螺旋藻的研究和开发

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 第 14 卷 　第 3 期 　　　　　　　　　　　云南农业大学学报　　　　　　　 Vo11 14 　No1 3 1999 年 　9 月 　　　　　　　Journal of Yunnan Agricultural University　　　　　 Sep. 1999 3 　1998 - 11 - 20 收稿 　　 螺旋藻的研究和开发 3 汪善荣 ( 云南农业大学学报编辑部 , 昆明 650201 ) 摘要 　综述螺旋藻的发展历史、养殖技术、营养成分及医药保健功能 , 介绍了一些国内外近 期开发的螺旋藻添加剂、色素、药品、饲料以及云南省螺旋藻的生产和产品开发现状 , 并提 出了云南省螺旋藻的发展思路. 关键词 　螺旋藻 ; 营养价值 ; 生产现状 ; 发展思路 中图分类号 　Q 949122 + 1 螺旋藻 ( Spirulina) 属于蓝藻门 , 蓝藻纲 , 段殖体目 , 颤藻科 , 螺旋藻属 , 是一种古 老的低等原核单细胞水生植物 , 形如钟发条 , 呈螺旋状 , 蓝绿色 , 所以又称为蓝绿藻 (Blue green alga) , 迄今已有 35 亿年的历史 , 早在 16 世纪前 , 非洲的乍得和中美洲的墨西 哥的居民就已把螺旋藻作为他们的食物 , 他们大多长寿 , 体格强健 (Richmond A)〔1〕. 自 20 世纪 60 年代 , 人们才开始发现并重视这种神奇的藻类 , 1967 年 , 法国的 Clement 博士 和比利时的 Jean Leonod 第 1 次分离出乍得湖产的螺旋藻 , 并在实验室进行了培养实验 , 1973 年墨西哥人通过大量的人体实验 , 证实螺旋藻没有毒性和副作用 , 可作为食品和饲 料使用. 随后 , 螺旋藻理想的蛋白质 , 被美国的食品蛋白咨询公司和联合国粮农组织 (FAO) 正式确认 , 以“人类明天最理想的食品〔2〕”向全世界推荐发展螺旋藻 , 它含有极 其丰富的营养成分 , 因其对人体能充分显示身体防御功能 , 调节生理节律 , 以及预防疾病 和促进康复等 , 即除营养 (1 次功能) 和感觉 (2 次功能) 之外 , 还可调节生理活动 (3 次功能)〔1〕. 螺旋藻也称为“功能性食品”, 这种功能性食品被誉为“21 世纪的食品”. 目 前由于人类生存环境的日趋恶化 , 空气和水源等污染的加剧 , 各种恶性疾病发病率的不断 提高 , 以及由人口增加引起的粮食资源缺乏 , 营养失调等因素 , 人们寻求具有防御能力、 促进康复、延年益寿、营养均衡、抗衰老的保健食品成为必然 ; 回归自然 , 享受天然绿色 食品 , 也成为一种全球性的趋势 , 代表安全、清洁、营养的螺旋藻食品是当代绿色食品中 的佼佼者 , 它的出现为食品工业注入了全新的内容. 1 　螺旋藻的营养成分及保健功能 1993 年在摩洛哥举行的首次螺旋藻世界大会上 , 科学家一致认为 , 螺旋藻是人和动 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 物最理想的纯天然优秀蛋白质食品 , 螺旋藻粉含蛋白质高达 60 %～70 % , 是水稻的 716 倍 , 玉米的 913 倍 , 猪肉的 617 倍 , 牛奶的 1713 倍〔3〕, 蛋白质为螯合状态的活性蛋白 , 消 化吸收利用率较高 , 并含有 17 种氨基酸 , 其中 8 种人和动物不能合成的必需氨基酸含量 尤高 , 其氨基酸组成合理 , 将螺旋藻用作添加剂 , 可起到“氨基酸互补作用”. 解决植物 蛋白质营养效价较低的问 , 成为动物良好的蛋白质来源. 螺旋藻除富含人类和动物所必需的氨基酸外 , 还含维生素 (B1 , B2 , B12 , E , A) 等 , 尤其β- 胡萝卜素是胡萝卜的 10 倍 , 维生素 B12的含量是动物肝脏的 2 倍 , 铁的含量是其它 含铁生物的 20 倍. 