螺旋藻功能及其發(fā)酵液的研究進展

李曉青，吳彬彬，張艷玲，劉俊江，梁巖，2，*

（1.廣州中國科學(xué)院先進技術(shù)研究所食品安全與環(huán)境技術(shù)研究中心，廣東廣州511458；2.中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所，新疆烏魯木齊830011）

螺旋藻功能及其發(fā)酵液的研究進展

李曉青1，吳彬彬1，張艷玲1，劉俊江1，梁巖1，2，*

（1.廣州中國科學(xué)院先進技術(shù)研究所食品安全與環(huán)境技術(shù)研究中心，廣東廣州511458；2.中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所，新疆烏魯木齊830011）

螺旋藻是較安全的食品，含有多種營養(yǎng)物質(zhì)。本文簡要綜述了螺旋藻的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展，功能的研究進展及發(fā)酵液的研究狀況，展望了螺旋藻的發(fā)展前景。

螺旋藻；功能；發(fā)酵液

螺旋藻是一類由單細胞或多細胞組成的螺旋形原核生物，屬于藍藻門、藻藍綱、段殖體目、顫藻科。世界上已被發(fā)現(xiàn)的螺旋藻共有36種，大多數(shù)分布在淡水中。螺旋藻含有豐富的蛋白質(zhì)、多糖類物質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)和人體必需氨基酸，在世界范圍內(nèi)被廣泛培植并用作膳食補充劑，被稱為人類理想的食物和藥物資源。螺旋藻具有繁殖速度快、營養(yǎng)價值高的特點，國外工廠生產(chǎn)的螺旋藻主要為鈍頂螺旋藻和極大螺旋藻兩類，而國內(nèi)養(yǎng)殖的螺旋藻為鈍頂螺旋藻。

螺旋藻中蛋白質(zhì)含量豐富。Leonard和Compere通過化學(xué)分析首次發(fā)現(xiàn)螺旋藻中蛋白質(zhì)含量接近干重的50%[1]，隨后Francaise du Pdtrole研究所通過實驗室培養(yǎng)的螺旋藻，測出其蛋白含量占干重的60%以上[2]。螺旋藻中所含蛋白主要為藻膽蛋白，主要是由藻藍蛋白、別藻藍蛋白及藻紅蛋白組成。藻藍蛋白是螺旋藻的重要活性物質(zhì)，含量高達10%~20%，普遍存在于藍藻細胞中發(fā)揮光合輔助作用。除了高效的傳遞光能給光系統(tǒng)Ⅱ外，藻藍蛋白還可作為良好的天然染色劑廣泛用于食品、化妝品、燃料等的著色。

螺旋藻多糖是螺旋藻中的另一種重要的活性物質(zhì)。在鈍頂螺旋藻中，多糖由D-葡萄糖、D-甘露糖、D-半乳糖和葡萄糖醛酸組成，而在極大螺旋藻中主要由L-鼠李糖、D-葡萄糖、D-木糖、D-阿拉伯糖、D-半乳糖、D-甘露糖和葡萄糖醛酸組成。螺旋藻多糖具有多種保健功能，已成為螺旋藻研究的熱點。

1 螺旋藻的發(fā)現(xiàn)及發(fā)展

螺旋藻是一種常見的有機體，又稱為藍細菌。1827年，Turpin[3]等首次在淡水中分離出螺旋藻。1940年，法國著名藻類學(xué)家坦格爾（Dangerd）聲稱這種物質(zhì)在當?shù)乇环Q為Dihe并被食用。25年后，J.Leonard重新報道了Dihe，并研究確認其成分幾乎全部是干的螺旋藻。

20世紀50年代以后，人們開始對大規(guī)模藻類培養(yǎng)進行研究。1952年，卡內(nèi)基研究所總結(jié)了二戰(zhàn)前后藻類培養(yǎng)的有關(guān)情況。1959年，MaxivesBrandily發(fā)表了聲稱螺旋藻是人類未來食品的著名論文。1967年GenVieve Clement全面介紹了螺旋藻的營養(yǎng)價值、培養(yǎng)方法和收獲干燥技術(shù)。1974年，第一座螺旋藻生產(chǎn)廠投入生產(chǎn)。到20世紀80年代，世界上螺旋藻總產(chǎn)量已近千噸。隨后，關(guān)于螺旋藻的研究逐漸增加?，F(xiàn)在螺旋藻已廣泛用于保健品和食品工業(yè)中。

