《Biofuels, Bioproducts and Biorefining》：Bioeconomy, sustainability, and digital technologies in Haematococcus lacustris biomass and astaxanthin production: advances and outlook
虾青素（Astaxanthin）是一种具有强抗氧化特性的类胡萝卜素，被用于癌症治疗、眼部损伤及神经系统疾病的研究中。当由微藻雨生红球藻（Haematococcus lacustris）生产时，其抗氧化潜力甚至高于合成分子，因此在制药和营养应用中尤具吸引力。雨生红球藻的培养及虾青素生产面临诸多挑战，但许多研究正致力于降低成本、提高效率并增强环境可持续性。本综述重点介绍了雨生红球藻虾青素生产中的创新措施，包括利用液体流出物作为复合培养基，以及现代追溯和监测技术的应用。此外，本文提出了一个最终模型，探讨了虾青素生产与生物乙醇产业整合的益处，即利用乙醇工业废弃物培养雨生红球藻，从而为两种生物工艺的高效和可持续生产做出贡献。
引言
虾青素是一种类胡萝卜素，具有抗癌、眼部保护及神经保护等有前景的效果。全球虾青素市场预计到2027年将达到34亿美元。目前，商业化虾青素大多通过合成方式生产，依赖石油等不可再生资源，并可能产生有毒副产物。相比之下，天然虾青素来源于微藻雨生红球藻（Haematococcus lacustris），是一种可再生来源，并且由于分子物理化学特性而具有更高的抗氧化能力。微藻生产过程中还涉及大气二氧化碳（CO
2）的吸收，对缓解温室效应具有积极作用。
雨生红球藻，亦称为Haematococcus pluvialis，已知在所有天然生物中虾青素产量最高。然而，其生产工艺复杂、缓慢且成本高昂，同时还易受污染。因此，研究重点在于寻找更高效、更经济、更可持续的雨生红球藻虾青素生产方式。在利用更经济的培养基、更有利可图的生物质收获工艺以及高效环保的虾青素提取方法方面，已取得显著进展。此外，研究表明信息技术、自动化和人工智能（Artificial Intelligence, AI）领域的进步可提升生物工艺效率并吸引消费者和投资者。
本综述介绍了利用成本效益高且高效培养方法进行雨生红球藻生产的最新进展，以及促进高生产率、高质量和可持续性的信息技术创新。此外，本文提出了一个将雨生红球藻生物生产与生物乙醇工厂整合的未来研究和工业项目模型。
天然虾青素生产与下游加工
雨生红球藻是一种淡水微藻，属于绿藻纲（Chlorophyceae）团藻目（Volvocales）。其培养具有两个不同阶段：第一阶段旨在实现高生物质增长，第二阶段则诱导虾青素生产。当细胞遭遇高光强、氮缺乏或盐度等环境胁迫时，虾青素生产即被诱导。
在生长阶段，与大多数微藻一样，雨生红球藻的培养取决于多种因素，如培养基组成、pH、温度、CO
2供应量和光照强度。CO
2是雨生红球藻代谢的重要碳源，但培养过程中培养基中的气体浓度会下降，从而影响生长并导致培养基pH升高。解决此问题的一项广泛使用的技术是CO
2注入法，该方法可提供无机碳并降低pH。注入5% CO
2可在生长阶段增加生物质，而5% CO
2结合强光则通过提高碳氮比显著增加虾青素产量，由此导致氮缺乏并引发培养胁迫。
雨生红球藻培养的培养基pH应接近7，这一因素有利于生物质生长和虾青素生产。酸性更强的pH会降低藻类生长，但同时也会减少可能危害工艺的机会性真菌的生长。而高碱性pH则可能通过改变细胞膜脂质和培养基中铁等营养物质的可用性来损害某些微藻的生长。但不同pH范围的耐受性仍取决于所选菌株。
光照和温度亦是微藻生物质及虾青素生产中的关键因素。光照强度因生物工艺阶段而异，具有高度特异性。例如，在生物质生长期间，研究表明入射光应低于150 μmol photons m
?2 s
?1，而在虾青素生产阶段该值增至2000–3000 μmol photons m
