利用畜禽糞生產(chǎn)小球藻的工藝設(shè)計及發(fā)展前景

文│于長青 陳大勇 魏傳玉 仝寶生（內(nèi)蒙古永業(yè)生物技術(shù)有限責任公司）

小球藻細胞中含有豐富的蛋白質(zhì)、必需氨基酸、脂肪、糖類、微量元素和多種維生素，而且又有繁殖快、產(chǎn)量高的特點，大面積培養(yǎng)小球藻作為家畜或特種水產(chǎn)的飼料添加劑已逐漸被人們所重視。而利用畜禽糞的沼液養(yǎng)殖小球藻， 實現(xiàn) “飼料→動物→糞便→沼液→小球藻飼料”的循環(huán)生產(chǎn)方式，解決沼氣生產(chǎn)對環(huán)境的二次污染問題，提高沼氣的經(jīng)濟附加值，具有巨大作用和重要意義。

一、小球藻的研究現(xiàn)狀

1.小球藻簡介。1890年，荷蘭微生物學家Beijerinck首先在瓊脂平板上成功分離到了一種叫做小球藻的純培養(yǎng)物，并建立了小球藻屬（Chlorella Beijerinck）。此屬自建立以來，迄今已發(fā)現(xiàn)15種左右，加上變種有上百種之多。

小球藻屬（Chlorella Beijerinck）屬于綠藻門（Chlorophyta）綠球藻目（Chlorococcales）卵囊藻科（Oocystaceae）。在自然界分布極廣，在海洋、湖泊、池塘、溝渠、潮濕土壤等環(huán)境中都可以生長繁殖，以淡水種類居多。小球藻具有明顯的營腐生生活的傾向，所以在含有機質(zhì)的污水中均能大量生長。小球藻能利用光能自養(yǎng)，也能在異養(yǎng)條件下利用有機碳源進行生長、繁殖。

2.小球藻的營養(yǎng)特點。小球藻細胞內(nèi)含有豐富的葉綠素，屬于單細胞綠藻，光合作用非常強，是其他植物的幾十倍。其含有豐富的蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)、食物纖維、核酸及葉綠素等，是維持和促進人體健康所不可缺少的營養(yǎng)素，特別是含有生物活性物質(zhì)糖蛋白、多糖體以及高達13%的核酸等物質(zhì)，具有增強人體免疫力、防止病毒增殖、抑制癌細胞增殖、抑制血糖上升，降低血清膽固醇含量，排除毒素，迅速修復機體損傷等功能。小球藻中富含小球藻生長因子（CGF），能迅速恢復機體造成的損傷，并可作為食品風味改良劑。小球藻對身體的保健作用比螺旋藻要強好幾倍，且小球藻抗病毒的能力極為強悍，吸毒排毒的能力也極強。

小球藻規(guī)?；a(chǎn)

近幾年，隨著微藻生物技術(shù)的發(fā)展和微藻保健食品市場的擴大，國內(nèi)形成了以螺旋藻為主的微藻食品，并在3000多種保健食品中占有一定的地位。而小球藻產(chǎn)品，除了極少數(shù)的幾個生產(chǎn)藻粉的廠家外，其余的產(chǎn)品幾乎沒有，或仍處于實驗室研究階段。

二、利用畜禽糞生產(chǎn)小球藻的工藝

1.小球藻的規(guī)?；a(chǎn)方式。生理學上，微藻的營養(yǎng)方式可分為三類：自養(yǎng)、異養(yǎng)和兼養(yǎng)。其中絕大多數(shù)微藻是自養(yǎng)的。其自養(yǎng)培養(yǎng)方式是利用無機碳源和光能進行培養(yǎng)的一種方式，是當前包括小球藻在內(nèi)的絕大多數(shù)微藻規(guī)模化生產(chǎn)的培養(yǎng)模式。小球藻的規(guī)模化生產(chǎn)通常采用以下幾種方式：

