螺旋藻對(duì)微量元素的富集作用

王龍，劉慧，張少斌，*

（1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，遼寧沈陽110161；2.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院，遼寧沈陽，110161）

螺旋藻對(duì)微量元素的富集作用

王龍1，劉慧2，張少斌1，*

（1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，遼寧沈陽110161；2.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院，遼寧沈陽，110161）

綜述了幾種微量元素的生理功能以及螺旋藻對(duì)微量元素的富集作用，并對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行了展望。

螺旋藻；微量元素；富集作用

螺旋藻屬于藍(lán)藻門、顫藻科、螺旋屬，是一種多細(xì)胞型絲狀微生物，螺旋形是螺旋藻屬的特性。螺旋藻中含有豐富的生理營(yíng)養(yǎng)成分如β-胡蘿卜素、葉綠素、α，γ-亞麻酸、多糖、藻藍(lán)蛋白、維生素、糖脂、微量元素等可調(diào)節(jié)人體的各項(xiàng)機(jī)能，促進(jìn)細(xì)胞的新陳代謝，提高機(jī)體免疫力、抗衰老、抗氧化、抗輻射，對(duì)多種疾病如腫瘤、高血壓、心臟病、糖尿病、艾滋病、肥胖、金屬中毒等均有明顯的功效[1]。它是迄今為止發(fā)現(xiàn)的營(yíng)養(yǎng)最豐富、最全面均衡的一種功能性食品，藻體內(nèi)含有多種生物活性成分，是一種極具開發(fā)潛力的水生生物資源[2]。同時(shí)，螺旋藻對(duì)于很多金屬離子，特別是一些具有重要生理活性的微量元素具有良好的富集作用，如Fe2+、Zn2+、Se等[3]，這些微量元素對(duì)兒童生長(zhǎng)發(fā)育尤為重要，且對(duì)正常人群的健康有著不可估量的作用，人體一旦缺乏會(huì)導(dǎo)致一些病變。螺旋藻可以作為一種很好的補(bǔ)充微量元素的保健食品，通過螺旋藻富集作用，可以把有些無機(jī)的金屬元素有效的轉(zhuǎn)化為有機(jī)態(tài)，更利于人體的吸收。同時(shí)，一些微量元素也能夠促進(jìn)藻的生長(zhǎng)，所以在功能性螺旋藻的培養(yǎng)過程中適當(dāng)加入某些微量元素具有促進(jìn)生長(zhǎng)和增加特殊功能的雙重意義。另外，隨著工業(yè)的發(fā)展，重金屬污染物向水體中的排放量日益增加，造成水體不同程度的污染，螺旋藻的生物富集作用可以吸收水體中的重金屬元素，如Hg2+、Cd2+、Pb2+等[4]。在處理廢水和治理污水方面可以進(jìn)行廣泛應(yīng)用，對(duì)于環(huán)境保護(hù)有重要意義。

1 螺旋藻對(duì)Fe2+的富集作用

Fe是人體必需的微量元素，它是血紅蛋白的重要組成部分，并能夠有效的促進(jìn)人的生長(zhǎng)發(fā)育，體內(nèi)缺少Fe會(huì)導(dǎo)致貧血，智力障礙，免疫力低下等諸多問題，所以適當(dāng)?shù)臄z入一些含F(xiàn)e量高的功能食品能夠起到預(yù)防疾病的作用。研究表明，螺旋藻可以有效的富集鐵，并把無機(jī)鐵轉(zhuǎn)換為有機(jī)鐵，促進(jìn)人體的吸收，其含鐵量超過了其它已知的天然食品，是螺旋藻眾多保健價(jià)值中最重要的因素，螺旋藻作為補(bǔ)鐵產(chǎn)品將十分有效。

江娟[5]研究了不同鐵離子濃度對(duì)螺旋藻有機(jī)鐵含量的影響，結(jié)果表明，隨著培養(yǎng)基中鐵離子逐步增加，螺旋藻有機(jī)鐵含量先明顯增加，但隨著鐵離子濃度進(jìn)一步增加，有機(jī)鐵含量增加幅度明顯降低，就有機(jī)鐵絕對(duì)含量來說，F(xiàn)e2+濃度為0.03g/L時(shí)達(dá)最高，為349 μg/g。李日強(qiáng)[6]等研究了螺旋藻對(duì)Fe2+的富集能力，結(jié)果表明當(dāng)培養(yǎng)液中Fe2+的添加量在21.9 mg/L時(shí)，富集系數(shù)較大，生長(zhǎng)率最高，每克干藻粉中約含鐵2.7 mg，它可作為兒童補(bǔ)鐵的最佳選擇。

2 螺旋藻對(duì)Zn2+的富集作用

Zn是人體的一種必需微量元素，它是很多金屬酶的有效組成成分，已知與Zn有關(guān)的酶已有200多種。我國(guó)飲食標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定人體所需Zn量為：小孩約4 mg/d～5 mg/d，成人約10 mg/d。人體缺少Zn會(huì)導(dǎo)致發(fā)育遲緩，味覺出現(xiàn)障礙，傷口不易愈合等問題[7]。Zn對(duì)人體的智力發(fā)育非常重要，每日適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充一些身體容易吸收的Zn是必要的。螺旋藻可以通過富集作用，將無機(jī)鋅轉(zhuǎn)化為易于人體吸收的有機(jī)鋅，從而可以作為一種非常好的補(bǔ)充鋅的保健食品。