螺旋藻中的γ- 亚麻酸在普通食物中极为少见 , 并含有多种矿物质 (钙、 磷、碘、镁、铁、锌、铜、硒等)〔4〕. 螺旋藻藻体细胞壁薄 , 纤维素含量低 , 藻体中的营养 极易被人和动物消化、吸收和利用 , 其消化率达 80 %～85 %. 螺旋藻还含多糖物质〔5〕. 联合国委托法国等发达国家 , 对其作了彻底营养学及毒理学和试验 , 全部结果一致 公认绝对安全可靠 , 螺旋藻能促进人体红血球生长 , 增加机体免疫力 , 能降低血清胆固醇、 甘油三醇和低密度蛋白 , 能促进新陈代谢 , 刺激前列腺素合成 , 调节多种生理功能 ; 加强伤 口愈合 , 防止皮肤角质化 , 对胃及十二脂肠溃疡病有良好的疗效. 对糖尿病、贫血、肝炎、 视觉不良、胰腺炎、白血病、癌症有治疗和预防功能 ; 对金属性中毒和有机农药中毒有解毒 作用. 1 kg 藻粉相当于 100 kg 蔬菜营养的总和 , 其药性是中国神奇人参的 2 倍 , 可以说现代 人希望从自然界乃至全部食品当中获得的必需营养 , 几乎都浓缩在螺旋藻里了. 因此 , 螺旋 藻粉药品级每吨 20 万元人民币左右 , 饲料级每吨 6～8 万元人民币左右. 2 　螺旋藻的养殖 目前用于生产的螺旋藻有 2 种 : 钝顶螺旋藻和极大螺旋藻 , 生产温度、光照要求较 高 , 光合能力很强 , 光能转化率高达 18 % , 光合效率达 43 % , 是一般农作物的 3 倍和 114 倍以上. 一般生长温度 20～35 ℃, 光照强度 3～3 万勒克斯 , pH 值 9～10 , 水质可用不污 染淡水或微碱水. 室外半自然生产池一般长 20～30 m , 宽 2 m , 高 015 m , 水深高 012 m. 螺旋藻生产可分为几个阶段. 藻种培养池 (原原种) →一级培养 →二级培养 →生产池 →采收 →冲洗 →脱水 →喷雾干 燥 →杀菌 →检验 →包装 →入库 →药品级、食品级 (或脱水 - 自然干燥 - 饲料级) . 螺旋藻生产的营养除植物生长所需的氮 , 磷 , 钾以外 , 最大的需求量是碳源 (CO2) , 其主要营养盐配方为小苏打、食盐、硫酸钾、硫酸镁、硝酸钠、氯化钙、亚硫酸铁 等〔6 , 7 , 8 , 9〕. 在基因工程研究方面 , Rossi 等 (1985) 用 pMMB34 (一种粘粒载体) 建立了钝顶螺旋 藻的 DNA 文库 (包括 PC 的大小亚基基因) , 以用于其 DNA 物理图谱的建立. 秦松等 (1995) 完成了钝顶螺旋藻 APC基因的全序列测定 , 且使其α,β亚基在 E. coli 中得到表 达 , 并构建了与细菌活性蛋白融合的重组蛋白 , 获得了高效表达菌株. 经动物试验表明 : 其抑瘤和促进免疫功能活性较天然 PC显著 , 他们从螺旋藻中首次分离到了质粒 , 并试图 构建出穿梭质粒载体 , 用于有关的基因工程研究中. 另外 , 他们还试图利用 CaMV35 和 SV40 启动子 , 以氯霉素作选择压力 , 将螺旋藻 APC基因转入海带中〔1〕. 3 　螺旋藻保健品的开发与应用 目前 , 由螺旋藻制成或添加的食品已有 50 多种 , 螺旋藻作为一种丰富而均衡的蛋白 923第 3 期 　　　　　　　　　　汪善荣 : 螺旋藻的研究和开发 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 质补充剂 , 大多以粉状、片状或丸剂的形式投放市场. 螺旋藻粉是许多食品 , 如汤、酱、 面团、快餐、速溶饮料、儿童食品、发酵食品 , 以及其它食品的独特配料 , 螺旋藻也是一 种橙香味的薄脆饼和其它类型糖果的成分 , 可提高蛋白质含量 12 %和 18 %. 此外 , 采用 提取的方法 , 可获得一种脱色的螺旋藻粉 (黄白色) , 它无臭无味 , 因此用途更加广泛. 从螺旋藻中可以提取用于食品染色的色素. 螺旋藻的蓝绿色是由 2 种色素 ———藻蓝蛋 白 (蓝色) 和叶绿素 (绿色) 所致. 