幾種鹽藻養殖工藝技術對比及鹽藻生產β胡蘿卜素的優勢

邱琦，邱煒，李強，郭井瑤

幾種鹽藻養殖工藝技術對比及鹽藻生產β胡蘿卜素的優勢

邱琦，邱煒，李強，郭井瑤

（天津長蘆漢沽鹽場有限責任公司，天津 300480）

對比了鹽藻養殖工藝技術，介紹了鹽藻生產β胡蘿卜素的優勢。技術對比結果表明，封閉式養殖效率最高，但投資較大，降低成本是未來大規模應用的趨勢。同時通過對比生產β胡蘿卜素生產工藝，發現利用鹽藻生產β胡蘿卜素的具有較高的市場價值。

鹽藻；養殖；β胡蘿卜素

由于多數鹽化產品成本高、附加值低，導致經濟效益偏低。為了充分利用鹽場廣闊的水域面積，發揮地域優勢，提高海水綜合利用效率，增強可持續發展能力，亟待進行產業轉型和升級。開發生物養殖等新型產業是鹽化企業未來的發展趨勢之一，鹽田鹵水中天然的鹽藻具有較高的經濟價值，本文對養殖工藝及目標產物積累優勢作相關闡述。

1 鹽藻的養殖工藝比較

利用鹽田鹵水資源開展鹽藻規模化養殖，從中生產富含天然β-胡蘿卜素的鹽藻加工產品。鹽藻的規模化養殖工藝分為封閉式、半封閉式和開放式3種，需要根據當地的氣候、投資規模、自然資源分布等條件進行選擇。

表1 養殖模式比較

1.1 開放式養殖模式

開放式養殖模式多見于澳大利亞、以色列、西班牙等沿海國家。在這些地區，單個鹽藻養殖的水域面積可以達到250公頃。此模式養殖水體面積較大，水深一般低于0.5米，水體除了自然風的吹動外沒有其它人工干預。因是在開放式水體進行養殖，水體不能較好的得到凈化，導致水中除了鹽藻外還有其他微生物存在，鹽藻生長受到較大的影響，導致目標產物產量低。

1.2 半封閉式養殖模式

半封閉式養殖模式在透明的養殖棚內利用自然光源進行。一般在養殖棚內設置跑道式培養池。培養池為環形，水深一般不超過0.5米。鹽藻培養過程中，利用攪拌機對養殖水體進行攪拌，并向水體內補充空氣或二氧化碳，以促進生物量積累。

同等養殖規模下，半封閉式較封閉式養殖模式投資降低30%。但該模式下目標產物的產量也較低，且生產具有一定的不穩定性。

1.3 封閉式養殖模式

封閉式養殖模式一般在密閉的空間內，采用管道式、平板式或環形光生物反應器進行。通過引入光強、光質、營養、溫度、鹽度等關鍵養殖參數的調控，實現鹽藻的大量積累和目標產物的快速合成，是一種現代、高效、可靠、精細的養殖模式。

（1）管式光生物反應器由封閉的、直徑3~6 cm、長10~200 m不等的透明管組成，每根透明管之間用U形彎頭連接，組成龐大的微藻培養系統。

（2）平板式光生物反應器主要由一種扁平的方形透明容器組成，厚度僅1~5 cm，并設置外置平板光源。

（3）環式光生物反應器是管道式與平板式光生物反應器的綜合利用形式，結合了管道式反應器的外形和平板式光生物反應器的優點，單套設備培養體積可以高達1~2 m3。

2000年以來，由于封閉式光生物反應器造價較高，應用領域具有一定的局限性。但是封閉式光生物反應器仍具有開放式養殖模式所無法企及的諸多優點：其培養條件更易控制，能更有效防止污染，細胞培養密度更高，便于目標產物的定向優化和誘導等。因此，封閉式光生物反應器一直被認為是未來鹽藻產業化發展的方向。隨著國內新材料、新工藝的發展，光生物反應器的制造成本逐年下降，并且制造工藝不斷改進，逐漸滿足了鹽藻養殖的需求。

2 利用鹽藻生產天然β-胡蘿卜素的優勢

目前，工業化生產β-胡蘿卜素的方法主要有三種：化學合成法，生物發酵法，從植物、藻類生物中提取法。

（1）化學合成法是采用有機化工原料，通過化學合成反應人工合成β-胡蘿卜素的方法。

（2）生物發酵法目前采用真菌和酵母發酵獲得β-胡蘿卜素，一般采用的工程菌有粘紅酵母、布拉克須霉菌、大腸桿菌、三孢布拉霉菌等。

（3）天然生物提取法是從富含天然β-胡蘿卜素的生物材料（如胡蘿卜、鹽藻等）中獲得富含β-胡蘿卜素的天然物粉末，或者將β-胡蘿卜素經提取、純化后加工成其它富含胡蘿卜素高附加值產品的過程。