?2 s
?1。一些研究人员将25–28 °C描述为整个生物工艺的理想温度范围。
通常，雨生红球藻虾青素的工业生产采用封闭式或混合式生物反应器（生物质生长阶段封闭，虾青素生产阶段开放），此举可在诱导阶段利用太阳光并降低成本。然而，使用开放系统可能需要在夜间加热和在温度超过31 °C时冷却，还需监测蒸发和降水。开放系统亦使其他微生物污染的可能性增大。
不同的培养基组成同样影响雨生红球藻的生长和虾青素生产。近期一些研究表明，成本高昂的合成培养基可被食品和农业工业废水部分或完全替代，这些废水可作为营养来源，从而显著节约成本并带来可持续性效益。
在天然虾青素生产中，生物质生产和类胡萝卜素诱导之后还有重要步骤，包括生物质收获、细胞破碎、虾青素提取、纯化以及最终产品（相当敏感）的保存。近期文献探讨了在这些阶段中哪些工艺和工具在经济和环境方面更具优势，以及残余生物质的利用。除成本和环境影响外，每种工艺的选择还取决于技术成熟度或可获得的技术，以及消费市场的影响和接受度。
残余生物质的利用是需要考虑的重要环节。当雨生红球藻因培养胁迫达到血色素囊阶段时，其不仅开始积累虾青素，还积累更多的碳水化合物和脂质。一项研究显示，此阶段生物质约含40%碳水化合物、26.1%蛋白质、23.2%脂质以及5.8%水分。因此，根据生物精炼或级联生产的概念，残余生物质（去除最高价值产品虾青素后）可用于获取其他增值产品，如饲料和肥料配方、生物乙醇或沼气。
生物乙醇生产虽利润丰厚，但需要高昂的生物质准备成本；因此沼气生产可能更为可行和可持续。这是因为大多数胞内碳水化合物（如纤维素和淀粉）不易被发酵酵母代谢，故除发酵外还需酶解工艺，使得过程成本高且影响大。厌氧消化更为经济，可通过添加从污水处理厂UASB反应器中获取的接种物来实现。此外，将残余生物质用作肥料和动物饲料虽利润不高，但环境影响较低且所需技术投资相对较少。
监测、控制与追溯技术
考虑到天然虾青素生产从雨生红球藻培养到最终产品保存的所有阶段和关键因素，控制、监测和追溯工具的使用必不可少。在雨生红球藻的生产阶段，如前所述，必须监测pH、光照强度、温度、营养水平、可能的生物污染物，并估算生物质和虾青素的生产效率。鉴于两个生产阶段具有截然不同且互斥的参数，监测和控制过程更为复杂。
用于生物质测定和虾青素定量的常规方法（如色谱法和分光光度法）可能相当困难。在微藻培养中采用传感器、自动化或人工智能构建的先进监测与控制系统可特别有助于优化生产。例如，RGB（红、绿、蓝）传感器能够以较低成本和比常规系统更高的简便性提供微藻培养中的重要测量数据，如代谢状态和培养密度。当与物联网（Internet of Things, IoT）和机器学习（Machine Learning）集成时，可实现高质量的远程实时监测及生长预测。一些研究表明，当培养以基于人工智能的模型为指导时，微藻生物质和代谢物产量可分别提高多达57%和43%。
一项研究提出了一个使用RGB传感器分析微藻叶绿素的简单系统，将图像衍生值与常规光谱分析进行比较，未使用机器学习。该系统能够快速区分叶绿素含量较高的培养物，表明其具有应用于其他色素的潜力。在另一项研究中，研究人员开发了一种基于RGB值并结合机器学习的数字图像分析软件方法，用于监测雨生红球藻细胞，称为HaematoCalMorph。该系统能够测量单个细胞的25个参数，区分每个细胞的色素着色。虽然该传感器不直接定量虾青素，但它提供了一种快速方法，用于比较具有较高色素含量的培养物和培养阶段，相较于HPLC（高效液相色谱）和分光光度法等更费时费力的常规技术具有显著优势。常规技术要求收获、破碎细胞并进行提取过程才能估算虾青素含量。此外，HaematoCalMorph系统能够区分随时间发生的形态变化（如鞭毛脱落）并识别死亡和无色细胞。所有这些分析对于提高生产率和效率均十分重要。
