几种盐藻养殖工艺技术对比及盐藻生产β胡萝卜素的优势

邱琦，邱炜，李强，郭井瑶

几种盐藻养殖工艺技术对比及盐藻生产β胡萝卜素的优势

邱琦，邱炜，李强，郭井瑶

（天津长芦汉沽盐场有限责任公司，天津 300480）

对比了盐藻养殖工艺技术，介绍了盐藻生产β胡萝卜素的优势。技术对比结果表明，封闭式养殖效率最高，但投资较大，降低成本是未来大规模应用的趋势。同时通过对比生产β胡萝卜素生产工艺，发现利用盐藻生产β胡萝卜素的具有较高的市场价值。

盐藻；养殖；β胡萝卜素

由于多数盐化产品成本高、附加值低，导致经济效益偏低。为了充分利用盐场广阔的水域面积，发挥地域优势，提高海水综合利用效率，增强可持续发展能力，亟待进行产业转型和升级。开发生物养殖等新型产业是盐化企业未来的发展趋势之一，盐田卤水中天然的盐藻具有较高的经济价值，本文对养殖工艺及目标产物积累优势作相关阐述。

1 盐藻的养殖工艺比较

利用盐田卤水资源开展盐藻规模化养殖，从中生产富含天然β-胡萝卜素的盐藻加工产品。盐藻的规模化养殖工艺分为封闭式、半封闭式和开放式3种，需要根据当地的气候、投资规模、自然资源分布等条件进行选择。

表1 养殖模式比较

1.1 开放式养殖模式

开放式养殖模式多见于澳大利亚、以色列、西班牙等沿海国家。在这些地区，单个盐藻养殖的水域面积可以达到250公顷。此模式养殖水体面积较大，水深一般低于0.5米，水体除了自然风的吹动外没有其它人工干预。因是在开放式水体进行养殖，水体不能较好的得到净化，导致水中除了盐藻外还有其他微生物存在，盐藻生长受到较大的影响，导致目标产物产量低。

1.2 半封闭式养殖模式

半封闭式养殖模式在透明的养殖棚内利用自然光源进行。一般在养殖棚内设置跑道式培养池。培养池为环形，水深一般不超过0.5米。盐藻培养过程中，利用搅拌机对养殖水体进行搅拌，并向水体内补充空气或二氧化碳，以促进生物量积累。

同等养殖规模下，半封闭式较封闭式养殖模式投资降低30%。但该模式下目标产物的产量也较低，且生产具有一定的不稳定性。

1.3 封闭式养殖模式

封闭式养殖模式一般在密闭的空间内，采用管道式、平板式或环形光生物反应器进行。通过引入光强、光质、营养、温度、盐度等关键养殖参数的调控，实现盐藻的大量积累和目标产物的快速合成，是一种现代、高效、可靠、精细的养殖模式。

（1）管式光生物反应器由封闭的、直径3~6 cm、长10~200 m不等的透明管组成，每根透明管之间用U形弯头连接，组成庞大的微藻培养系统。

（2）平板式光生物反应器主要由一种扁平的方形透明容器组成，厚度仅1~5 cm，并设置外置平板光源。

（3）环式光生物反应器是管道式与平板式光生物反应器的综合利用形式，结合了管道式反应器的外形和平板式光生物反应器的优点，单套设备培养体积可以高达1~2 m³。

2000年以来，由于封闭式光生物反应器造价较高，应用领域具有一定的局限性。但是封闭式光生物反应器仍具有开放式养殖模式所无法企及的诸多优点：其培养条件更易控制，能更有效防止污染，细胞培养密度更高，便于目标产物的定向优化和诱导等。因此，封闭式光生物反应器一直被认为是未来盐藻产业化发展的方向。随着国内新材料、新工艺的发展，光生物反应器的制造成本逐年下降，并且制造工艺不断改进，逐渐满足了盐藻养殖的需求。

2 利用盐藻生产天然β-胡萝卜素的优势

目前，工业化生产β-胡萝卜素的方法主要有三种：化学合成法，生物发酵法，从植物、藻类生物中提取法。

（1）化学合成法是采用有机化工原料，通过化学合成反应人工合成β-胡萝卜素的方法。

（2）生物发酵法目前采用真菌和酵母发酵获得β-胡萝卜素，一般采用的工程菌有粘红酵母、布拉克须霉菌、大肠杆菌、三孢布拉霉菌等。

（3）天然生物提取法是从富含天然β-胡萝卜素的生物材料（如胡萝卜、盐藻等）中获得富含β-胡萝卜素的天然物粉末，或者将β-胡萝卜素经提取、纯化后加工成其它富含胡萝卜素高附加值产品的过程。

