幾種鹽藻養(yǎng)殖工藝技術(shù)對(duì)比及鹽藻生產(chǎn)β胡蘿卜素的優(yōu)勢(shì)

邱琦，邱煒，李強(qiáng)，郭井瑤

幾種鹽藻養(yǎng)殖工藝技術(shù)對(duì)比及鹽藻生產(chǎn)β胡蘿卜素的優(yōu)勢(shì)

邱琦，邱煒，李強(qiáng)，郭井瑤

（天津長蘆漢沽鹽場(chǎng)有限責(zé)任公司，天津 300480）

對(duì)比了鹽藻養(yǎng)殖工藝技術(shù)，介紹了鹽藻生產(chǎn)β胡蘿卜素的優(yōu)勢(shì)。技術(shù)對(duì)比結(jié)果表明，封閉式養(yǎng)殖效率最高，但投資較大，降低成本是未來大規(guī)模應(yīng)用的趨勢(shì)。同時(shí)通過對(duì)比生產(chǎn)β胡蘿卜素生產(chǎn)工藝，發(fā)現(xiàn)利用鹽藻生產(chǎn)β胡蘿卜素的具有較高的市場(chǎng)價(jià)值。

鹽藻；養(yǎng)殖；β胡蘿卜素

由于多數(shù)鹽化產(chǎn)品成本高、附加值低，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益偏低。為了充分利用鹽場(chǎng)廣闊的水域面積，發(fā)揮地域優(yōu)勢(shì)，提高海水綜合利用效率，增強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展能力，亟待進(jìn)行產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和升級(jí)。開發(fā)生物養(yǎng)殖等新型產(chǎn)業(yè)是鹽化企業(yè)未來的發(fā)展趨勢(shì)之一，鹽田鹵水中天然的鹽藻具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，本文對(duì)養(yǎng)殖工藝及目標(biāo)產(chǎn)物積累優(yōu)勢(shì)作相關(guān)闡述。

1 鹽藻的養(yǎng)殖工藝比較

利用鹽田鹵水資源開展鹽藻規(guī)?；B(yǎng)殖，從中生產(chǎn)富含天然β-胡蘿卜素的鹽藻加工產(chǎn)品。鹽藻的規(guī)?；B(yǎng)殖工藝分為封閉式、半封閉式和開放式3種，需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂颉⑼顿Y規(guī)模、自然資源分布等條件進(jìn)行選擇。

表1 養(yǎng)殖模式比較

1.1 開放式養(yǎng)殖模式

開放式養(yǎng)殖模式多見于澳大利亞、以色列、西班牙等沿海國家。在這些地區(qū)，單個(gè)鹽藻養(yǎng)殖的水域面積可以達(dá)到250公頃。此模式養(yǎng)殖水體面積較大，水深一般低于0.5米，水體除了自然風(fēng)的吹動(dòng)外沒有其它人工干預(yù)。因是在開放式水體進(jìn)行養(yǎng)殖，水體不能較好的得到凈化，導(dǎo)致水中除了鹽藻外還有其他微生物存在，鹽藻生長受到較大的影響，導(dǎo)致目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)量低。

1.2 半封閉式養(yǎng)殖模式

半封閉式養(yǎng)殖模式在透明的養(yǎng)殖棚內(nèi)利用自然光源進(jìn)行。一般在養(yǎng)殖棚內(nèi)設(shè)置跑道式培養(yǎng)池。培養(yǎng)池為環(huán)形，水深一般不超過0.5米。鹽藻培養(yǎng)過程中，利用攪拌機(jī)對(duì)養(yǎng)殖水體進(jìn)行攪拌，并向水體內(nèi)補(bǔ)充空氣或二氧化碳，以促進(jìn)生物量積累。

同等養(yǎng)殖規(guī)模下，半封閉式較封閉式養(yǎng)殖模式投資降低30%。但該模式下目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)量也較低，且生產(chǎn)具有一定的不穩(wěn)定性。

1.3 封閉式養(yǎng)殖模式

封閉式養(yǎng)殖模式一般在密閉的空間內(nèi)，采用管道式、平板式或環(huán)形光生物反應(yīng)器進(jìn)行。通過引入光強(qiáng)、光質(zhì)、營養(yǎng)、溫度、鹽度等關(guān)鍵養(yǎng)殖參數(shù)的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)鹽藻的大量積累和目標(biāo)產(chǎn)物的快速合成，是一種現(xiàn)代、高效、可靠、精細(xì)的養(yǎng)殖模式。

（1）管式光生物反應(yīng)器由封閉的、直徑3~6 cm、長10~200 m不等的透明管組成，每根透明管之間用U形彎頭連接，組成龐大的微藻培養(yǎng)系統(tǒng)。

（2）平板式光生物反應(yīng)器主要由一種扁平的方形透明容器組成，厚度僅1~5 cm，并設(shè)置外置平板光源。

（3）環(huán)式光生物反應(yīng)器是管道式與平板式光生物反應(yīng)器的綜合利用形式，結(jié)合了管道式反應(yīng)器的外形和平板式光生物反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)，單套設(shè)備培養(yǎng)體積可以高達(dá)1~2 m3。

2000年以來，由于封閉式光生物反應(yīng)器造價(jià)較高，應(yīng)用領(lǐng)域具有一定的局限性。但是封閉式光生物反應(yīng)器仍具有開放式養(yǎng)殖模式所無法企及的諸多優(yōu)點(diǎn)：其培養(yǎng)條件更易控制，能更有效防止污染，細(xì)胞培養(yǎng)密度更高，便于目標(biāo)產(chǎn)物的定向優(yōu)化和誘導(dǎo)等。因此，封閉式光生物反應(yīng)器一直被認(rèn)為是未來鹽藻產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的方向。隨著國內(nèi)新材料、新工藝的發(fā)展，光生物反應(yīng)器的制造成本逐年下降，并且制造工藝不斷改進(jìn)，逐漸滿足了鹽藻養(yǎng)殖的需求。

