全 文 ：武汉植物学研究 , , 一
国外螺旋藻生物技术的现状及发展趋势
胡 鸿 钧
中国科学院武汉植物研究所 武汉
飞
, ,了 , 。 。 ,理 , 了 , 、 一 , ,尸、。 ‘ 沙 可 己 , ,‘‘ 飞
关键词 螺旋藻 , 微藻生物技术
, ,‘ ,
近 年来国外螺旋藻生物技术产业化速度之快 , 产品之多 , 产值之高 , 在微藻生物技术领域犹如异
军突起 , 令人刮 「相看 。 本文就国外螺旋藻生物技术的历史
、
现状及发展趋势作 一 简单评介
。
螺旋藻食品的发现及早期研究
螺旋藻作为人类食品的发现简史
螺旋藻 ,
,
, , 系蓝 藻 门 颤藻 、 颤藻科 的一个
属 。 已知这个属在全 口二界共有 个种 , 多数为淡水种类 , 仅 个种分布在海洋或咸水中
。 现在国外工厂
化生产的螺旋藻主要有两个种 钝顶螺旋藻 。。 , 和极大螺旋藻 , 、 二 。 〔’
, 」。 早在这两个种
被发现作为人类食品之前就破藻类
‘
学家以新的物种在学术刊物 上发表
。 但是 , 螺旋藻食品的发现却有一
段不 寻常的经历
。 人类食用螺旋藻始于何时
, 现在 已难以考证
。 。年法国药物学家 到非洲探险
时 〔淤 , 惊 奇地发现乍得湖沿岸土著人用简单的方法捞取 乍得湖面的蓝绿色漂浮物 , 或拌以辣椒和香料制
成酱 , 或在湖岸晒 二卜成称之 为“ ”的 下卜品 , 在市场 卜出传
。 句 地区的林奈学 会报道 了
这
一
发现 , 同时将标本寄给藻 类
‘
学家 。 经他鉴定 , 这种被称之 为 ‘ ”的就是纯顶螺旋藻 。 可惜
时运 不佳 , 这 一次发现被淹没丫 止界大战的隆隆炮声之中
。
年后 , 年法国探险队再次来到非洲 ,
吸新发现乍得湖 及其邻近地 区 其它碱水湖泊的螺旋藻水华 〔绪 〕
。 这次发现 正值学者们为做界人 的急骤
增长
、
粮食的短缺 而忧虑 , 此这次发现
一
经报道就立即引起藻类学者
、
营养学者
、
企业家
、
政府
’
才员的
收稿 厂 一 。 , 修回 日 一 。
。 作 若 男
,
岁 , 研究员
。
武 汉 植 物 学 研 究 第 卷
高度重视
。 有趣的是 , 正 当人们议论这一发现的意义的时候 , 大洋彼岸的墨西哥也传来振奋人心的消息
。
原来墨西哥城郊的 , 湖也盛产螺旋藻 , 不过 , 两个湖所产的螺旋藻是不同的 ,
湖产的螺旋藻为极大螺旋藻 。 尽管这时的墨西哥人并未把它作为食品 , 据记载早在 世纪西班牙人入
侵墨 西哥时在 「 场 上就 见到 一种叫“ ”的绿色干饼出售 , 它是阿兹台克人 从 湖
中采集晒干的制品 , 人们还从古老的文献中发现 一 幅当时 人收获螺旋藻的工艺图 。 由此可见 早在
世纪 。 。 。 湖沿岸的阿兹台克人就有食用螺旋藻的习惯
。
毡是
, 在何时是何种原因使它们改
变 了这种习惯而任这种宝贵的蛋白质资源在 该湖中自生 自灭 , 人们现在 已不得而知了 〔 一 〕
。
上述螺旋藻食品发现的简 史告诉我们 , 早在几个 世纪前螺旋藻就是乍得湖和 湖沿岸土著
人的天然食物 , 人们长期食用的实践表明它是安全的
。
年的再次发现即是当今螺旋藻科研生产新
的开端 , 也是螺旋藻产业化的起点
。
, 螺旋藻作为食品的早期研究
螺旋藻食品一发现 , 首先在法国就引起 了强烈的反 响 , 展开 了螺旋藻生态分布 、 生理特性 以及营养
