微藻资源的应用
摘要：微藻是一类体积小, 结构简单、生长繁殖迅速的单细胞藻类, 其对太阳能利用效率高,对环境的适应能力强, 因此受到人们越来越多的重视。本文简要介绍了海洋微藻中可开发利用资源如不饱和脂肪酸、多糖、蛋白、色素等,并对其应用前景进行了展望。
关键字：微藻；色素；应用
The application of microalgae resources
Abstract：Microalgae is a kind of small volume, simple structure, to grow rapidly single-celled
algae, the solar energy utilization efficiency is high, a strong ability to adapt to the environment,
so more and more attention by people. This paper briefly introduces the Marine microalgae in the
development and utilization of resources such as unsaturated fatty acid, polysaccharide, protein,
pigment, etc., and its application prospect.
Keyword: microalgae; pigment; application
前言
微藻的培养开始于18 世纪末, 当时培养的种类是栅藻和小球藻等淡水藻类，目的是作为植物生理学的试验材料。到了第二次世界大战期间及战后时期,由于粮食缺乏，利用微藻代替粮食和饲料成为研究的课题。许多国家先后进行了微藻培养、营养价值分析及开发利用的研究，取得了不少成就。微藻所生产及含有的活性成分具有重要经济价值，在医药、保健品、饲料、化工和环保等方面有广泛的应用[1]。
1.微藻中的生命活性物质 1.1微藻多糖
微藻多糖是广泛存在于微藻体内的一种天然大分子物质，由不同的单糖基通过糖苷键相连而成，是海藻细胞间和细胞内所含的各种高分子碳水化合物的总称。其中的活性物质多为D-葡萄糖、D-甘聚糖、D-半乳糖、D-葡萄糖醛酸等单糖组成的水溶酸性、中性多糖。根据来源的不同主要可分为螺旋藻多糖、紫菜多糖、微藻硒多糖和褐藻多糖硫酸酯等[2]。
螺旋藻多糖是国内外海洋药物研究开发的热点。钝顶螺旋藻多糖(PSP)是从钝顶螺旋藻中提取的一种水溶性多糖类化合物，研究发现PSP对Vero细胞毒性极低，对单纯疱疹病毒SV-1无直接灭活作用，可干扰病毒向宿主细胞吸附，PSP抗病毒靶位在于阻断病毒吸附和抑制感染细胞内病毒的复制及抑制HSV-1糖蛋白gG基因的转录[3]。
1.2微藻不饱和脂肪酸
二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)等高度不饱和脂肪酸(PUFA)具有独特的生理功效，有预防和治疗心血管疾病、癌症，调节中枢神经、视觉系统的功能，可提高人体的免疫机能调节能力，防止记忆力减退。
高度不饱和脂肪酸在海洋生物中含量丰富，主要有亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸、ω-3系列的二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳六烯酸(DHA)等种类。各种藻类不仅脂肪酸成分差异极大，而且总脂肪酸含量变异亦甚大。小球藻中富含EPA、DHA，如单细胞红藻紫球藻中EPA或DHA占脂肪酸总量的33% 以上；三角褐指藻中EPA 含量很高，占总脂肪酸35%以上，金鞭门的等鞭金藻中DHA含量也很高[4]。螺旋藻中主要富含亚油酸和γ-亚麻酸。亚油酸是人体必需脂肪酸，通过EFA 途径可形成γ-亚麻酸，并最终生成前列腺素。
1.3微藻蛋白
微藻中含有丰富的优质蛋白质，如部分蓝藻与绿藻的蛋白质含量很高, 可作为单细胞蛋白(SCP)的重要来源,中小球藻、螺旋藻也备受重视。小球藻属中以蛋白核小球藻蛋白质含量最高，一般不低于50%，明显高于植物蛋白源。螺旋藻在蛋白质品质及生产技术方面更为优越，它的蛋白质含量高达60%～70%，含有人体的全部必需氨基酸，其组成也十分均衡[5]。
1.4微藻色素 从微藻中提取的色素主要有β-胡萝卜素、虾青素和藻蓝素。β-胡萝卜素是VA的前体，有抗氧化、抗突变、抗衰老、预防癌症、增加免疫力等作用。微藻中富含β-胡萝卜素，螺旋藻中的β-胡萝卜素含量是胡萝卜中的10倍，而盐生杜氏藻中的胡萝卜素含量可达其藻体干重的10%以上，最高可达14%，胡萝卜素共有6个异构体，其中β-胡萝卜素约占90%[6]。