这 2 种色素掩盖了另一类色素 : 类胡萝卜素 (红色、 橙色和黄色) , 100 kg 的干螺旋藻经过水提取可得藻蓝蛋白、酶等物质 1～3 kg , 若用有机 溶剂提取 , 可得叶绿素 1～2 kg、藻黄素 100～200 g ,β- 胡萝卜素 100～200 g , 其中藻蓝 蛋白 (藻青素) 是色调极为美丽的天然无毒色素 , 在其它植物中极为罕见. 法国石油公社 ( IFP) 就从螺旋藻中提取玉米黄质 (黄色) 、蓝溪藻黄素乙 (橙红色) 、藻蓝蛋白 (蓝色) 等食品着色剂. 此外 , 螺旋藻中其它具有特异功能的活性成分 , 如亚麻酸、螺旋藻多糖、 维生素 B12等亦可提取后制成各种特效食品添加剂或保健药品. 螺旋藻具有极高的医疗保健功能. 法国等国家将螺旋藻制成护肤美容用品和减肥制 剂 , 法国 Promolabo 公司生产的螺旋藻胶囊可延缓衰老. 在越南 , 以商品名“Lactogil”出 售的螺旋藻药片 , 被用来增强由于天然缺乏或产后感染而引起的乳汁分泌不足. 美国科学 家从螺旋藻中提取到一种叫做糖脂的化学物质 , 它能阻止 AIDS (爱滋病) 病毒的生长. 美国的 Earthrise 公司生产的螺旋藻片剂、粒剂、粉剂如“施伯健螺旋藻”等均十分畅销. 以螺旋藻为原料制成的片剂“司巴奴娜护康宝”可提高人体的免疫功能 , 对恶性肿瘤有辅 助疗效〔1〕. 螺旋藻具有较强的富集能力 , 富集了某些特殊微量元素的螺旋藻在保留原来所有营养 及活性成分的基础上 , 更加提高了营养及医疗保健价值. 当前国内外的螺旋藻饲料开发 , 主要集中在经济价值较高的珍稀动物 , 以及具有观赏 价值的金鱼、锦鲤等方面. 日本 Johnson Wai Aguarium Supp1y CO Ltd 生产的含有螺旋藻成 份的锦鲤、金鱼、热带鱼上浮性饵料 , 不仅能促进生长发育 , 而且能增加鱼体彩色斑纹的 鲜艳度 , 在国际市场上很受欢迎. 国外以及我国台湾省 , 以螺旋藻作为对虾幼体的开口饵 料 , 已有多年的历史. 据有关资料报道 , 用鲜螺旋藻投喂斑节对虾的糠虾幼体 , 成活率可 达 90 %以上. 农业部环境保护科研所 , 在用螺旋藻饵料喂养对虾和金鱼方面取得新进展 , 研制成功的对虾螺旋藻系列微饲料 , 从对虾幼体开始喂到对虾 5 期 , 不仅可以提高成活 率 , 而且可以全部代替价格昂贵的丰年虫等常规饲料. 4 　云南省螺旋藻生产现状和开发前景 411 　云南省螺旋藻生产及产品开发现状 　七十年代初 , 墨西哥、美国、以色列、日本及 西欧一些国家进行了螺旋藻天然养殖和人工养殖 , 先后建成了一批螺旋藻生产厂家 , 目 前 , 世界螺旋藻年产量约为 2 500 t (以干粉计) . 我国也于八十年代开始对螺旋藻进行研 究、开发应用、我国现有螺旋藻生产厂家 80 余个 , 培养池面积超过 110 ×106 m2 , 而云南 省有丰富的螺旋藻资源 , 位于云南省滇西北金沙江河谷地区的永胜县境地内的程海湖 , 是 世界上仅有的生长天然螺旋藻的 3 大湖泊中最大的一个 (其它 2 个分别是非洲的乍得湖和 墨西哥的 Texcoco 湖) , 为充分利用这一丰富的自然资源 , 云南省把对螺旋藻的应用研究列 为“七五”期间国家科技重点攻关项目 , 入选了“18 项生物资源”的开发 , 1985 年 , 033 云南农业大学学报 　　　　　　　　　　　　第 14 卷 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 在国内率先实现了大面积人工养殖螺旋藻 , 占地 410 ×105 m2 的施普瑞有限责任公司螺旋 藻养殖基地是目前世界最大的螺旋藻养殖人工基地 , 另外 , 还有蓝宝、云海、宏源 3 个养 殖厂也在程海湖 , 至 1997 年底 , 4 个养殖厂藻粉产量达 1 000 t/ 年 , 施普瑞公司已成为螺 旋藻原粉世界市场最大的供应商 , 逐步成为在国内外具有影响力的螺旋藻生产、科研、开 发、营销专业企业. 