综述：微藻蛋白：可持续蛋白质新希望，挑战与突破并存

为解决全球蛋白质需求难题，研究人员探索微藻蛋白生产，发现其潜力大但面临挑战，意义重大。

　　在全球人口持续增长、人们收入不断提高以及饮食偏好逐渐改变的大背景下，蛋白质的需求正以前所未有的速度攀升。据预测，到 2050 年，全球人口将新增超过三分之一（约 23 亿），这使得粮食生产必须增加 70% 才能满足需求。然而，传统的蛋白质来源，如动物制品和常规作物，在为人类提供蛋白质的同时，也带来了一系列棘手的问题。

以畜牧业为例，它不仅是森林砍伐的重要诱因，还在温室气体排放和水资源消耗方面 “贡献” 巨大。大规模种植富含蛋白质的作物同样问题重重，大量的土地和水资源被占用，导致栖息地丧失、土壤退化，生物多样性也受到严重威胁。此外，可耕地和淡水资源的有限性，进一步限制了传统农业扩大生产以满足蛋白质需求增长的能力。而且，饲料、化肥等投入成本的波动，使得传统蛋白质生产系统的经济可持续性大打折扣。

面对这些困境，微藻蛋白作为一种极具潜力的可持续解决方案，逐渐走进了人们的视野。来自埃及坦塔大学、沙特阿拉伯阿卜杜勒阿齐兹大学、奥地利维也纳大学、中国江苏大学以及希腊帕特雷大学的研究人员，对微藻蛋白展开了深入研究，相关成果发表在《Microbial Cell Factories》上。

研究人员在研究过程中运用了多种关键技术方法。在微藻培养方面，采用了光自养、异养、混合营养和光异养四种培养方式，并对其进行了详细对比分析。在蛋白质提取环节，运用了脉冲电场（PEF）、超声辅助提取（UAE）、酶辅助提取（EAE）和微波辅助提取（MAE）等先进技术，并与传统提取方法进行对比。同时，利用模拟胃肠道消化模型评估微藻蛋白的消化率和生物利用度，还通过生命周期评估（LCA）研究微藻蛋白生产的环境影响和经济可行性 。

下面来看看具体的研究结果。在微藻培养方面，光自养培养凭借利用阳光和 CO?的优势，成为大规模生产的首选，但存在光照限制、污染风险和蒸发率高等问题。而异养培养虽能实现高细胞密度和高价值化合物生产，但成本高昂且易受污染。混合营养培养结合了两者的优点，可提高生物质和代谢产物的产量，还能促进 CO?循环利用，不过有机底物成本高和过程控制复杂限制了其大规模应用。光异养培养则更适合生产特殊代谢产物，可它成本高、技术复杂，大规模生产难以实现。

在收获和提取技术上，收获微藻面临着生物质浓度低的难题，现有沉淀、离心、过滤、浮选和絮凝等方法各有利弊。例如，沉淀法成本低但效率不高，离心法高效却耗能大。而在蛋白质提取方面，PEF 技术通过高压脉冲使细胞形成孔隙，具有能耗低、能保持蛋白质结构完整的优点，不过其效果受多种因素影响，且在规模化应用时需要优化电极设计等参数。UAE 利用超声波产生的空化作用破坏细胞，能提高提取效率，但长时间超声可能会导致蛋白质降解。EAE 使用特定的酶来分解细胞壁，具有能耗低、蛋白质纯度高、环保等优势，然而酶的成本较高，且不同微藻物种需要定制酶配方。MAE 利用微波辐射使细胞内的水蒸发产生压力，从而破坏细胞壁，具有提取时间短、效率高、能耗低等优点，但在规模化时存在微波分布不均的问题。

微藻蛋白的消化率和生物利用度研究表明，其在人类营养和水产养殖应用中表现出色。模拟胃肠道消化模型实验显示，微藻蛋白能被高效水解，在水产养殖中使用微藻基饲料，可显著提高鱼类的生长性能和营养品质 。

通过 LCA 研究发现，微藻蛋白生产在土地使用和温室气体排放方面优于传统蛋白质来源，不过在能量消耗和成本方面仍需改进。目前，微藻蛋白的生产成本较高，主要是因为生物反应器昂贵、培养过程耗能大以及收获技术成本高。

综合来看，微藻作为一种营养丰富、可持续且可规模化的蛋白质来源，在应对全球粮食安全挑战方面具有巨大潜力。其高蛋白质含量、快速生长速度以及能在非耕地生长的特性，使其有望成为传统蛋白质来源的有力替代品。但目前微藻蛋白生产还面临诸多挑战，如高生产成本、收获效率低和监管障碍等。未来，需要通过创新生物炼制模型、基因工程和可持续生产策略来解决这些问题。随着研究的不断深入、政策的支持以及产业投资的增加，微藻蛋白生产有望改变全球蛋白质市场格局，为构建更可持续、更具韧性的食品系统贡献重要力量。