论文链接：https://www.mdpi.com/2227-9717/13/6/1629

论文标题：Downstream Processes in a Microalgae Biorefinery: Cascaded Enzymatic Hydrolysis and Pulsed Electric Field as Green Solution

期刊名：Processes

期刊主页: https://www.mdpi.com/journal/processes

文章导读

近年来，微藻作为高价值化合物的潜在来源备受关注，但下游提取技术却长期面临效率低、能耗高、选择性差等挑战。传统机械破碎与溶剂提取方法难以兼顾可持续性与目标产物的完整性。近日，意大利萨勒诺大学Gianpiero Pataro教授团队在 Processes 期刊发表综述，首次系统对比了脉冲电场（Pulsed Electric Field, PEF）与酶解（Enzymatic Hydrolysis, EH）两种技术的作用机制，并深入剖析二者联用的协同效应，为微藻生物炼制工艺的优化提供了创新性技术框架。

背景与现状：微藻提取陷入效率与环保的双重困境

微藻作为富含蛋白质、天然色素、脂类等高价值化合物，在食品加工、医药研发、新能源开发等领域具有不可替代的应用潜力。然而，其细胞壁与细胞膜的独特结构，多年来始终是大规模生产难以突破的核心瓶颈。此外，传统提取技术（如机械破碎、化学溶剂萃取）普遍存在污染严重、目标产物活性受损等问题。

近年来，脉冲电场、酶解等温和技术逐渐受到关注，脉冲电场可通过电穿孔实现细胞膜选择性通透，酶解能针对性降解细胞壁多糖或蛋白质。但二者单独应用时局限明显，脉冲电场难以突破刚性细胞壁阻碍，对大分子化合物（如高蛋白）提取效率有限；酶解则面临反应时间长、酶制剂成本高的问题。如何通过技术协同平衡提取效率与选择性，成为微藻生物炼制规模化发展的核心难题。

研究进展：脉冲电场与酶解联用：1+1＞2的协同效应

行业迫切需要前景广阔、绿色高效的提取技术，以实现微藻资源的全价值开发。脉冲电场与酶解联用技术的出现，恰好为这一需求提供了可行解决方案。

单一技术的局限可通过联用互补突破，两种联用模式均展现显著优势：

酶解→脉冲电场联用：先通过酶解削弱细胞壁刚性，为后续脉冲电场电穿孔创造条件，可使细胞膜透化效率提升，同时降低脉冲电场的能量消耗。

脉冲电场→酶解联用：先以脉冲电场打开细胞膜通道，促进酶制剂向细胞内部扩散，可使酶解反应时间缩短、酶用量减少，显著降低工艺成本。

图1 作用机制的示意图（a）单一脉冲电场处理和联合处理（b）酶+脉冲电场处理（c）脉冲电场+酶处理

未来挑战与展望

目前，级联工艺的工业化落地仍面临多重挑战：一是工艺参数协同难，脉冲电场的电场强度、脉冲宽度需与酶解的温度、pH值精准匹配，不同微藻物种的细胞结构差异会导致参数适配性差异，增加调试难度；二是设备集成成本高，缺乏标准化操作流程。

基于现有研究，团队提出未来重点发展方向：

技术适配性上，需针对更多不同种类微藻，定制脉冲电场与酶解的级联参数，明确不同联用顺序对大分子物质提取的影响，让技术更具通用性；

产业化落地中，要升级脉冲电场设备、改良酶制剂以降低成本，同时通过技术经济和生命周期分析，为工业应用提供落地依据；

随着技术的不断成熟，脉冲电场与酶解联用技术有望打破传统提取技术粗放低效的局限，推动微藻从实验室研究走向工业应用，打开绿色提取的新机遇。

Processes 期刊介绍

主编：Prof. Dr. Giancarlo Cravotto, University of Turin, Italy

Processes 专注于过程工程和系统工程领域，主题内容涵盖化学、生物、材料、环境、能源、食品、制药、制造、自动化控制等相关过程工程方向。目前已被Scopus、SCIE (Web of Science)、Ei Compendex, CAPlus/SciFinder、Inspec 等数据库收录。