《Biocatalysis and Agricultural Biotechnology》：Fungi-Assisted Bio-flocculation for Microalgae Harvesting: Literature-Guided Optimization and Experimental Evaluation Using
Aspergillus awamori
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真菌辅助生物絮凝法用于微藻高效回收及介质循环再利用研究。通过文献元分析确定中性pH、真菌-微藻质量比>0.5:1等关键参数，并实验验证Aspergillus awamori对Scenedesmus obliquus和Chlorella vulgaris的絮凝效果。研究发现1:1和2:1的真菌-微藻比分别最优，且可通过回收发酵液实现资源循环利用。
Jesna Fathima|Ajesh M. Arjun|Pritha Chatterjee
印度海得拉巴印度理工学院土木工程系，Kandi-Mandal，Sangareddy区，特伦甘纳邦，502284
摘要
生物絮凝是一种环保、低成本且可持续的微藻生物质收获方法。本研究通过分析已发表的文献，确定了关键的操作趋势，以指导各种生物絮凝技术的优化，并通过实验验证了真菌辅助的微藻收获效果。实验中使用了Aspergillus awamori真菌来絮凝两种广泛使用的微藻：Scenedesmus obliquus和Chlorella vulgaris。根据文献统计分析得出的最佳收获效率条件如下：(i) 真菌辅助生物絮凝：中性pH值，真菌与微藻的比例大于0.5:1；(ii) 自絮凝微藻：中性pH值，絮凝微藻与非絮凝微藻的比例大于0.5:1；(iii) 基于生物聚合物的絮凝：中性pH值，剂量大于200 mg/L；(iv) 植物辅助生物絮凝：碱性pH值，剂量小于或等于50 mg/L；(v) 微生物絮凝：碱性pH值，温度低于30°C，剂量大于50 mg/L。实验结果表明，对于S. obliquus，真菌与微藻的剂量比为1:1时收获效率最高；对于C. pyrenoidosa，该比例为2:1时效果最佳。絮凝后，废弃培养基被回收用于重新培养微藻，从而提高了资源利用效率。总之，本研究证实了真菌辅助生物絮凝是一种有前景的、可持续的微藻收获和营养回收技术，具有大规模应用的潜力。
引言
微藻是快速生长的光合微生物，能够积累脂质、蛋白质和其他高价值产物（Civzele和Mezule，2025）。这些微藻可作为生产生物乙醇、生物柴油、生物氢和生物丁醇的原料（Tomar等人，2023）。尽管有这些应用，但大规模微藻生产尚未实现商业化。降低生产成本的方法包括：(i) 使用废水作为微藻生长介质；(ii) 寻找低成本的微藻收获技术。微藻收获占总生物质生产成本的20-30%（Tripathi等人，2024a）。微藻溶液的微小尺寸、负表面电荷以及低生物质浓度使得其难以沉淀，需要耗能较高的收获过程。如果通过絮凝作用聚集微藻细胞，可以减少能源消耗（Alam等人，2016）。
研究人员报道了多种收获技术，包括机械法（Abu-Shamleh和Najjar，2020）、化学法（Abomohra等人，2018）、电化学法（Ghernaout，2019）和生物法（Fuad等人，2018）。然而，这些方法由于操作、维护和能源需求较高而成本较高。生物絮凝是一种低成本的微藻收获替代方案，能够减少能源消耗和总运营成本。由微生物或其聚合物物质辅助的絮凝过程称为生物絮凝（Ummalyma等人，2017）。在生物絮凝技术中，絮凝可以由以下因素引起：(1) 细菌（Ndikubwimana等人，2016）；(2) 真菌（Nasir等人，2023）；(3) 自絮凝微藻（Alam等人，2014）；(4) 来自微藻或细菌的胞外聚合物物质或絮凝剂（Cherian等人，2025；Hadiyanto等人，2024）；(5) 植物基产品引起的絮凝（Kandasamy和Shaleh，2017）。与其他絮凝方法相比，生物絮凝是一种廉价、环保且可持续的大规模微藻生物质收获技术。
使用真菌是一种潜在的生物絮凝方法，无需投入能源或有害的无机化学物质（Civzele和Mezule，2025）。此外，真菌辅助的微藻絮凝对异养和光养微藻物种都有效（Ummalyma等人，2017）。研究表明，某些真菌的脂质含量超过其总生物量的30%，使其适合作为生物柴油的原料（Luo等人，2019）。此外，这种絮凝方法允许无需额外处理即可完全重复使用培养基，且不需要特殊的培养条件（Iasimone等人，2021）。
