螺旋藻對微量元素的富集作用

王龍，劉慧，張少斌，*

（1.沈陽農業大學生物科學技術學院，遼寧沈陽110161；2.沈陽農業大學土地與環境學院，遼寧沈陽，110161）

螺旋藻對微量元素的富集作用

王龍1，劉慧2，張少斌1，*

（1.沈陽農業大學生物科學技術學院，遼寧沈陽110161；2.沈陽農業大學土地與環境學院，遼寧沈陽，110161）

綜述了幾種微量元素的生理功能以及螺旋藻對微量元素的富集作用，并對其應用進行了展望。

螺旋藻；微量元素；富集作用

螺旋藻屬于藍藻門、顫藻科、螺旋屬，是一種多細胞型絲狀微生物，螺旋形是螺旋藻屬的特性。螺旋藻中含有豐富的生理營養成分如β-胡蘿卜素、葉綠素、α，γ-亞麻酸、多糖、藻藍蛋白、維生素、糖脂、微量元素等可調節人體的各項機能，促進細胞的新陳代謝，提高機體免疫力、抗衰老、抗氧化、抗輻射，對多種疾病如腫瘤、高血壓、心臟病、糖尿病、艾滋病、肥胖、金屬中毒等均有明顯的功效[1]。它是迄今為止發現的營養最豐富、最全面均衡的一種功能性食品，藻體內含有多種生物活性成分，是一種極具開發潛力的水生生物資源[2]。同時，螺旋藻對于很多金屬離子，特別是一些具有重要生理活性的微量元素具有良好的富集作用，如Fe2+、Zn2+、Se等[3]，這些微量元素對兒童生長發育尤為重要，且對正常人群的健康有著不可估量的作用，人體一旦缺乏會導致一些病變。螺旋藻可以作為一種很好的補充微量元素的保健食品，通過螺旋藻富集作用，可以把有些無機的金屬元素有效的轉化為有機態，更利于人體的吸收。同時，一些微量元素也能夠促進藻的生長，所以在功能性螺旋藻的培養過程中適當加入某些微量元素具有促進生長和增加特殊功能的雙重意義。另外，隨著工業的發展，重金屬污染物向水體中的排放量日益增加，造成水體不同程度的污染，螺旋藻的生物富集作用可以吸收水體中的重金屬元素，如Hg2+、Cd2+、Pb2+等[4]。在處理廢水和治理污水方面可以進行廣泛應用，對于環境保護有重要意義。

1 螺旋藻對Fe2+的富集作用

Fe是人體必需的微量元素，它是血紅蛋白的重要組成部分，并能夠有效的促進人的生長發育，體內缺少Fe會導致貧血，智力障礙，免疫力低下等諸多問題，所以適當的攝入一些含Fe量高的功能食品能夠起到預防疾病的作用。研究表明，螺旋藻可以有效的富集鐵，并把無機鐵轉換為有機鐵，促進人體的吸收，其含鐵量超過了其它已知的天然食品，是螺旋藻眾多保健價值中最重要的因素，螺旋藻作為補鐵產品將十分有效。

江娟[5]研究了不同鐵離子濃度對螺旋藻有機鐵含量的影響，結果表明，隨著培養基中鐵離子逐步增加，螺旋藻有機鐵含量先明顯增加，但隨著鐵離子濃度進一步增加，有機鐵含量增加幅度明顯降低，就有機鐵絕對含量來說，Fe2+濃度為0.03g/L時達最高，為349 μg/g。李日強[6]等研究了螺旋藻對Fe2+的富集能力，結果表明當培養液中Fe2+的添加量在21.9 mg/L時，富集系數較大，生長率最高，每克干藻粉中約含鐵2.7 mg，它可作為兒童補鐵的最佳選擇。

