微藻在食品领域的应用

王慧岭　张晋阳　罗建涛　滕杰　耿金峰　赵鄢鹏　白雪梅　刘敏胜

摘要 介绍了目前可规模化养殖的微藻现状、微藻在人类历史上的食用历史、微藻在食品领域的应用价值，对目前市场已有的微藻产品进行了整合概述，并对微藻在食品领域的应用进行了展望，以期为微藻在食品领域的开发应用提供有效参考。

关键词 微藻；食品；应用；价值

中图分类号 S218 文献标识码 A 文章编号 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

微藻是一种光合自养微生物，其个体微小，生长速度快，广泛生存于海水淡水中，生活适应性强，同时可以生产食品、药品、高价值生物活性物质和生物燃料，被誉为细胞“工厂”[1]。微藻在生长的过程中为了适应环境会迅速调节细胞内的成分，这些成分中很多具有多种生物活性，可以作为食品添加剂、营养保健品甚至医药产品[2-4]。当前在市面已经可以见到越来越多的微藻产品，有以螺旋藻主打的系列增强免疫力的保健品、以杜氏盐藻主打的视力保护系列产品，也有以小球藻为主的系列食品、以雨生红球藻开发的化妆品。微藻在生长的过程中可以固定CO2，可以生长在沙荒地、盐碱地等非农业用地，因此无论从环境保护，还是资源需求和产品开发方面都具有极大的意义，微藻已成为保健品、食品和能源环保行业一个新的研究热点。笔者从微藻的养殖现状、食用历史、食品领域的应用及目前市场已有微藻产品等方面进行了概述，并对相关数据进行了整合分析，以期为微藻在食品领域的开发应用提供有效参考。

1 微藻的养殖现状

微藻在生长过程中对光照的依赖性比较强，大多数已产业化的藻株对温度敏感性也较强，因此对培养环境的要求比较高；同时微藻在规模化培养过程中极易出现污染，工艺控制难度大；另外微藻目前的养殖方式几乎为纯人工养殖，无法实现机械自动化操作，整体养殖成本偏高。由于上述种种原因的制约，很多藻株目前仍无法实现规模化生产，市场应用较少，目前广泛应用的主要为螺旋藻、小球藻、雨生红球藻和杜氏盐藻。螺旋藻极度耐碱，形状为丝状，具有得天独厚的天然环境养殖优势，世界上主要集中在三大淡水湖周围，即我国的云南丽江程海湖、非洲乍得湖和墨西哥的 TEXCOCO 湖。全世界生产最具优势的是非洲乍得湖的钝顶螺旋藻。螺旋藻由于先天优势，养殖几乎不受地域影响，世界上 85%以上的藻类养殖企业养殖的都是螺旋藻。小球藻生长速度快，温度耐受范围广，能很好地适应环境，其养殖在日本和我国台湾已获得人们的广泛认可。杜氏盐藻极端嗜盐，敌害生物相对较少，不易污染，但是由于其产量极低，技术门槛相对较高，因此养殖企业较少，在国外养殖较多的主要集中在以色列、美国、澳大利亚等国家。 雨生红球藻因其富含大量的虾青素被人工培养，其对培养要求较高，一般在半封闭的反应器中严格控制培养环境，才能获得稳定生产。

2 微藻的食用历史

微藻的食用历史非常悠久，螺旋藻作为食物可以追溯到几千年前[5]，在9世纪的卡内姆-博尔努帝国，就有居民从查德湖中采集螺旋藻作为食物[6]。人工培养微藻也由来已久，尤其在食物匮乏的年代，微藻一度成为优质的蛋白质原料。美国在1948年就规模化培养小球藻[7]。在20世纪50年代初期，由于第二次世界大战，全球食物短缺，蛋白质摄入量不足，人们用藻类来补充蛋白质。目前小球藻商业化生产已有30多年的历史，主要产地为日本、美国、以色列和我国台湾[8]。

在我国虽然很早就开始食用微藻，但是微藻获得食品资质是进入21世纪之后才逐步获得正式的批准。在2004年8月17日中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会发布的2004年第17号文件批准的食品里，钝顶螺旋藻和极大螺旋藻被正式批准可作为普通食品食用，这是我国第1个正式获得食品资质的微藻原料，开启了我国微藻食品原料的先河。之后随着对微藻研究的深入，更多的微藻获得新资源食品的认可，继螺旋藻之后，在2009年盐藻及提取物被批准为新资源食品，成为第2个获得食品资质的微藻。随着市场对DHA的需求，2010年批准DHA藻油和雨生红球藻可以作为新资源食品，微藻在食品领域的应用越来越广，2012、2013年相继批准了蛋白核小球藻和裸藻作为新资源食品（表1）。截至目前共有5株藻获得食品资质，随着微藻应用价值的不断开发，微藻在食品领域逐步被认可，越来越多的企业开始从事微藻生产。

3 微藻在食品领域的应用

人们在解决了温饱问题之后，对食品的要求越来越高，现在很多人开始追求健康食品，药食同源，于是越来越多的功能性食品、保健食品获得市场的认可，这对于微藻来说可谓是一次大的机遇和挑战。近10年来微藻在能源和环保行业受到了广泛的关注，也投入了大量的研发经费，但是由于受到石油价格的回落和微藻生产能源的成本制约，始终没有实现能源微藻的产业化生产。在这种情况下很多研究能源微藻的机构逐步开始转向环保和高附加值产品的开发。微藻本身具有極大的潜力，小小的细胞内蕴藏着丰富的宝藏，如何有效地开发微藻的价值，一直以来是研究热点。微藻价值的有效开发必将会产生巨大的经济效益和社会效益。

