微藻生物技术新进展 微藻Microalgae指在显微镜下才能辨别其形态的微小的藻类 类群。对微藻生物技术领域而言，微藻有以下含 义： l 藻体微小 l 有应用价值，如可用于食品、饲料、精细化工原料 等，或是遗传学与分子遗传学的试验材料。 l 能应用生物技术进行大量培养或生产。 生物技术含义（Biotechnology ）生物技术也称生物工程：是在细胞生物学、分 子 生物学的理论基础上建立起来的一个现代技术 体 系，是生物科学与技术科学的综合性边缘学科 。微藻生物技术：是以微藻为研究对象并应用现 代生物技术进行开发利用的综合性技术。 微藻生物技术的目标 不断开发新的微藻资源 微藻工业化生产 功能性食品开发 药物开发 精细化工产品开发 微藻生物技术构成 细胞工程技术 固定化技术 生物反应器技术 藻类基因工程技术 藻类生化工程 酶工程一.微藻转化为技术和商业的优势u 微藻具有丰富的遗传多样性微藻是一群异源生物，包括从原核生物到真 核生物。进化的多源性决定了微藻具有丰富的 遗传多样性。微藻的遗传多样性不仅体现在形 态结构及生态的多样性，也导致产物的多样性 。u 微藻是潜在新产品和新用途的生物 资源微藻中存在着丰富的结构独特的有机化合物， 这些代谢产物具有多种多样的生物活性。因此 ，微藻是开发新药特药以及精细化工材料的重 要资源，它将提供源源不断的新产品。u 利用微藻生产有价值物质的优势l 与常规作物相比微藻光合效率高 。 l 多为单细胞或简单的生物，易于培养。 l 可经诱导产生高浓度的有商品化生产价值的化合物 。 l 多以简单的细胞分裂进行增殖，周期短，易于通过 遗传选择获得优良藻株。 l 微藻生产不占用良田，可在荒漠、滩涂、火山爆发 后的石岩，珊瑚礁等荒地上进行生产。 l 微藻生产系统易为不同操作水平或技术熟练程度的 养殖者所采纳，二. 微藻应用潜力与开发途径（一） 应用潜力 微藻营养组成及价值l 蛋白质 l 维生素 l 必需脂肪酸（EPA、DHA） l 色素（胡萝卜素、虾青素、藻胆素）微藻与其他动植物蛋白产量比较（单位：吨/公顷/年）蛋白源 产量 螺旋藻 24.345小球藻 15.7大豆 1.42.4玉米 11.04花生 0.17小麦 0.30.5草原产牛乳 0.1草原产肉类 0.06 2. 生物活性物质l 抗生素 l 心脑血管活性物质 l 抗肿瘤活性物质 l 动植物生长促进剂 l 藻毒素3. 生物产量微藻光能利用率为10以上微藻细胞倍增时间为1036小时4. 可食性、消化率、安全性螺旋藻消化率95小球藻消化率74.6250克微藻干品可满足一个成年人一天24小 时对蛋白质、维生素、矿物质及热量的需求。（二）应用开发途径保健食品 动物饲(饵)料 药物化工 废水处理 新能源 生物肥料（三）来自微藻的产品单细胞蛋白（SCP） 类胡萝卜素（ 胡萝卜素、虾青素） 藻胆蛋白 高不饱和脂肪酸 多糖类 生物活性物质 藻毒素三.与微藻开发相关的生物技术（一）微藻生产加工技术 u 开放式培养系统优点在于结构简单，成本低，易于建造和操 作。但容易污染杂菌且培养条件难以控制。u 封闭式培养系统（光生物反应器、发酵罐 ）这种方式造价较高，但是光能利用率高，生 长条件易于控制，（二）微藻基因工程微藻生长快速、周期短、可塑性强， 是进行生物工程的良好材料和载体。微藻基因工程不仅将帮助人们更深刻 地认识微藻生物学规律，而且将创造出具 有商业价值的工程藻株或新品系，推动微 藻生物技术产业的发展。藻类基因工程的目标：通过DNA重组技术创造藻类新品种 利用微藻表达医用蛋白通过转基因技术实现藻类天然产物的基因 工程生产四. 微藻产业化状况现在国内外大量培养并开发利用的微藻 主要有： 螺旋藻 （Spirulina） 小球藻 （Chlorella） 盐藻 （Dunaliella） 红球藻 （Haematococcus）（一）小球藻一种单细胞绿藻，蛋白质含量高达50-65 ,并含有大量的维生素、叶绿素，特别是含有生 物活性物质。