（1）密閉和半密閉光合反應(yīng)器大規(guī)模培養(yǎng)。小球藻細胞的密度較高，分離采收成本較低，各種生長因子及工藝可以采用自動化、集約化管理，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，避免受其他生物和非生物物質(zhì)的污染，但由于玻璃管道光合反應(yīng)器一次性投資大，且仍有許多技術(shù)問題尚未完全解決，目前尚無工業(yè)化應(yīng)用的報道，但這是未來發(fā)展的趨勢。

小球藻光合工廠

（2）生物發(fā)酵罐培養(yǎng)。這種方法是在發(fā)酵罐里迅速大量培養(yǎng)小球藻細胞，再到室外接受強光照促進色素和其他生物活性物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。該方法也有很多技術(shù)問題還沒有解決，包括小球藻從發(fā)酵罐出來后對光照適應(yīng)性差，葉綠素等色素含量低，藻粉顏色偏黃，生物活性物質(zhì)轉(zhuǎn)化少，含量低等，并且投資巨大，生產(chǎn)成本高。這些因素限制了該技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

（3）跑道式露天開放池培養(yǎng)。這種方法培養(yǎng)面積大、生長因子難以控制、二氧化碳補加困難、產(chǎn)量低且收獲成本高、易被其他生物污染，產(chǎn)品質(zhì)量不如其他生產(chǎn)方式。但它具有設(shè)施簡易，投資少，可以利用有機碳源進行異養(yǎng)，總生產(chǎn)成本低等特點，并且絕大部分生產(chǎn)設(shè)施可以與螺旋藻生產(chǎn)通用，因此，目前國內(nèi)小球藻規(guī)?；a(chǎn)多采用此種方式。

再比如二姐，她有著自己的浪漫情懷，“總愛站在院子里望著那條通往山外的山路發(fā)呆”，含情脈脈地等待著自己的情郎。最后等來的卻是母親對她的婚姻指派。

現(xiàn)階段，絕大多數(shù)小球藻的培養(yǎng)都是采用無機培養(yǎng)基進行光自養(yǎng)培養(yǎng)。目前，對于溫度、二氧化碳濃度、光照強度、營養(yǎng)液、pH值、攪拌等因子的影響已經(jīng)有了很好的了解，可以通過多種方式達到最佳的培養(yǎng)條件。已沒有多少可以提高的空間，但培養(yǎng)成本仍然偏高。目前的研究表明，小球藻大規(guī)模培養(yǎng)的方式與產(chǎn)品開發(fā)有關(guān)。Oswald總結(jié)了當前國際上主要的培養(yǎng)方式，包括：密閉無菌培養(yǎng)，使用試劑級化學藥品、凈化水、加EDTA和維生素等營養(yǎng)成分，主要是制取高級醫(yī)藥用品，精細化學藥品和高級油脂等產(chǎn)品；開放半無菌培養(yǎng)，使用分析純化學藥品、凈化水，主要生產(chǎn)藻粉、健康食品、色素和醫(yī)藥制品；開放藻菌混養(yǎng)，以蔬菜、肉類加工、發(fā)酵和工業(yè)蒸餾的潔凈的有機液體廢料為培養(yǎng)基，生產(chǎn)藻粉、健康食品、動物飼料和醫(yī)藥制品；以動物、家禽和魚類等殘余食物、屠宰場的廢物等為培養(yǎng)基，生產(chǎn)飼料、肥料等；以家庭污水和降解的植物廢物等為培養(yǎng)基，生產(chǎn)氧氣和肥料等。

2.利用畜禽糞生產(chǎn)小球藻的工藝設(shè)計。通過小球藻可以實現(xiàn)“飼料→動物→糞便→沼液→小球藻飼料”的循環(huán)生產(chǎn)方式。有效地解決治理養(yǎng)殖場的污染問題，同時拓寬通過畜禽糞生產(chǎn)沼氣的綜合利用的范圍，變廢為寶，把經(jīng)過充分厭氧發(fā)酵，緩速兼?zhèn)?、營養(yǎng)全面、成分齊全的優(yōu)質(zhì)有機肥沼液用于生產(chǎn)小球藻，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)廢棄物多層次利用和農(nóng)業(yè)資源合理配置。

