微藻利用现状综述

微藻利用现状综述摘要：微藻是一类古老的原低等原核生物，其藻体内富含都中多糖、蛋白质、氨基酸维生素、类胡萝卜素、γ-亚麻酸、多种无机元素以及多种微量元素等，是一种纯天然的营养物质。其营养物质对许多疾病有防御作用，对动物、鱼虾生长和品质有促进作用，还可以净化水质等，具有广阔的前景，在医药食品、养殖饲料、化妆品、能源环境等行业都有所应用。本文从微藻营养物质的特点，在不同行业中的应用，及其在生产加工过程中存在的问题加以综述。关键词：微藻利用综述1微藻简介藻类是最原始的生物之一，广泛存在于海洋、淡水湖泊等水域，通常呈单细胞、丝状体或片状体，结构简单，整个生物体都能进行光合作用，所以光合作用效率高，生长周期短、速度快。藻类按大小可分为大藻（如海带、紫菜等）和微藻[1]。微藻是一群小型藻类的总称，通常为单细胞或丝状体，直径小于1mm。微藻细胞微小，形态多样，适应性强，分布广泛，有原核藻类和真核藻类。原核藻类是指蓝藻，而蓝藻一般不产油。真核藻类包括绿藻、硅藻、裸藻、黄藻、金藻、褐藻、红藻和隐藻。2微藻的营养成分多中微藻具有丰富的营养价值，其中最具代表性的是螺旋藻。螺旋藻被认为是目前常用微藻中蛋白质含量最高、营养最全面、消化吸收和适口性最好、无毒无副作用、安全性最高的藻种。既可作为蛋白质原料，又可作为食品及饲料的添加剂[2]。微藻藻粉中含有多种成分，如蛋白质、氨基酸、多糖、维生素、类胡萝卜素、γ-亚麻酸、多种无机元素以及多种微量元素等。并且微藻细胞壁结构中纤维素极少，容易被人和动物消化吸收，越来越受到人们的关注。其营养价值特点如下：2.1蛋白质微藻中蛋白质含量很高，约为40%-60%，可作为单细胞蛋白的一个重要来源，小球藻属中以蛋白核小球藻的蛋白质含量最高，一般不低于50%，明显高于常规植物蛋白源[3]。螺旋藻的蛋白质含量高达58.5%-83.4%，且蛋白质品质优良，易于消化吸收、不含任何阻碍消化吸收的因子。螺旋藻蛋白质中至少含有18种以上氨基酸，包括动物体所必需的8种必需氨基酸且含量丰富[4]。2.2多糖糖类约占藻细胞干重的15%-20%，主要为多糖类。例如甘露糖、甲基糖、藻酸、鼠李糖等，尤其是藻酸、甘露醇是水产珍贵动物所必需，所含的多糖有调节和提高机体免疫力、以及抑癌和抗辐射作用[5]。2.3不饱和脂肪酸微藻是海洋中多不饱和脂肪酸（PUFA）的原始生产者，微藻细胞中含有的不饱和脂肪酸主要是二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA），因此可利用微藻得到高含量的EPA和DHA[6]。微藻中还含有γ-亚麻酸等必需脂肪酸，它不仅具有促生长作用，而且还可增强机体抗病力。还含有胆甾醇和β-谷甾醇，具有增强机体免疫力、延缓细胞衰老、必需降低胆固醇等功效。2.4维生素微藻中含有多种维生素，以螺旋藻为例，螺旋藻的维生素含量丰富，种类多达13种，主要有VB1、VB2、烟酸、肌酸等[7]。类胡萝卜素在动物体内吸收转化率较高，转化后能达到良好的着色效果，从而可以提高虾、海珍品、观赏鱼、宠物、肉鸡及鸡蛋等的商品价值。另外，β-胡萝卜素是维生素A的前体，维生素A具有提高机体免疫力等作用。2.5矿物质元素微藻所含矿物质元素种类有50多种，含量丰富且易于吸收利用，尤其富含碘、钾、钠、铁等含量丰富，且这些矿物质在藻体内以螯合状态存在，易于消化吸收，消化利用率很高[8]。3微藻的应用鉴于微藻具有诸多营养成分，而这些营养成分中有许多为动物生长所必须的物质；加之微藻种类繁多，人们可以根据具体需要筛选、驯化出符合人们要求的藻种。因此对于微藻的应用涉及多个方面，主要应用行业包括医药和食品行业、养殖和饲料行业、化妆品行业、能源和环境行业等。3.1医药和食品行业微藻中含有的多种多糖、蛋白质等物质，可以起到抗肿瘤、增强动物免疫力、抗衰老等作用。在DNA复制过程中，DNA的修复机制能对复制过程中产生的错误进行及时修复。抗癌药物的作用机制便与此有关，并且微藻中藻多糖和藻蓝蛋白等也有此作用，因此微藻在抗肿瘤、防癌方面显示出重要作用。