HaematoCalMorph系统采用基于随机森林（Random Forests）的经典机器学习，而一项更近期的研究开发了一种使用训练神经网络（YOLOv5）的智能自动化微流控平台（AIMP）。该系统采用低成本便携式USB显微镜和迷你XYZ电动载物台构建，旨在降低成本并提高便携性，并成功区分了雨生红球藻细胞中虾青素的相对含量。该模型采用深度学习方法，可提供比传统机器学习更强的图像区分能力。然而，仍需进一步研究以比较这些技术并评估其大规模应用的优势。此外，这些系统在训练和校准方面仍依赖常规实验室技术，但它们可以极大地便利常规分析。
另一项可在虾青素生产企业中实施的当前技术是区块链（Blockchain）。区块链是一种类似分布式账本的信息技术，产品相关数据在被加密后于网络中选定的用户之间共享。该技术支持监测和追溯，因为它记录了产品从原材料获取到最终产品运输和分销的整个价值链，且不允许数据被追溯性修改。该技术提供的信息透明性和安全性可吸引投资者和消费者，尤其当生产涉及绿色可持续技术及温室气体减排时。例如，微藻虾青素生产中使用废水或回收CO
2可作为加密信息记录，以吸引具有环保意识的投资者。当区块链技术与传感器关联时，可安全记录运输和储存温度等数据，从而确保高质量和安全的产品，这对虾青素这类对环境变化极为敏感的分子生产至关重要。
智能合约（Smart Contracts）是集成于区块链系统中的程序，以自动执行为特征，可减少错误和欺诈，同时降低成本并提高交易效率。智能合约亦可用于生产更高质量和更有效的化合物，因为它们能够进行广泛数据分析并识别低质量批次。例如，在一项研究中，一个基于区块链的智能合约用于识别甘蔗发酵过程中不同阶段的含有葡聚糖的原料批次。葡聚糖由不良细菌产生，会损害发酵所得的酒精或糖的质量。在该原型中使用智能合约，便于定位低质量批次，并提供了这些样本采集自哪个生产阶段的洞察。该系统甚至可被修改为拒绝涉及此类批次的交易（如购买或销售）或自动应用折扣。
实施基于区块链的系统面临一些挑战，包括高能耗、劳动力培训需求以及强大数据安全方面的投资。尽管如此，这些信息技术有助于扩大消费市场，并从长远来看有助于提高产量。同样，在决定是否采用这些技术时，必须考虑成本、环境影响及其他关键因素。
废水在雨生红球藻培养中的利用
源自工业和农业活动的废水可作为微藻硝酸盐和磷酸盐等营养物质的重要来源。将其用作培养基，通过替代昂贵的合成培养基增加了经济价值，并通过再利用本应排放到环境中的废水提供了生态价值。这一做法减少了淡水消耗，并减轻了河流和湖泊富营养化等环境影响。因此，利用废水进行雨生红球藻工业生产有助于实现联合国制定的多项可持续发展目标（Sustainable Development Goals, SDGs），特别是SDG 6（清洁饮水和卫生设施）和SDG 12（负责任消费和生产），并通过减少环境影响间接贡献于SDG 14（水下生物）和SDG 15（陆地生物）。
多项研究表明，在不同工业和农业流出物（如木薯加工废水、玉米酒糟、甘蔗酒糟及啤酒厂废水）中培养雨生红球藻是有效的。部分研究显示，与单独使用合成培养基相比，废水可增加生物质生长和/或虾青素产量，甚至加速生产。即便废水导致生物质生长减少或虾青素产量低于合成培养基，其仍可能为天然虾青素工业生产提供更好的成本效益，并具有环境优势。仍需更多研究进行成本效益比较。此外，关于部分废水中虾青素生产效率的信息仍然缺乏。
然而，在利用废水进行工业规模的雨生红球藻培养时可能出现一些挑战。其一是废水的成分，不同样本之间可能因加工和收集地点等因素而差异显著。例如，甘蔗酒糟的化学成分取决于甘蔗品种、土壤类型、气候条件和所用发酵工艺。监测成分至关重要。虽然氮等过量营养物质可能增加生物质产量，但同一元素的限制则可能加速或增加虾青素产量。
在一项研究中，将从三个不同地点收集的木薯加工废水分别以2.5%、5%和10%的比例添加到BBM培养基中。其中一个样本获得了123.76 mg L
