光语带你认识微藻 第十一篇——螺旋藻(一)

螺旋藻

光语带你认识微藻

第十一篇——螺旋藻(一)

 

正常的,螺旋藻应该是第一个详细介绍的微藻种类,历史悠久、养殖规模与产量最大、开发和应用最广泛,也正因为这样,这篇螺旋藻真的是不好写、写不好、不写又不好、写的不好更不好。基于此,老俞将本篇风格定为泛泛而谈、避实就虚、不涉重点……

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1.先公式化说说螺旋藻基础生物学

分类:螺旋藻(Spirulina),属蓝藻门,蓝藻纲,颤藻科,节旋藻属(Arthrospira),因初期命名错误,将其定为螺旋藻属,并广为大家接受,现在将错就错,都称其为螺旋藻。常见的品种为钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)和极大螺旋藻(Spirulina maxima)(两个种均获批新资源食品批号)。

形态特征:蓝藻类细胞无色素体,色素分布在原生质外部,称色素区,蓝绿色。原生质内部无色,为中央区,类似于其它藻类的细胞核,但无核仁和核膜,称原核植物。丝状种类有细胞列的部分细胞从母植物体断裂而成“藻殖段”。

繁殖方式:螺旋藻细胞行二分裂无性繁殖,繁殖结果使藻丝长度迅速增加。无有性生殖。

生态条件:喜欢高温、强光和碱性水。螺旋藻原生活在碱性水中,可以在淡水中培养,也可通过逐步驯化适应在海水中生长,直到海水盐度达35也不产生藻体凝聚现象。

图1.螺旋藻的生活史。 螺旋藻的繁殖,开始可见在成熟的藻丝体中出现一种渐进性变化的特化细胞(necridia),使藻体裂散成许多双凹面的碟状体,渐渐地衍变为约含有数个单细胞连锁性原细胞(hormogania),这就是新生的藻丝体。在连锁性原细胞中的单细胞失去其原附着在特化细胞上的蛋白质,终端变园,在这初期衍变过程中,胞浆呈淡蓝绿色,少见颗粒形成。随着细胞分裂使藻丝体中连锁细胞数量增加,胞浆中颗粒形成,其色彩转呈鲜艳的蓝绿色,这时藻丝延长而曲卷成为典型的藻丝体。(Orio Ciferri,1983)
图1.螺旋藻的生活史。 螺旋藻的繁殖,开始可见在成熟的藻丝体中出现一种渐进性变化的特化细胞(necridia),使藻体裂散成许多双凹面的碟状体,渐渐地衍变为约含有数个单细胞连锁性原细胞(hormogania),这就是新生的藻丝体。在连锁性原细胞中的单细胞失去其原附着在特化细胞上的蛋白质,终端变园,在这初期衍变过程中,胞浆呈淡蓝绿色,少见颗粒形成。随着细胞分裂使藻丝体中连锁细胞数量增加,胞浆中颗粒形成,其色彩转呈鲜艳的蓝绿色,这时藻丝延长而曲卷成为典型的藻丝体。(Orio Ciferri,1983)

 

图2. 取自缅甸Twyn Taung湖中的如弹簧样的天然螺旋藻细胞,光学显微镜下可见有“紧缩”与“松散”两种螺旋细胞群类型,在养殖生产中,在营养等条件比较适宜的情况下,以出现“松散”型细胞群为主,“紧缩”型长度较短,不容易被过滤采收,在循环养殖的过程中,水体中会越积越多,为生产所“嫌弃”。
图2. 取自缅甸Twyn Taung湖中的如弹簧样的天然螺旋藻细胞,光学显微镜下可见有“紧缩”与“松散”两种螺旋细胞群类型,在养殖生产中,在营养等条件比较适宜的情况下,以出现“松散”型细胞群为主,“紧缩”型长度较短,不容易被过滤采收,在循环养殖的过程中,水体中会越积越多,为生产所“嫌弃”。

 

图3.直线型与螺旋线细胞群体,(图上左为直线型细胞株TBSM1-5,图上右为螺旋型细胞株TBSHX-1,均引自http://algae-lab.com/,下图引自http://www.spirulinaacademy.com/)
图3.直线型与螺旋线细胞群体,(图上左为直线型细胞株TBSM1-5,图上右为螺旋型细胞株TBSHX-1,均引自http://algae-lab.com/,下图引自http://www.spirulinaacademy.com/)

 

螺旋藻还有一种形态是直线型,有研究认为是光照不够充足导致细胞群变直线以便接收更多的阳光,而光照充分则恢复为螺旋型,不过据老俞观察,此论点待商榷。

图4.电镜下的螺旋藻(Orio Ciferri, 1983)
图4.电镜下的螺旋藻(Orio Ciferri, 1983)

 