成分分析的研究
。
在短短的 一 年内 , 基本上弄清 了 自然条件
一
「螺旋藻生 长繁殖规律及生态特性 , 首次
实验证明螺旋藻喜温 。一 , 耐碱 一 的特性
。
大量营养成分分析证 明这种藻类高蛋 白 、 高
营养 、 高消化吸收率等独特性质 , 不仅大大鼓舞 了学者们开发利用的信 ,仓 , 而 且还进一步增强 了企业家
投 资的兴趣
。
, 年法 国石油研究所 , 发表了《食品藻类新类型 》
‘ 一文 , 第一次全而介绍了螺旋藻的营养价值
、 培养方法
、 收获干燥技术 〔 。 特别应该指
出的是 , 在这篇文章发表的前一年即 年 , 巴斯德研究所的 完成了他的博士论 文“ 螺旋藻
培养研究 ”川 , 螺旋藻在实验室培养成功 , 为工厂化生产奠定了基础
。
博士提供的培养基配方至
今仍被广泛应用
。 尔后工厂化生产所使用的各种不同的培养基配方都是在 氏培养基的基础上的改 良 ,
大同小异 , 并无根本的不同 。 可以说 博士的研究是螺旋藻工厂化生产的里程碑
。
螺旋藻工厂化生产的兴起
、
发展与市场
螺旋藻工厂化生产的兴起与发展
世界上第一座螺旋藻工厂 , 由 公司兴建
。
湖是 一个苏打湖 , 位 于墨西
哥城东北近郊
。 。 公司原是生产小苏打的公司 , 成立于 年 , 该公司以该湖的沉积物为原
料生产小苏打
。 这个湖无论水质还是气候条件都适于螺旋藻生 长
。
年法国石油研究所 与 ,
公司合作 , 探索利用提取小苏打后的废水工厂化生产螺旋藻的可行性
。 儿年的研究证明 , 这种“ 半天
然 ”的螺旋藻工厂化生产方式是 可行的
。
年代初开始 几厂化生产 设计施 工 , 年建成投产
。 投产的
第
一
年生产干藻粉 卜重 , 随后 年间年产量猛增 至 。 为解决增加生产而 出现的 程技术问
题 以 及 产 品 上市前必要 的毒理学试验 , 该公 司投 资约 。万美元 , 到 年该厂 的培养 面积达
艺 , 日产量约 , 年产值占公司生产小苏打收入的三分之一
。
但是到 年产品质量显著下降 , 出 口
锐减 , 此后 亥公司的年产量维持在 左右
。
年 由于劳资纠纷 , 工人罢工停止生产 , 直到 年
半年才开始恢熨正常生产
。
大 日本墨水化学公司 后来居 丘 , 年该公 司首先 在 泰国的曼谷成立独立 的子公 司
一 有限公司
, 年投产
。
当时的产量很小 , 年产不过 一
。 以后逐年扩
大 , 年年产量达
。
其‘ 食品级的 , 饲料级的
。 的产品出 口 日本 , 只有 饲料级
的产品内销 主要作对虾饵料的精料
。 飞 年大 日本墨水化学公司 又在美国加州南部的 建立
盯 螺旋藻公司 , 年前该公司的年产量都保持在 左右 , 年扩大生产 , 目前的年
产最达到 。 年美国 公司得到 公司的 万美元的资助在夏威夷 荒岛
卜兴建
’ 另一个螺旋藻工厂 , 年产 量约
。 目前这两家公司的生产技术和产品质量都远远超过墨西
哥 , 成为世界 仁最垂要的螺旋藻产业公司
。 。年前这两家公司的年总产量
一
直稳定在 左右 , 到
第 期 胡鸿钧 国外螺旋藻生物技术的现状及发展趋势
年 一 年 , 年总产量达 。
台湾有 家公司分别在 年代建成 , 年总产量达 。 企业家乐于在台湾建厂 , 一方面 由于 台
湾有优越的 自然条件 , 另一方而也由于在 台湾有生产小球藻的经验