?1虾青素，而另一个地点收集的样本仅获得1.64 mg L
?1，低于不含废水的合成培养基中的产量（36.64 mg L
?1）。作者讨论的可能原因之一是一个样本中磷含量低，可能损害了类胡萝卜素的生产。
废水的pH值也是一个必须监测的重要因素，以使其保持在微藻生长的可行范围内，并且与成分一样，不同采集样本之间差异可能很大。然而，文献表明pH值低于7的废水对雨生红球藻培养有效，尤其是需要用水稀释时，这可能会提高pH值。此外，低pH可减少真菌和其他来自废水的非本地微生物对雨生红球藻培养物的污染，尤其在开放培养系统中，从而有利于虾青素生产。未来研究亦可评估筛选耐酸性pH的雨生红球藻菌株以在pH远低于7的废水中生长的可能性。
在废水利用中考虑的另一个重要因素是是否存在对雨生红球藻、人类健康和环境有毒的物质。例如，在木薯加工废水中，氰化物的存在可能令人担忧。尽管低浓度氰化物可能促进雨生红球藻生长并增加虾青素产量，但较高浓度可对微藻产生剧毒。
若氰化物被微藻生物质吸附或积累，其对人类健康的影响更为令人担忧。木薯加工废水中的氰化物含量可能比美国饮用水允许量高出1000倍。因此，使用该废水需要稀释或某种形式的预处理，例如利用废水中本身存在的代谢氰化物或氰苷的细菌。未来可开展研究，验证当雨生红球藻在此废水中培养时，虾青素及所得产品中是否存在残留氰化物，以及与减少这些有毒化合物和其他可能污染物的预处理相关的成本和影响。
甘蔗酒糟可能含有多酚和类黑精等物质，在特定浓度下可损害某些微生物的生长，如铜绿微囊藻、微拟球藻和紫球藻。未来亦可对使用该废水进行研究，以了解这些物质如何与雨生红球藻相互作用，导致细胞死亡或在生物质中积累，以及它们对人类健康的影响。如同氰化物的情况，减少这些潜在有毒物质的可行解决方案是离心预处理或稀释废水。另一有效策略是通过逐步提高培养基中废水比例使微藻逐渐适应废水。悬浮固体和有机物过量亦是一个问题，可通过使用前离心、稀释或过滤来减少。过量可能影响微藻代谢并阻碍光穿透，而光对雨生红球藻至关重要，尤其当诱导虾青素生产的胁迫是高光强时。
使用废水时必须考虑的另一个重要因素是每种废水中存在的微生物群落，不同采集样本之间亦可能有所差异。废水中存在的某些微生物可能捕食微藻或竞争营养物质，降低虾青素生产效率；然而，使用高浓度雨生红球藻接种物可缓解这一挑战。仍需更多研究来确定这如何影响雨生红球藻虾青素生产、人类健康和环境安全，以及在使用前对废水进行灭菌或消毒在经济和环境上是否可行。
当废水用于虾青素生产时，对关键因素的严格控制和监测变得更为重要，如pH、培养基成分、最终产品成分、待再利用的残余生物质成分，以及影响生产效率的微生物（无论来自废水还是外部环境）的存在。因此，数字工具如前一部分所述在此背景下极为有用，有助于整个生物工艺的效率、产量和安全性。
在选择将某种废水用于天然虾青素生产时，调查消费者对最终产品的接受度并表征废水和最终产品的成分同样非常重要，二者必须符合各地区或国家的卫生标准和法规。此外，这些要求可能因最终产品的应用而异。虾青素的营养和制药应用要求高质量和高纯度，而仍在研究中的其他应用（如虾青素用于纳米材料或天然涂料的生产）可能要求不同的质量标准。尽管如此，废水利用可为大规模生产提供显著优势。
与生物乙醇生产产业的整合建议
在上一小节列出的流出物中，甘蔗酒糟因在某些国家产量高而尤具吸引力。若干国家种植甘蔗用于糖和乙醇生产，包括巴西。在巴西，一座中型工厂每天约生产150万升乙醇。甘蔗加工厂产生大量废弃物，包括蒸馏过程中产生的低pH、高有机物液体酒糟，以及研磨过程中获得的固体残渣蔗渣和秸秆。据估计，每生产一升乙醇产生8–15升酒糟。
巴西一些甘蔗加工厂利用蔗渣和秸秆通过锅炉燃烧发电。电力用于工厂运行，且常有盈余，随着新技术应用可能进一步增加。值得注意的是，锅炉燃烧和发酵过程本身会向大气释放CO
2，但部分CO
2在新种植甘蔗的光合作用中被再次吸收。考虑到生物乙醇工业中产生的废弃物数量，以及CO