2.螺旋藻的历史

螺旋藻是跟着神话故事诞生的。

圣经中,摩西带领以色列人逃出埃及前往迦南,过红海之后在沙漠中得到“神”帮助获得了食物。一种说法是在荒野中出现大片的“冰霜”覆盖的蓝绿色物质,一群人互相询问:「Manna(这是什么)?」,摩西称其为上帝所赐的食物。一群人食用后觉得很好入口,但是因为不知道它叫什么名字,所以「Manna」这个词就一直沿用下来。而专家们的考证,认为「Manna」应该是螺旋藻的一种,沙漠中的碱性湖泊生长了螺旋藻,待湖水干涸之后,藻积攒在湖底表面,螺旋藻表面的盐分析出,看起来像是一片冰霜覆盖,食用有淡淡藻类咸味容易入口。而另一种说法是跟外星人有关,老俞看过一个远古外星人系列视频,其中有一集有提到神给摩西的一个机器,可以生产绿色的食品,专家认为这是一种螺旋藻生产机,借助这机器,摩西带领一帮以色列人在沙漠中生存了40年(历史悠久的微藻光生物反应器啊)。

在老俞看来,不管是上帝还是外星人,螺旋藻确实称得上是上天赐予人类的食物。

 

图5.圣经中描述的以色列人在荒漠中采集manna作为食物。
图5.圣经中描述的以色列人在荒漠中采集manna作为食物。

 

螺旋藻进入到文明世界是在1492年,哥伦布发现新大陆时,他的伙伴发现阿兹特克人采集湖中的青绿色藻类食用, 土著人称之为Tecuitlatl,意思是石头的粪便。法国医学家克瑞琪去非洲在乍得湖附近发现了螺旋藻,并把它带回去请巴黎大学藻类学家丹吉尔德(Dangeard) 博士研究,丹吉尔德经过考察后,发现在东非大裂谷的区域有一系列的湖泊生长着螺旋藻,1940年,他在一个不起眼的小杂志上发表了这个发现,但因二人在二战中丧生,以致研究工作半途而废。

 

图6.乍得Kanembu族土著在非洲乍得湖岸附近的小水塘采收螺旋藻,做成的干藻块称为“Dihé”。
图6.乍得Kanembu族土著在非洲乍得湖岸附近的小水塘采收螺旋藻,做成的干藻块称为“Dihé”。

 

2O世纪5O年代及其以后,螺旋藻的研究开发有了迅速发展。1952年,华盛顿的卡内基研究所发表了《藻类培养从实验室到中间工厂》。1962年,法国克雷曼博士,在研究由石油制取食物课题时,意外发现螺旋藻后,进行了实地考察研究,取得可喜成果,并在国际会议上介绍了螺旋藻。1973年5月,法国科学家克里门特博士,在国际蛋白质会议上向全世界宣布:“螺旋藻是人类迄今为止所发现的最优秀的纯天然蛋白质食品”。同年,法国石油研究所与墨西哥Sosa Texcoco公司,合作建立了大型的培养池,成为世界上第一个螺旋藻生产工厂。1993年,首次螺旋藻世界大会在摩洛哥举行,会议认为螺旋藻是根除营养不良、缓解粮食饥荒的最佳食物。

 

图7.墨西哥Texcoco湖螺旋藻养殖场
图7.墨西哥Texcoco湖螺旋藻养殖场

 

我国螺旋藻的研究与开发,始于20世70年代。这里也有很多故事,甚至有说藻种是偷来的……(非洲那么多湖里都是,用得着偷么?),几十年来在我国诸多学者及产业界人士的努力下,中国已经成为世界最大的螺旋藻原料生产国,估计产量约为8千吨左右,占全世界总产量的80%,主要生产省份有内蒙、云南、江西、海南和广西等,尤其在内蒙古鄂尔多斯建立了全国最大的集中性螺旋藻产业基地,汇集了20多家企业。

 

图8.位于内蒙古鄂尔多斯鄂托克旗螺旋藻产业园卫星俯瞰图,图中黄线长度约为2.8千米。
图8.位于内蒙古鄂尔多斯鄂托克旗螺旋藻产业园卫星俯瞰图,图中黄线长度约为2.8千米。

 

3.螺旋藻的营养成分

这个内容老俞不写了,度娘全都能招呼下来。螺旋藻的健康功效。也是个大内容,有本电子书,是美国螺旋藻企业Cynotech公司2009年编撰的名为“螺旋藻医学研究”(The Medical Research of Spirulina)的科技文献摘要汇集的目录,该文汇集了与螺旋藻及螺旋藻所含营养物质相关的健康功效的研究报告摘要,有400多页的内容。汇总了螺旋藻主要健康功效的科学研究及验证结果,涉及与螺旋藻直接相关的研究功效有:抗氧化、消炎、免疫、化学预防、肥胖、抗病毒、贫血与血液改善、心肌保护、肝脏保护、肾脏保护、神经保护、过敏、以及其他一些领域(肌肉与耐力、怀孕、胃溃疡、蛋白吸收、白内障、微量元素、营养不良、抗抑郁、肌肉蛋白合成、关节炎,以及整体健康等);涉及与螺旋藻所含物质的健康功效研究有:β-胡萝卜素(皮肤健康、免疫、化学保护、视力健康),玉米黄素(视力健康、大脑健康和肝脏保护),铁离子(免疫、学习能力、贫血、血液改善),维生素B-12(大脑健康、精神疾病、贫血),维生素K(骨骼健康、血液改善、阿兹海默症),超氧化物歧化酶SOD(关节炎、皮肤健康)等。有请大家注意的是,上述内容具有科学研究作为依据,不是信口胡吹的广告。

 

4.螺旋藻的生产方式

许多人,天天吃螺旋藻,可能真的不知道螺旋藻怎么养出来的。还有些广告,说自己的是天然螺旋藻,“天然”二字又怎么定义?

