红毛菜陆基悬浮扩培养殖的初步试验

贾旭利，刘 彬，陈德富，叶启旺 ，翁祖桐，刘 涛，5*，翁金城

(1.中国海洋大学，山东 青岛 266003；2.霞浦县水产技术推广站，福建 宁德 355100；3.霞浦县福连海水产育苗场，福建 宁德 355100；4.福建省水产技术推广总站，福建 福州 350002；5.厦门大学，福建 厦门 361005；6.福建省莆田市龙凤祥食品有限公司，福建 莆田 351100)

红毛菜(Bangiafuscopurpurea)在系统分类学上属于红藻门(Rhodophyta)、红藻纲(Rhodophyceae)、红毛菜目(Bangiales)、红毛菜科(Bangiaceae)、红毛菜属(Bangia)。红毛菜富含蛋白质及不饱和脂肪酸等营养成分[1-3]，是已知大型海藻二十碳五稀酸(EPA)含量最高的物种[4-5]，具有很高的食用和药用价值，市售干品价格达800.00元/kg以上。

红毛菜自然分布在北太平洋西部与北大西洋两岸的温带和亚热带地区，在我国主要分布于东海和南海沿岸的上潮带。因红毛菜成体为毛丝状的叶状体，自然产量较低[6-10]，且受全球气候变化和人类活动影响，其资源日趋枯竭。1978年，莆田县水产技术推广站开展红毛菜养殖试验，形成了包括贝壳丝状体育苗和网帘海上养成这两个主要阶段的红毛菜人工养殖技术，其主要工艺流程：编织养殖条帘→选择海区→设置养殖筏→绑结条帘→增加附加浮力→调节采苗水层→刺激贝壳丝状体→放散壳孢子→捞出贝壳丝状体→计算壳孢子数→喷洒壳孢子→晒苗帘、分苗帘→洗刷条帘→检查单孢子日放散量→采集单孢子→晒帘、分散子帘→剪收→加工产品[11-12]。针对红毛菜连续放散单孢子的特性，进行海上的网帘覆盖式采苗和养殖取得了初步效果，有效提高了红毛菜养殖的种苗来源保障[13-14]；通过立体采苗、“气泡+冲水”等工艺的发展进一步优化了壳孢子采苗效率[15-17]，同时通过养殖管理调整提高了红毛菜对水温、水层适应及耐干性等能力[18]。20世纪90年代以来，福建莆田的南日岛和秀屿区以及平潭岛和宁德霞浦县等沿海地区广泛开展了红毛菜养殖。目前红毛菜养殖面积约270.00 hm2[19]，90%以上产品销往东南亚国家和中国台湾地区，为乡村振兴和渔民增收作出了重要的贡献。因红毛菜营养丰富且养殖效益突出，2016年“莆田红毛菜”获“国家地理标志保护产品”认证，2021年被农业农村部评定为“十大水产优异种质资源”[20]。

中国是世界上唯一进行红毛菜人工养殖的国家，养殖红毛菜具有投入低、收益高的良好产业价值，但当前养殖已连续多年发生烂菜，造成生产减收。红毛菜养殖产量出现较大的下滑，无法充分满足国内外市场需求，急需开展红毛菜新型养殖方式的探索。2021年12月9日，厦门大学与霞浦县水产技术推广站等单位联合开展红毛菜的陆基养殖技术研究，利用海带育苗玻璃库房进行红毛菜叶状体的悬浮扩培养殖试验，薄膜袋气升式光生物反应器和白色塑料桶的日生长率分别为6.18～18.18%·d-1和0.89～21.39%·d-1；有效解决了海区筏式网帘养殖采收原藻存在的塑料泡沫颗粒和聚乙烯纤维丝等杂质问题。红毛菜陆基悬浮扩培养殖模式取得的初步成功，不仅为其产业发展提供新的空间和技术，而且进一步填补了大型海藻陆基养殖模式的空白。

1 材料与方法

1.1 养殖设施与材料

1.1.1 养殖试验点

福建省宁德霞浦县文岐村，霞浦县福连海水产育苗场。

1.1.2 水泥育苗池

水泥育苗池规格为长×宽×高=8.00 m×2.30 m×0.50 m(图1A)，用高浓度高锰酸钾消毒，清洗干净后放水至约0.45 m高，备用。

1.1.3 网帘

网帘用维尼龙绳编织而成，规格为2.50 m×3.00 m。

1.1.4 薄膜袋气升式光生物反应器

选用直径为0.30 cm的铁丝网固定，围成直径为0.24 m、高1.10 m的圆柱框架，放入直径0.22 m、高1.20 m底部密封的聚乙烯塑料袋构成薄膜袋气升式光生物反应器(图1B)，配有气泵、充气管和气石构成的充气系统。

