。
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  细胞破碎所需的均质次数减少了。
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  预处理增加了体外消化过程中的脂质释放量。
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  较低的加工强度减少了二十碳五烯酸的损失。

引言

食品科技工作者正在积极探索替代原料来源，以提升加工食品产品的营养特性、结构属性和感官吸引力。此外，近几十年来，食品创新领域对可持续性的重视程度显著增加。在此背景下，光自养微藻作为一种极具前景且可持续的新型食品原料开发选项应运而生（Paterson等，2024）。海洋微藻因其作为生物活性化合物（包括蛋白质、脂质和ω-3长链多不饱和脂肪酸（ω3-LC-PUFAs））的可持续来源而备受关注。N. oceanica是一种以富含EPA（二十碳五烯酸）著称的海洋微藻，EPA是一种ω3-LC-PUFA，约占其干细胞重量的5–7%（Uthaiah等，2025）。然而，N. oceanica的细胞壁相对较厚且刚性较强，厚度约为85–113 nm。对Microchloropsis gaditana（此前称为N. gaditana）细胞壁结构的研究表明，其约75%由纤维素组成，其余部分由藻类生物聚合物、蛋白质、其他碳水化合物和矿物质组成。（基因技术监管办公室，2019）。Nannochloropsis属微藻的坚韧细胞壁对其珍贵生物活性成分（包括EPA）的消化和生物可及性构成挑战，因此需要开发有效的细胞破碎和预处理技术。高压均质（HPH），单独使用或与其他方法结合使用，已成为促进细胞破碎、增强胞内成分释放的一种有前景的方法（Bernaerts等，2019；Magpusao等，2021）。

HPH能产生高剪切力，从而破坏微藻细胞的结构完整性（Mettu等，2019）。然而，HPH对细胞的破碎程度以及随后的胞内代谢物回收效率取决于细胞壁的固有组成（Delran等，2023）、HPH工艺参数（如操作压力）以及通过次数。苯乙醇（PEA）具有玫瑰花香，被广泛用作食品级化合物和香料，并被指定为通常公认安全物质（GRAS）（Adams等，2005；Sirilun等，2017）。此外，PEA及其衍生物天然存在于多种食品中，包括水果、蔬菜、乳制品、饮料和食用油。摄入后，PEA迅速被氧化为苯乙酸，随后主要经尿液排泄，从而最大限度地减少了系统性积累的可能性（Adams等，2005；Sirilun等，2017）。长期以来已知，PEA作为防腐剂的主要作用依赖于其破坏细胞膜的能力（Silver & Wendt，1967）。因此，基于其已报道的膜通透性，PEA可能促进HPH介导的细胞破碎，减少所需的HPH通过次数和加工时间。本研究评估了HPH单独使用或结合PEA（PEA+HPH）在破碎N. oceanica细胞和增强脂质释放方面的有效性。迄今为止，已研究了多种机械、化学和酶促预处理方法来破碎微藻细胞。然而，化学方法可能需要使用强效试剂和额外的纯化步骤（Corrêa等，2020），而酶处理往往成本高昂、耗时较长，且需要严格控制反应条件（Al-Zuhair等，2017；Corrêa等，2020）。同样，单独使用HPH通常需要多次均质通过和高能量输入才能实现有效破碎（Grimi等，2014）。此外，先前的研究指出了HPH改善ω3-LC-PUFAs生物可及性的潜力，但对其从细胞中释放后的脂质氧化和EPA损失仍存有担忧（Balduyck等，2018；Magpusao等，2022）。本研究将PEA作为预处理添加剂的引入旨在通过减少最佳破碎所需的HPH通过次数来解决这些挑战，从而最大限度地减少敏感脂质的降解。这些预处理的有效性通过不同的分析技术进行了评估，包括光学显微镜、台盼蓝染色、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）。还对预处理后的生物量在体外消化过程中的脂质释放进行了评估。据我们所知，这是第一项评估将PEA与HPH结合使用以提高N. oceanica细胞破碎和体外消化脂质释放效果的研究。研究结果为提高微藻细胞成分工业适用性的预处理策略优化提供了见解，对可持续营养和粮食安全具有重要意义。

章节摘要

微藻生物量

冻干的N. oceanica生物量由昆士兰大学慷慨馈赠，该生物量在开放赛道路面培养池中采用改良BBM培养基培养（E. T. Chua等，2019）。

高压均质（HPH）

进行了初步研究以优化高压均质机中生物量的浓度，使用含2–6%生物量的悬浮液。使用GEA Panda plus 2000均质机。根据实现微藻

N. oceanica生物量的预处理和细胞破碎

对冻干的N. oceanica生物量施加HPH和PEA+HPH处理，以研究其在细胞破碎方面的有效性，同时最大限度减少EPA的损失/降解。使用光学显微镜、台盼蓝染色以及SEM和TEM分析来评估预处理效率。光学显微镜图像表明，预处理后N. oceanica细胞结构变得无序且受损。HPH的初始通过次数（1P、2P和3P）造成的细胞损伤极小。然而，

结论

本研究强调了优化N. oceanica细胞破碎策略的重要性，以在增强体外消化过程中脂质释放的同时，最大限度减少脂质和相对EPA的损失。与单独使用HPH相比，PEA辅助的HPH在更少的均质通过次数中实现了有效的细胞破碎，同时更好地保持了相对EPA的组成。经光学显微镜、SEM和TEM确认，处理所诱导的结构变化表明，4P PEA+HPH被认定为最有效的

CRediT作者贡献声明

Nethravathy Malachira Uthaiah：撰写–审稿与编辑，撰写–初稿，可视化，软件，方法论，调查，形式化分析，数据管理。Azam Yakub Sheikh：撰写–审稿与编辑，验证，指导，概念构思。Christopher Pillidge：撰写–审稿与编辑，验证，指导，概念构思。Sreedhar Reddampalli Venkataramareddy：撰写–审稿与编辑，指导。Chaitali Dekiwadia：方法论，调查。Harsharn Gill：

利益冲突声明

作者声明，他们不存在可能影响本论文所报告工作的已知竞争性财务利益或个人关系。

致谢

NMU感谢RMIT大学提供的HDR奖学金、实验室设施和基础设施，使她能够完成本研究。NMU感谢印度医学研究委员会（ICMR）提供的奖学金以攻读博士学位。NMU还感谢CSIR–中央食品技术研究院（CSIR-CFTRI），米苏鲁，在其攻读博士学位期间提供的机构支持。

Nethravathy Malachira Uthaiah|Azam Yakub Sheikh|Christopher Pillidge|Sreedhar Reddampalli Venkataramareddy|Chaitali Dekiwadia|Harsharn Gill