面向食品生产的小球藻收获及营养评价

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小球藻具有生长速度快、营养成分丰富等优点,是一种用途广泛的微藻,在保健食品、生物能源、饲料等行业具有巨大的应用潜力。但是由于小球藻细胞的尺寸很小,且密度与水接近,导致收获非常困难。传统的收获方法存在局限,如化学絮凝方法会对藻细胞产生污染,限制了其在食品领域的应用;而离心法等因为成本太高,缺乏大规模应用的基础。本文面向食品生产的小球藻收获方法,主要研究了电解气浮和真菌联合收获两种工艺收获小球藻,探讨了两种收获方法中工艺参数对收获率的影响,并研究了收获产物营养成分的情况。主要的研究内容和基本结论如下:研究了电解气浮收获小球藻的相关参数对收获率的影响。使用了两种不同的不锈钢筛网作为收获用电极,结果表明在同样的输入电流下,#30的筛网作为电极比#10的筛网做为电极达到90%的收获率需要的时间更短;不论使用哪种电极,随着输入电流的增加,收获时间均相应变短;当以#30丝网为电极时,收取的泡沫的浓度要低于以#10丝网为电极时收取的泡沫的浓度;在#10丝网上的电压变化比在#30号丝网上的电压变化更加平稳。铁电极由于严重的染色问题,不适宜于作为连续培养和收获小球藻的电极使用。研究了液面高度和流速对收获率的影响。在实验参数范围内,较高的液面高度和较大的流速对提高收获率有正影响;泡沫中藻细胞与留在藻液中的藻细胞存在一定的差异,这种差异造成了对小球藻对电解气浮收获的敏感程度不同。在中试级别实现了小球藻的连续培养和采收。由于不加入絮凝剂,培养基可以重复利用。分析了电解气浮收获小球藻过程中气泡行为。氢气气泡的脱离直径和电极材料的表面参数如曲率有关,当电极直径越小,形成的气泡越小;随着液面高度的增大,气泡受到的压力越大,气泡的工作距离越长,气泡在上浮过程中,随着压力变小和溶解氢的扩散,气泡不断变大。通过分析泡沫中的氨基酸组成和剩余在藻液中的氨基酸组成,发现泡沫中的小球藻的氨基酸总含量相对较高。泡沫中的小球藻的必需氨基酸系数接近WHO推荐标准。电解气浮法得到的小球藻在有害金属和菌落等方面的指标符合食品应用的要求。研究了食用菌成球收获小球藻的工艺方法。研究了不同的工艺参数下真菌成球行为,对本文所用的平菇来说,合适的成球旋转速率为100rpm;低pH、高葡萄糖含量和较长的真菌成球培养时间对收获率提高有促进作用;真菌球对小球藻的吸附符合二次曲线。研究了真菌小球藻共培养过程中的成球行为。葡萄糖对复合球体的形成是必需的,但是当葡萄糖含量超过10g/L后,对形成的复合球尺寸大小没有显著影响;pH值不是决定是否成球的决定性因素,但是pH值会影响最终球的大小,在一天的培养后,所有的样品都形成了大约0.5mm的球;初始pH值高于5.5,复合球会停止生长,在pH值3.5-4.5的条件下,球会继续生长直到尺寸为1-2mm;孢子数量要达到一定程度才能发生成球行为,在接种孢子量为7×107/L以上时,复合球才能形成。研究了食用菌-小球藻复合体的氨基酸组成情况,结果表明半胱氨酸(Cys)是复合体的第一限制氨基酸。8种必需氨基酸与18种氨基酸总量之间的比例为41.78%,非常接近40%的WHO推荐标准。食用菌-小球藻复合体中的有害金属及有害菌落等指标符合食品应用要求。
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