螺旋藻中藻胆蛋白与多糖的序贯回收：基于吸附与错流透析整合的创新两步法工艺研究

本研究针对螺旋藻(Spirulina)高值组分分离效率低、膜污染严重等问题，开发了整合离子交换树脂吸附(Sepabeads? FPDA13)与错流透析的两步法工艺。通过JAMM等温线模型优化CPC/APC吸附（纯度提升至0.86/0.27），结合透析膜模块实现多糖7.4倍浓缩，为微藻生物精炼提供高效解决方案。

　　

微藻作为可持续生物活性物质的宝库，其高值化利用却长期受制于分离技术的瓶颈。螺旋藻(Spirulina)富含藻胆蛋白(C-phycocyanin, CPC和allophycocyanin, APC)与多糖，前者是天然蓝色素兼抗癌剂，后者具有免疫调节功能。但传统分离方法面临三大难题：色谱纯化成本高昂、多糖导致膜污染严重、多组分竞争降低回收效率。

西班牙阿尔梅里亚大学(Universidad de Almería)联合日本佐贺大学(Saga University)的研究团队在《Journal of Applied Phycology》发表创新成果。他们设计了两步法工艺：首先采用弱碱性阴离子交换树脂Sepabeads? FPDA13选择性吸附CPC/APC，随后通过错流透析模块浓缩多糖。关键技术包括：1) 建立竞争性Langmuir-Freundlich等温线模型(JAMM)描述CPC/APC共吸附；2) 开发孔体积扩散模型(PVDM)预测吸附动力学；3) 构建渗透通量衰减方程优化透析参数。

【吸附特性】

实验显示树脂对CPC的最大吸附量(q_CPCmax)达1.02×10^-5 mol kg^-1，是APC的6.8倍。JAMM模型揭示APC存在协同吸附效应(Φ_APC=6.48)，即CPC存在时APC吸附增强。吸附20分钟即达平衡，CPC纯度从0.40提升至0.86。

【传质机制】

Biot数分析表明CPC传质受外膜扩散主导(Bi=8.42)。浓度剖面显示CPC在树脂颗粒内5分钟即均匀分布，而APC呈现由中心向外扩散的独特模式。

【膜过程优化】

预处理使多糖浓缩效率提升138%(0.89 vs 0.37 g L^-1)。渗透通量模型Q_uf=32.80/(1+0.082t)准确预测了膜污染动态(R²>0.98)。

该研究突破性地将血液透析技术转化为藻类多糖浓缩工具，通过吸附预处理使膜通量衰减降低60%。数学模型指导下的工艺设计为微藻生物精炼提供了新范式，尤其适用于功能性食品开发。未来研究可探索阶梯洗脱策略进一步提升APC回收率，这对开发蓝色素-益生元复合产品具有重要产业价值。