。 到现在
一 。
公司在生产螺旋藻的同时还生产小球藻 , 产 品 出 , 内销的相当部分作 为对虾育苗和其它海
珍品
、 观赏鱼类
、 鸟类的饵料 。
。年在印度发现 另 一种螺旋藻 一 一 椭圆螺旋藻 ,二 、 在 自然界也能形成水华
。
经深
入研究 , 证明这个种与钝顶螺旋藻 一样蛋 白质含量高 , 营养丰富 。 该种与钝顶螺旋藻一起作为印度工厂
化生产和 农村简易生产的藻种 目前在印度工厂化生产规模不大 , 只有 , 年产量
。 椭圆螺旋
藻后 又定为一新种 —印度节旋藻 矽 乙
。
目前国外螺旋藻生产和市场的基本情况
如上所述 , 世界上第一 个螺旋藻工厂从 年后走下坡路 , 产量下降 , 出 锐减 , 主要原 因是 山于
产品质量下降 。 后因劳资纠纷而停产 。 此外 , 以色列的两个小厂 , 年产约 , 以及 日本本土的一个厂都
相继关闭 。 这些厂关闭的主要原因是生产成本过高 , 在国内外市场上竞争乏力
,
企业家无利可图 。 尽管如
此 , 螺旋藻的总产量仍有所增长 , 因 为关闭的是 一些小厂 , 墨西哥的 山 公司虽停产 , 而新建的
和扩建的工厂所增加的产量明显超过减少的
。
这一事实表明 , 螺旋藻的市场有所扩大 , 需求量呈上升趋
势 。 当今国外螺旋藻市场主要是 日本
、
西欧 、 美国及南美的某些国家 。 日本人有吃鱼和藻的传统习俗 , 所
以螺旋藻产品一 市就受到 日本人的欢迎 , 至今 日本仍然是螺旋藻的主要销售市场之一
。 “ 工卫 ”螺旋藻
幸剂的商品名为“ 。 ” , 作为饵料的商品为“ ” , 藻蓝蛋 白的商品名为“ ”
。
据
有关资料粗略 估计 日本每年需要螺旋藻约 其 中作为保健食品的约 , 作为饵料的约
, 提取的天然蓝色素 —藻蓝色素约 “ 约需 藻粉
。
美国现在的年产量约为 , 同时还从墨西哥进 口 部分藻粉 , 近年来本国销售量迅速增加 , 部分产
品销往 日本等其它国家 。 螺旋藻在美国是泊来品 ,
‘
自在美国实现产业化的过程很值得我 们重视和思考
。
螺旋藻第一次投放美 国市场是 年 , 从那时起到现在 , 螺旋藻在美国市场上经历过 大起大落的发展
过程 。
一 年 , 引进时期 年代大约有 的美国消费者食用某些种类的健康食品 , 他们不
表 国外及我国台湾省螺旋藻工厂及产量
依据 、 年资料
’ 一
、
公司名称 地区
一
培养池面积
〕
火 一
年产量
工
,
翠西 吁
美 国
美国 夏威火 、 叹飞
一
广
平均产量
一 · 一
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飞
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台 湾 一
透 二本度
工﹃曰尸亡
个人通 讯 。 。 , 。 、 , 。
是简单地继承本国的饮食文化
传统 , 而是根据营 养需要选择
食物
。 一 年短短的 儿
年问 , 这些 消费 者迅速 地接受
了这种新 的藻 类食 品 , 并且 创
造 了许多新的食用 方法 , 如将
螺旋藻与蔬菜 、 水果
、 蛋自质饮
料等拌合 , 制 定新的烹调配方 ,
甚至 用于画 脸 潜和做香波等
。
一 年 , 奇迹
般发 展 和 供应 短 缺时期
年 月 美 国 国 家 丈摘 报
