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由于螺旋藻厂家商业利益最大化和成本最低化的发展，大部分螺旋藻养殖场都采用一年内培养液连续回用的半连续式培养方法。但随着培养液回用次数增加，其中的螺旋藻次生代谢产物，退化和死亡的螺旋藻细胞碎片持续积累，不仅使螺旋藻生长受到抑制，也为异养的微生物繁育提供了良好条件，导致收获的螺旋藻产品中微生物数量大增。由于60Co辐射灭菌技术被禁用，螺旋藻干粉的灭菌也急需寻找安全有效的替代技术。螺旋藻培养液连续回用工程中，养分的不均衡消耗也是影响螺旋藻生产性能的一个重要原因，需要加以研讨。
本文紧密围绕螺旋藻企业提高螺旋藻生产效率和降低螺旋藻干粉活菌数的技术需求展开研究，首先对螺旋藻干粉微波灭菌工艺进行深入研究，并探索螺旋藻半连续式培养过程中，培养液中胞外抑制物(EPS，Extracellularpolysaccharides)的积累规律与分离技术，分析螺旋藻培养液连续回用对养分的消耗规律，尝试从减少EPS和螺旋藻有机残体积累、改善无机养分平衡入手，把螺旋藻半连续式培养的产物抑制和异养微生物繁殖控制在最小，为解决螺旋藻干粉微生物活菌数超标的行业难题提供行之有效的解决方案。研究结果如下：
(1)采用单因素试验考察了微波灭菌功率、时间、接触面积、样品质量对螺旋藻干粉灭菌效果的影响，结合正交实验对螺旋藻干粉灭菌工艺进行优化，结果表明：对于螺旋藻干粉而言，在保证营养质量前提下，可通过延长灭菌时长、提高灭菌微波功率以提高灭菌效率；在微波处理条件下，当螺旋藻干粉质量在0-50g范围内，样品平铺面积为9cm2(3×3cm2)时，微波能可被样品中的水分和有机物吸收，随着物料质量的增加伴随着样品的含水量增加，对微波能的吸收也增加，灭菌效果随着质量增加而提高，菌落总数降低了63.51±6.59%；当样品平铺面积从9cm2扩大到81cm2，螺旋藻干粉平铺面积越大，样品的厚度就越小，水分子及其他能吸收微波能的有机物之间相互碰撞的机会越小，使得灭菌效果下降。通过正交实验得出，当微波功率750W、样品质量15g、微波时间3min和接触面积7×7cm2为螺旋藻干粉微波灭菌最佳条件，且此条件下热敏性营养素藻蓝蛋白含量及色差与对照组比无显著变化。当平铺面积大于49cm2灭菌效率开始下降；当平铺面积达到81cm2，灭菌效率显著低于平铺面积大于49cm2时。
(2)随着螺旋藻培养液回用次数增加，螺旋藻生长所受到的抑制作用逐次增强。收获后螺旋藻干粉的菌落总数也逐次增加。对回用培养液进行分离，并对其提取物开展理化性质、紫外光谱和红外光谱分析，鉴定后确定这是一种易溶于水，不溶于酒精、正丁醇等有机溶剂，不溶于油脂物质，溶于水后溶液粘稠度较大的不含蛋白质或核酸成分，具有阴离子特性的胞外多糖(EPS，Extracellular polysaccharides)。该结果为筛选EPS吸附分离材料提供了理论基础。
(3)分离得到的EPS加入到新鲜Zarrouk培养基会抑制螺旋藻的生长。在浓度为0-60mg/L范围内，EPS浓度越高抑制作用越明显。在补足营养并对回收液进行灭菌条件下，培养40天的回收液比培养10天的回收液对螺旋藻生长抑制作用更强，未灭菌的比灭菌后的抑制作用更大，测得培养10d和培养40d的培养液中EPS含量分别为12.376mg/L和26.751mg/L。对三次回用培养液逐次进行测定，发现EPS的含量出现逐次提升的积累趋势，分别是13.366mg/L、18.831mg/L、22.656mg/L。