该公司还在昆明高新技术开发区建有一座有一流设备的食品制造厂 , 1997 年螺旋藻深加工产品年销售收入达 2 亿元 , 目前该公司已将螺旋藻应用到医药、食 品、精细化工 , 美容化妆品、饲料等生产领域〔10〕, 如较出名的施普瑞胶囊和新开发的绿 A 螺旋藻精片 ; 施普瑞胶囊现已大面积覆盖国内市场并向外出口日本、美国等国家. 云南 永生酿酒厂生产的螺旋藻酒 ; 云南农业大学食品科学部开发的螺旋藻保健饮料〔11〕等 , 变 资源优势为产业优势 , 产生较好的社会效益和经济效益 , 这是云南省螺旋藻生产和开发的 目标. 412 　云南省螺旋藻产品开发思路 41211 　螺旋藻产品开发的重点应放在蛋白质上 , 螺旋藻以其高产和高蛋白含量为最大特 征 , 已成为人类最有希望的未来蛋白质食物新资源. 根据各国的试验 , 每天只需食用 50 g 螺旋藻干粉就可满足一个人体所需的营养和能量. 从高科技发展战略出发 , 我国目前在螺 旋藻功能蛋白质开发研究领域已获得重大突破 , 如发现在经过特殊化学诱变后 , 螺旋藻能 大幅度增强超氧化物歧化酸 (SOD) 的合成 , 并可以从细胞中提取、分离和纯化出来 , 具 有优越的产品性状. 1 g 螺旋藻 SOD 的价格就相当于 1 t 螺旋藻干粉的价格 , 如果投产一 个年产 1 kg SOD 的小车间 , 则相当 1 个年产 1 000 t 螺旋藻干粉生产企业的产值. 发展螺 旋藻蛋白质高科技产业 , 推进螺旋藻产业向纵深发展. 需要加大科研和科技投入 , 需要一 定的研究开发时间 , 因此要争取列入国家科技研究和产业化开发计划 , 组织联合攻关研 究 , 使其转化为最具活力的产品发展优势〔12〕. 41212 　目前螺旋藻保健食品由添加和混配为主要特征的第 1 代螺旋藻产品 , 向螺旋藻第 2 代产品转化 , 新型的螺旋食品不仅能保持螺旋藻原有特点 , 又能推陈出新 , 以适合不同 的加工特点和产品的特点 , 在螺旋藻的深加工及开发螺旋藻第 2 代产品中 , 主要解决溶解 性、脱除异味及护色和保鲜等关键性技术问题 , 这需要加强对螺旋藻的深入研究 , 否则 , 难以使螺旋藻在食品工业中得到普遍的应用 , 更难以形成螺旋藻食品加工产业化 , 这无疑 是对云南省丰富的螺旋藻资源的一大浪费. 目前 , 云南施普瑞 - 贝斯健康食品有限公司等 单位正从事这些关键技术的研究. 41213 　重视高效益的深加工的同时 , 开发多样性的螺旋藻食品 　随着研究的深入及市场 的需求 , 我们不但要提高螺旋藻产品的档次和质量 , 而且还要提取螺旋藻中某一营养成分 以发挥其更大的功效. 按照需要与可能相结合的原则 , 目前具有高附加值、高效益的螺旋 藻深加工产品系列有医药、化妆品、特种饲料和藻蓝色素、γ- 亚麻酸、β- 胡萝卜素、藻 多糖等精细化工产品或医药制品. 其中云南施普瑞公司生产的螺旋藻新药 ———施普瑞胶囊 (片) 在原粉的基础上通过深加工增值 10 倍以上 , 取得了良好的经济效益. 其它螺旋藻类 系列产品也正待去研究开发. 因此 , 尽快加大科技开发投入和生产投资力度 , 是培养云南 螺旋藻高科技龙头产品以促进产业化发展的捷径. 螺旋藻不是人们天天必须吃的食物 , 必须立足于市场 , 开发出品种多样 , 口味各异的 螺旋藻食品 , 才能为广大消费者所接受. 另外 , 螺旋藻产品一般价格高 , 只有适合的价格 133第 3 期 　　　　　　　　　　汪善荣 : 螺旋藻的研究和开发 © 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 才能进入普通民众的家庭. 41214 　走联合开发和集团化之路. 高科技产品开发的特点之一就是高投入. 为了加快开发 的步伐 , 在螺旋藻深加工产品的开发中 , 通过加强多学科联合、科研单位和企业联合、企业 与企业之间联合 , 走一条以高科技为先导的科工贸、产供销一条龙的集团化道路 , 采取股份 制甚至部分股份上市等开发生产资金筹集与运作的方式 , 定能加快系列产品的开发进程〔12〕. 