微藻研究、应用技术及发展综述微藻营养丰富，含有微量元素和各类生物活性物质，而且易于人工繁殖，生长速度快，繁殖周期短，所以在医药、保健品、水产养殖饵料、饲料添加剂、化工和环保等方面具有广阔的应用前景。

近几十年来，随着现代生物技术的应用，分离鉴别手段的提高，遗传工程、基因工程等的迅猛发展，人类对微藻的研究开发已进入一个崭新的时期。

微藻的培养和研究始于18世纪末，主要是栅藻和小球藻等淡水藻类，目的是作为研究植物生理学的试验材料。

1910年Allen和Nelson开始培养单种硅藻饲养各种无脊椎动物。

1949年，Spoehr和Milner就建议利用藻类蛋白质来解决全球的蛋白紧缺问题。

我国则从1958年开始培养作为食品和饲料的微型藻类，中科院水生所等机构先后进行了小球藻、扁藻、褐指藻等的大量培养，建立了培养池，为我国的微藻生产打下了基础。

1972年，中科院水生所、海洋所、植物所等不少单位又开展了螺旋藻的培养研究，而中科院水生所大量培养鱼腥藻已有20多年。

我国在藻种选育、培养基配制及某些培养技术方面，已经达到或接近国际水平。

在藻类蛋白的工厂化生产试验、藻类采收、浓缩、干燥和加工及藻类饲料的应用试验中也取得了重大成果。

微藻研究1. 微藻化学组成研究1.1蛋白质微藻的蛋白质含量很高，可作为单细胞蛋白（SCP）的一个重要来源。

微藻蛋白质为优质蛋白质，含有人体所需的全部必须氨基酸，但是微藻蛋白一般缺少含硫氨基酸如胱氨酸和甲硫氨酸。

1.2 脂肪微藻的总脂类含量占干物质的1~70%，多数为甘油的脂肪酸酯，主要为含偶数磷原子的直链分子，多数淡水微型绿藻含有大量的α-亚麻酸，主要包含单不饱和脂肪酸，极少含有三个以上双键。

1.3 淀粉微藻中碳水化合物的含量一般少于20%。

如盐藻12%~40%、螺旋藻约15%、小球藻约20%等。

微藻淀粉低消化率的特征，为糖尿病、肠胃系统疾病及减肥辅助药物的研制提供了潜在的巨大商机。

1.4 核酸藻所含的核酸数量超过大多数常规饲料或食物，但少于其他SCP 来源，如细菌和酵母。

1.5维生素和矿物质微藻细胞中与人体生长发育直接相关的维生素十分丰富，其含量之高是天然食品所罕见的。

据Gerdes报道，6个淡水藻种和31个海洋藻种中VB1的含量占每克细胞干重的0.35~10.5mg/kg之间。

VB2的含量也约占40mg/kg（干重）。

微藻中钾、磷、钙、镁、锌和锰等矿物元素含量也较高，超过牛奶中同类元素的含量。

1.6 色素微藻的亲脂色素（如叶绿素、类胡萝卜素）占微藻干量的5%。

微藻主要含有四种基本色素：叶绿素、叶黄素、胡萝卜素和藻胆素。

但雨生红球藻中虾青素含量特别多。

2. 营养学研究许多藻类的营养价值由其收集后的加工方法决定。

除蓝绿色螺旋藻外，藻类都有一层较厚的含纤维素的细胞壁，影响了对藻类蛋白质的利用。

只要经过适当的处理和充分消化，微藻，尤其是作为SCP来源的小球藻、栅藻、螺旋藻，其营养价值均很高，特别是蛋白质，超过大多数其他植物蛋白，相当于作为标准的参考蛋白质酪蛋白的80%。