丁‘ 一飞页上 则通栏
标题 —《医 生们的赞扬 安全
的 食物丸您将永远不会感到饥
饿 》
。 文章大肆宣扬螺旋藻是一
武 汉 植 物 学 研 究 第 卷
利, 安全的 、 有效的食欲抑制剂
。
第二天成千上万从未进过健康食品店的人拥到那里 , 在门外排队抢购这
种新的“ 魔术般 ”的食品丸 。 螺旋藻风靡全美 , 后 又通过杂志
、
报纸 、 广播
、
电视等新闻媒介的宣传 , 螺旋藻
在美国作为新食品得到奇迹般的发展
。 要满足这种需求浪潮 , 需要儿 千吨藻粉
。
年全世界藻粉的供
应来目墨西哥和 泰国
。 不幸的是当时年总产量不过 , 而且泰国的大部分产品销往 日本 墨西哥生产
的 中的相 当部分已经与 日本渔业饲料公司签定 了供货合同 , 实际 上只有少量产品进入美国市场
。
即使 年美国进 口 了 藻粉 , 仍远远不能满足市场的需求 , 螺旋藻严重短缺 。
一 年 , 声誉下降 , 产品滞销时期 上一时期螺旋藻严重短缺产生了两个负效应 , 首先螺
旋藻价格成倍上涨 , 其次出售的多数产品不是货真价实的螺旋藻 , 许多新牌子的螺旋藻是掺了假的冒牌
货
。
劣质产 品大量充斥市场 , 螺旋藻的声誉随之急剧下降 , 其结果造成螺旋藻产品的滞销
。
年 , 销售量再度 回升时期 年螺旋藻在美国市场的销售量逐步 回升的主要原因 , 一是
一群健康食品的忠实消费者始终不渝地相信螺旋藻是一种优 良的健康食品 , 他们不仅知道如何适 当地
食用螺旋藻 , 而且从食用螺旋藻中增进 了身体健康 另 一个原因是 , 大量的实验研究进 一 步证 明螺旋藻
具有多种生理机能 , 是一种难得的健康食品 , 大大提高 了消费者的信心 , 从而使螺旋藻在美国市场得到
稳步的发展 〔刘 。 目前美国不仅是螺旋藻的最大生产国 , 同时也是世界 上最大的消费市场
。
螺旋藻应用研究逐步深人 , 新产品不断增加 , 市场逐步扩大
上述墨西哥 。 公司在建厂投产前就 巨额投资进行毒理学试验 , 为螺旋藻的应用提供了
有效的科学依据 〔划 。 自 年代初开始 , 日本对螺旋藻的药理进行了广泛深入的研究 , 取得了令人鼓舞的
成 果
。 大量科
一
学研究证明 , 螺旋藻含有多种生物活性物质 , 可作为治疗多种疾病的辅助药物 ①增强机体
免疫力 , 具有 防癌 、 抑癌
、
抗辐射作用 ②刺激前列腺 素合成 , 调节机体生理功能 ③促进新陈代谢 , 加速
伤 口 愈合 , 防 止皮肤角质化 ④对贫血
、
肝炎
、
糖尿病
、
胃及十二指肠溃疡等疾病具有 良好的疗效 ③能恢
复有机农药中毒病人的胆碱酷酶活性 ⑥对严重营养不 良病人的调养 , 对病后虚弱者的恢复 , 对儿童增
加营养和老人保健 、 延年益寿均有特殊的效果
。
随着研究工作的不断深入 , 应用领域逐渐增加 , 目前的螺旋藻 已从最初的营养食品扩大到 医药保
健 、 系列化妆 品和精细化工产品 藻蓝蛋 白 —天然 蓝 色素
、 多糖等
。
螺旋藻制品有几
一 一 种之多 , 仅以
公司为例 , 该公司生产的螺旋藻片剂
、
胶囊品种就有 种
。
目前 , 螺旋藻 已在五大洲 多个国家和地 区出售多种不同的产品 , 销售量仍在稳步上升
。
如能进一
步降低成本 , 提高质量 , 销售 市场还会进 一步扩大
。
国外螺旋藻科研生产和产业化的发展趋势
当今国外螺旋藻生物技 术产 业化的进