2产生和剩余电能，将其他生物工艺（如微藻培养以获取高附加值产品）与工业工厂整合存在广泛可能性，既可产生收入又可增进可持续性。
因此，本文提出在乙醇发酵工厂内整合雨生红球藻虾青素生产的方案，可包括以下步骤：
发酵过程中以及甘蔗秸秆和蔗渣燃烧产生的CO
2可被捕获并用于促进雨生红球藻生长和虾青素生产。这将有利于虾青素生产和乙醇工厂，后者可减少温室气体排放。发酵产生的CO
2更为纯净，已被有效用于微藻培养。然而，固体残渣燃烧产生的CO
2可能含有一氧化碳、氮氧化物和硫氧化物。尽管如此，一项研究表明，微藻原壳小球藻在模拟燃烧CO
2处理下的干重和脂质含量生产力与纯CO
2相当。未来研究可评估燃烧释放的CO
2对雨生红球藻生物质和虾青素形成是否具有与发酵释放CO
2相同的效果。此外，当供应来自发酵和燃烧的这些气体时，至少应在初始阶段监测其成分及如何影响生物质和最终产品。
CO
2可通过泡罩塔生物反应器或微泡反应器供应至培养物中，此类反应器产生的剪切应力较连续搅拌低。然而，已提出另一种专门用于酒糟的方法。在一项研究中，用于培养微藻Botryococcus braunii的原酒糟被替换为预先用1 N NaOH碱化并在培养前用注入CO
2处理的酒糟。CO
2注入碱化酒糟可将CO
2转化为更稳定的碳形式（碳酸盐和碳酸氢盐），提高生物工艺效率。该处理工艺使浊度显著降低（约60%），BOD和COD亦有所降低。在未经处理的酒糟中，B. braunii在处理后的未稀释酒糟中的生长量是未经处理未稀释酒糟的28倍。由此该工艺还节约了稀释用水，因微生物在浓度超过30%的原始酒糟中很少生长。然而，预处理后需要补充磷和氮。未来研究可将此工艺应用于雨生红球藻，并进行成本效益比较。
另一种可能性是利用来自发酵的CO
2进行超临界流体萃取（Supercritical Fluid Extraction, SFE），该技术广泛用于虾青素纯化。这一可能性可在未来予以评估，前提是来自发酵的CO
2不损坏设备或损害最终产品质量。或者，工厂可投资CO
2纯化技术或外包服务，综合考虑成本、技术可得性和环境影响。
酒糟作为发酵乙醇生产中的主要残留物，可用作雨生红球藻的培养基。该废水可以约5%的浓度使用，并用工厂内其他工艺废水（如冷却水或蒸馏冷凝水）稀释。当用NaOH碱化并以CO
2注入处理时，可采用高得多的酒糟浓度。据报道，离心、过滤和pH调节等预处理可能是必要的，且不同批次之间成分差异可能显著。因此，在整个过程中，必须监测酸度、有机物含量、营养成分、污染物、潜在有毒物质以及不良微生物存在的变化。这不仅适用于培养过程，也适用于评估最终产品质量和其他工艺中使用的残余生物质。
对于使用酒糟作为培养基的大规模虾青素生产，估算质量和能量平衡至关重要。将废水用作微藻生产培养基是通过所谓混合营养代谢（有光照和有机物可用）或经典异养生长（无光限制且有可轻易同化的有机分子存在）实现的。异养培养通常利用有机物浓度和浊度较高的工业废水，这会干扰光周期。在此意义上，异养生长的化学计量模型可用方程表示。对于混合营养生长模式，微藻细胞生长的化学计量将在光合作用期和纯异养生长期之间交替。该培养模式可带来更高的比生长速率，但光和有机分子均可被视为限制性底物。
无论采用何种生长方式，分批培养中的微藻生物质平衡遵循“质量守恒定律”，可用方程表示。其中X为细胞浓度，t为时间，μ为比生长速率，V为培养基体积，k
d为类似细胞死亡的比生长速率。在最佳培养条件下，即忽略细胞死亡时，可估算理想分批时间。最大比生长速率出现在指数生长期。在连续微藻培养系统中，细胞质量平衡将取决于体积流速，可由输入、输出、生长和细胞死亡项表示。在稳态条件、无微藻进料且可忽略细胞死亡（维持指数期生长）的情况下，该方程可简化，其中体积流速与体积之间的关系定义了稀释率。在此条件下，可在稳态下控制细胞浓度。最终该表达式被称为基于限制性底物生长的Monod模型。
