微藻主要营养成分及其在食品中的应用研究进展
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南方农业SouthChinaAgriculture第17卷第5期Vol.17No.52023年3月Mar.2023
微藻是指那些在显微镜下才能辨别其形态的微小
藻类群体,富含蛋白质、脂质、多糖、类胡萝卜素等
多种营养成分。目前,越来越多的微藻生物活性物质
和次生代谢产物被研究开发,如藻蓝蛋白、多糖、多
种类胡萝卜素(虾青素、盐藻黄素、β-胡萝卜素)、Ω-3脂肪酸和多酚等,一些生物活性物质和次生代谢
产物已经被证实具有抗氧化、抗炎、抗肿瘤、抗病毒
的作用[1-3]。随着消费者对健康饮食的需求增加,含有
微藻的食品和饮品正在全球市场上逐渐显露头角。螺
旋藻、小球藻、雨生红球藻、盐藻、裸藻等逐渐进入
人们的生活。微藻食品在国外应用已较为广泛,而我
国微藻食品研发起步较晚,但目前已在食品行业、纺
织、日化品等领域显现出重要的应用价值。
1微藻营养成分
微藻在生长过程中会产生各种生物活性物质和次
生代谢产物,如蛋白质、糖类、脂类、多糖、多酚、
甾醇和色素(叶绿素、类胡萝卜素、藻胆碱)等。微
藻是食物维生素的优质来源,含有维生素A、维生素B1(硫胺素)、维生素B2(核黄素)、维生素B3(烟酸)、维生素B5(泛酸)、维生素B9(叶酸)、维生素B12、维生素C、维生素D和维生素E。微藻中还含有
矿物元素,如钙、钠、镁、磷、钾、铁、锌和碘[4]。1.1藻蓝蛋白
不同微藻的蛋白质含量不同,经济微藻中以螺旋
藻和小球藻的蛋白含量最高,可达70%。微藻蛋白品
质处于植物蛋白和动物蛋白之间,优于植物蛋白但不
如动物蛋白。微藻的氨基酸构成也优于鸡蛋,特别是
微藻还含有人体无法合成的必需氨基酸[5]。在微藻蛋
白中,对藻蓝蛋白的研究居多。藻蓝蛋白是一种高营
养价值的水溶性蛋白,也可作为蓝色色素应用在食品
领域,同时藻蓝蛋白具有抗肿瘤、抗氧化、抗炎、增
强免疫力等生物活性功能,也可应用在保健品和医疗
领域[6]。藻蓝蛋白能够通过细胞周期的阻滞而引起肺
癌细胞的凋亡,以浓度依赖效应的方式引起黑色素瘤
细胞不同程度的凋亡,在抑制结肠癌活性上也具有非
常显著的效果。另外,藻蓝蛋白能够有效清除细胞内
的OH基团并降低由葡萄糖氧化酶诱导所产生的炎症
反应,表现出显著的抗氧化和抗炎作用,并且已证实
藻蓝蛋白对生物体不具有毒性效应,是一种安全的抗
炎类功能性食品[7]。
工业上的藻蓝蛋白主要来源于螺旋藻。螺旋藻从20世纪70
年代引入中国进行培养,养殖技术已经比较收稿日期:2022-09-15作者简介:陈东(1997—),女,河南信阳人,硕士,研究实习员,主要从事微藻多联产技术研究。E-mail:183****************。陈东,钱为强,林凤娟.微藻主要营养成分及其在食品中的应用研究进展[J].南方农业,2023,17(5):44-47,53.