一步发展受 生产成本过高的限制 。 国外各
个螺旋藻工
‘
的生产成本是不 一样的 , 有高
有低 见表
。 以色列的生产成本最高 , 所
以投产不久即关闭
。
近 儿来来各 几
‘
都在降
低成本方面采取 了许多措施 , 其中成效址大
的是 泰国的 公司 , 年该 公
司侮 螺旋藻干粉成本降到 美儿
。
他们
采取的有效措施主要是应用 一些新技术
, 甚
至简 单技术就使生产成本大幅度降低 , 山此
可见降低生产成木的潜力还是很大的
。
表 国外螺旋藻公司生产成本表 年
飞
’
二 ’ 一 〕
公司 成本
飞
干燥方法
、
质量及
生产规模
飞
、 。 泰国
美国
。 尸 ’ 。 墨 西 哥
、 , , 。 以色歹
喷雾干燥 , 食兄级
喷雾干燥 , 食品级
晒干或滚简式 几燥
产量少
, 培养面积为
一
未包括投资和 资本 , 即每公斤的生产成本 。
工 一 , ,
第 期 胡鸿钧 国外螺旋藻生物技术的现状及发展趋势
表 所列 出的成本是不全面 的 , 它不包括投 资的 固定资产和 资本 , 生产成 本应该将这些 包括在
内〔, 。〕。
除生产成本外 , 学者们对影响产品质量的各种环境因素进行深入研究 , 并通过各种现代生物学技术
手段提高螺旋藻营养价值和产量 , 得到很有意义的结果
。
充分利用各种 自然资源进行工厂化生产仍然被许多国家的学者和企业家重视 , 因为这是降低
生产成本最直接最有效的措施
。
乍得湖是世界上最大的碱水湖泊 , 是现在广泛应用的钝顶螺旋藻的原产
地 , 生产螺旋藻的 自然条件 于分优越
。 早在 年代 , 法国石油公司就计划在乍得湖畔兴建世界上最大的
螺旋藻工厂 , 但是 山于那里战事频繁 , 计划无法实现
。
越 南地 处热带 , 光
、
温 自然资源 丰富
。
年 , 越南 国立研 究 中心 生物 研 究所在 胡 志 明市 以 北
的 省进行螺旋藻培养试验
。
年开始半工业化生产 , 建了 个混凝土培养池 , 利用
当地丰富的地 下水资源和风力代替机械搅拌 , 培养池面积 , 一 年 个月生产螺旋藻粉
约 单产约 一
· 一 · 一 。
秘鲁利用 当地丰富的硝石资源和啤酒渣培养螺旋藻也获得很好的结果
。
法国国立石油研究所也利用马丁尼克岛荒芜土地和 良好的光温资源来进行螺旋藻大量培养试验
。
研制高光合效率的光反应器 , 提高单位面积产量 , 降低生产成本
。 目前国外螺旋藻工
‘
均 为露
天 、 跑道式培养池 , 单位而积产量 一 · 一 之
· 一 ’ , 即光合作用效率 只有 。 一 , 光合效率低是
生产成本高的主要原因 因此 , 提高光合效率是降低生产成本的有效途径 。 大量研究表明光合效率是可
以大幅度提高的 。 如果光合效率达到 , 则每 的年产量 可达 , 不仅大大降低 了成本 , 还提高
了土地使用效率 。 现在封闭式光反应器受到 了广泛重视 , 意大利学者在这 方而作出了重大贡献
。
近年来
他们在佛洛伦萨郊外建成 ’ 巨大的 占地 封闭式培养系统 , 平均产量达到
· 一 · 一 ’〔, , 。」。
螺旋藻不饱和脂肪酸的研究受到广泛重视
。
螺旋藻一直是以高蛋白 环一 著称 , 脂肪含
量只占 左右 几重
。
有趣的是 , 的脂类中的 为不饱和脂肪酸 , 而 一亚麻酸 又是其中的
主要成分 。 现代研究证明 能刺激前列腺素的合成