李日強(qiáng)等[6]研究了Zn2+濃度對(duì)螺旋藻生長(zhǎng)率以及富集系數(shù)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)培養(yǎng)基中Zn2+的添加量在1.49 mg/L時(shí)，藻細(xì)胞的富集系數(shù)雖然不是最高，但相對(duì)生長(zhǎng)率最大，而此時(shí)1 g干藻粉中含Zn2+為212 μg。陳必鏈等[8]研究了螺旋藻對(duì)Zn和Se的富集作用，結(jié)果表明，螺旋藻對(duì)鋅的富集能力較強(qiáng)，當(dāng)培養(yǎng)液Zn2+濃度為4 mg/L時(shí)，富集量最大為371.2 μg/g，為對(duì)照的33倍。當(dāng)鋅濃度為1 mg/L時(shí)，該藻對(duì)鋅的富集系數(shù)最大，為137.0。

3 螺旋藻對(duì)Se的富集作用

硒是構(gòu)成高等動(dòng)物及人體生命代謝不可缺少的谷胱甘肽過氧化物酶的組成部分，在體內(nèi)主要起抗氧化作用，它能夠防止細(xì)胞損傷，維持細(xì)胞的正常功能，也能調(diào)節(jié)維生素A、D、E、K在體內(nèi)的吸收與消耗等作用，具有重要的生理功能和藥用價(jià)值[9]。而通過螺旋藻的富集作用可以把無機(jī)硒轉(zhuǎn)化為利于人體吸收的有機(jī)硒，而有機(jī)硒具有更好的生物活性、安全性和補(bǔ)硒效果[10]。李志勇等[11]通過實(shí)驗(yàn)比較飼喂富硒螺旋藻和普通螺旋藻的小鼠的各項(xiàng)指標(biāo)得出，富硒螺旋藻比普通螺旋藻有更好的抗疲勞以及增強(qiáng)機(jī)體免疫力的功效。

陳必鏈等[8]的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果顯示，藻對(duì)硒的耐受力較強(qiáng)，當(dāng)硒濃度小于400 mg/L時(shí)，藻細(xì)胞富集系數(shù)隨濃度上升而增大。當(dāng)培養(yǎng)液硒濃度為200 mg/L時(shí)，富集量最大，為752.7 μg/g，是對(duì)照的1 214倍。當(dāng)硒濃度為100 mg/L時(shí)，該藻對(duì)硒的富集系數(shù)最大，為4.1。李日強(qiáng)等[7]實(shí)驗(yàn)研究了不同的Se濃度對(duì)螺旋藻生長(zhǎng)率的影響，得出當(dāng)硒濃度達(dá)到250 mg/L時(shí)，藻細(xì)胞生長(zhǎng)率明顯下降，當(dāng)硒的含量在100 mg/L左右的培養(yǎng)液中，螺旋藻的生長(zhǎng)率最高，為1.6。楊瑩瑩等[12]在研究最佳螺旋藻最佳富集Se的方案中得出，當(dāng)加硒量為800 μg/mL時(shí)，單位干藻粉的有機(jī)硒含量最高，達(dá)971.836 μg/g，有機(jī)硒比率也達(dá)到最高，為97.44%。添加800 μg/mL的硒，雖抑制了螺旋藻的生長(zhǎng)，但能夠得到較多的有機(jī)硒和質(zhì)量好的富硒螺旋藻，因此確定此方法為收獲高質(zhì)量的富硒極大螺旋藻的最佳條件。

4 螺旋藻對(duì)Cr（III）的富集作用

Cr（III）是人體必需的微量元素，是正常糖脂代謝所不可缺少的。Schwarz和Mertz于1959年首次從啤酒酵母中提取出含有鉻的葡萄糖耐量因子（GTF），并證實(shí)Cr（Ⅲ）是GTF的重要活性成分。Cr（III）通過GTF協(xié)同和增強(qiáng)胰島素的作用來影響糖類、脂類、蛋白質(zhì)及核酸代謝[13-14]。國(guó)內(nèi)外科技工作者進(jìn)行的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及臨床研究表明，缺鉻會(huì)引起胰島素作用降低、糖的利用受阻，導(dǎo)致糖尿病，同時(shí)引起血內(nèi)脂肪尤其是膽固醇增高，造成高脂蛋白血癥，并與動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)病有關(guān)[15]。有研究發(fā)現(xiàn)富鉻螺旋藻作為補(bǔ)鉻制劑應(yīng)用于糖尿病的治療上，鉻的吸收率和生物利用度遠(yuǎn)高于無機(jī)鉻。無機(jī)鉻不但毒性大，且吸收水平極低為0.4%～3%；而有機(jī)鉻的吸收迅速且安全，吸收率為10%～25%[16]。