本文提出了一个以甘蔗酒糟为唯一培养基（仅需pH调节）的雨生红球藻虾青素生产物料平衡方案。一个中型甘蔗加工厂每天加工约10000吨甘蔗，根据发酵和酒精蒸馏技术平均产生5000 m
3酒糟。由于部分酒糟通常用于甘蔗施肥，建议将总产生量的50%用于微藻生产，将发酵-蒸馏输出与使用雨生红球藻的搅拌式生物反应器关联。基于估算结果，该假设表明连续生产系统（如连续流搅拌罐反应器，CSTR）的生产率高于分批生物反应器，产量更大。然而，在连续生物反应器的整个运行期内维持稳态条件十分复杂，尤其是以成分每日变化的工业废水进料时。无论如何，即便分批模式下的虾青素生产估算也相当可观且具有经济吸引力，前提是技术瓶颈得以克服。
除了物料流，工业规模的任何创新工艺提案均须考虑能量平衡。温度影响自养和异养微藻培养。在此类微生物生产中，能量平衡的主要应用之一是估算为维持恒温而必须从培养系统中移除的热量。在此意义上，细胞培养的简化稳态能量平衡方程可用方程表示。若蒸发显著（尤其在跑道式等开放式生物反应器中），离开系统的蒸汽焓将大于进入生物反应器或反应形成的液体焓。能量以热量形式离开，而轴功为周围环境对系统所做的功（如搅拌和混合操作）。在需氧培养中，反应焓可直接通过耗氧量估算。在微藻异养生长中，耗氧量相对较低。
考虑到所指示的酒糟量，需氧量约为每小时10.2 gmol。由于完全有氧代谢的反应热为?460 kJ/gmol O
2，则需每小时移除约4700 kJ热量以维持恒温。代谢反应在以碳水化合物为底物的微生物培养中通常产生约每小时每立方米18000 kJ热量。而微藻异养培养的平均散热需求约低1000倍，体现了该方案在能效方面的优势。
区块链系统的实施可使生物乙醇和虾青素生产同时受益。区块链的采用将便利从生产到产品运输的监测，并通过更高的透明度和产品品质可靠性扩大消费市场并吸引投资者。此外，交易将得以简化，欺诈风险降低，智能合约可用于控制低质量批次。当与废水再利用和温室气体减排等可持续实践相结合时，区块链的采用变得更具说服力，因为区块链可向消费者提供这些实践的可验证证明。同时可评估在雨生红球藻培养以及虾青素生产和运输中采用传感器监测各种参数的可行性，并比较传统实验室分析方法与基于传感器监测的优缺点。相同技术亦可用于监测生物乙醇生产。虾青素运输是一个必须监测的关键环节，因为它是对环境变化敏感的化合物，在此背景下使用传感器至关重要，尤其是与区块链技术相结合时。
由于甘蔗加工厂可产生剩余电能，该能源可内部用于实施区块链系统（通常能耗较高）、运行超临界流体系统等提取设备，并为传感器网络和雨生红球藻培养的温度控制系统供电。
虾青素提取后，残余生物质可用于生产沼气，这在环境影响方面相较于生物乙醇生产尤具优势。残余生物质也可作为肥料施用以促进甘蔗生长，或配制成动物饲料或膳食补充剂，并潜在地与来自发酵的废酵母生物质结合使用。在此情况下，须评估成本效益和技术可得性。
一项研究表明，低浓度乙醇可作为胁迫因子诱导雨生红球藻虾青素形成。因此，工厂自身生产的生物乙醇可用于此目的，减少对极高光照或转移至其他培养基等高成本胁迫因素的需求。
所有上述建议均可用于科学研究及工业应用。然而，在任何情况下均需考虑环境影响、成本、技术是否可获得和适用于预期用途和生产规模，以及消费者接受度和现行法规。
结论
雨生红球藻是天然虾青素的高效来源，许多研究正致力于使大规模生产在经济上可行且可持续。本综述讨论了一些可用的生产阶段和工具，强调使用农工业废水替代合成培养基，以及区块链、传感器和机器学习等技术在生物工艺控制、监测和追溯中的益处。最后，本文提出了一个将乙醇生产与微藻虾青素生产整合的技术方案，其中工业残渣、CO
2、酒糟和废水可用于微藻生长，有可能创造可持续且盈利的工艺。研究确定了若干研究机会，例如酒糟如何影响虾青素生产、潜在有毒分子如何影响最终产品和残余生物质，以及不同酒糟批次在成分和pH上的变化如何影响生物工艺。期待这些问题能为未来研究实现高效且环境可持续的生物技术工艺作出贡献。