在生產β胡蘿卜素的方法中，化學合成法產量最高，但是由于其生產的β-胡蘿卜素主要是全反式構型，主要用于較低端的飼料添加領域，而在人類保健品和食品、醫藥等領域應用受到很大限制。

發酵法目前主要是利用三孢布拉霉菌發酵同化培養體系中的有機物，進而積累胡蘿卜素，并用于提取。從陸地植物中提取β-胡蘿卜素盡管也能得到天然構型的β-胡蘿卜素，但是與利用鹽藻生產胡蘿卜素有以下幾點明顯的不同：

（1）鹽藻的培養是利用太陽能，通過光合作用固定二氧化碳形成生物量的過程，培養體系中只添加營養鹽（如氮、磷等無機鹽），無需添加有機物；利用三孢不拉霉菌發酵需要添加外源性的有機碳源和氮源，如淀粉、甘油、玉米漿等。因此，從生產投入的原料成本上考慮，利用鹽藻生產β-胡蘿卜素更經濟。

（2）雖然發酵法生產β-胡蘿卜素的工藝比較成熟，但是工藝要求也相對較高。由于發酵液中添加的有機物成分較多，極易受到其它微生物的污染。一旦發酵體系中污染有其它霉菌，或導致生產被迫終止，或導致最終的提取物中可能含有其它的真菌毒素，因此風險較高。與發酵法不同，鹽藻是在高鹽海水甚至飽和鹵水中進行培養，培養體系中不含有機物，鹽藻營自養生長，因此發生污染的幾率很小，風險低。

表2 發酵法與鹽藻提取法比較

（3）從產物提取和終端產品多樣性方面看，兩者的差異也很大。鹽藻是一種沒有細胞壁的單細胞微藻，而發酵法使用的三孢不拉霉菌則是一種毛霉菌，有細胞壁，因此兩種微生物的細胞結構及內含物迥然不同。沒有細胞壁無疑將大大降低胡蘿卜素的提取成本，而且與其它微藻不同，鹽藻細胞制成藻粉顆粒直接食用，細胞內的營養成分更易于被人體吸收。如果單從β-胡蘿卜素產量上看，利用鹽藻生產β-胡蘿卜素的效率遠沒有發酵法高，但是鹽藻細胞內的類胡蘿卜素種類更加豐富，更具多樣性，除了β-胡蘿卜素外，鹽藻細胞內還有大量的葉黃素（3,3’-二羥基-β,ε-胡蘿卜素）—另一種具有強抗氧化性的類胡蘿卜素。另外，鹽藻細胞內還含有多不飽和脂肪酸、維生素和蛋白質等，因此鹽藻可以作為保健品，直接做成藻粉顆粒投入市場，這是三孢不拉霉菌發酵法所不具備的。

3 結束語

綜合以上方法，雖然通過化學合成的方法生產類胡蘿卜素產量高，成本低，但仍然無法取代從藻類提取的天然類胡蘿卜素。以β-胡蘿卜素為例，鹽藻細胞中所含的β-胡蘿卜素是全反式和9-cisβ-胡蘿卜素的混合物，而化學合成的產品中大部分為全反式。雖然只是構型上存在細微的差異，但是其抗氧化和抗腫瘤活性卻明顯不同。正是由于化學合成的β-胡蘿卜素在生物學效應及安全性方面存在不確定性，其應用受到很大限制。因此，從藻類中提取的天然類胡蘿卜素市場發展空間巨大。

［1］景海霞.鹽藻養殖中生物法純化鹽藻研究[J].鹽業與化工，2015，44 (11):29-32.

［2］伊力哈木·乃扎木，阿不都拉·阿巴斯.營養元素對鹽藻養殖及β-胡蘿卜素產率的影響[J].食品科學，2007，28(9):430-432.

［3］高清潭，丁淑華.鹽藻養殖生產β-胡蘿卜素新方式[J].海湖鹽與化工，1997，26(1):25-27.

Comparison of Several Dunaliella Salina Cultivation Techniques and Their Advantages in Production of Beta Carotene

（Tianjin Changlu Hangu Saltworks Co., Ltd., Tianjin 300480, China）

Several cultivation techniques of Dunaliella salina were compared, the advantages of producing beta carotene from Dunaliella salina were introduced. The comparison results showed that, the closed breeding is the most efficient, but its investment is higher, and reducing the cost is the trend of large-scale application in the future. At the same time, by comparing the production process of beta carotene, it was found that the production of beta carotene from Duchenne salina has high market value.

Dunaliella salina; cultivation; beta carotene

2019-08-22

邱琦（1985-），男，工程師，研究生，遼寧沈陽人，2008年畢業于沈陽工業大學化學工程與工藝專業，研究方向：鹽田生物化工。

TS396.7

A

1004-0935（2020）01-0077-03