螺旋藻的开发与应用现状

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螺旋藻的开发与应用现状

[摘要] 本文综合论述了螺旋藻开发的历程意见意义,并对目前螺旋藻主要的应用领域和限制做了介绍。对当前螺旋藻养殖和推广过程中遇到的问题进行了总结,对于螺旋藻产业进一步的开发利用有一定的指导和参考作用。

[关键词]螺旋藻 养殖 资源开发

1.螺旋藻的发现及其开发意义

螺旋藻的最早发现可以追溯到16世纪,当时已有印第安人大量食用称为“螺旋藻糊”的螺旋藻。1940年法国药物学家Creach记录了乍得人用螺旋藻拌辣椒和香料制成食酱的情况。1952年,华盛顿的卡耐基研究发表论文对二战前后进行的螺旋藻的培养情况作了总结。1966年,法国巴斯的研究所C.Zarrouk发表论文《螺旋藻的培养研究》 并提出了査氏培养基。1967年法国石油协会Genevieve

Clement女士第一次公布她试验螺旋藻养殖的结果,并全面介绍了螺旋藻的营养价值、培养方法、收获干燥技术。1980年,世界著名毒理、病毒学家钱莫宁发表了螺旋藻系统毒理学研究报告,证明了使用螺旋藻安全无毒。上述的研究成果都为螺旋藻的大规模养殖及保健食品和药品的开发打下了基础。

螺旋藻是目前地球上人类已知的营养成分最丰富、均衡的生物,科学家甚至把螺旋藻比喻为一种微型的“营养宝库”。其营养比例最接近于联合国粮农组织(FAO)推荐的标准 (见表1),而且人体对其吸收利用率特别高。

2.螺旋的生理学特性

2.1螺旋藻的生态条件

螺旋藻的生长受多种因素的影响,如光照强度、温度、培养基的pH值及碳源浓度等。

(1)光照。螺旋藻是高光效自养原核生物,细胞颗粒状囊体含有叶绿素a、藻蓝素等光合素。螺旋藻光能转化率最高可达24%,大大超过陆地高等植物的利用率。在6000~35000勒克斯的光照范围内生长良好,且在一定范围内,光强增加则产量提高。

(2)温度。大多数螺旋藻喜欢高温(25~35℃)。实验室中最适宜的温度为25~30℃;室外培养最佳温度为30~35℃ 。当温度低于20℃时生长迟缓。

(3)pH值。螺旋藻对碱性环境有较强的适应能力适宜的pH为8.3~10.3,可以忍受的pH为7.0~12。pH高不仅对螺旋藻生长本身有利,而且还可以极大的抑制细菌、杂藻以及原生动物的生长和繁衍,提高产品纯度。

(4)盐度。邵营泽,朱忠琴等 在2004年应用驯化的方法,设计了盐度梯度,通过一系列实验,研究了盐度对螺旋藻的生长及其蛋白质含量的影响,结果表明,经驯化的螺旋藻在海水中生长要比在淡水中生长快,而且半咸水配置的培养液中培养的钝顶螺旋藻的蛋白质含量较高。

3.螺旋藻的开发与应用

3.1食品与保健品

螺旋藻具有高蛋白、高营养、高消化吸收率等特性,在74年联合国粮食会议上被公认为“超级营养食品”。其所含的丰富而均衡的营养,不仅可以治疗营养不良,又可以作为食品添加剂与谷物食品起到氨基酸互补作用,提高蛋白质利用率。螺旋藻富含的胡萝卜素、不饱和脂肪酸、矿物质、维生素等物质,对儿童的生长发育,提高机体免疫功能和延缓细胞衰老都具有重要保健意义。

现在已开发的螺旋藻食品有粉剂、片剂、胶囊、速溶冲剂、饮料、口服液、啤酒、营养米粉、冰淇淋、糖果、巧克力和饼干等 。

3.2医药行业

螺旋藻富含的活性物质,对多种疾病具有特殊的医疗和保健作用,其具有的抗辐射、抗突变功能,可用于防治癌症、抗衰老,增强肌体的免疫力等多种功能。螺旋藻对某此疾病的预防作用机理见表2。

3.3畜牧业

螺旋藻是一种优良的饲料原料,有高蛋白含量,营养丰富,消化吸收利用率等显著特征。能促进动物的生长,提高生产性能,降低饲料消耗;提高种禽、种畜的繁殖率;提高水产动物特别是海珍品育苗成活率,降低育苗成本,提高幼体的免疫力和活力,还可使观赏鱼体色变得鲜艳 。

目前,螺旋藻已广泛应用于对虾育苗、海珍品、观赏鱼类、家禽、鸟类和宠物饲料,以其饲料添加剂中。在国际上,其作优质饵料已占很大比重。

3.4化妆品业

螺旋藻所含有的丰富的氨基酸、藻多糖、SOD等多种营养活性成分有增加皮肤弹性、润肤保湿、除皱、祛斑等功效;能去除皮肤表面自由基,增加皮肤胶原蛋白的合成,软化角质层,促进血液循环和皮肤再生;同时由于螺旋藻化妆品的通透性较好,能起到皮肤表面和深层营养及护理的作用,而且使用安全,对皮肤没有刺激和致敏作用。