2 螺旋藻的功效研究

螺旋藻不含微囊藻素，是公認的較安全的食物。研究發(fā)現(xiàn)長期補充5%以上的藍綠藻在體內(nèi)外實驗中均無毒副作用[4]，被聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織計劃稱為安全無毒副作用的食物。螺旋藻是一種無毒的藻類，早在19世紀就被乍得湖附近的土著人食用[5]。近十年來，越來越多的人加入到研究螺旋藻的隊伍中，對揭示螺旋藻的作用和功能起到了巨大的推動作用。

2.1 保肝功能

Johny C Ponce-Canchihuamán等[6]在研究醋酸鉛誘導(dǎo)的大鼠高血脂和氧化損傷時發(fā)現(xiàn)，添加螺旋藻飼料喂養(yǎng)的大鼠與不添加的相比，血漿和肝臟脂質(zhì)水平明顯改變，其結(jié)果更傾向于正常組大鼠，這表明螺旋藻在肝腎高脂血癥和氧化損傷中具有保護作用。Aldo Ferreira-Hermosillo等[7]通過對三例病人的研究發(fā)現(xiàn)，每天食用4.5 g螺旋藻后，他們的甘油三酯、總膽固醇、高密度脂蛋白膽固醇等均有所下降，谷丙轉(zhuǎn)氨酶平均下降達41%。這顯示螺旋藻具有保護肝臟的作用。Wing Pak等[8]使用NASH大鼠模型，根據(jù)相關(guān)因子的檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，螺旋藻可能通過抗氧化和抗炎癥作用機制降低炎癥反應(yīng)。

Leandro PMoura等[9]通過對糖尿病Wister大鼠模型的研究，發(fā)現(xiàn)運動和食用螺旋藻相結(jié)合可以降低低密度脂蛋白膽固醇和肝脂質(zhì)水平。Sun Hee CHEONG等[10]通過對高膽固醇血癥新西蘭大白兔模型的研究，發(fā)現(xiàn)含螺旋藻的飼料能明顯降低血漿低密度脂蛋白膽固醇和高密度脂蛋白膽固醇水平，結(jié)果表明螺旋藻的攝取能降低兔模型動脈粥樣硬化。由此可知，螺旋藻在保護肝臟、抗氧化損傷方面具有重要作用。

2.2 神經(jīng)保護作用

隨著年齡的增加，發(fā)生神經(jīng)系統(tǒng)疾病的風(fēng)險逐漸增大。神經(jīng)系統(tǒng)疾病已成為威脅老年人身體健康的殺手，最近研究發(fā)現(xiàn)螺旋藻具有良好的神經(jīng)保護作用。MibelM.Pabon等[11]通過對帕金森綜合征大鼠模型研究，發(fā)現(xiàn)螺旋藻組大鼠模型具有更多的TH+和NeuN+細胞，而通過對MHCII的表達分析，發(fā)現(xiàn)螺旋藻能降低活化小膠質(zhì)細胞的數(shù)量，這些細胞在帕金森綜合征大鼠模型的黑質(zhì)致密部增多，這提示飲食中添加螺旋藻具有保護神經(jīng)的作用。Juen-HaurHWANG等[12]通過對快速老化小鼠模型的研究發(fā)現(xiàn)，淀粉樣β蛋白在螺旋藻組小鼠的大腦和海馬處均明顯降低，脂質(zhì)過氧化物水平在螺旋藻組小鼠的海馬、紋狀體等處也明顯降低，而過氧化氫酶活性和谷胱甘肽過氧化物酶活性在高劑量螺旋藻組則明顯升高，這些資料顯示螺旋藻具有抑制記憶力下降、降低氧化應(yīng)激損傷和增強抗氧化能力。J.C.Tobo′n-Velasco等[13]通過螺旋藻（700mg/kg·d）飼喂6-OHDA（16 ug/2 uL）引起的大鼠紋狀體神經(jīng)毒性模型，發(fā)現(xiàn)大鼠具有恢復(fù)性自主活動，這種活動與大鼠紋狀體一氧化氮水平、活性氧簇水平和脂質(zhì)過氧化水平的降低有關(guān)，而6-OHDA能明顯增加三者的水平。