微藻主要营养成分及其在食品中的应用研究进展
陈东,钱为强,林凤娟
(佛山中国发明成果转化研究院,广东佛山528225)
摘要微藻富含蛋白质、脂质、多糖、类胡萝卜素等多种生物活性物质和次生代谢产物,营养价值
较高。越来越多的微藻生物活性物质和次生代谢产物被研究开发,如藻蓝蛋白、多糖、多种类胡萝卜
素(虾青素、盐藻黄素、β-胡萝卜素)、Ω-3脂肪酸和多酚等,一些生物活性物质和次生代谢产物已
被证实具有抗氧化、抗炎、抗肿瘤、抗病毒的作用,现已广泛应用于食品领域。系统总结微藻的藻蓝
蛋白、长链多不饱和脂肪酸、微藻多糖和微藻色素等主要营养成分,以及微藻在面食、酸奶和饮品中
的应用研究进展。关键词微藻;营养成分;活性物质;食品
中图分类号:S182文献标志码:CDOI:10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.05.01144
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成熟,藻蓝蛋白的规模化提取、纯化和稳态化研究等
已成为目前螺旋藻精深加工的焦点。近年来,藻蓝蛋
白的制备技术取得了一定进展,但仍存在提取效率偏
低、能耗偏高等现象。螺旋藻的高效破壁技术、藻蓝
蛋白特异性纯化技术及功能活性稳态化仍需研究人员
进一步研究和发掘[8]。1.2长链多不饱和脂肪酸
Ω-3脂肪酸和Ω-6脂肪酸是人类无法通过自身合
成的长链多不饱和脂肪酸(LC-PUFAs),必须通过饮
食补充。LC-PUFAs有助于前列腺素和血栓烷的产生,
而前列腺素和血栓烷对血液中胆固醇和甘油三酯的产
生及预防某些疾病,特别是皮肤病和关节炎,具有重
要作用[9]。其中Ω-3脂肪酸可以改善高血压和充血性
心力衰竭,还对肠道菌群的发育和组成有积极的影
响。在动物模型中,补充Ω-3脂肪酸可改善肝脏胰岛
素敏感性、脂肪细胞因子的产生及具有直接和间接的
抗炎作用[10]。在Ω-3脂肪酸中,二十二碳六烯酸
(DHA)和二十碳五烯酸(EPA)因其显著的健康益
处脱颖而出。DHA通过支持神经元,促进短期和长期
记忆,并帮助改善大脑功能;EPA可限制与慢性疾病
相关的炎症发展。EPA和DHA共同作用有助于胎儿发
育,预防炎症,并处理心血管疾病,还可以通过抑制
某些负责脂质合成的酶,影响血清脂质和脂蛋白来预
防肥胖[11]。
目前,海洋鱼类是市面上补充DHA和EPA产品
的主要来源,但鱼油强烈的鱼腥味可能不适用于某些
食品配料。此外,有限的海洋鱼类资源和一些污染危
害物质的存在,使工业需要寻找其他DHA和EPA来
源物作为替代。微藻可以产生大量的多不饱和脂肪
酸,如拟微球藻富含EPA,裂殖壶藻富含DHA。微藻
是初级生产者,相对鱼虾,提取多不饱和脂肪酸藻油
可以减少因食物链积累的危害物质,并且微藻的培养
可以节约土地资源,有助于碳中和,因而利用微藻提
取含多不饱和脂肪酸微藻油具有广阔的应用潜力。1.3微藻多糖
不同微藻多糖的结构与组成不同,但均显示出显
著的增强机体免疫力和抑制病毒活性的功能。细胞实
验、动物实验和人体实验结果显示,微藻多糖如螺旋
藻多糖、小球藻多糖、盐藻多糖等都具有良好的促免
疫活性[12]。螺旋藻多糖可以提高小鼠抗体生成细胞
数、NK细胞活性增强小鼠免疫力[13]。小球藻多糖促进小鼠的吞噬细胞能力和淋巴细胞增殖,且有效剂量
为50mg·kg-1[14]。盐藻多糖可以促进腹腔巨噬细胞分
泌IL-1和T淋巴细胞增殖[15]。裸藻多糖可以增加人体
的抗体含量,促进组织因子分泌[16]。此外,微藻多糖
还具有抗病毒、抗氧化、抗菌和降血糖等作用[17]。1.4微藻色素
微藻色素分为类胡萝卜素、叶绿素和藻胆素。微
藻色素不但是一种天然色素,而且具有促进健康的高
营养成分,如抗氧化剂、维生素前体、神经保护和免
疫促进剂。商业上的微藻色素来源主要有紫球藻(藻
红蛋白)、杜氏盐藻(胡萝卜素)、螺旋藻(藻蓝蛋
白)、雨生红球藻(虾青素)和栅藻(叶黄素)。藻红
蛋白具有抗氧化及抗炎活性,对阿尔茨海默病、肝肾
毒、糖尿病等疾病具有一定缓解作用[18]。β-胡萝卜素
具有提高免疫力及预防皮肤病和白内障的功能[19],从
杜氏藻中提取的β-胡萝卜素经常添加到果汁、奶酪和
罐头等食品中。藻蓝蛋白常被用作食品的着色剂,如
冰淇淋、口香糖、冰棒、果冻、乳制品和软饮料。此
外,雨生红球藻是天然虾青素来源之一,虾青素是一