螺旋藻富含藻藍蛋白、藻多糖、多种维生素，并且螺旋藻中矿物质和微量元素的含量也相当高，其中以K、P、Ca、Mg、Fe等尤为突出。在消化吸收利用方面，螺旋藻的细胞壁纤维素含量较低，细胞壁薄，易于被消化吸收；同时螺旋藻蛋白质还具有很强的水溶性，其消化系数可达95%，吸收率可达75%[10]。螺旋藻中藻多糖的功能也受到很大的关注，目前研究结果显示，藻多糖可以用于治疗肝癌、防护电离辐射和减缓机体衰老。因此，螺旋藻被认为是“人类最佳保健食品”，已广泛受到大众的接受和认可。

小球藻中氨基酸种类多达18种，必需氨基酸的含量占总氨基酸含量的42%，达细胞干重的20%以上，以谷氨酸、天冬氨酸、亮氨酸含量最高。大多数小球藻可以积累叶黄素。叶黄素除具有抗氧化性外还有很强的着色能力，因此叶黄素作为饲料的添加剂广泛用于家禽饲养和水产养殖业[11-13]。小球藻在食品的品质改良和调味方面也获得成功应用，主要用于酿酒、面食和发酵食品的添加剂[14]，以及系列小球藻保健品[15]。

杜氏盐藻主要用于生产β-胡萝卜素，其含量可超过其干重的10%。β-胡萝卜素具有维生素A的活性，在医学上β-胡萝卜素主要用于光敏感患者和维生素A缺乏症的治疗，近年来，有研究报道其在预防心血管疾病和防癌抗癌方面也有明显作用[16]。β-胡萝卜素已被广泛应用于天然着色剂、食品添加剂、营养食品、保健品、药品、化妆品及生物工程产品的生产[16]。目前市场上天然的β-胡萝卜素很少，主要以人工合成为主，但是随着人们的不断深入研究发现，虽然合成的β-胡萝卜素纯度高，生产成本低，但是在化学合成的过程中难免有少量的有毒成分残留，因此天然生物合成的β-胡萝卜素是未来需求的必然趋势。

多糖也已经作为一种非特异性免疫促进剂被广泛地使用，能产生多糖的微藻也很多，其特有的硫酸多糖具有极大的应用价值。盐藻多糖由于具有很多生物活性，可提高机体免疫力，增强体质。盐藻胶囊和盐藻片剂作为保健品，已在市面上大量销售。

雨生红球藻是天然虾青素最好的原料来源，其细胞内可累积大量的类胡萝卜素，其中75%以上为虾青素[17]。虾青素被称为“超级维生素E”，其有强大的抗氧化活性，据文献报道，其抗氧化活性是维生素E的550倍、类胡萝卜素的10倍[18-19]。由于其强大的抗氧化能力，虾青素主要用于抗癌症、防止衰老、提高免疫力，也有文献报道其具有维护视力和中枢神经系统健康等生理功能[20-21]。目前，在水产养殖和化妆品中虾青素已获得广泛应用[22-24]。

微藻的一些活性物质已越来越多地受到人们的关注，很多研究围绕藻多糖和色素的强抗氧化性开展，更多的微藻被用于食品、保健品和医药行业，越来越多的微藻功能性产品被开发，微藻的价值逐步被认可。目前主要微藻的活性物质及其主要功能如表2所示。

此外，微藻的多不饱和脂肪酸也受到人们的重视，但是目前只有DHA藻油可以作为新资源食品，其他的微藻尚未获得食品资质认可，因此多停留在研发阶段或饲料应用阶段，通过将富含DHA或EPA的微藻饲喂畜禽，从而提高肉类、蛋类或奶制品中DHA和EPA的含量，间接地将微藻中多不饱和脂肪酸用于食品行业。微藻作为EPA或DHA原料与鱼油相比，除口感优于鱼油之外，最主要的是微藻基本可以单独生产EPA或DHA，不含胆固醇，减少了EPA和DHA对不同人群使用的相互干扰。

4 市场已有的微藻产品

藻类作为食品可以经过简单的净化、熟化、脱水、杀菌等工艺后直接食用，也可提取其有效成分与其他食品共同食用。微藻作为食品在日本和北美、西欧等发达国家受到了人们的喜爱，其中日本在微藻食品方面的技术较领先。目前市场上微藻产品种类主要以风味食品、复合风味食品、乳制品和调味品为主。表3列出了目前市售的主要微藻食品类型及其产品特性。

5 展望

微藻富含多种高营养价值的成分，食用历史悠久，应用领域广阔，将微藻与食品、营养保健品、药食同源等领域相结合具有很大的市场开发潜力。同时也要加大试验力度，验证更多藻株的食品安全性，并结合微藻自身的特性，开发微藻多联产品，将分离有效成分后的微藻渣应用于生物能源、生物肥料、生物材料等方面，实现微藻价值的综合利用。

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