螺旋藻還可用于由活性氧導(dǎo)致惡化的疾病，會對一些像老年癡呆癥或帕金森病的神經(jīng)退行疾病的神經(jīng)病理造成影響[14]。這些研究表明螺旋藻在神經(jīng)系統(tǒng)，特別是老年人神經(jīng)系統(tǒng)中具有一定的保健作用。

2.3 生殖保護作用

環(huán)境等因素的變化常常導(dǎo)致生殖系統(tǒng)紊亂或子代突變，最近研究發(fā)現(xiàn)螺旋藻具有生殖保護功能。G. Chamorro-Cevallos等[15]使用環(huán)磷酰胺（cyclophosphamide，CP）作為誘變劑，研究了螺旋藻的抗誘變作用，發(fā)現(xiàn)螺旋藻對CP誘導(dǎo)的生殖細胞遺傳損傷具有保護作用。而在鏈脲霉素處理前2周攝取極大螺旋藻能減輕糖尿病小鼠的睪丸功能紊亂，說明極大螺旋藻可能對患有糖尿病的小鼠睪丸具有防護作用[16]。

除此之外，螺旋藻還具有其它積極作用。Hatem Majdoub等發(fā)現(xiàn)螺旋藻提取物螺旋藻硫酸多糖能夠通過作用于肝素輔助因子Ⅱ增強凝血酶抑制劑的抑制作用，發(fā)揮抗凝血功效[17]。MostafaYakoot等[18]通過比較螺旋藻和水飛薊素對慢性丙型肝炎病人的療效，發(fā)現(xiàn)螺旋藻在治療慢性丙型肝炎中具有具大的潛力。Fang Yang等[19]發(fā)現(xiàn)經(jīng)過螺旋藻多糖修飾的納米硒能增加細胞的攝入量和抗癌作用。Mohamed F Ismail等[20]通過對二丁基亞硝胺前體誘導(dǎo)的大鼠肝臟毒性和腫瘤發(fā)生模型以及HepG2細胞系的研究，發(fā)現(xiàn)螺旋藻能夠明顯降低腫瘤發(fā)生率。

螺旋藻被FDA和世界食品協(xié)會稱為“21世紀最佳營養(yǎng)源”，具有多種生理功能，尤其在保肝，降膽固醇，疾病預(yù)防方面效果顯著。

3 螺旋藻在食品工業(yè)的應(yīng)用與限制

由于螺旋藻的功能多樣，對于螺旋藻保健品的開發(fā)已成為許多研究者和公司關(guān)注的焦點。現(xiàn)在，關(guān)于螺旋藻添加劑保健食品或飲料的報道越來越多。

3.1 在奶制品方面的應(yīng)用

王巖等[21]以螺旋藻為原料，將其與酸奶有機結(jié)合起來，研究了集營養(yǎng)、保健于一體的高生物活性新型營養(yǎng)保健酸奶，周馬林等[22]研究出了螺旋藻乳酸菌發(fā)酵健康食品——“八珍液”，韓慶等[23]通過向發(fā)酵乳中添加螺旋藻提取液，試制出一種色澤淺綠、風(fēng)味獨特酸甜適口細膩潤滑且營養(yǎng)全面的新型螺旋藻乳酸菌發(fā)酵飲料。

3.2 在果凍方面的應(yīng)用

崔葉潔[24]以螺旋藻和魔芋精粉為主要原料研制出螺旋藻魔芋果凍，而魯玉俠等[25]對螺旋藻果凍風(fēng)味進行改良，制成螺旋藻巧克力果凍。

3.3 在啤酒制造方面的應(yīng)用

胡鵬剛等[26]對螺旋藻綠啤酒進行了探索，研制有明顯螺旋藻味的啤酒，任永新等[27]在啤酒生產(chǎn)中，加入螺旋藻，研制出符合國家優(yōu)質(zhì)淡色啤酒指標和中華人民共和國食品衛(wèi)生法發(fā)酵酒衛(wèi)生指標標準的無異香、無異味的碧綠色啤酒。

