用于小球藻（Chlorella sorokiniana）的替代培养基及其生长性能、营养概况和所得生物质慢性毒性的评估

《Bioresource Technology Reports》：Alternative culture medium for Chlorella sorokiniana and evaluation of growth performance, nutritional profile and chronic toxicity of resulting biomass

　　• Hydrospeed? 培养基支持索罗金小球藻 LBA#39 的高效生长。• Hydrospeed? 为扩大培养提供了一种具有成本效益的 BG11 替代方案。• 生物质显示出高蛋白质含量。• 在处理的小鼠中未观察到临床或组织学毒性。• 索罗金小球藻 LBA#39 生物质的功能性食品潜力得到确认。引言微藻是光合微生物，因其能够产生包括脂质、蛋白质、碳水化合物、色素和维生素在内的多种化合物而备受重视，这些化合物被视为初级代谢产物（Ugya 等，2025）。它们存在于多种水生生态系统中，并可在多样化的环境条件下培养，这有助于其广泛的生物技术潜力（Michelon 等，2021）。基于这些特性，微藻已成为可持续生产食品、饲料和生物基产品的有前景平台（Naik 等，2024）。小球藻属（Chlorella spp.）以其对各种培养条件的适应性以及显著的脂质和蛋白质积累能力而著称（Giannelli 等，2022）。此外，它表现出快速的生长速率，可在 24 小时内使生物量翻倍，使其成为生物质生产的理想候选者（Matthiensen，2022）。在该属的物种中，索罗金小球藻（Chlorella sorokiniana）因其快速生长和对不同环境条件的广泛适应性而脱颖而出。索罗金小球藻表现出很高的生物技术潜力，特别是在废水处理方面。该物种能高效去除工业废水中的氮和磷等营养物质，同时产生富含蛋白质、脂质和碳水化合物的生物质（Zhu 等，2022）。索罗金小球藻的生化组成随养分可用性而变化，特别是氮，氮直接影响其蛋白质和脂质的积累（Ansari 等，2017）。由于其生化组成和培养适应性，小球藻属在食品、饲料、生物基产品中的应用引起了广泛关注（Phukan 等，2011；Marcon 等，2019）。此外，微藻培养可通过光合作用过程中的 CO? 同化作用促进碳捕获，支持更可持续生产系统的发展（Mehariya 等，2021）。培养基的配方是微藻培养中的关键因素，因为它决定养分可用性并直接影响生长和生物质组成。由于不同物种的营养需求各异，选择合适的培养基至关重要（Matthiensen，2022）。在可用培养基中，BG11 因其可重复性和明确的组成而被广泛用作实验室参考培养基，常作为实验研究中的对照（Pandey 等，2023）。然而，其配方依赖于高纯度实验室级试剂，这增加了培养基制备成本，并限制了其在大规模培养中的实际应用（Matthiensen，2022）。为此，人们一直在探索可持续且具有成本效益的替代方案，特别是通过使用商业肥料和其他替代营养源。尽管已有研究表明替代培养基可以支持微藻生长，但大多数研究主要集中在生物质生产力上，而生物质组成、安全性和毒理学方面受到的关注则少得多。尽管如此，随着微藻生物质在人类和动物营养应用中日益接近，毒理学安全性评估变得至关重要。尽管在生产力和营养组成方面已被广泛研究，但微藻可能根据培养基和环境条件产生生物活性化合物或积累污染物（El-Baz 等，2019）。因此，慢性毒性测试对于确保生物质食用的安全性至关重要，尤其是在非传统基质上培养时。设计良好的体内模型毒理学研究可以识别与重复暴露相关的潜在不良反应，包括代谢改变、组织病理学变化和系统性临床体征。然而，整合生长性能、生物质组成、培养基成本和替代培养基中培养的索罗金小球藻慢性毒性评价的研究仍然很少。这构成了一个重要的知识空白，因为替代培养基可能影响生物质组成，进而影响其安全性。因此，本研究的创新之处在于对低成本替代培养基进行综合评价，不仅考虑微藻生长，还考虑生物质组成和慢性毒理学安全性，从而对其生产安全微藻生物质的潜力提供更全面的评估。鉴于此，本研究旨在评估基于商业肥料的低成本替代培养基用于培养索罗金小球藻 LBA#39。除了评估生物质生产力和组成外，本研究还在体内模型中评估了所得生物质的慢性毒性，这是以往研究中很少涉及的方面。章节摘录培养基的制备BG11 培养基按照 Stanier 等人（1971）的方法使用高纯度试剂配制，化学组成见表 S1。BG11 是广泛用于微藻维持和实验培养的标准实验室培养基，以硝酸钠（NaNO?）为主要氮源，同时含有硫酸镁（MgSO?·7H?O）、磷酸氢二钾（K?HPO?）以及各种必需微量元素。除 BG11 外，还制备了三种基于商业肥料的替代培养基……索罗金小球藻 LBA#39 在不同培养基中生长的评估获得的结果表明，不同培养基显著影响了索罗金小球藻 LBA#39 的生长参数。吸光度和细胞密度分析揭示了各处理组之间不同的性能模式（图 1a–b），反映了每种培养基随时间推移支持微藻发育的能力。生长曲线分析表明，Hydrospeed? 培养基促进了索罗金小球藻 LBA#39 的生长，在 11 天后达到稳定期，……结论本研究是在实验室规模的培养条件下进行的，使用大气曝气和相对较低的光照强度。因此，获得的生物质浓度不应被解释为索罗金小球藻的最大生产潜力。需要采用优化的光生物反应器、受控的 CO? 补充和更高的光子通量密度进行后续研究，以验证所提出的基于肥料的培养基在中试和……CRediT 作者贡献声明Bruna De Lima Hennig：方法学，调查，正式分析。Lucas Henrique Nascimento：方法学。Alexandre Matthiensen：监督，方法学，资金获取。Jonatas Alves：验证，软件。Silvane Souza Roman：写作——初稿，监督，项目管理。Clarice Steffens：写作——审阅与编辑，验证，监督。未引用文献Sar?ta? 等，2024利益冲突声明作者声明，他们不存在任何已知的竞争经济利益或个人关系，这些关系可能会影响本文所报告的工作。致谢作者感谢国家科学技术发展委员会（CNPq）、高等教育人事改进协调委员会（CAPES）——财务代码 001，以及南里奥格兰德州研究支持基金会（FAPERGS）的支持。Bruna De Lima Hennig|Lucas Henrique Nascimento|Alexandre Matthiensen|Jonatas Alves|Silvane Souza Roman|Clarice Steffens