微藻在食品領域的應用

王慧嶺　張晉陽　羅建濤　滕杰　耿金峰　趙鄢鵬　白雪梅　劉敏勝

摘要 介紹了目前可規模化養殖的微藻現狀、微藻在人類歷史上的食用歷史、微藻在食品領域的應用價值，對目前市場已有的微藻產品進行了整合概述，并對微藻在食品領域的應用進行了展望，以期為微藻在食品領域的開發應用提供有效參考。

關鍵詞 微藻；食品；應用；價值

中圖分類號 S218 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2018）17-0044-04

Abstract This article introduced the current status of the microalgae that could be scaled up，the history of microalgae being eaten by humans，the application value of microalgae in the food field，and summarized the existing microalgae products on the market.The prospects for the application of microalgae in the food field were expected，in order to provide an effective reference for the development and application of microalgae in the food field.

Key words Microalgae； Food； Application；Value

微藻是一種光合自養微生物，其個體微小，生長速度快，廣泛生存于海水淡水中，生活適應性強，同時可以生產食品、藥品、高價值生物活性物質和生物燃料，被譽為細胞“工廠”[1]。微藻在生長的過程中為了適應環境會迅速調節細胞內的成分，這些成分中很多具有多種生物活性，可以作為食品添加劑、營養保健品甚至醫藥產品[2-4]。當前在市面已經可以見到越來越多的微藻產品，有以螺旋藻主打的系列增強免疫力的保健品、以杜氏鹽藻主打的視力保護系列產品，也有以小球藻為主的系列食品、以雨生紅球藻開發的化妝品。微藻在生長的過程中可以固定CO2，可以生長在沙荒地、鹽堿地等非農業用地，因此無論從環境保護，還是資源需求和產品開發方面都具有極大的意義，微藻已成為保健品、食品和能源環保行業一個新的研究熱點。筆者從微藻的養殖現狀、食用歷史、食品領域的應用及目前市場已有微藻產品等方面進行了概述，并對相關數據進行了整合分析，以期為微藻在食品領域的開發應用提供有效參考。

1 微藻的養殖現狀

微藻在生長過程中對光照的依賴性比較強，大多數已產業化的藻株對溫度敏感性也較強，因此對培養環境的要求比較高；同時微藻在規模化培養過程中極易出現污染，工藝控制難度大；另外微藻目前的養殖方式幾乎為純人工養殖，無法實現機械自動化操作，整體養殖成本偏高。由于上述種種原因的制約，很多藻株目前仍無法實現規模化生產，市場應用較少，目前廣泛應用的主要為螺旋藻、小球藻、雨生紅球藻和杜氏鹽藻。螺旋藻極度耐堿，形狀為絲狀，具有得天獨厚的天然環境養殖優勢，世界上主要集中在三大淡水湖周圍，即我國的云南麗江程海湖、非洲乍得湖和墨西哥的 TEXCOCO 湖。全世界生產最具優勢的是非洲乍得湖的鈍頂螺旋藻。螺旋藻由于先天優勢，養殖幾乎不受地域影響，世界上 85%以上的藻類養殖企業養殖的都是螺旋藻。小球藻生長速度快，溫度耐受范圍廣，能很好地適應環境，其養殖在日本和我國臺灣已獲得人們的廣泛認可。杜氏鹽藻極端嗜鹽，敵害生物相對較少，不易污染，但是由于其產量極低，技術門檻相對較高，因此養殖企業較少，在國外養殖較多的主要集中在以色列、美國、澳大利亞等國家。 雨生紅球藻因其富含大量的蝦青素被人工培養，其對培養要求較高，一般在半封閉的反應器中嚴格控制培養環境，才能獲得穩定生產。

2 微藻的食用歷史

微藻的食用歷史非常悠久，螺旋藻作為食物可以追溯到幾千年前[5]，在9世紀的卡內姆-博爾努帝國，就有居民從查德湖中采集螺旋藻作為食物[6]。人工培養微藻也由來已久，尤其在食物匱乏的年代，微藻一度成為優質的蛋白質原料。美國在1948年就規模化培養小球藻[7]。在20世紀50年代初期，由于第二次世界大戰，全球食物短缺，蛋白質攝入量不足，人們用藻類來補充蛋白質。目前小球藻商業化生產已有30多年的歷史，主要產地為日本、美國、以色列和我國臺灣[8]。

在我國雖然很早就開始食用微藻，但是微藻獲得食品資質是進入21世紀之后才逐步獲得正式的批準。在2004年8月17日中華人民共和國國家衛生和計劃生育委員會發布的2004年第17號文件批準的食品里，鈍頂螺旋藻和極大螺旋藻被正式批準可作為普通食品食用，這是我國第1個正式獲得食品資質的微藻原料，開啟了我國微藻食品原料的先河。之后隨著對微藻研究的深入，更多的微藻獲得新資源食品的認可，繼螺旋藻之后，在2009年鹽藻及提取物被批準為新資源食品，成為第2個獲得食品資質的微藻。隨著市場對DHA的需求，2010年批準DHA藻油和雨生紅球藻可以作為新資源食品，微藻在食品領域的應用越來越廣，2012、2013年相繼批準了蛋白核小球藻和裸藻作為新資源食品（表1）。截至目前共有5株藻獲得食品資質，隨著微藻應用價值的不斷開發，微藻在食品領域逐步被認可，越來越多的企業開始從事微藻生產。