這種循環(huán)方式具有很多優(yōu)點，包括整體效應(yīng)優(yōu)化，以畜禽糞和沼氣為紐帶，把養(yǎng)殖業(yè)與養(yǎng)藻業(yè)有機連接起來，優(yōu)化耦合，形成污染物低排放或零排放的一種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系；資源永續(xù)利用，通過生產(chǎn)小球藻消化沼液中的氮、磷、鉀和其他有機養(yǎng)分，使水質(zhì)達到回收利用標準；系統(tǒng)閉合循環(huán)，利用小球藻作為精飼料，把養(yǎng)殖排放的畜禽糞資源化利用，實現(xiàn)養(yǎng)殖業(yè)系統(tǒng)閉合無害化循環(huán)。

3.利用畜禽糞生產(chǎn)小球藻的技術(shù)要點。

（1）沼液處理。利用畜禽糞生產(chǎn)出的沼液依次經(jīng)過沉淀池、濾液塔，通過調(diào)節(jié)酸堿度，濾去浮渣、雜質(zhì)，同時添加輔助營養(yǎng)物質(zhì)，使其盡可能滿足適宜小球藻生長的要求。

（2）接種。沼液處理后，按1∶3～1∶5比例加入淡水，即可進行接種培養(yǎng)。選取生活力強、生長旺盛、顏色正常的藻種，在晴天的上午8～10時，按1∶10或1∶20的比例進行接種。接種量大可使藻種在培養(yǎng)液中占優(yōu)勢，利用生物間的頡頏作用對其他雜藻起到抑制作用，這樣既可減少污染機會，又可縮短藻的培養(yǎng)周期。

（4）調(diào)節(jié)酸堿度。由于藻類的光合作用和呼吸作用，以及對培養(yǎng)液中營養(yǎng)鹽的不平衡吸收，常常會使培養(yǎng)液的pH值改變，有時這種變化會在短時間內(nèi)發(fā)生。當培養(yǎng)液的pH值超出藻類的最適宜范圍時，就會抑制藻類的生長。因此，在日常管理中要格外關(guān)注培養(yǎng)液pH值的變化?？梢杂么姿崛芤夯蛱妓釟溻c溶液來調(diào)節(jié)培養(yǎng)液的pH值。

（5）病蟲防治。每天定時觀察藻液的顏色是否正常，是否有沉淀和附壁現(xiàn)象，液面有無菌膜以及有無敵害生物污染跡象等，必要時配合顯微鏡檢查，了解掌握藻類的生長情況。結(jié)合當時環(huán)境條件的變化進行綜合分析，找出影響藻類生長的原因，并采取相應(yīng)的對策。為了防止病蟲害及雜藻污染，最有效的方法是始終為藻體的生長創(chuàng)造適宜的生長環(huán)境，控制好藻液的濃度，適時進行擴繁或采收利用。

三、小球藻在養(yǎng)殖業(yè)上的應(yīng)用

1.小球藻對動物體的作用機理。小球藻中含有β—D型葡聚糖和甘露寡糖，前者可以刺激淋巴細胞，后者對多種病原菌有顯著的吸附作用。使用小球藻既能增強動物體免疫系統(tǒng)功能，提高抗病毒感染能力，又能有效抑制病原菌的侵害，起到疫苗和抗生素的雙重作用。

2.小球藻在動物體內(nèi)的作用。

（1）直接殺滅細菌。小球藻對金黃色葡萄球菌、大腸埃希氏桿菌、痢疾志賀氏菌有直接殺滅作用。

（2）增強動物免疫。小球藻能對動物體內(nèi)免疫系統(tǒng)產(chǎn)生如下變化：淋巴細胞數(shù)量增加10倍；活性吞噬細胞數(shù)量增加2～3倍。自然殺傷細胞殺菌能力提高4倍；細胞和體液免疫水平同步提高。