在生产β胡萝卜素的方法中，化学合成法产量最高，但是由于其生产的β-胡萝卜素主要是全反式构型，主要用于较低端的饲料添加领域，而在人类保健品和食品、医药等领域应用受到很大限制。

发酵法目前主要是利用三孢布拉霉菌发酵同化培养体系中的有机物，进而积累胡萝卜素，并用于提取。从陆地植物中提取β-胡萝卜素尽管也能得到天然构型的β-胡萝卜素，但是与利用盐藻生产胡萝卜素有以下几点明显的不同：

（1）盐藻的培养是利用太阳能，通过光合作用固定二氧化碳形成生物量的过程，培养体系中只添加营养盐（如氮、磷等无机盐），无需添加有机物；利用三孢不拉霉菌发酵需要添加外源性的有机碳源和氮源，如淀粉、甘油、玉米浆等。因此，从生产投入的原料成本上考虑，利用盐藻生产β-胡萝卜素更经济。

（2）虽然发酵法生产β-胡萝卜素的工艺比较成熟，但是工艺要求也相对较高。由于发酵液中添加的有机物成分较多，极易受到其它微生物的污染。一旦发酵体系中污染有其它霉菌，或导致生产被迫终止，或导致最终的提取物中可能含有其它的真菌毒素，因此风险较高。与发酵法不同，盐藻是在高盐海水甚至饱和卤水中进行培养，培养体系中不含有机物，盐藻营自养生长，因此发生污染的几率很小，风险低。

表2 发酵法与盐藻提取法比较

（3）从产物提取和终端产品多样性方面看，两者的差异也很大。盐藻是一种没有细胞壁的单细胞微藻，而发酵法使用的三孢不拉霉菌则是一种毛霉菌，有细胞壁，因此两种微生物的细胞结构及内含物迥然不同。没有细胞壁无疑将大大降低胡萝卜素的提取成本，而且与其它微藻不同，盐藻细胞制成藻粉颗粒直接食用，细胞内的营养成分更易于被人体吸收。如果单从β-胡萝卜素产量上看，利用盐藻生产β-胡萝卜素的效率远没有发酵法高，但是盐藻细胞内的类胡萝卜素种类更加丰富，更具多样性，除了β-胡萝卜素外，盐藻细胞内还有大量的叶黄素（3,3’-二羟基-β,ε-胡萝卜素）—另一种具有强抗氧化性的类胡萝卜素。另外，盐藻细胞内还含有多不饱和脂肪酸、维生素和蛋白质等，因此盐藻可以作为保健品，直接做成藻粉颗粒投入市场，这是三孢不拉霉菌发酵法所不具备的。

3 结束语

综合以上方法，虽然通过化学合成的方法生产类胡萝卜素产量高，成本低，但仍然无法取代从藻类提取的天然类胡萝卜素。以β-胡萝卜素为例，盐藻细胞中所含的β-胡萝卜素是全反式和9-cisβ-胡萝卜素的混合物，而化学合成的产品中大部分为全反式。虽然只是构型上存在细微的差异，但是其抗氧化和抗肿瘤活性却明显不同。正是由于化学合成的β-胡萝卜素在生物学效应及安全性方面存在不确定性，其应用受到很大限制。因此，从藻类中提取的天然类胡萝卜素市场发展空间巨大。

［1］景海霞.盐藻养殖中生物法纯化盐藻研究[J].盐业与化工，2015，44 (11):29-32.

［2］伊力哈木·乃扎木，阿不都拉·阿巴斯.营养元素对盐藻养殖及β-胡萝卜素产率的影响[J].食品科学，2007，28(9):430-432.

［3］高清潭，丁淑华.盐藻养殖生产β-胡萝卜素新方式[J].海湖盐与化工，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，工程师，研究生，辽宁沈阳人，2008年毕业于沈阳工业大学化学工程与工艺专业，研究方向：盐田生物化工。

TS396.7

A

1004-0935（2020）01-0077-03