《Food and Bioproducts Processing》：Integrated downstream processing of
Auxenochlorella protothecoides biomass: pilot scale implementation and biomass fractionation for protein and functional ingredients development
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可持续蛋白来源开发：基于白葡萄渣异养培养的微藻蛋白高效提取及多组分分离研究，通过高压均质与梯度沉淀技术实现了蛋白质（46%）、矿物质-色素复合物（25.5%）及抗氧化抗菌滤液的协同获取，为食品工业副产物高值化利用提供了新范式。
Mikel Manso|I?igo Martínez de Mara?ón|Marta Cebrián|Jone Ibarruri
AZTI，食品研究部门，巴斯克研究与技术联盟（BRTA）。毕斯开亚科技园，Astondo Bidea路609号，48160 Derio - 毕斯开亚，西班牙
摘要
对可持续蛋白质来源的需求不断增长，这推动了对微藻的兴趣，尤其是
，因为它具有高蛋白质含量，并且能够利用农业工业副产品。本研究提出了一种循环生物精炼方法，将在白葡萄渣（WGP）糖上进行异养培养，并结合了优化的高压均质化（HPH）和先进的分馏技术。在试点规模上生产了生物质，实现了每克还原糖0.47克干重的产量。通过优化HPH参数（210 MPa和六次处理）来最大化细胞破裂和蛋白质溶解。后续处理分离出了三个主要组分：富含蛋白质的提取物、颗粒和生物活性流出物。蛋白质提取物具有高蛋白质含量（46%）、平衡的氨基酸组成、较高的蛋白质消化率（81.5%），以及比豌豆蛋白更优的起泡和乳化性能。颗粒的蛋白质含量较低（25.5%），但富含矿物质和色素；流出物具有抗氧化能力（高达162 mg TE L-1）和广谱抗菌活性。这种综合策略利用了食品工业的副产品，提高了蛋白质回收率，并为食品应用生成了多功能成分，支持在循环生物经济框架内开发可持续的替代蛋白质。引言
预计到2050年全球人口将达到近100亿，这加剧了对可持续和营养食品来源的需求（Van Dijk等人，2021年）。传统的动物源性蛋白质生产因其显著的环境足迹而面临日益严峻的挑战，包括温室气体排放、水资源消耗和土地使用（Nirmal等人，2025年）。因此，迫切需要寻找和开发不仅满足营养需求，而且通过更环保的方法生产的替代蛋白质（Detzel等人，2022年）。在这种背景下，食品工业副产品的价值化成为实现循环和可持续生物经济的一条有前景的途径。
微藻作为一种替代蛋白质的来源备受关注，因为它们具有高生长效率、营养密度，并且能够在非耕地生长（Guo等人，2024年）。其中，
因其能够进行异养生长而脱颖而出，这使得它特别适合使用有机碳源在生物反应器中进行高效培养（Manso等人，2025b年）。然而，微藻在工业应用中的主要挑战之一在于其后续处理，不仅包括收获，还涉及有效破坏坚固的细胞壁、分离有价值的化合物以及提高最终产品的消化率、功能性和感官特性（Gifuni等人，2019年）。尽管
具有许多优点，但在优化微藻蛋白质的提取和应用方面仍存在关键瓶颈（Bleakley和Hayes，2017年）。由于叶绿素等色素的存在以及难以消化的细胞壁，微藻基食品成分的感官质量和消化率可能会受到影响（Schüler等人，2020年；S?gesser等人，2024年）。因此，需要新的高效后续处理策略来获得具有理想颜色、营养质量和技术功能的优质蛋白质提取物，以适应食品应用。高压均质化（HPH）是一种广泛使用的机械方法，用于破坏细胞以释放有价值的细胞内化合物，如蛋白质、脂质和碳水化合物（Spiden等人，2013年；Carullo等人，2022年）。HPH的效率取决于压力、处理次数和具体的微藻种类。尽管能耗较高，但它仍是破坏微藻细胞最有效的方法之一（Moreira等人，2025年；Safi等人，2017年）。此外，Grossmann等人（2018a年）的研究表明，在HPH后对上清液进行溶剂沉淀可以生产出白色、富含蛋白质的粉末，这可能提高消费者对该成分的接受度。
本研究提出了一种新的综合方法，将
在食品工业副产品上的异养培养与优化的HPH和先进的分馏技术相结合。与以往仅关注培养或提取的研究不同，我们的工作在循环生物经济框架内整合了上游和下游过程。使用WGP衍生的糖不仅实现了农业工业废物的价值化，还支持了可持续的生物质生产。此外，通过级联处理生产出的富含蛋白质、颜色较浅的提取物具有改进的技术功能特性，解决了与微藻基成分相关的关键感官和营养问题。这一综合策略为开发适用于多种食品应用的下一代替代蛋白质提供了可扩展且环保的途径。章节片段
微藻菌株和培养
菌株来自美国德克萨斯大学的UTEX藻类培养收集（UTEX 256）。用于维持和生产接种物的基础培养基是Bristol培养基的改良版本，具体修改细节见补充材料。预培养在异养条件下（无光照）进行，使用Sanyo MLR-351H恒温箱（美国圣地亚哥）在28°C下以175 rpm的速度在摇摆烧瓶中培养。 结果与讨论
本节介绍了使用基于WGP衍生物的可持续培养基进行
生物质试点规模生产的结果，以及对其下游处理和所得成分的评估。结论
本研究证明了使用WGP衍生物的糖在试点规模上培养
的技术可行性，支持在循环生物经济框架内实现农业工业副产品的价值化。生物质生产成功地与结合了HPH和同步等电溶剂沉淀的集成下游策略相结合，使得生物质能够被分离成具有不同组成和功能特性的多个组分。资助
本研究得到了巴斯克政府工业、能源转型和可持续发展部门提供的预博士项目IKERTALENT21-P4的资助。
CRediT作者贡献声明
Marta Cebrián：写作 – 审稿与编辑、监督、项目管理、方法论、资金获取、概念构思。I?igo Martínez de Mara?ón：写作 – 审稿与编辑、监督、资金获取。Jone Ibarruri：写作 – 审稿与编辑、监督、方法论、研究、概念构思。Mikel Manso：写作 – 初稿撰写、方法论、研究、数据分析、概念构思。写作过程中生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备本工作时，作者使用了Microsoft Copilot工具来改进内容的语言和格式。使用该工具后，作者根据需要对内容进行了审阅和编辑，并对发表文章的内容负全责。
利益冲突声明
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：Mikel Manso Fraile报告称获得了巴斯克政府的财政支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢Bodega Gorka Izagirre提供白葡萄渣。作者还要感谢Ainhoa Bikandi、Arantza Salvarrey、Jorge Ferrer和Nagore Luengo提供的技术支持。本文是AZTI（食品研究部门）的第XXX项贡献。
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