許文濤等[17]研究了螺旋藻對(duì)Cr（III）的富集能力，結(jié)果表明，隨著螺旋藻中Cr（III）添加濃度的增加，藻粉的富鉻濃度也提高。螺旋藻對(duì)Cr（III）具有良好的富集和生物轉(zhuǎn)化能力，當(dāng)培養(yǎng)液中Cr（III）濃度為468.75 μg/g時(shí)，螺旋藻總鉻富集量可達(dá)到173.17 mg/g，有機(jī)化程度可高達(dá)96.99%。何穎敏等[18]研究了鈍頂螺旋藻對(duì)Cr（III）的吸收及其有機(jī)化程度，得出結(jié)論，當(dāng)螺旋藻培養(yǎng)液中Cr3+的添加濃度為300 mg/L，螺旋藻總鉻富集量可達(dá)到3.30 mg/g，有機(jī)化程度為70.2%。

5 螺旋藻對(duì)I的富集作用

被稱為“智慧之泉”的碘是人體必需的一種微量元素，它參與甲狀腺激素的合成，對(duì)于人類的健康具有相當(dāng)重要的作用，碘的缺乏（IDD）將會(huì)引起甲狀腺腫大癥，是導(dǎo)致人類智力障礙的主要原因[19]。然而，以無機(jī)形式存在的碘不易被人體吸收，有時(shí)還會(huì)產(chǎn)生毒副作用，因此只有當(dāng)無機(jī)形式的碘轉(zhuǎn)化成有機(jī)形式的碘時(shí)才具有普遍的食用價(jià)值。通過螺旋藻的的富集和轉(zhuǎn)化作用生產(chǎn)天然有機(jī)碘制品是一種很好的方式。楊心寧等[20]研究了碘化鉀（KI）對(duì)螺旋藻生長(zhǎng)的影響以及碘在細(xì)胞中的富集作用，結(jié)果表明，KI濃度在較低范圍內(nèi)，隨著KI的含量的升高，對(duì)藻細(xì)胞的生長(zhǎng)越為有利。而當(dāng)KI含量在5 000 mg/dm3以上時(shí)，螺旋藻的生長(zhǎng)開始受到抑制。當(dāng)KI添加量為900 mg/dm3時(shí)，富集效果最佳，螺旋藻的收獲量為277.17 mg/dm3，藻細(xì)胞碘含量為0.331×10-2（m/m）。何臘平[21]研究了培養(yǎng)螺旋藻對(duì)碘、鋅同時(shí)富集，結(jié)果發(fā)現(xiàn)碘、鋅濃度較低時(shí)，對(duì)螺旋藻的生長(zhǎng)起促進(jìn)作用；而濃度較高時(shí)，抑制螺旋藻生長(zhǎng)，跟單獨(dú)添加碘或鋅的富集規(guī)律一致，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)螺旋藻對(duì)鋅和碘的富集基本上不相互干擾，不相互抑制，對(duì)鋅的富集系數(shù)為60.7，對(duì)碘的富集率為1.06%。

6 前景與展望

微量元素在人體內(nèi)含量甚微，但在人體的生理生化過程中卻具有非常重要的功能。然而，微量元素在自然界主要以無機(jī)態(tài)存在，難以被人體直接利用，而一般動(dòng)植物食品中活性微量元素含量甚微，難以滿足人體需求。因此，生物富集就成為人類開發(fā)富含微量元素食品的重要手段。藻類是一類重要的具有優(yōu)良生物富集作用的食品原料，已受到世界很多國(guó)家的重視。目前研究較多的可作為生物富集原料的藻類是螺旋藻，并且已開發(fā)出許多功能性產(chǎn)品以及保健品，對(duì)適于大規(guī)模養(yǎng)殖的小球藻和鹽藻研究較少，其他的一些經(jīng)濟(jì)藻類也可通過培養(yǎng)條件的優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)藻類對(duì)微量活性元素的富集，以期獲得更多的高附加值產(chǎn)品。人體攝取養(yǎng)分的主要途徑是通過飲食，而人體所必需常量、微量元素一旦缺乏，可導(dǎo)致一系列的病變，通過利用螺旋藻對(duì)有益元素的富集可以提高螺旋藻的營(yíng)養(yǎng)保健價(jià)值，廣泛應(yīng)用于食品添加劑中，必將為食品工業(yè)注入全新的內(nèi)容?？赏麘?yīng)用于新型的活性餌料或飼料、保健食品、飲品、藥品及化妝品等的添加劑。

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Bio-accumulation of Trace Elements in Spirulina

WANG Long1，LIU Hui2，ZHANG Shao-bin1，*
（1.College of Land and Environment，Shenyang 110161，Liaoning，China；2.College of Biological Science and Technology，Shenyang Agricultural University，Shenyang 110161，Liaoning，China）

The physiological functions of trace elements and bio-accumulation of trace elements in Spirulina were reviewed，as well as its application was proposed.

Spirulina；trace elements；accumulation

2013-09-02

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.02.035

遼寧省自然科學(xué)基金（2013020072）

王龍（1989—），女（漢），碩士研究生，主要研究方向：藻類生物技術(shù)。

*通信作者