。
前列腺素具有多种重要的生理功能 , 如调节血
压 、 降低胆固醇
、
抗炎症 以及细胞繁殖的 调控等 因此近年来对螺旋藻脂类 , 特别是不饱和脂肪酸合成的
机制 , 以及与培养环境的关系的研究取得 了有意 义的结果
。
如实验证明几种除关剂能抑制脂肪酸的去饱
和作用 , 是最有效的 。 去饱和作用抑制剂 。 他们还发现 , 螺旋藻脂类的含量与组成在很大程
度 上受到环境 条件
、
培养基成分的变化以及不同品系的影响 , 它 们之 间的相互关系 比较复杂
。 这些研究
不仅有理 论意 义 , 而且更重要的是为控制产品质量提供科学依据 〔” 〕
。
应用遗传学和分子遗传学技术培育各种不同特性
、 富含某种成分的优 良品 系 。 这项研究之所以
受到越来越多的学者
、
特别是遗传学者的重视 , 一方面 由于它是提高单产重要措施之
一
, 另 一方面它 又
是增加产品种类 、 扩大市场的需要
。 目前国外培育的优 良品 系或突变株有如下 几种类型 高产 品系
一高光合作用低呼吸作用以及杭氧饱和等品系 抗性品系
一 耐高渗透压等品系 富含某种成
分的品系 一 有人用 诱导 、 分离出 株抗两种苯丙氨酸类似物 对 一氟苯丙氦酸和 爵 一嚷吩丙氨
酸
、 一种脯氨酸类似物
、 一种蛋氨酸类似物
、
一种色氨酸类似物的突变株 。 从这些突变株中发现许多具
交叉抗性 , 这些类似物在生物合成中没有联系 , 但相互调
一
节作用产生代谢联锁 , 导致交叉抗 比
。
此外 , 有
关钝顶螺旋藻的获因识别和克隆研究也取得不少有意义的结果
。 核酮糖一 , 一二磷酸歧化酶 。、
, 一 是光 合作用过程中固定 的关键酶 , 它是 由两个基 因控制的 , 个 亚
单位小 , 另 个亚 单位大 , 彼此靠近在 片段上 现在这两个基因 已成功地从钝顶螺旋藻 , ,
分离 , 并在 百 。 的小塑细胞 ‘ , 得到表达 此外 , 钝顶螺旋藻质粒的研究也取得不少进展 , 虽
然各实验室 的结果不一致 , 有的证 明不仅有而 且还有两个 有的实验却得 否定的结果 , 也许这些实验
结果都是正确的
。 总之 , 螺旋藻分 子遗传学 已有 ’一 个 良好的开端 , 相信在不久 的将来会取得更多的研
究成果
。
运用分子遗传学的技术 , 培育更多优 良品系是指 日可待的 〔, 一 〕
。
武 汉 植 物 学 研 究 第 卷
若干年前 , 工厂生产的螺旋藻儿乎是发达国家 美国 、 日本
、 酉欧 少数人的奢侈品 如今由于它的高
营养
、
高 消化率
、
高产量
、
露天培养不易被污染 、 适于气候适宜的任何地方进行工厂化生产等独特特点 ,
年代初联合国就向发展中国家推荐螺旋藻作为解决那里的大量营养不 良儿童的优 良食品 , 并在非洲
多哥
、
亚洲印度等国进行推广示范 , 随后 巴西
、
智利
、
秘鲁 , 以及菲律宾
、
埃及等国相继开展了利用本国资
源生产螺旋藻的试验 , 不少国家 已取得 了很 大进展 , 不久将有批量产品面市
。 当前国内外螺旋藻生物技
术产业化的焦点仍然是成本和产 品多样化的问题
。
解决这两个问题的途径是多种多样的 、 综合性的
。
相
信这些科学技术问题的解决将会推动螺旋藻产 业的进一步发展
。
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