1.1.5 白色塑料桶

选用直径为1.00 m、高0.80 m的白色塑料桶(图1B左)，配有气泵、充气管和气石构成的充气系统。

注：A为水泥池网帘室内养殖；B为悬浮扩培室内养殖(B左为白色塑料桶；B右为薄膜袋气升式光生物反应器)。

1.2 藻种来源

养殖网帘和红毛菜叶状体均来自福建省莆田市龙凤祥食品有限公司，其中养殖网帘是刚分网的苗帘。

1.3 试验方法

1.3.1 室内水泥池网帘养殖

养殖网帘的红毛菜叶状体平均长度约2.00 cm，连同网帘一并干露后装入编织袋运输至试验地点，吊挂在水泥池水面下6.00 cm左右，用搅拌机促进流水，每天更换50%砂滤海水。

1.3.2 薄膜袋气升式光生物反应器养殖

红毛菜叶状体用砂滤海水冲洗干净，挤干水分后，按照0.40、0.72 g·L-1两种接种密度分别放入薄膜袋气升式光生物反应器的不同袋中，进行充气悬浮培养，培养水体为50 L，培养周期和方式见表1。

1.3.3 白色塑料桶养殖

红毛菜叶状体用砂滤海水冲洗干净，挤干水分后按照0.20～1.72 g·L-1的接种密度放入白色塑料桶中进行连续充气悬浮培养，培养周期和方式见表2。

1.4 日常管理

1.4.1 环境条件

养殖于海带育苗玻璃库房内，自然光采光，温度为9.0～22.0℃，盐度为29～31。

1.4.2 营养盐

培养液为添加200.00 mg·L-1NaNO3、 20.00 mg·L-1KH2PO4的砂滤海水。塑料桶培养分为加柠檬酸铁和不加柠檬酸铁两组，柠檬酸铁浓度为2.00 mg·L-1。

1.4.3 生长与环境监控

定期观察红毛菜生长情况，发现问题并及时处理。如在红毛菜养殖过程中会遇到石莼等绿藻污染，一旦发现及时滤除。

1.4.4 换水与鲜重测量

室内水泥池网帘养殖采用循环水系统，每天更换50%砂滤海水，培养结束后剪收网帘上的红毛菜，用手挤法挤压红毛菜至无水滴状态，称量鲜重，记录数据。

在悬浮扩培养殖中，培养结束后用300目筛绢网过滤红毛菜，用手挤法挤压至无水滴状态，称量鲜重，记录数据；将培养系统清洗干净，注入新鲜海水并添加营养盐后开展下一轮养殖。

1.5 营养成分检测

1.5.1 样品来源

红毛菜叶状体样品分别来自福建莆田海区筏式网帘养殖和本次陆基悬浮扩培养殖(薄膜袋气升式光生物反应器养殖)。

1.5.2 样品前处理

置于烘箱中50℃干燥至无水分状态，用小型高速粉碎机粉碎成粉末状，称取15.00 g干品用于成分测定。

1.5.3 测定方法

按照食品安全国家标准分别进行粗蛋白、灰分、粗脂肪和脂肪酸的测定[21-24]。

1.6 数据分析

平均日生长率：

(1)

室内水泥池网帘养殖单位面积平均产率：

单位面积平均产率(g·m-2·d-1)=(md-m0)×S-1×d-1

(2)

悬浮养殖折算单位面积平均产率：

单位面积平均产率(g·m-2·d-1)=(md-m0)×π-1×r-2×h-1×d-1

(3)

式中md：培养结束的鲜重(g)；m0：初始鲜重(g)；S：网帘面积(m2)；d：培养天数(d)；π：3.14；r：培养容器半径(cm)；h：培养容器高(m)。

2 结果

2.1 室内水泥池网帘养殖

2021年11月27日—12月9日，附着红毛菜叶状体的网帘在室内水泥池经12 d养殖，最终收获原藻2 380.00 g，单位面积平均产率为6.61 g·m-2·d-1。

2.2 薄膜袋气升式光生物反应器养殖

红毛菜薄膜袋气升式光生物反应器养殖情况见表1。当接种密度为0.72 g·L-1时，温度由低到高，红毛菜平均日生长率依次为(6.18±0.35)%·d-1、(8.97±0.83)%·d-1、(13.45±0.86)%·d-1；当接种密度为0.40 g·L-1时，红毛菜平均日生长率最高为(18.18±6.15)%·d-1。