种强抗氧化剂并在清除自由基、抗衰老、抗肿瘤和免
疫调节等方面都显示出良好的生物学活性[20]。叶黄素
是类胡萝卜素家族中的一员,具有抗氧化防辐射、抗
癌、预防心脑血管疾病和护眼作用[21]。
2微藻在食品中的应用
2.1面点
将微藻添加到面点中,可以增加面点的营养价
值,形成独特的口感风味。同时,微藻具有保水性,
可以延缓面粉中淀粉的老化,延长面点的货架期。刘
琦在面包中添加小球藻和金藻可以提高面包的营养价
值,相较于未添加微藻的面包,小球藻面包和金藻
面包的蛋白质含量、总糖和水分均高于对照组,但脂
肪含量却显著低于对照组,且微藻面包的感官评价
与对照组无显著差异[22]。Niccolai等[23]、Batista等[24]、Rodriguez等[25]将螺旋藻添加到面包、饼干及意大利面
中也获得了相似的结果,添加了螺旋藻的面包蛋白质
和多酚含量有所增加,抗氧化能力也更高。王宝贝等
在面包中添加适量的雨生红球藻可以一定程度地延缓
面包的硬度、胶着性和咀嚼性的增加,延长面包保质
期,但对贮藏过程中面包的弹性、内聚性和回复性的
影响不大[26]。刘璐璐等发现添加雨生红球藻可以改善45
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戚风蛋糕的色泽,使其呈现橙红色,戚风蛋糕的硬
度、弹性和咀嚼性增大,抗氧化活性增强,但随着添
加量的增加,蛋糕出现了一定的藻腥味,影响了蛋糕
的风味。雨生红球藻适宜添加量为1.0%~2.0%,不仅
改善了戚风蛋糕的品质,还提升了其营养价值[27]。2.2酸奶
将微藻添加到酸奶中可以提高酸奶品质和益生菌
的活性。Barkallah等开发的含有0.25%~1.00%螺旋
藻的酸奶,具有较高的蛋白质和纤维含量、较好的保
水力及贮藏期间较低的乳清脱水[28]。赵金瑶等将0.25%脱腥处理后的莱茵衣藻搭配0.2%的明胶和0.1%
的β-环糊精所得到的莱茵衣藻酸奶质地醇厚,奶香与
藻香协调[29]。颜志秀等利用藏灵菇和螺旋藻进行发
酵,酸奶中醇类化合物增加,酸类化合物减少,口感
也更加柔和[30]。王晓晴等将小球藻脱腥后添加到酸奶
中,发现酸奶中添加小球藻粉有利于益生菌的增殖,
且使酸奶多了自然的藻香味[31]。Beheshtipour等研究发
现含有0.5%~1.0%螺旋藻的酸奶,pH下降速度慢,
在发酵和冷藏结束时,嗜酸乳杆菌和乳酸双歧杆菌的
活力增加并持续保持[32]。刘云鹏研究发现在适宜的菌
种和条件下发酵所得的螺旋藻乳酸菌发酵产物,可以
提高线虫在热激、过氧化氢诱导下的存活率,并且与
对照组相比,发酵产物可以延长线虫的寿命,说明螺
旋藻乳酸菌发酵产物具有极大的开发潜力[33]。2.3饮品
一些研究人员将微藻与饮品进行了结合,探索微
藻对饮品品质的影响。刘灵杰等[34]、曾佩琴等[35]在黑
芝麻乳的基础上添加螺旋藻,以一定配比研制成复合
营养饮料,并进行稳定性研究和工艺的优化。付书正
等通过利用秀丽线虫模型,探究人参雨生红球藻浓缩
饮品抗衰老抗氧化的作用,结果显示与对照组相比,1.0mg·L-1的浓酸饮品可以显著延长秀丽线虫的寿命,
在热应激实验中增加线虫的存活率,并且显著增加其
运动能力、产卵量及在线虫体内的SOD活性,进而达
到了延缓衰老的作用[36]。庞庭才等利用小球藻提取多
糖后进行酶解,研制出的小球藻保健饮料成品呈现清
亮的黄绿色,无明显藻腥味,风味独特,具有良好口
感[37]。朱子昊利用小球藻提取蛋白质酶解成多肽,研
制出的小球藻多肽功能果汁饮料具有良好的抗氧化
性[38]。李奕以小球藻与紫果西番莲多糖为原料,研制
出的小球藻紫果西番莲多糖复合饮料可明显延长小鼠力竭游泳时间,降低运动后丙二醛生成量,并显著提
高总超氧化物歧化酶与谷胱甘肽过氧化物歧化酶的活
力,因而可增强机体运动耐力,具有较好的推广
前景[39]。
3小结
现有研究表明,微藻不仅营养成分全面,而且具
有抗氧化、促免疫等微藻活性物质功能成分,对人们
的健康有积极的作用。随着人们健康意识及对健康食
品的要求逐渐提高,微藻已逐渐在大健康领域中崭露
头角。微藻产业也从简单的生产藻粉,逐步进入精深
加工领域,如微藻活性物质的提取纯化、微藻产品的
研制开发等。微藻在食品领域的应用,除了需要发展
微藻本身的养殖技术,降低微藻作为食品原材料的成
本外,还需要对微藻食品进行规范管理,制定市场规
范,完善市场监督,保证藻粉或微藻产品的食用品
质,保证微藻产品的食用安全。