3.4 其他方面的應(yīng)用

在其他方面，李次力等[28]以螺旋藻濃縮提取液為主要添加原料，研制出新型保健醬油。楊生輝等[29]以優(yōu)質(zhì)面粉和螺旋藻粉為主要原料，強化微量元素鋅，制作出了螺旋藻強化營養(yǎng)保健掛面。隨著研究的深入，螺旋藻功能越來越多的被發(fā)現(xiàn)，開發(fā)螺旋藻保健品將成為研究的熱點，螺旋藻保健品將具有巨大的市場潛能。

3.5 應(yīng)用上的限制

在螺旋藻的應(yīng)用中，由于螺旋藻含有多種不良的腥味成分，使得螺旋藻粉口感差，使螺旋藻產(chǎn)品推廣和應(yīng)用受到極大的限制。研究表明螺旋藻的不良腥味可以通過超臨界萃取法、真空吸脫法、大分子包容及發(fā)酵、超聲等方法進行脫除[30]。通過乳酸菌、酵母菌等益生菌群發(fā)酵，仿生降解使螺旋藻細胞壁破裂，使其中的有效成分完全溶解釋放出來，并通過益生菌發(fā)酵所產(chǎn)生的酶類將大分子的營養(yǎng)物質(zhì)分解成小分子的成分，以提高人體對其營養(yǎng)成分的吸收利用，同時，經(jīng)發(fā)酵使螺旋藻本身的腥味除去，使之成為一種口感較好又具有保健功能的食品。

4 螺旋藻果蔬發(fā)酵液

果蔬發(fā)酵液通常是指一些天然新鮮蔬菜、水果、糙米、菇類、藥食同源中藥等植物經(jīng)榨汁或萃取工藝后再添加一種或多種益生菌發(fā)酵，產(chǎn)生的含有豐富的酵素、維生素、礦物質(zhì)、氨基酸、各種有機酸、多糖等營養(yǎng)成分[31]的混合液經(jīng)過濾除去雜質(zhì)后得到的液體。酵素俗稱“酶”，是催化特定化學(xué)反應(yīng)的蛋白質(zhì)、RNA或其復(fù)合體，是維持身體正常功能、促進新陳代謝、進行組織修復(fù)等所必需的生命元素。通過發(fā)酵，原材料的貨架期、風(fēng)味、質(zhì)地都可以得到改善，還可以去除不良成分，并且使對人身體有益的成分得到加強。

螺旋藻果蔬發(fā)酵液是螺旋藻混合新鮮蔬菜、水果、藥食同源中藥等在一種或多種益生菌的作用下共同發(fā)酵，既可以通過發(fā)酵去除螺旋藻的不良腥味，又可以最大化的利用螺旋藻及果蔬的有益成分。

果蔬發(fā)酵液在日本、韓國等已經(jīng)發(fā)展成為成熟的產(chǎn)業(yè)，形態(tài)豐富、多樣以及功效顯著的果蔬發(fā)酵液產(chǎn)品讓果蔬發(fā)酵液成為了人們信賴的健康產(chǎn)品。目前國內(nèi)市場上有關(guān)果蔬發(fā)酵液的產(chǎn)品還很少，利用螺旋藻進行發(fā)酵的產(chǎn)品雖有研究但已產(chǎn)業(yè)化的產(chǎn)品基本沒有，因此螺旋藻果蔬發(fā)酵液的前景非常巨大。

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Research Advance of the Functions and Ferm entation of Spirulina

LIXiao-qing1，WUBin-bin1，ZHANGYan-ling1，LIU Jun-jiang1，LIANGYan1，2，*

（1.Guangzhou Institutes of Advanced Technology，Chinese Academy of Sciences，Guangzhou 511458，Guangdong，China；2.Xinjiang Institute of Ecology and Geography，Chinese Academy of Sciences，Urumqi 830011，Xinjiang，China）

Spirulina isalwaysconsidered as relatively safe food，and containsa variety ofnutrients.Thisarticle briefly reviewed thediscoveryand developmentofspirulina、the research progressofits functionsand the research situationofspirulina fermentation.Finally，weprospected thedevelopmentprospectofspirulina fermentation.

spirulina；function；fermentation

2013-10-21

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.23.040

李曉青（1989—），女（漢），研究助理，碩士，研究方向：食品科學(xué)。

*通信作者：梁巖（1968—），女（漢），助理教授，博士，研究方向：環(huán)境科學(xué)，環(huán)境微生物，食品科學(xué)等。