研究表明，对动物喂食微藻可以使T细胞及B细胞活性明显增强，体液抗体量显著提高[9]。另外，藻蛋白对人乳腺癌细胞（MCF-7）和肝癌细胞（HepG-2）的体外生长有明显的抑制作用[10]。由于微藻中的藻多糖和藻蓝蛋白均能增强骨髓细胞的增殖活力，促进胸腺、脾脏等免疫器官的生长和促进血清蛋白的生物合成，因此微藻具有免疫增强作用[11]。微藻中含有一定量的超氧化物歧化酶（SOD），SOD可以通过催化歧化作用清除体内的自由基，因此对人体衰老和疾病的发生有一定的作用。螺旋藻多糖对OH、O-2自由基的清除作用，发现其能有效清除这两种自由基，对脂质过氧化及DNA的OH氧化损伤有显著抑制作用[12]。另外，口服螺旋藻后能有效的补充维生素等的缺乏，起到治疗溃疡的作用[13]。微藻中含有的多种营养成分对人类是有益的，因此以微藻为原料的多种实用产品应运而生。作为食品使用的方法一般有直接或作为片剂食用[14]，在其他食物中添加等，例如将其与奶粉共同发酵[15]，添加入酱油[16]或巧克力[17]中等。与其他食品相配合不但可以保留了微藻本省的绝大多数营养成分，消除了微藻的腥味，而且还提高和丰富了食物本身的营养价值，增加了蛋白质、维生素和微量元素等的含量，使营养更趋于平衡，有利于强健身体，增强免疫力。3.2养殖和饲料行业微藻中含有的多种生化成分可以为动物、鱼虾等提供必要的营养，而且还能有效的促进生物的生长、改善生物的品质等。虾青素是一般微藻中含有的成分，虾青素对于鱼类类胡萝卜素的积累有一定的影响，研究发现，虾青素含量对红罗非鱼各组织类胡萝卜素总含量有显著影响，类胡萝卜素在红罗非鱼的鳍中沉积率最高，其次为鳃，再次为眼球，皮肤和肌肉沉积率最低[18]。另外，小球藻经常作为轮虫、贝类的饵料[19]；微胶囊饲料以其营养丰富、适口性强、稳定性好等优点，被普遍认为是一种比较理想的对虾育苗饲料[20]。3.3化妆品行业微藻中含有的多糖和抗氧化性质的物质对于保湿、抗紫外线照射、抗氧化等都能起到作用，主要是通过抑制体内自由基氧化反应，降低脂质过氧化作用，减少组织脂褐质形成，从而减少色斑、皱纹等[21]。北京医科大学药物所、昆明医学院、昆明市中医院、昆明医学院第一附属医院等皮肤科和医学美容中心等单位进行的236例临床试用表明：螺旋藻营养液能提供皮肤所需要的氨基酸、藻多糖、SOD等多种营养活性成分，有增加皮肤水弹性、润肤保湿、除皱、祛斑等功效，用时由于螺旋藻化妆品的透过性较好，能起到皮肤表面和深层营养及护理作用，而且使用十分安全,对皮肤没有刺激和致敏作用.由于化妆品对色泽、气味等有一定的特殊要求，故螺旋藻作化妆品应用，应经过提取和脱色，除腥等工艺过程，制成相应的液剂。但不同的提取方法对螺旋藻营养液的成分、功能有较大的影响，其中以不加酶或酸的超滤效果取好[22]。3.4能源和环境行业来自于微藻的生物柴油被誉为是未来能源安全的柱石[23]，人们可以通过酯交换、热化学分解等技术将微藻藻体内的脂类等有机质转化为可燃性液体燃料等。例如，以小球藻为原料，添加5%质量分数的钠离子，可热解液化获得62.58%油产率[24]。并且采用微藻热解技术可得到高芳烃含量、高辛烷值的生物油；藻体中脂类（脂肪、脂肪酸及脂肪酸酯）的属性和含量对热解油性质影响不大，但对热解油产率有明显的影响。除所含脂类外，其他藻细胞组分（蛋白质、多糖等）都可热解转化成生物油。微藻作为一种古老的生物对生长环境的要求相对较低，因此可以在食品废水中进行大规模养殖，并且还可以利用废水中的N、P等营养元素供自己生长。因此，可以有效地较低废水中的总磷（TP）、总氮（TN）等，起到一定的环保作用。利用真菌-螺旋藻共生体系处理啤酒废水，不但对废水中的COD、TN、TP等有较好的去除作用，而且所得到的螺旋藻对蛋白质的积累也有所提高，所得到的螺旋藻生物质可进一步用于加工饲料、料饵等[25,26]。并且大多数微藻还可以一定程度上吸附重金属，例如小球藻还可以吸附水体中的Zn2+、Cu2+、Ni2+、Cr3+等重金属[27]。