基于这些优势，如Aspergillus（Pei等人，2021）、Trichoderma（Srinuanpan等人，2018）、Pencillium（Chen等人，2018）、Ganoderma（Guo等人，2017）、Pleurotus（Cao等人，2017）等丝状真菌因其广泛的菌丝网络而受到关注，这些菌丝网络增强了细胞捕获和絮凝效率（Satpati等人，2023）。近期研究强调了Aspergillus在多种微藻和操作条件下的广泛应用。Talukdar和Barzee（2023）证明Aspergillus awamori可在5-72小时内有效固定Haematococcus pluvialis，并且通过增加真菌负载和颗粒大小显著提高固定效果，表明操作参数（如颗粒几何形状和负载量）会影响收获效率和最终产品特性（Talukdar和Barzee，2023）。Tripathi等人（2024）从废水中分离出一种Aspergillus flavus菌株，在优化条件下实现了93.6%的Scenedesmus生物质回收率，FTIR分析显示C-H和C-N官能团在共颗粒形成中起关键作用（Tripathi等人，2024b）。尽管Aspergillus辅助生物絮凝技术取得了显著进展，但目前相关文献仍较为分散，缺乏不同絮凝剂类型的系统比较以及标准化的操作参数（如最佳pH值、温度、剂量比和可重复使用策略）。此外，很少有研究评估Aspergillus awamori这一Aspergillus niger的变种，该菌种兼具絮凝潜力和下游工艺的可持续性（Talukdar和Barzee，2023）。A. awamori获得了美国食品药品监督管理局（FDA）的“普遍认可安全”（GRAS）认证，具有快速生长的菌丝、稳定的颗粒形态和高EPS分泌能力（Barzee等人，2021；Saleh等人，2013）。确保实验条件符合既定标准对于推进微藻收获技术的可持续发展至关重要。
鉴于这一空白，本研究旨在：(1) 通过文献统计元分析确定关键操作条件（如pH值、剂量比、温度）的趋势和最佳范围，以指导真菌辅助微藻絮凝实验的设计；(2) 实验证证A. awamori在收获两种常用微藻（Scenedesmus obliquus和Chlorella vulgaris）方面的效果，并将其与化学絮凝剂硫酸铝进行比较；(3) 评估真菌与微藻的剂量比对微藻培养生物絮凝效率的影响；(4) 研究从收获的生物质中重新培养微藻和回收废弃培养基的方法。这种方法不仅有助于推进环保的收获技术，还为藻类生物技术的可扩展、循环系统奠定了基础。
数据分析
为了指导实验设计并确保与文献中的最佳实践保持一致，对来自同行评审研究的数据进行了统计元分析，涵盖了各种生物絮凝方法。分析的关键操作参数包括pH值、温度、生物质/絮凝剂剂量以及絮凝剂类型（真菌、生物聚合物、植物基、微生物等）。由于实验条件和报告格式的差异，收获效率值存在差异。
基于文献的参数识别以实现最佳收获效率
为了确保实验条件基于现有研究，对已发表的文献进行了统计分析，以提取关键操作参数（如pH值、温度、剂量、微生物种类以及真菌与微藻生物量的比例）的趋势，这些参数影响生物絮凝效率。由于不同研究中的培养条件差异较大，统计方法有助于系统比较和数据驱动的趋势提取及最佳实践的确定（Snyder，2019）
结论
本研究通过对已发表文献进行全面的统计元分析，确定了提高各种生物絮凝技术收获效率的最佳条件和参数。采用数据驱动的方法，本研究提供了比以往主要依赖特定真菌或微藻的实验研究更广泛的理解。通过统计方法优化了真菌生物絮凝参数。
作者贡献声明
Pritha Chatterjee：撰写 – 审稿与编辑、可视化、验证、监督、软件使用、资源管理、项目管理、方法论、研究设计、资金获取、概念构思。Jesna Fathima：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、方法论、数据分析、数据整理、概念构思。Ajesh M Arjun：撰写 – 审稿与编辑、验证、数据分析
利益冲突声明
作者确认本研究中的工作未受到任何已知利益冲突或个人关系的影响。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的利益冲突或个人关系。
