真空冷凍干燥技術在浮游生物制備方向的應用

微藻可以在光生物反應器或水道池塘中大規模培養。培養目標菌株后，通過一系列步驟收獲最終的生物質，包括生物質分離、篩選、增稠、脫水和干燥，最后是生物精煉廠提取目標產品。優化這些步驟對于高效生產高質量的藻類生物質至關重要。小球藻屬是最常食用的微藻物種之一，自1960年代以來一直在商業種植。小球藻的默認生長條件是光合自養（光作為能量來源）。然而，它也能夠在各種有機碳源上異養生長。這種異養生長條件經常用于大規模生產，因為可以實現更高的生物量濃度、更低的運營成本、更少的污染和更長的連續運行時間。

在培養步驟之后，通常會對生物質進行干燥，以延長保質期。根據干燥條件，熱敏性化合物（如蛋白質）的膠體特性可能會受到影響，從而導致蛋白質質量改變。此外，小球藻會產生一系列揮發性有機化合物，從而產生明顯的風味特征。加工，尤其是熱處理，會導致現有揮發性有機化合物降解并形成新的揮發性有機化合物，從而導致感官特征發生變化。因此，評估干燥過程的效果對于增加微藻功能性成分在創新食品中的應用至關重要。

脫水和干燥是下游提取中的重要元素。因此，重要的是要考慮不同的技術及其對成本和能源的影響，最重要的是考慮生物質、高價值產品和代謝物的質量。脫水微藻通過去除大部分水來確保下游的有效加工，從而降低了后續干燥步驟所需的成本和能源，盡管脫水需要大約整個微藻收獲過程所需能源的 20-40%。此外，在生產供人類或動物食用的情況下，需要消除污染風險。
 

干燥過程這被認為是關鍵的一步，因為從上游收獲過程中獲得的藻漿可能很脆弱。根據一些研究者的說法，干燥過程需要的能源最多，占制造生物柴油等藻類產品總成本的 80% 以上。由于藻類容易受到微生物污染、機械損傷和不利的儲存條件的影響，這可能會降低生物質的質量，因此有效干燥藻類以實現最佳儲存非常重要。藻類的干燥方法有很多，如常規陽光干燥、熱風干燥、冷凍干燥、微波干燥、烘箱干燥和噴霧干燥。

通常采用傳統方法，例如陽光干燥和烘箱干燥，因為這些方法不需要高能量和資本投入。但是，由于這些方法可能不是選，例如在曬干時容易受到鳥類、昆蟲和微生物等外部來源的污染。此外，這種方法在很大程度上依賴于天氣條件，對于多雨和低陽光的地區可能不可行。另一個原因是由于太陽直接輻射導致葉綠素等色素的降解 。此外，烘箱干燥會對熱不穩定的代謝物和生物活性化合物產生負面影響。

冷凍干燥和噴霧干燥等工藝在干燥藻類生物質方面已變得越來越普遍。冷凍干燥是安全的干燥形式之一，可以保留重要的副產品，否則這些副產品可能會丟失，而噴霧干燥過程可以節省時間并生產高價值的產品。這些方法的缺點包括運營和維護成本高。此外，噴霧干燥方法包括高壓機制，這可能會使細胞破裂并降解顏料等高附加值成分。

干燥的選擇取決于可用的資本和能源，以及需要從藻類收獲中成功獲得的副產品的重要性。盡管脫水和干燥等下游過程對于提取有價值的高質量藻類生物燃料和食品補充劑或動物飼料原料至關重要，但缺乏概述這些過程重要性的研究。