表1 薄膜袋气升式光生物反应器培养红毛菜结果

2.3 白色塑料桶养殖

红毛菜白色塑料桶养殖情况见表2、图2和图3。在(15.0±3.0)℃条件下，0.20 g·L-1接种密度红毛菜平均日生长率为21.39%·d-1。在(14.0±2.0)℃条件下，接种密度为0.50 g·L-1的红毛菜平均日生长率较高，为4.68%·d-1。在(10.0±1.5)℃条件下，接种密度为0.72 g·L-1的红毛菜平均日生长率较高，为5.27%·d-1。在0.50 g·L-1接种密度且增加2.00 mg·L-1柠檬酸铁供给条件下，红毛菜平均日生长率提高至13.78%·d-1，且藻体颜色呈棕红色，而未添加柠檬酸铁组的红毛菜藻体呈红色。

表2 白色塑料桶培养红毛菜结果

注：A和B未添加柠檬酸铁；C添加柠檬酸铁。下图同此。

2.4 营养成分检测结果

红毛菜叶状体的粗蛋白、灰分和粗脂肪含量测定结果见表3。不同养殖方式养成的红毛菜营养成分含量存在差异。海区筏式网帘养殖红毛菜粗蛋白含量为44.26%，陆基悬浮扩培养殖红毛菜粗蛋白含量为37.46%；陆基悬浮扩培养殖红毛菜灰分和粗脂肪含量分别为20.90%和5.50%，而海区筏式网帘养殖的红毛菜灰分和粗脂肪含量分别为17.30%、4.40%。但这两种养殖方式的红毛菜脂肪酸种类相同，均包括10种饱和脂肪酸(C8∶0、C10∶0、C12∶0、C14∶0、C15∶0、C16∶0、C17∶0、C18∶0、C23∶0、C24∶0)、6种单不饱和脂肪酸[C16∶1(n-7)、C18∶1trans(n-9)、C18∶1cis(n-9)、C20∶1(n-11)、C22∶1(n-9)、C24∶1(n-9)]和10种多不饱和脂肪酸[C18∶2trans(n-6)、C18∶2cis(n-6)、C18∶3(n-6)、C18∶3(n-3)、C20∶2(n-6)、C20∶3(n-6)、C20∶3(n-3)、C20∶4(n-6)、C20∶5、C22∶2(n-6)]，且含量变化为饱和脂肪酸(SFA)>多不饱和脂肪酸(PUFA)>单不饱和脂肪酸(MUFA)。

表3 不同养殖方式红毛菜基本营养成分表(%干样)

3 讨论

3.1 红毛菜陆基养殖的影响因素

光照、温度和盐度等环境条件是影响红毛菜等藻类生长的重要因素。据报道，红毛菜的生长会因高光强对光合色素的降解和对光合细胞器的损伤而受到抑制[25-27]，光照强度除了会直接影响藻类的光合速率，进而影响藻类生命活动和生物量的积累外，还会影响藻类的光合活性、新陈代谢产物及脂肪酸的含量等[25]。

本文在海带育苗玻璃库房开展的红毛菜陆基养殖过程中，直接采用自然光，未采用遮光措施。在冬季开展的为时12 d的红毛菜室内水泥池网帘养殖，净占用面积15 m2，共收获原藻2 380.00 g，单位面积平均产率高达6.61 g·m-2·d-1，明显高于海区筏式网帘养殖(0.77 g·m-2·d-1)[13]。在开展为时64 d的红毛菜悬浮扩培养殖过程中，以及50 L薄膜袋气升式光生物反应器0.40 g·L-1接种密度下，红毛菜平均日生长率为(18.18±6.15)%·d-1，显著高于0.72 g·L-1接种密度的(6.18～13.45)% ·d-1，而1 000 L白色塑料桶在同一温度(14.0±2.0℃)条件下，红毛菜平均日生长率随着接种密度的升高而提高，接种密度为0.50 g·L-1时高达4.68%·d-1，发现红毛菜在不同培养器具、不同接种密度下呈现不同的生长变化趋势。温度是影响红毛菜叶状体养殖的主要环境因素，红毛菜叶状体生长适宜温度为20.0～25.0℃[17]。在本文开展的冬季养殖过程中，环境气温为9.0～22.0℃，红毛菜生长状态良好。在50 L薄膜袋气升式光生物反应器中，当接种密度为0.72 g·L-1时，红毛菜平均日生长率随着温度的升高而提高，(15.0±3.0)℃时达到最高(13.45±0.86)%·d-1；在1 000 L白色塑料桶中养殖的红毛菜平均日生长率也随着温度升高而提高，(15.0±3.0)℃时达到最高21.39%·d-1，折算为单位面积平均产率，分别是室内红毛菜水泥池网帘养殖的17.53和6.47倍，说明悬浮扩培养殖具有更显著的生产优势。因此未来在高温季节可借助海带育苗室的制冷机组进行降温，突破传统海区养殖的春、夏季水温限制，实现红毛菜的全年连续养殖。铁在藻类生长代谢过程中起着关键作用[28]，海水中的铁主要以有机螯合态形式存在，并主要是Fe(Ⅲ)[29-30]。在相同接种密度(0.50 g·L-1)下，养殖海水中添加2.00 mg·L-1柠檬酸铁的红毛菜平均日生长率比未添加组提高了2.00倍，说明柠檬酸铁对红毛菜生长有良好的促进作用；藻体颜色(棕红色)较未添加组(红色)深，显示铁对红毛菜的色素组成存在一定的影响。后续将深入开展这一机制的研究工作，揭示在不同营养供给条件下红毛菜的生长以及代谢产物的合成积累特性。