真正的天然,得看本篇上文提到的乍得湖畔的模式,天然生长,也不投肥料,细沙过滤,太阳干燥,这才是真正的天然螺旋藻。次一等的,例如缅甸,既可以直接在盐碱湖中采集螺旋藻,同时在湖畔建立了养殖设施,部分的天然养殖和人工布种。

 

图9.缅甸的天然螺旋藻湖泊。A.Twyn Taung火山湖,B.Twyn Ma火山湖,C. Taung Pyauk火山湖,D.Ye Kharr湖。(by Min Thein et al.)
图9.缅甸的天然螺旋藻湖泊。A.Twyn Taung火山湖,B.Twyn Ma火山湖,C. Taung Pyauk火山湖,D.Ye Kharr湖。(by Min Thein et al.)

 

图10. 缅甸产自湖泊的螺旋藻的加工方式。A.每年3月Twyn Taung湖表面厚厚一层螺旋藻藻华,B.工人驾着船采集螺旋藻,C.筛绢滚筒用于清洗螺旋藻藻泥,D.利用滤袋脱水,E.将藻泥积压成面条状,F.在阳光下晒干。
图10. 缅甸产自湖泊的螺旋藻的加工方式。A.每年3月Twyn Taung湖表面厚厚一层螺旋藻藻华,B.工人驾着船采集螺旋藻,C.筛绢滚筒用于清洗螺旋藻藻泥,D.利用滤袋脱水,E.将藻泥积压成面条状,F.在阳光下晒干。

目前主要的生产模式还是跑道池养殖,养殖池长条状,由水泥或有机材料构筑,或者土底铺防水膜,装配搅拌轮桨进行循环,待藻生长至一定密度,利用滤布过滤采收,较为先进的还利用真空平流床设备脱水,而后采用喷雾干燥的方法获得干粉。

 

5.螺旋藻产品开发

螺旋藻开发的产品种类不少,常见的藻片和胶囊,各种小食品,饮料、化妆品、动物饲料等林林总总。螺旋藻同时可作为食品、保健食品和药品原料,不过目前主要的产品类型还是藻片作为保健食品。目前国内以螺旋藻为主要原料的健字号产品250多个,进口字号6个,有主要通过审批的健康功效主要为增强免疫力、调节血脂和抗疲劳;另外有药字号15个。而美国FDA通过的与螺旋藻相关的GRS认证亦有多项,包括了三种螺旋藻:钝顶螺旋藻、极大螺旋藻,和纺锤螺旋藻(S.fusifomis)和螺旋藻藻蓝蛋白等。

 

图11.各类微藻产品
图11.各类微藻产品

 

在深加工方面,主要是螺旋藻藻蓝蛋白和螺旋藻多糖两种。尤其是螺旋藻藻蓝蛋白,自美国FDA通过GRAS认证后,国际需求量开始逐渐增加,主要应用于健康食品、药品包衣、食品(包括饮料)着色剂以及荧光制剂和光敏剂等,据悉国内也正在构建藻蓝蛋白产品的国家标准。藻蓝蛋白的生产商有海南迪爱生(DIC)和福清新大泽,另外江苏的赐百年公司近期新上了一条藻蓝蛋白提取生产线。

图12.螺旋藻藻蓝蛋白及开发产品
图12.螺旋藻藻蓝蛋白及开发产品

 

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螺旋藻的内容很大,问题很多。本篇简单介绍下,先弄个一,以后再二,更多的内容,我倒是希望大家一起来探讨。

俞建中博士系列藻类科普文章链接:

光语带你认识微藻 第一篇——什么是微藻

光语带你认识微藻 第二篇——微藻的商业化开发和应用

光语带你认识微藻 第三篇——微藻培养简介

光语带你认识微藻 第四篇——紫球藻

光语带你认识微藻 第五篇——雨生红球藻

光语带你认识微藻 第六篇——虾青素与其功效

光语带你认识微藻 第七篇——盐藻与β-胡萝卜素

光语带你认识微藻 第八篇——地木耳、发菜和葛仙米

光语带你认识微藻 第九篇——微藻与不饱和脂肪酸

光语带你认识微藻 第十篇——裸藻(Euglena)

光语带你认识微藻 第十一篇——螺旋藻(一)

光语带你认识微藻 第十二篇—— 小球藻

 

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