4微藻开发过程中存在的问题4.1生产成本问题尽管微藻的开发早已进入了工业化生产阶段，但并未得到普及，其中最重要的因素是生产成本过高。降低生产成本最有效的措施有：充分利用各种自然资源进行工厂化生产，通过对藻种的筛选、驯化，可获得一些能在天然湖泊甚至海水中养殖的藻株，进一步降低生产成本；研制高光合效率的光反应器，提高单位面积产量，降低生产成本；应用基因工程技术培育各种不同特性，适应性广的品种。4.2养殖的营养源问题培养微藻需要大量的碳源和氮源及其它无机营养成分。虽然目前用废水培养微藻已取得初步成功，但作为食品的微藻用废水培养极不可靠。因废水中的有毒物质和病毒因子会富集于藻体内，所以必须购买纯净的培养基原料。碳酸氢钠占营养物成本的60%，因此解决其来源是降低成本的关键。4.3改善加工工艺问题微藻藻体小，采收困难，离心分离需大量能量，并且在洗涤藻粉的时候容易污染到微生物，所以在采收、分离、干燥、加工等技术方面尚需研制出高效节能、保质的设备和工艺，降低成本。5总结与展望本论文综述了微藻在多个领域和行业中的应用，由于微藻藻体内含有的多种蛋白质、氨基酸、多糖、维生素、微量元素等，使其应用前景广泛。在医药方面，具有抗肿瘤、增强动物免疫力、抗衰老等作用；在食品方面，可以作为一种保健食品直接使用，也可以通过添加到其他食品中食用；可以将其作为动物鱼虾的饲料，不断可以增加产量，还可以增加其品质等；将微藻藻体内的物质进行提取添加到化妆品中，较一般的化妆品的效果好，还可以做到纯天然；再利用废水培养微藻时，可以利用富营养化水体中的N、P等作为营养源吸收，从而去除水体中的富营养元素；剩余的藻渣还可以通过热解技术，将其转化为生物原油，生物原油是一种可替代化石柴油的潜在燃料。为了更好的研究和利用微藻，人们还需要对其进行更深入的研究。要得到工业化生产，需要获得更符合微藻生长的环境，以期在最短的时间内获得最大产量的藻粉。还需要将上诉几个行业进行交流穿插，是微藻的利用率达到最大。要更有效、更广泛、更多效益的利用微藻还需要很多的研究。参考文献：[1]邓洪立,张齐,马小琛,等.产生物柴油微藻培养研究进展[J].中国生物工程杂志,2009,29(3):110～116.[2]张立彬,甄二英,李振永.螺旋藻的营养价值及培养[J].饲料世界杂志,2006(3):8-9,36.[3]韦进钟.小球藻的营养价值及其开发利用简述[J].畜牧兽医科技信息,2004(8):12-13.[4]郑静.螺旋藻化学成分及其生物活性研究[J].科技信息,2009(7):416-417.[5]林建斌.海洋生物多糖在水产养殖中的应用[J].水产养殖,2014,35(1):25-29.[6]和玉丹,邹君彪,袁金锋,等.海洋微藻在动物营养价中的应用前景[J].饲料研究,2007,11:67-69.[7]姚宝贵,黄圣基,晚清.螺旋藻的营养评价及其保健功能[J].食品研究与开发,1998,19(2):41-44.[8]关
颖,赵海英,丁喜峰,等.不同产地的螺旋藻粉中元素含量分析[J].光谱学与光谱分析,2007,27(5):1029-1031.[9]李冰,张学成,高美华,等.钝顶螺旋藻藻蓝蛋白和多糖的抗肿瘤免疫活性研究[J].中国海洋大学学报,2004,34(3):396-402.[10]张博超.螺旋藻抗肿瘤肽的分离及壳聚糖纳米粒子复合物的制备[D].广州:华南理工大学,2012.[11]王文博,高俊莲,孙建光,等.螺旋藻的营养保健价值及其在预防医学中的应用[J].中国食品与营养报,2009(1):48-51.[12]李羚,高云涛,戴云,等.螺旋藻及螺旋藻多糖体外清除活性氧及抗氧化作用研究[J].化学与生物工程,2007,24(3):55-57.[13]毛珍娥.螺旋藻治疗复发性口腔溃疡临床效果研究[J].中外医学,2010,33:9-11.[14]江红霞,郑怡.微藻的药用、保健价值及研究开发现状[J].亚热带植物科学,2003,32(