41215 　在生产和开发过程中 , 我们还应研究和学习国外先进技术 , 比如 , 超声波藻类破碎 技术 , 超临界萃取技术、膜分离纯化过滤技术、真空低温浓缩技术、低能耗喷雾干燥技术和 蛋白质回收技术等 , 使云南螺旋藻的研究赶上或超过世界先进水平 , 同时加大其市场开拓力 度 , 这样才能真正发挥资源优势 , 开发成品 , 占领市场 , 获得良好的经济效益和社会效益. 参 　考 　文 　献 1 　李志勇 , 郭祀远 , 李琳等. 功能性螺旋藻保健品的研制与开发. 粮食与饲料工业 , 1997 , (10) : 37～39 2 　彭卫民 , 商树田 , 刘国琴等. 螺旋藻藻胆蛋白研究进展. 农业生物技术学 , 1998 , 6 (2) : 173～177 3 　张明峰. 未来的纯天然营养食品 ———螺旋藻. 世界农业 , 1997 , (8) : 30～31 4 　聂燕 , 李缙杨 , 李瑞菊等. 保健佳品 ———螺旋藻中 Fe , Mn , Cu , Zn , Ca , Se 的测定及营养评价. 水 产科学 , 1998 , 17 (2) , 43～45 5 　孙雪雁 , 金胜昔 , 蒋加伦. 浙江省螺旋藻开发前景. 浙江农业科学 , 1997 , (4) : 199～200 6 　施永宁 , 李培庆 , 施翔等. 培养液小苏打不同用量对钝顶螺旋藻生产的影响 , 浙江农业大学学报 , 1997 , 19 (1) : 87～89 7 　李乐农 , 郭宝江. 培养液中不同氧含量对螺旋藻生产的影响. 湖南农业大学学报 , 1998 , 24 (3) : 231～233 8 　常志州 , 吴浩 , 张建英 , 螺旋藻培养中碳酸氢钠施用技术研究. 土壤肥料 , 1998 , (2) : 32～34 9 　常志州 , 吴浩 , 张建英 , 螺旋藻培养中用 CO2 作补肥效果初探. 江苏农业科技 , 1998 , (1) : 46～47 10 　马波. 向着太阳跋涉. 中国高新技术企业评价 , 1990 , (1 , 2) : 7～11 11 　杨志雷 , 林奇 , 汪善荣. 新型饮料 ———螺旋藻保健饮料的研制. 云南农业大学学报 , 1998 , 13 (2) : 183～187 12 　李华. 关于开发云南螺旋藻产业的探讨. 云南财贸学院学报 , 1997 , (5) : 63～65 Study and Exploit Spirulina Wang Shangrong ( Editorial Office of Journal of Yunnan Agriculural University , Kunming 650201 ) Abstract 　This paper reviews the history , production technique , nutrition composition and health function of Spirulina , introduces some food additives , coloring matters , drugs and feedstuff exploited from Spirulina in China and overseas recently , and the status of Spirulina production and expliotation in Yunnan Province. Finally , the strategies of the future development of Spirulina were suggested. Key words 　Spirulina ; Nutrition value ; Production status ; Development strategy 233 云南农业大学学报 　　　　　　　　　　　　第 14 卷