3.5环保方面

螺旋藻在生长繁殖过程中需要吸收大量营养物质,而且生长繁殖迅速,适应性好。大量资料表明,利用藻类的吸收、富集和降解作用,可有效去除污水中的重金属和营养盐,还能降解多种有机毒物如农药、烷烃、酚类等 。而且生长过程中还能分泌胞外生物絮凝剂,从而强化了废水处理过程。

目前,已经有利用螺旋藻处理城市污水、糖蜜发酵废水、缨丝废水、制药、酿造、制革等工业有机废水、造纸废水、有机印染废水、味精厂废水方面的研究,既高效处理了废水,减少了环境污染,又变废为宝,为降低螺旋藻的生产成本开辟了一条新途径 。

4.螺旋藻产业化发展趋势

螺旋藻产业在我国建立和发展已有十几年的历史,但产品的形式仍较单调,除藻粉、片剂、胶囊外,其他适合中国其他消费者口味而又能保持螺旋藻保健功能的多样化加工产品不多。产品质量、成本,以及产品的多样化是我国螺旋藻产业发展必须解决的关键问题。

4.1降低螺旋藻产业化生产成本

4.1.1充分利用自然资源养殖螺旋藻

产业化养殖螺旋藻过程中使用化工原料价格昂贵、重复使用率低,使得螺旋藻最终产品的成本升高。如果能充分利用自然资源养殖螺旋藻将大大降低生产成本。这方面我国学者已有很多研究。云南省利用程海碱水湖大规模培养螺旋藻,降低了生产资料成本。朱国洪等充分利用工业废水、废气和余热培养螺旋藻,李博对味精发酵废水培养螺旋藻的可行性进行了研究,都取得了一定成果。

4.1.2提高单位面积产量

提高光合作用效率,可以增加单位面积产量。国外研制了一种高光和效率的光反应器,大大提高了光合作用效率,降低了螺旋藻的生产成本。另外,确定适宜的藻种接种浓度,恰当的收获浓度和时间以及采集量,是提高单位面积产量的关键。

4.1.3计算机管理

运用计算机对生产过程进行管理,可以提高生产效率,实现企业现代化管理。以色列一家生产基地用计算机监测养殖池中藻细胞的密度、β-胡萝卜素、叶绿素以及培养液中的碳、氮、磷的含量,技术人员根据监测的数据确定采收量、采收时间以及补充多少营养元素等,对指导生产有明显的效果。

项目:

本论文由浙江省教育厅项目 “利用海水养殖废水养殖螺旋藻的关键技术和

产业化研究(Y200804859)”以及浙江省教育厅项目“围填海造成的海岸带生态系统服务损耗的货币化评估(2009C33083)”资助完成。

表1 螺旋藻必需氨基酸组分与FAO标准和其他食物的比较

氨基酸 螺旋藻 FAO标准 鸡蛋 牛肉 鱼类 大豆 蔬菜

苯丙氨酸 3.95 6.00 0.65 0.86 0.61 1.98 /

异亮氨酸 4.13 4.00 0.67 0.93 0.83 1.80 /

亮氨酸 5.80 7.00 1.08 1.70 1.28 2.70 0.40

赖氨酸 4.00 5.50 0.89 1.76 1.95 2.58 /

蛋氨酸 2.17 3.50 0.40 0.43 0.58 0.48 0.07

苏氨酸 4.17 4.00 0.59 2.86 0.99 1.62 /

色氨酸 1.13 1.00 0.20 0.25 0.30 0.55 0.23

缬氨酸 6.00 5.00 0.83 1.05 7.02 1.86 /

表2 螺旋藻对疾病的预防机理T

病例 作用机理

糖尿病、胃病 螺旋藻为营养碱性食品,既可增加营养又可改善酸性体质,调整新陈代谢活动消化率高达95%,极易被人体吸收

高血压、心脏病 螺旋藻可降低人体所含的胆固醇,且钾的含量远远高于纳;另外,丰富的叶绿素可改善血红素水平,提高血液循环系统的功能

贫血病 螺旋藻含丰富的铁质与叶绿素

肝病 螺旋藻能为患者提供高蛋白质和维生素,从而使病人尽快好转

肾脏病 可以清除由重金属以及药物引起的肾毒素,起到清洁肾脏的作用

风湿病 所含的γ-次亚麻酸(GLA)对风湿性关节炎很有帮助

癌症 丰富的天然β-胡萝卜素,以及其他植物含有的藻青素,因此对各种癌症具有抑制作用

艾滋病 螺旋藻含有一种糖脂质的硫酸脂,美国国家癌症组织(NCI)经动物实验证明其具有抗艾滋病的作用。

骨骼疏松症 含有的丰富钙质,可起到补钙的作用