2 螺旋藻對Zn2+的富集作用

Zn是人體的一種必需微量元素，它是很多金屬酶的有效組成成分，已知與Zn有關的酶已有200多種。我國飲食標準規定人體所需Zn量為：小孩約4 mg/d～5 mg/d，成人約10 mg/d。人體缺少Zn會導致發育遲緩，味覺出現障礙，傷口不易愈合等問題[7]。Zn對人體的智力發育非常重要，每日適當的補充一些身體容易吸收的Zn是必要的。螺旋藻可以通過富集作用，將無機鋅轉化為易于人體吸收的有機鋅，從而可以作為一種非常好的補充鋅的保健食品。

李日強等[6]研究了Zn2+濃度對螺旋藻生長率以及富集系數的影響，結果發現，當培養基中Zn2+的添加量在1.49 mg/L時，藻細胞的富集系數雖然不是最高，但相對生長率最大，而此時1 g干藻粉中含Zn2+為212 μg。陳必鏈等[8]研究了螺旋藻對Zn和Se的富集作用，結果表明，螺旋藻對鋅的富集能力較強，當培養液Zn2+濃度為4 mg/L時，富集量最大為371.2 μg/g，為對照的33倍。當鋅濃度為1 mg/L時，該藻對鋅的富集系數最大，為137.0。

3 螺旋藻對Se的富集作用

硒是構成高等動物及人體生命代謝不可缺少的谷胱甘肽過氧化物酶的組成部分，在體內主要起抗氧化作用，它能夠防止細胞損傷，維持細胞的正常功能，也能調節維生素A、D、E、K在體內的吸收與消耗等作用，具有重要的生理功能和藥用價值[9]。而通過螺旋藻的富集作用可以把無機硒轉化為利于人體吸收的有機硒，而有機硒具有更好的生物活性、安全性和補硒效果[10]。李志勇等[11]通過實驗比較飼喂富硒螺旋藻和普通螺旋藻的小鼠的各項指標得出，富硒螺旋藻比普通螺旋藻有更好的抗疲勞以及增強機體免疫力的功效。

陳必鏈等[8]的實驗研究結果顯示，藻對硒的耐受力較強，當硒濃度小于400 mg/L時，藻細胞富集系數隨濃度上升而增大。當培養液硒濃度為200 mg/L時，富集量最大，為752.7 μg/g，是對照的1 214倍。當硒濃度為100 mg/L時，該藻對硒的富集系數最大，為4.1。李日強等[7]實驗研究了不同的Se濃度對螺旋藻生長率的影響，得出當硒濃度達到250 mg/L時，藻細胞生長率明顯下降，當硒的含量在100 mg/L左右的培養液中，螺旋藻的生長率最高，為1.6。楊瑩瑩等[12]在研究最佳螺旋藻最佳富集Se的方案中得出，當加硒量為800 μg/mL時，單位干藻粉的有機硒含量最高，達971.836 μg/g，有機硒比率也達到最高，為97.44%。添加800 μg/mL的硒，雖抑制了螺旋藻的生長，但能夠得到較多的有機硒和質量好的富硒螺旋藻，因此確定此方法為收獲高質量的富硒極大螺旋藻的最佳條件。

4 螺旋藻對Cr（III）的富集作用

Cr（III）是人體必需的微量元素，是正常糖脂代謝所不可缺少的。Schwarz和Mertz于1959年首次從啤酒酵母中提取出含有鉻的葡萄糖耐量因子（GTF），并證實Cr（Ⅲ）是GTF的重要活性成分。Cr（III）通過GTF協同和增強胰島素的作用來影響糖類、脂類、蛋白質及核酸代謝[13-14]。國內外科技工作者進行的動物實驗及臨床研究表明，缺鉻會引起胰島素作用降低、糖的利用受阻，導致糖尿病，同時引起血內脂肪尤其是膽固醇增高，造成高脂蛋白血癥，并與動脈粥樣硬化發病有關[15]。有研究發現富鉻螺旋藻作為補鉻制劑應用于糖尿病的治療上，鉻的吸收率和生物利用度遠高于無機鉻。無機鉻不但毒性大，且吸收水平極低為0.4%～3%；而有機鉻的吸收迅速且安全，吸收率為10%～25%[16]。