1956年，就有人证明添加了小球藻和栅藻的小麦粉和面包，其营养品质得到了改善。

3. 毒理学研究对螺旋藻和栅藻采样进行的化学和生化分析，均未检测出任何植物毒素、真菌毒素或细菌毒素。

值得注意的是，人为的有毒化学物质，特别是重金属铅、镉、汞等对微藻的污染比较严重。

不过，微藻中存在大量的磷，可与金属形成不溶于水的金属性磷酸盐，使之不为动物所吸收。

4.微藻的收获和加工研究收获技术与生产成本密切相关。

与其它微生物过程相比，藻产物是比较稀少的，因此需要有效的脱水步骤，并迫切需要能耗低的有效装置。

微藻的培养和收获是微藻研究中比较基础的一项研究，最基础也非常重要，在许多研究需要较大的藻生物量时就需要科学的培养和收获加工技术。

5. 微藻与食品、医药推动微藻大量培养技术发展的最早因素，是世界人口的增加和全球性蛋白的缺乏以及航天的需要，而关于微藻对人类的营养价值的研究则仁智互见，莫衷一是。

不过最后的结论是：用微藻作为食物是可行的。

目前，一些微藻如小球藻、螺旋藻、杜氏藻已经从粉剂、丸剂、提取物等形式投放保健食品市场或用作食品添加剂。

自本世纪60年代以来，科学家提出了“向海洋要药”的口号，掀起了海洋药物研究的高潮。

国内外的研究表明，海洋微藻及其微藻产品有增加人体免疫力、抗肿瘤和心血管系统的保健作用，对疾病有预防和治疗功能。

藻蓝素、微藻多糖、多不饱和脂肪酸、抗生素等微藻产物被广泛应用于功能性食品或医药领域。

此外，微藻还被用于动物饲料的生产。

6.微藻固碳与生物能源6．1国际研发历程与现状1950年美国麻省理工学院在校园内建筑物的屋顶开始进行养殖藻类生产生物燃料的试验，并在研究中第一次提到微藻生物能源；1978年，受第一次石油危机的影响，美国能源部可再生能源国家实验室启动了历时19年、耗资2505万美元的水生物种项目研究，筛选出300余种产油藻种，重点开发适于微藻生物柴油生产的培养系统和制备工艺；上世纪90年代，日本国际贸易和工业部投资25亿美元，支持了一项“地球研究更新技术计划”，着力开发密闭光合生物反应器技术，利用微藻吸收火力发电厂烟气中的二氧化碳来生产生物能源；90年代后期油价大幅下降，微藻能源研究处于停滞状态。

但是进入21世纪，石油价格大幅上扬，微藻固碳与生物能源技术重新受到高度关注，多国政府、研究机构、高校和大公司等都纷纷投入巨资，以期占领战略制高点和实现技术垄断。

2002年，美国圣地亚国家实验室进行了增加微藻细胞含油量和产量方面的研究。

2005年，第一辆采用海藻燃料和大豆油（调合体积比为1:9）的示范轿车在印度成功完成了1500km的实车试验，开辟了微藻生物能源在交通运输领域应用的新纪元。

美国国际能源公司于2007年启动了“海藻变油”研发计划，从基于海藻的光合作用生产可再生柴油和喷气燃料。

Solazyme利用异养法养殖高含油微藻，炼制出的微藻生物航油已成功用于试飞。

我国微藻固碳与生物能源技术研究起步较晚，但是后期发展迅速，目前，在高产油藻种的选育与改造、高效微藻光反应器、高密度培养、高效加工等技术研究方面有了显著进步。

6.2应对世界各国发展窘境在温室效应、能源危机和粮食问题并存的国际局势下，各国都在积极寻找对策；针对能源问题，各国在核能、风能、水能、潮汐能和生物能等领域开展了研究；而粮食危机同样给人们带来很多困扰。

发展微藻固碳和生物能源有利于解决这些问题。

我国为推动生物能源的发展，已经批复了973、863项目等近亿元支持我国“微藻固碳与生物能源全套技术”。

7.微藻与环境20世纪50年代以来的研究证明，微藻是海洋中的主要初级生产者，是海洋食物链的基础，驱动着整个海洋生态系统的能量流和物质流，直接和间接地养育着几亿吨的海洋动物，在海洋生态系统的物质循环中起着十分重要的作用。