（3）解毒保肝、促進生長發(fā)育。根據(jù)臺北醫(yī)學院王凌芳等人最近報道，在仔豬飼料中加入2%小球藻干粉作添加劑，結(jié)果試驗組仔豬的肝總脂、甘油三酸酯、膽甾醇含量均比對照組低，并對乙基硫氨酸引起的中毒反應(yīng)較對照組輕，且恢復也快。故他們認為小球藻中含有某種保肝解毒成分。

（4）維持腸道內(nèi)細菌群的均衡。為預防或治療疾病，在動物飼料中添加多種抗生素及磺胺劑，往往會導致全體菌群的死亡。小球藻含有抗藥性特強的物質(zhì)，長期使用，不但可以增強食欲，提高對飼料的消化、吸收率，而且還能消除發(fā)育障礙。

3.小球藻在養(yǎng)殖業(yè)上的應(yīng)用。小球藻具有耐熱、耐酸、耐抗生素等特點，非常適合做成飼料添加劑。同時，因為其蛋白含量很高，破壁后也可當作蛋白飼料添加。

小球藻可以以懸液、膏或干粉等形式加入飼料中。懸液的優(yōu)點在于，家畜除利用小球藻的生物性物質(zhì)外，還可利用存在于溶液中的細胞生命活動的全部產(chǎn)物（維生素、酶和抗菌素）以及小球藻培養(yǎng)過程中加入培養(yǎng)基中的礦物質(zhì)和微量元素。把小球藻以一定比例添加到日糧中發(fā)現(xiàn)，其對家畜的消化有良好的影響。

關(guān)于小球藻懸液對牛生產(chǎn)性能的影響，經(jīng)過一系列試驗得出：使用小球藻懸液的犢牛，平均日增重579克，比未喂懸液的犢牛，日增重多73克（14.4%）。另外，可以用小球藻懸液治療犢牛的維生素缺乏癥。小球藻懸液還可作為病原微生物引起的新陳代謝紊亂、消化不良的防治劑。另外，試驗證明，使用小球藻的小公羊生長強度和增重比較大。因此，如沒有附加其他飼料，只是給日糧中添加小球藻懸液，也能獲得足夠的增重。

在豬的104天育肥期間，小球藻懸液可作為蛋白質(zhì)-維生素-礦物質(zhì)補加劑，加入3.5月齡仔豬的飼料中。試驗組平均日增重比對照組高63克或9.7%，兩組增重分別為711克和648克。自日糧中得到補加劑的試驗仔豬，每增重1千克，消耗3.98個飼料單位，而一般的豬則需消耗4.22個飼料單位，前者節(jié)約飼料5.6%以上。

四、展望

小球藻細胞中含有豐富的蛋白質(zhì)、必需氨基酸、脂肪、糖類、微量元素和多種維生素，干重可達50%以上，而且又有繁殖快、產(chǎn)量高的特點，大面積培養(yǎng)小球藻作為家畜或特種水產(chǎn)的飼料添加劑，已逐漸被人們所重視。而利用畜禽糞的沼液生產(chǎn)小球藻，實現(xiàn)“飼料→動物→糞便→沼液→小球藻飼料”的循環(huán)生產(chǎn)方式，解決沼氣生產(chǎn)對環(huán)境的二次污染問題，提高沼氣的經(jīng)濟附加值，具有巨大作用和重要意義。隨著畜禽糞生產(chǎn)小球藻生產(chǎn)技術(shù)的逐漸成熟，小球藻作為一種天然綠色環(huán)保的新型添加劑，它的前途是非常廣闊的。如果能夠大力地推廣使用，會給養(yǎng)殖戶帶來可觀的經(jīng)濟效益，有力地促進養(yǎng)殖業(yè)的可循環(huán)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。