(4)供试的钝顶螺旋藻(GY-D18Spirulinaplatensis)对pH的适应能力强，但只有在pH=8.5时生长速率最佳。当培养液pH=5.5时出现藻体变黄、逐渐死亡沉淀，当pH=11.5时，螺旋藻中EPS含量最高，高达92.87mg/L，是pH=8.5组的2.515倍。显示螺旋藻在长时间碱性较强的生长环境下，更易分泌胞外抑制物，可能原因是在强碱性环境中，碳源供应充足，但是氮的吸收代谢可能受到抑制。该EPS的释放是一种溢流机制，通过分泌胞外多糖排出多余的碳，达到细胞内碳、氮平衡。
(5)观察不同氮形态、氮含量、磷含量对螺旋藻的生长及EPS积累的影响表明：螺旋藻对硝态氮浓度的接受范围比铵态氮更广，铵态氮浓度过高(氯化铵≥0.256g/L)时，会抑制藻细胞中GS酶的活力，不利于藻细胞的生长，对藻有抑制毒害作用，甚至引起藻体死亡。在同一低氮浓度(0.2N)下，该钝顶螺旋藻对铵态氮的吸收同化优于硝态氮，产生的总蛋白含量也更高。相比于相同低浓度的铵态氮，硝态氮有刺激该钝顶螺旋藻产生EPS的作用。在NaNO3浓度在0-25g/L内，EPS含量随着硝态氮浓度增加而增多，当硝态氮浓度从5g/L增加到25g/L时，EPS的含量大幅上涨，是Zarrouk培养基中标准氮含量(2.5 g/L)产生EPS的4.085倍。培养液中磷酸盐的含量也会影响螺旋藻的生长和EPS的积累，高于Zarrouk培养基标准磷含量或无磷培养都会对螺旋藻的生长有抑制，当培养液中K2HPO4在0-5g/L范围内，EPS随着磷浓度的升高而递增。若想在保证螺旋藻正常生长的基础上降低EPS的分泌，建议将Zarrouk培养基中的氮盐(NaNO3)浓度降低至原来的0.2倍(0.5 g/L)，磷盐浓度不变。
(6)三种极性大孔吸附树脂均能吸附去除回收液中螺旋藻生长抑制物EPS，并有效降低回用液对螺旋藻生长的抑制作用。其中吸附效果最佳的是S-8大孔吸附树脂，其聚苯乙烯骨架上连接的季胺基带正电，能与带阴离子特性的抑制物EPS之间产生静电引力或吸附作用。在1：10的料液比下EPS的吸附率达58.48%，吸附量为171.4mg/mL，解吸率为73.03%，对回收液吸附后对比吸附前，再回用培养螺旋藻的生物量提高了30.76%。
本文紧密围绕螺旋藻企业提高螺旋藻生产效率和降低螺旋藻干粉活菌数的技术需求展开研究，首先对螺旋藻干粉微波灭菌工艺进行深入研究，并探索螺旋藻半连续式培养过程中，培养液中胞外抑制物(EPS，Extracellularpolysaccharides)的积累规律与分离技术，分析螺旋藻培养液连续回用对养分的消耗规律，尝试从减少EPS和螺旋藻有机残体积累、改善无机养分平衡入手，把螺旋藻半连续式培养的产物抑制和异养微生物繁殖控制在最小，为解决螺旋藻干粉微生物活菌数超标的行业难题提供行之有效的解决方案。研究结果如下：
(1)采用单因素试验考察了微波灭菌功率、时间、接触面积、样品质量对螺旋藻干粉灭菌效果的影响，结合正交实验对螺旋藻干粉灭菌工艺进行优化，结果表明：对于螺旋藻干粉而言，在保证营养质量前提下，可通过延长灭菌时长、提高灭菌微波功率以提高灭菌效率；在微波处理条件下，当螺旋藻干粉质量在0-50g范围内，样品平铺面积为9cm2(3×3cm2)时，微波能可被样品中的水分和有机物吸收，随着物料质量的增加伴随着样品的含水量增加，对微波能的吸收也增加，灭菌效果随着质量增加而提高，菌落总数降低了63.51±6.59%；当样品平铺面积从9cm2扩大到81cm2，螺旋藻干粉平铺面积越大，样品的厚度就越小，水分子及其他能吸收微波能的有机物之间相互碰撞的机会越小，使得灭菌效果下降。通过正交实验得出，当微波功率750W、样品质量15g、微波时间3min和接触面积7×7cm2为螺旋藻干粉微波灭菌最佳条件，且此条件下热敏性营养素藻蓝蛋白含量及色差与对照组比无显著变化。当平铺面积大于49cm2灭菌效率开始下降；当平铺面积达到81cm2，灭菌效率显著低于平铺面积大于49cm2时。