产品具有增强人体免疫、抗菌、抗病毒、 抑制癌细胞、控制血糖上升，降低胆固醇，排 除毒素等功能。小球藻中富含CGF（小球藻生 长因子），能迅速恢复机体造成的损伤，并可 作为食品风味改良剂，广泛应用于食品及发酵 领域。小球藻为世界上公认的健康食品，全世界年 产量2000吨，主要生产地为东南亚地区。产品 以粉或丸剂及小球藻提取物形式直接进入保健 品市场。 （二）螺旋藻螺旋藻是丝状兰藻，联合国粮农组织 (FA0)早在1977年就将它向全世界推荐为明日 最理想最优秀的食品，并断言它将成为2l世纪 人类最佳的营养食品，由于它不仅营养丰富， 而且富含多种药用成分，因此，科学界称它为 医食同源的天然浓缩营养保健食品。名称 含量 蛋白质 62一70 多 糖 5.2一7.0 脂 类 11一14 水 份 7.0 矿物质 6.4一8.0维生素 B1、B6、BI 2、E、K胡萝卜素 0.16一0.24叶绿素 1.4一1.8螺旋藻营养成分氨基酸 螺旋藻 FA0标准 异亮氨酸 3.664.00 4.2 亮氨酸 5.245.30 4.8 赖氨酸 3.734.20 4.2 苯丙氨酸 2.702.81 2.8 蛋氨酸 2.142.20 2.2 苏氨酸 2.152.30 2.8 色氨酸 1.101.42 1.4 吉氨酸 4.104.29 4.2 人体必需8种氨基酸与FA0标准比较螺旋藻主要营养成分及其功能价值蛋白质含量丰富且组分均衡 螺旋藻多糖具有多种药理作用 脂肪酸含量高且优质，有营养保健作用 藻蓝素是螺旋藻高科技生物制品 含有多种维生素 富含多种矿物质和微量元素由于螺旋藻具有天然浓缩营养的特点，其l克 螺旋藻干粉相当于l 000克多种果蔬营养的总和 。 螺旋藻大规模生产地主要在美国、墨西哥和远 东(主要是泰国)。我国螺旋藻产业化规模目前位居世界前列。产品以粉或丸剂投放保健品市场。或将藻粉掺 到多种食品中。另一类产品是从螺旋藻中提取的 藻蓝素主要作食品增色剂，或用于医药和化妆品 。 （三）杜氏藻杜氏藻是单细胞双鞭毛的绿藻，此种藻积累 的甘油浓度可达总生物量的50。在不利条件 下，细胞积累的胡萝卜素浓度可达干重的8 12。杜氏藻具有的以下独特性状，使其成 为大规模培养的有吸引力的对象： 能积累相当高浓度的胡萝卜素。 能在极端环境下如含612盐的水中存活 ，产品主要是以干粉和丸剂及抽提物形式 上市。每公斤胡萝卜素的售价可达2000 美元，即每公斤杜氏藻售价50一80美元。 主要生产地：澳大利亚、日本、美国等 。预计年需求可达年产千吨，数百万美元 。（四）雨生红球藻(Haematococcus pluvialis) 雨生红球藻是一种淡水的单细胞绿藻, 被公认为自然界中生产天然虾青素的最好 生物。其孢子中虾青素含量达干重的24 。虾青素(astaxanthin)是一种红色的天然类胡萝卜素,具有清 除氧自由基的强大能力,其抗氧化活性是 维生素E的550倍、类胡萝卜素的10倍,被 誉为“超级抗氧化剂”,。目前主要作为人类 的高级保健食品、药品,以及水产养殖动 物和家禽、家畜的饲料添加剂,国际市场 价格高于每公斤2500美金,市场前景非常 广阔。 目前,国际上成功的生产模式都采用了 两阶段生产方式,即先采用封闭式光生物 反应器培养系统实现细胞的高密度营养生 长、再采用流行的开放池系统在胁迫条件 下使细胞积累虾青素。当前世界上只有美国、以色列等国家 的大公司能够实现规模生产。雨生红球藻产品以软胶囊和藻粉形式 在市场出现。Sosa Texcoco 湖微藻开放式培养系统微藻户外大规模培养（开放式）微藻封闭式培养系统两种光生物反应器饵料微藻的工业化生产小球藻小球藻养殖池小球藻片剂螺旋藻跑道式螺旋藻养殖池螺旋藻室内养殖螺旋藻规模化培养喷雾干燥器及藻粉螺旋藻制剂盐藻盐藻规模化培养雨生红球藻红球藻养殖池红球藻及其虾青素的工业 化生产