近年来，微藻净化环境的报道有很多。

7．1净化海水养殖业废水当今集约化海水养殖业中，废水的排放是海水受污染的一个主要原因。

微藻生长过程中，各种形式的无机氮和有机氮均可被其所利用，磷则主要以磷酸一氢根和磷酸二轻根的形式被它们吸收。

当微藻被引入到废水中时，通过光合作用向水中供氧，使好氧细菌能够不断分解有机质，进而产生二氧化碳，作为藻细胞光合作用的碳源。

因此，在净化水质中，人们常用微藻和细菌联用，也就是“藻菌共生”。

7.2分解海洋中的有机毒物有机锡化物特别是三丁基锡涂料是一种典型的内分泌干扰物，也是对人体最大的化合物之一。

三丁基锡涂料曾在20世纪后半叶被广泛用于防止海洋附着生物对船体等的污损，造成了海洋严重的污染问题。

1977~1983年，有机锡污染使法国牡蛎养殖业几乎陷入瘫痪。

国内外的研究证实，绿藻门的镰形纤维藻、硅藻门的中肋骨条藻都能将三丁基锡降解为二丁基锡，绿藻门的小球藻则能使三丁基锡分步脱丁基化为二丁基锡和一丁基锡。

7.3吸附重金属废水随着近代工业的发展，大量的重金属被排入海洋。

重金属随着食物链在高营养级生物体内富集。

同常规的重金属废水处理方法相比，利用海洋微藻作为吸附材料去除重金属具有明显的优点：原料价廉易得；不产生二次污染；吸附量大，重金属去除率高；适于低浓度重金属废水；被吸附的重金属的洗脱简便，利于吸附剂再生和金属回收。

有趣的是，利用死藻体比利用活藻体更简便、经济和高效。

主要是因为利用活藻体时需要提供一些养分，而且分离更困难。

死藻体藻细胞壁上的多糖、蛋白质、脂类等生物大分子具有羟基、氨基、磷酸基等带负电荷的官能团，可通过络合作用或静电引力结合重金属阳离子，降低水中溶解态重金属离子的浓度。

目前发现，微藻对锌。

汞、镉、铜、铅等金属离子的富集倍数可达数千倍，适宜作为工业重金属废水的高效“清洁剂”。

7.4环境监测因为微藻具有对环境的敏感性；微藻生物体的多样性；微藻重金属离子的选择性等，可以进行环境的检测。

8.微藻与生物活性物质约有2000000~800000种微藻，其中约35000种已有描述，超过15000种从藻类生物物质中产生的新型化合物已进行化学鉴定。

大部分微藻产生特有的生物活性物质，如类胡萝卜素、抗氧化剂、脂肪酸、酶类、聚合物、肽类、毒素、甾醇。

微藻的胞外产物越来越引起科学家的重视，海洋微藻在生长过程中会不断的向周围的环境释放许多代谢产物以及生长抑制和促进因子等，嗜铁素就是次级代谢产物的一种。

2.微藻应用技术微藻的应用技术主要面向能源、环境、食品和医药卫生领域，是实现微藻价值的技术保证。

在能源领域，微藻有望成为继粮食作物生物乙醇、纤维素生物乙醇和陆生作物生物柴油之后第三代生物质能源的原材料。

2.1微藻的固定化培养技术固定化技术是微生物学领域中广泛应用的一项新兴的生物工程技术，为日本微生物学家千畑伊朗首次提出。

虽然起步较晚，但是应用前景广阔。

植物细胞的固定化培养起步较晚，1979年Brodelius等人首次成功地将长春花、海巴戟和毛地黄细胞固定于藻酸盐凝胶中。

方法主要有三种：吸附法、包埋法、偶联法。

影响微藻固定化培养效果的因子主要为：固定载体的性质，微藻细胞的特性，环境条件的影响等。

微藻固定化技术广泛应用于次生代谢物质的生产，污水的处理，种质的保存。

目前微藻固定化方法大多因藻而异，也就是说，某种固定化方法只适应一定种类的微藻，这就给微藻研究中推广使用固定化方法带来一定的困难。

因此，如何寻找一种利多弊少而又具有普遍性的方法，是微藻固定化技术研究的当务之急。

2.2微藻生物能源技术能源问题是困扰全球的问题，也是制约经济发展的最为主要的问题之一。

目前为止，生物能源已经发展了三代。

第一代生物能源是以玉米为主要原料生产乙醇。

第二代生物能源以秸秆、枯草等非粮作物中的纤维素为主要原料，生产乙醇、维生素乙醇和生物柴油等。

第三代以产油微生物为主，其中又以海水微藻的研究最多。