許文濤等[17]研究了螺旋藻對Cr（III）的富集能力，結果表明，隨著螺旋藻中Cr（III）添加濃度的增加，藻粉的富鉻濃度也提高。螺旋藻對Cr（III）具有良好的富集和生物轉化能力，當培養液中Cr（III）濃度為468.75 μg/g時，螺旋藻總鉻富集量可達到173.17 mg/g，有機化程度可高達96.99%。何穎敏等[18]研究了鈍頂螺旋藻對Cr（III）的吸收及其有機化程度，得出結論，當螺旋藻培養液中Cr3+的添加濃度為300 mg/L，螺旋藻總鉻富集量可達到3.30 mg/g，有機化程度為70.2%。

5 螺旋藻對I的富集作用

被稱為“智慧之泉”的碘是人體必需的一種微量元素，它參與甲狀腺激素的合成，對于人類的健康具有相當重要的作用，碘的缺乏（IDD）將會引起甲狀腺腫大癥，是導致人類智力障礙的主要原因[19]。然而，以無機形式存在的碘不易被人體吸收，有時還會產生毒副作用，因此只有當無機形式的碘轉化成有機形式的碘時才具有普遍的食用價值。通過螺旋藻的的富集和轉化作用生產天然有機碘制品是一種很好的方式。楊心寧等[20]研究了碘化鉀（KI）對螺旋藻生長的影響以及碘在細胞中的富集作用，結果表明，KI濃度在較低范圍內，隨著KI的含量的升高，對藻細胞的生長越為有利。而當KI含量在5 000 mg/dm3以上時，螺旋藻的生長開始受到抑制。當KI添加量為900 mg/dm3時，富集效果最佳，螺旋藻的收獲量為277.17 mg/dm3，藻細胞碘含量為0.331×10-2（m/m）。何臘平[21]研究了培養螺旋藻對碘、鋅同時富集，結果發現碘、鋅濃度較低時，對螺旋藻的生長起促進作用；而濃度較高時，抑制螺旋藻生長，跟單獨添加碘或鋅的富集規律一致，同時還發現螺旋藻對鋅和碘的富集基本上不相互干擾，不相互抑制，對鋅的富集系數為60.7，對碘的富集率為1.06%。

6 前景與展望

微量元素在人體內含量甚微，但在人體的生理生化過程中卻具有非常重要的功能。然而，微量元素在自然界主要以無機態存在，難以被人體直接利用，而一般動植物食品中活性微量元素含量甚微，難以滿足人體需求。因此，生物富集就成為人類開發富含微量元素食品的重要手段。藻類是一類重要的具有優良生物富集作用的食品原料，已受到世界很多國家的重視。目前研究較多的可作為生物富集原料的藻類是螺旋藻，并且已開發出許多功能性產品以及保健品，對適于大規模養殖的小球藻和鹽藻研究較少，其他的一些經濟藻類也可通過培養條件的優化來實現藻類對微量活性元素的富集，以期獲得更多的高附加值產品。人體攝取養分的主要途徑是通過飲食，而人體所必需常量、微量元素一旦缺乏，可導致一系列的病變，通過利用螺旋藻對有益元素的富集可以提高螺旋藻的營養保健價值，廣泛應用于食品添加劑中，必將為食品工業注入全新的內容。可望應用于新型的活性餌料或飼料、保健食品、飲品、藥品及化妝品等的添加劑。

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Bio-accumulation of Trace Elements in Spirulina

WANG Long1，LIU Hui2，ZHANG Shao-bin1，*
（1.College of Land and Environment，Shenyang 110161，Liaoning，China；2.College of Biological Science and Technology，Shenyang Agricultural University，Shenyang 110161，Liaoning，China）

The physiological functions of trace elements and bio-accumulation of trace elements in Spirulina were reviewed，as well as its application was proposed.

Spirulina；trace elements；accumulation

2013-09-02

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.02.035

遼寧省自然科學基金（2013020072）

王龍（1989—），女（漢），碩士研究生，主要研究方向：藻類生物技術。

*通信作者