3.2 红毛菜陆基悬浮扩培养殖模式的优势

陆基悬浮扩培养殖模式是红毛菜叶状体养殖的新途径。长期以来，红毛菜养殖主要是按照室内贝壳丝状体育苗和海区筏式网帘养殖的工艺进行[11-18，31-32]，育苗时间从12月下旬至第二年10月，养成期则从12月至第二年的3月，仅可采收2～4茬，而且受制于养殖水温等环境条件，养殖生产效率相对较低，每hm2养殖面积仅可收获 75.00 kg鲜菜。陆基悬浮扩培养殖则具有环境条件可控、敌害生物和环境杂质少、易于操作管理和周期短等优势，国内外均已实现了螺旋藻、雨生红球藻、小球藻等微藻的大规模养殖。

陆基悬浮扩培养殖模式可有效提高养殖加工品的质量。传统海区筏式养殖的红毛菜，因在养殖或运输过程中易参杂养殖绳纤维丝、泡沫粒、头发、碎贝壳等海区杂质，需要用手工进行挑选去杂，极其费时费力，生产效率低下且人工成本高昂。陆基悬浮扩培养殖模式生产的红毛菜避免了海区筏式网帘养殖过程中附着的杂质问题，可大幅度降低加工生产成本，并通过室内养殖以及控温设备的应用，将有望进一步延长室内养殖时间并解决海区养殖存在的病烂等问题。经初步检测，陆基悬浮扩培模式养殖的红毛菜粗脂肪含量5.50%和灰分含量20.90%，较海区筏式网帘养殖提高了25.00%和20.81%，但后者的红毛菜粗蛋白含量略高于前者。此外，陆基悬浮扩培模式养殖红毛菜的单不饱和脂肪酸较海区筏式网帘养殖原藻的单不饱和脂肪酸提高了13.79%，总不饱和脂肪酸含量高达0.79 g/100.00 g，较之前文献报道红毛菜总不饱和脂肪酸含量(0.64 g/100 g)[2，4，32]提高了22.98%，体现出不同养殖条件对红毛菜主要营养成分的影响。陆基悬浮扩培养殖的红毛菜与其他大型海藻相比[33-38]，仍具有高蛋白和高不饱和脂肪酸含量的明显优势，因此悬浮扩培养殖红毛菜具有较大前景。

4 前景展望

随着海洋渔业资源的锐减，全球海水养殖业以每年10.00%的速度迅猛发展[39]。而我国作为世界上海水养殖发达的国家，养殖规模和产量居世界首位。在国家进一步加强海洋环境保护与管理的情况下，近海传统可养殖海区的发展潜力十分有限，同时受人口老龄化等劳动力不足的影响，开展设施化养殖是未来海水养殖业发展的必然选择。

本文开展了红毛菜陆基悬浮扩培养殖的初步试验，与传统的海区养殖相比，利用薄膜袋气升式光生物反应器和白色塑料桶悬浮培养方式的红毛菜生长速度更快，并且能更有效地利用养殖的空间，为发展红毛菜设施化养殖产业提供了重要模式与技术支撑。养殖病害是制约养殖发展的主要因素[40]，近年来红毛菜养殖连续出现病烂，导致养殖时间缩短和产量下降，同时受纤维丝、泡沫粒等环境废弃物以及石莼等敌害藻类繁生的影响，养殖杂质问题已经严重增加了红毛菜加工成本，影响到产业的可持续健康发展。利用砂滤海水进行陆基养殖，从源头上解决了污染问题，同时采用过滤的方式收集藻体较网帘养殖的剪收工艺还具有操作简便的特点。因此，开展红毛菜陆基悬浮扩培养殖比传统海区筏式养殖具有生产效率高、环境因子可控、收获加工成本低的巨大优势，是一种极具发展潜力的新型养殖模式。未来，将进一步研发陆基养殖器具并探索优质高产养殖技术，为福建红毛菜特色优势产业发展奠定坚实的技术基础。