(2)随着螺旋藻培养液回用次数增加，螺旋藻生长所受到的抑制作用逐次增强。收获后螺旋藻干粉的菌落总数也逐次增加。对回用培养液进行分离，并对其提取物开展理化性质、紫外光谱和红外光谱分析，鉴定后确定这是一种易溶于水，不溶于酒精、正丁醇等有机溶剂，不溶于油脂物质，溶于水后溶液粘稠度较大的不含蛋白质或核酸成分，具有阴离子特性的胞外多糖(EPS，Extracellular polysaccharides)。该结果为筛选EPS吸附分离材料提供了理论基础。
(3)分离得到的EPS加入到新鲜Zarrouk培养基会抑制螺旋藻的生长。在浓度为0-60mg/L范围内，EPS浓度越高抑制作用越明显。在补足营养并对回收液进行灭菌条件下，培养40天的回收液比培养10天的回收液对螺旋藻生长抑制作用更强，未灭菌的比灭菌后的抑制作用更大，测得培养10d和培养40d的培养液中EPS含量分别为12.376mg/L和26.751mg/L。对三次回用培养液逐次进行测定，发现EPS的含量出现逐次提升的积累趋势，分别是13.366mg/L、18.831mg/L、22.656mg/L。
(4)供试的钝顶螺旋藻(GY-D18Spirulinaplatensis)对pH的适应能力强，但只有在pH=8.5时生长速率最佳。当培养液pH=5.5时出现藻体变黄、逐渐死亡沉淀，当pH=11.5时，螺旋藻中EPS含量最高，高达92.87mg/L，是pH=8.5组的2.515倍。显示螺旋藻在长时间碱性较强的生长环境下，更易分泌胞外抑制物，可能原因是在强碱性环境中，碳源供应充足，但是氮的吸收代谢可能受到抑制。该EPS的释放是一种溢流机制，通过分泌胞外多糖排出多余的碳，达到细胞内碳、氮平衡。
(5)观察不同氮形态、氮含量、磷含量对螺旋藻的生长及EPS积累的影响表明：螺旋藻对硝态氮浓度的接受范围比铵态氮更广，铵态氮浓度过高(氯化铵≥0.256g/L)时，会抑制藻细胞中GS酶的活力，不利于藻细胞的生长，对藻有抑制毒害作用，甚至引起藻体死亡。在同一低氮浓度(0.2N)下，该钝顶螺旋藻对铵态氮的吸收同化优于硝态氮，产生的总蛋白含量也更高。相比于相同低浓度的铵态氮，硝态氮有刺激该钝顶螺旋藻产生EPS的作用。在NaNO3浓度在0-25g/L内，EPS含量随着硝态氮浓度增加而增多，当硝态氮浓度从5g/L增加到25g/L时，EPS的含量大幅上涨，是Zarrouk培养基中标准氮含量(2.5 g/L)产生EPS的4.085倍。培养液中磷酸盐的含量也会影响螺旋藻的生长和EPS的积累，高于Zarrouk培养基标准磷含量或无磷培养都会对螺旋藻的生长有抑制，当培养液中K2HPO4在0-5g/L范围内，EPS随着磷浓度的升高而递增。若想在保证螺旋藻正常生长的基础上降低EPS的分泌，建议将Zarrouk培养基中的氮盐(NaNO3)浓度降低至原来的0.2倍(0.5 g/L)，磷盐浓度不变。
(6)三种极性大孔吸附树脂均能吸附去除回收液中螺旋藻生长抑制物EPS，并有效降低回用液对螺旋藻生长的抑制作用。其中吸附效果最佳的是S-8大孔吸附树脂，其聚苯乙烯骨架上连接的季胺基带正电，能与带阴离子特性的抑制物EPS之间产生静电引力或吸附作用。在1：10的料液比下EPS的吸附率达58.48%，吸附量为171.4mg/mL，解吸率为73.03%，对回收液吸附后对比吸附前，再回用培养螺旋藻的生物量提高了30.76%。