3 微藻在食品領域的應用

人們在解決了溫飽問題之后，對食品的要求越來越高，現在很多人開始追求健康食品，藥食同源，于是越來越多的功能性食品、保健食品獲得市場的認可，這對于微藻來說可謂是一次大的機遇和挑戰。近10年來微藻在能源和環保行業受到了廣泛的關注，也投入了大量的研發經費，但是由于受到石油價格的回落和微藻生產能源的成本制約，始終沒有實現能源微藻的產業化生產。在這種情況下很多研究能源微藻的機構逐步開始轉向環保和高附加值產品的開發。微藻本身具有極大的潛力，小小的細胞內蘊藏著豐富的寶藏，如何有效地開發微藻的價值，一直以來是研究熱點。微藻價值的有效開發必將會產生巨大的經濟效益和社會效益。

螺旋藻富含藻藍蛋白、藻多糖、多種維生素，并且螺旋藻中礦物質和微量元素的含量也相當高，其中以K、P、Ca、Mg、Fe等尤為突出。在消化吸收利用方面，螺旋藻的細胞壁纖維素含量較低，細胞壁薄，易于被消化吸收；同時螺旋藻蛋白質還具有很強的水溶性，其消化系數可達95%，吸收率可達75%[10]。螺旋藻中藻多糖的功能也受到很大的關注，目前研究結果顯示，藻多糖可以用于治療肝癌、防護電離輻射和減緩機體衰老。因此，螺旋藻被認為是“人類最佳保健食品”，已廣泛受到大眾的接受和認可。

小球藻中氨基酸種類多達18種，必需氨基酸的含量占總氨基酸含量的42%，達細胞干重的20%以上，以谷氨酸、天冬氨酸、亮氨酸含量最高。大多數小球藻可以積累葉黃素。葉黃素除具有抗氧化性外還有很強的著色能力，因此葉黃素作為飼料的添加劑廣泛用于家禽飼養和水產養殖業[11-13]。小球藻在食品的品質改良和調味方面也獲得成功應用，主要用于釀酒、面食和發酵食品的添加劑[14]，以及系列小球藻保健品[15]。

杜氏鹽藻主要用于生產β-胡蘿卜素，其含量可超過其干重的10%。β-胡蘿卜素具有維生素A的活性，在醫學上β-胡蘿卜素主要用于光敏感患者和維生素A缺乏癥的治療，近年來，有研究報道其在預防心血管疾病和防癌抗癌方面也有明顯作用[16]。β-胡蘿卜素已被廣泛應用于天然著色劑、食品添加劑、營養食品、保健品、藥品、化妝品及生物工程產品的生產[16]。目前市場上天然的β-胡蘿卜素很少，主要以人工合成為主，但是隨著人們的不斷深入研究發現，雖然合成的β-胡蘿卜素純度高，生產成本低，但是在化學合成的過程中難免有少量的有毒成分殘留，因此天然生物合成的β-胡蘿卜素是未來需求的必然趨勢。

多糖也已經作為一種非特異性免疫促進劑被廣泛地使用，能產生多糖的微藻也很多，其特有的硫酸多糖具有極大的應用價值。鹽藻多糖由于具有很多生物活性，可提高機體免疫力，增強體質。鹽藻膠囊和鹽藻片劑作為保健品，已在市面上大量銷售。

雨生紅球藻是天然蝦青素最好的原料來源，其細胞內可累積大量的類胡蘿卜素，其中75%以上為蝦青素[17]。蝦青素被稱為“超級維生素E”，其有強大的抗氧化活性，據文獻報道，其抗氧化活性是維生素E的550倍、類胡蘿卜素的10倍[18-19]。由于其強大的抗氧化能力，蝦青素主要用于抗癌癥、防止衰老、提高免疫力，也有文獻報道其具有維護視力和中樞神經系統健康等生理功能[20-21]。目前，在水產養殖和化妝品中蝦青素已獲得廣泛應用[22-24]。

微藻的一些活性物質已越來越多地受到人們的關注，很多研究圍繞藻多糖和色素的強抗氧化性開展，更多的微藻被用于食品、保健品和醫藥行業，越來越多的微藻功能性產品被開發，微藻的價值逐步被認可。目前主要微藻的活性物質及其主要功能如表2所示。

此外，微藻的多不飽和脂肪酸也受到人們的重視，但是目前只有DHA藻油可以作為新資源食品，其他的微藻尚未獲得食品資質認可，因此多停留在研發階段或飼料應用階段，通過將富含DHA或EPA的微藻飼喂畜禽，從而提高肉類、蛋類或奶制品中DHA和EPA的含量，間接地將微藻中多不飽和脂肪酸用于食品行業。微藻作為EPA或DHA原料與魚油相比，除口感優于魚油之外，最主要的是微藻基本可以單獨生產EPA或DHA，不含膽固醇，減少了EPA和DHA對不同人群使用的相互干擾。

4 市場已有的微藻產品

藻類作為食品可以經過簡單的凈化、熟化、脫水、殺菌等工藝后直接食用，也可提取其有效成分與其他食品共同食用。微藻作為食品在日本和北美、西歐等發達國家受到了人們的喜愛，其中日本在微藻食品方面的技術較領先。目前市場上微藻產品種類主要以風味食品、復合風味食品、乳制品和調味品為主。表3列出了目前市售的主要微藻食品類型及其產品特性。

5 展望

微藻富含多種高營養價值的成分，食用歷史悠久，應用領域廣闊，將微藻與食品、營養保健品、藥食同源等領域相結合具有很大的市場開發潛力。同時也要加大試驗力度，驗證更多藻株的食品安全性，并結合微藻自身的特性，開發微藻多聯產品，將分離有效成分后的微藻渣應用于生物能源、生物肥料、生物材料等方面，實現微藻價值的綜合利用。

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