虾青素属于类胡萝卜素，是微藻所含有的另一具有潜在价值的色素。虾青素具有很强的抗氧化功能，能清除体内自由基，对紫外线引发的皮肤癌有很好的治疗效果，还能显著促进机体抗体的产生。雨生红球藻细胞内虾青素的含量很高,超过细胞干重的2%，以红球藻生产虾青素具有广阔的前景[7]。雨生红球藻在环境不利时会积累大量次生类胡萝卜素，其中主要是虾青素。
藻蓝素亦称藻蓝蛋白，藻蓝蛋白是一种安全无毒的色素蛋白，能促进血细胞再生，是一种理想的光敏剂，国外已用于癌症的光动态治疗。藻蓝蛋白在螺旋藻中含量异常丰富，是天然蓝色素的巨大资源宝库，可取代合成色素用于仪器、医药和化妆品工业；高纯度的藻蓝蛋白是一种荧光分子探针，它与其他配体分子结合后，可以标记各种生物大分子，用于生物分子试剂[8]。目前从螺旋藻中提取藻蓝蛋白已在日本进行商业化生产。
1.5其他生命活动物质
微藻生物活性物质的研究开发是微藻高技术产业发展的一个重要方面。微藻中生物活性成分复杂，除了目前研究较多的多不饱和脂肪酸、色素、微藻多糖外，在微藻中还发现了毒素、抗生素、甜菜碱、酶、甾醇等活性物质。利用海洋微藻细胞的螯合同化作用，可把硒、锗、锌等对人体有益的无机微量元素转化成细胞内的有机螯合物，当无机形式转化为有机形式后，能使这些微量元素具有普遍的食用和保健价值[9]。
2.微藻的应用
2.1应用于食品方面
2.1.1小球藻
自从Yamagishi等报道了小球藻对胃溃疡具有治疗作用后, 人们对小球藻对各种疾病的治疗效果进行了许多临床实验。小球藻对各种疾病的治疗效果不仅在于它的营养组成, 例如维生素、矿物质、食用纤维和蛋白质等, 还在于它的糖脂和磷脂对动脉硬化和高胆固醇的阻止作用[10]。以及它含有的糖蛋白、多肤、核昔酸及其它有关化合物的抗癌作用。
小球藻制成的保健食品可制成片剂、颗粒状以及饮料等,1964年进入市场,
从70 年代开始需求量增大, 目前日本有70多家公司生产小球藻保健食品, 每年的销售额在40亿日元以上[11]。
2.1.2螺旋藻
螺旋藻属蓝藻门, 颤藻科, 螺旋藻属, 一般个体长度为20～50微米, 直径约70 微米。蛋白质含量在50%以上, 最高可达75%。氨基酸种类齐全, 特别是必需氨基酸含量较高。氨基酸平衡达到联合国粮农组织蛋白质咨询小组确定的理想的蛋白质标准。螺旋藻的脂肪含量较低。纤维素也较少, 容易消化。胡萝卜素、维生素E 和维生素C 的含量较高。含有较丰富的微量元素[12]。此外, 螺旋藻多糖有提高机体的免疫功能和抑制癌细胞的作用。
经喷雾干燥的螺旋藻加入钙或维生素E(或不加)可作为保健品。它可作为绿色蔬菜的替代品, 因为5g 螺旋藻干粉中的维生素和矿物质含量相当于100g 蔬菜中这些物质的含量[13]。对螺旋藻的研究还表明, 螺旋藻还具有多种保健作用和治疗作用, 例如减轻高血脂、抑制高血压、保护肾脏、抑制血清葡萄搪的升高等。
2.2应用于医药方面
一些科学家用小球藻对多种疾病进行治疗,如贫血、白血球减少、高血压、糖尿病、婴儿营养不良等,都取得一定的疗效。微藻中富含的DHA和EPA可用于预防和治疗高血脂所致的动脉粥样硬化、冠心病和舒张血管、抗血小板凝聚作用,
EPA 和DHA 还能增强大脑记忆力,有“脑黄金”的美誉；另外微藻中所富含的胡萝卜素、类胡萝卜素都具有一定的预防和治疗心脑血管疾病的作用[14]。虾青素能通过血脑屏障,保障脑部运动神经细胞和组织功能的正常发挥,并具有增强肌体免疫力、抗衰老和防癌变等功效。
2.3应用于饲料方面
微藻作为水产动物的饵料,主要应用在海产动物的人工育苗阶段。由于每种微藻的营养成分不同,而每种水产动物所需的营养成分也不同,因此培养不同的水产动物要选用不同的饵料,水产动物的不同发育阶段,也要选用不同的饵料。绿色巴夫藻适温范围广,对光强要求低,在三、四月份温度偏低、光线不强的条件下, 比等鞭藻生长快,细胞密度高而且富含蛋白质,适宜我国北方三四月份培养,可、作为中国对虾幼体和海湾扇贝幼虫的饵料,效果良好多异胶藻可作为紫贻贝, 泥蜡和杂色蛤幼体的饵料[15]。
2.4应用于能源方面
目前全世界面临着能源短缺和环境污染的双重压力。生物柴油作为一种新型替代能源,具有可再生、可生物降解、良好的燃烧排放性能。国内生产生物柴油中所面临的主要问题是原料来源不稳定及供应不足,因此开拓新型油脂资源成为我国未来生物柴油产业发展的瓶颈。微藻的光合作用效率高、含油量高、生长周期短，可以全年培养，油脂单位面积产率高，这是其他油料作物无法比拟的，被认为是最有潜力替代石油的生物资源[16]。
3.结束语
微藻的应用十分广泛, 但微藻也会对人类产生一定的危害, 对有益的微藻,应加大开发的力度。对有害的微藻, 应进行深入的研究, 最后达到防治有毒藻的发生、消除藻笙的毒素或改变藻类毒性、提取藻类毒素供药用等, 化害为益。
参考文献：
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