2 利用鹽藻生產(chǎn)天然β-胡蘿卜素的優(yōu)勢(shì)

目前，工業(yè)化生產(chǎn)β-胡蘿卜素的方法主要有三種：化學(xué)合成法，生物發(fā)酵法，從植物、藻類生物中提取法。

（1）化學(xué)合成法是采用有機(jī)化工原料，通過化學(xué)合成反應(yīng)人工合成β-胡蘿卜素的方法。

（2）生物發(fā)酵法目前采用真菌和酵母發(fā)酵獲得β-胡蘿卜素，一般采用的工程菌有粘紅酵母、布拉克須霉菌、大腸桿菌、三孢布拉霉菌等。

（3）天然生物提取法是從富含天然β-胡蘿卜素的生物材料（如胡蘿卜、鹽藻等）中獲得富含β-胡蘿卜素的天然物粉末，或者將β-胡蘿卜素經(jīng)提取、純化后加工成其它富含胡蘿卜素高附加值產(chǎn)品的過程。

在生產(chǎn)β胡蘿卜素的方法中，化學(xué)合成法產(chǎn)量最高，但是由于其生產(chǎn)的β-胡蘿卜素主要是全反式構(gòu)型，主要用于較低端的飼料添加領(lǐng)域，而在人類保健品和食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域應(yīng)用受到很大限制。

發(fā)酵法目前主要是利用三孢布拉霉菌發(fā)酵同化培養(yǎng)體系中的有機(jī)物，進(jìn)而積累胡蘿卜素，并用于提取。從陸地植物中提取β-胡蘿卜素盡管也能得到天然構(gòu)型的β-胡蘿卜素，但是與利用鹽藻生產(chǎn)胡蘿卜素有以下幾點(diǎn)明顯的不同：

（1）鹽藻的培養(yǎng)是利用太陽能，通過光合作用固定二氧化碳形成生物量的過程，培養(yǎng)體系中只添加營養(yǎng)鹽（如氮、磷等無機(jī)鹽），無需添加有機(jī)物；利用三孢不拉霉菌發(fā)酵需要添加外源性的有機(jī)碳源和氮源，如淀粉、甘油、玉米漿等。因此，從生產(chǎn)投入的原料成本上考慮，利用鹽藻生產(chǎn)β-胡蘿卜素更經(jīng)濟(jì)。

（2）雖然發(fā)酵法生產(chǎn)β-胡蘿卜素的工藝比較成熟，但是工藝要求也相對(duì)較高。由于發(fā)酵液中添加的有機(jī)物成分較多，極易受到其它微生物的污染。一旦發(fā)酵體系中污染有其它霉菌，或?qū)е律a(chǎn)被迫終止，或?qū)е伦罱K的提取物中可能含有其它的真菌毒素，因此風(fēng)險(xiǎn)較高。與發(fā)酵法不同，鹽藻是在高鹽海水甚至飽和鹵水中進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)體系中不含有機(jī)物，鹽藻營自養(yǎng)生長，因此發(fā)生污染的幾率很小，風(fēng)險(xiǎn)低。

表2 發(fā)酵法與鹽藻提取法比較

（3）從產(chǎn)物提取和終端產(chǎn)品多樣性方面看，兩者的差異也很大。鹽藻是一種沒有細(xì)胞壁的單細(xì)胞微藻，而發(fā)酵法使用的三孢不拉霉菌則是一種毛霉菌，有細(xì)胞壁，因此兩種微生物的細(xì)胞結(jié)構(gòu)及內(nèi)含物迥然不同。沒有細(xì)胞壁無疑將大大降低胡蘿卜素的提取成本，而且與其它微藻不同，鹽藻細(xì)胞制成藻粉顆粒直接食用，細(xì)胞內(nèi)的營養(yǎng)成分更易于被人體吸收。如果單從β-胡蘿卜素產(chǎn)量上看，利用鹽藻生產(chǎn)β-胡蘿卜素的效率遠(yuǎn)沒有發(fā)酵法高，但是鹽藻細(xì)胞內(nèi)的類胡蘿卜素種類更加豐富，更具多樣性，除了β-胡蘿卜素外，鹽藻細(xì)胞內(nèi)還有大量的葉黃素（3,3’-二羥基-β,ε-胡蘿卜素）—另一種具有強(qiáng)抗氧化性的類胡蘿卜素。另外，鹽藻細(xì)胞內(nèi)還含有多不飽和脂肪酸、維生素和蛋白質(zhì)等，因此鹽藻可以作為保健品，直接做成藻粉顆粒投入市場(chǎng)，這是三孢不拉霉菌發(fā)酵法所不具備的。

3 結(jié)束語

綜合以上方法，雖然通過化學(xué)合成的方法生產(chǎn)類胡蘿卜素產(chǎn)量高，成本低，但仍然無法取代從藻類提取的天然類胡蘿卜素。以β-胡蘿卜素為例，鹽藻細(xì)胞中所含的β-胡蘿卜素是全反式和9-cisβ-胡蘿卜素的混合物，而化學(xué)合成的產(chǎn)品中大部分為全反式。雖然只是構(gòu)型上存在細(xì)微的差異，但是其抗氧化和抗腫瘤活性卻明顯不同。正是由于化學(xué)合成的β-胡蘿卜素在生物學(xué)效應(yīng)及安全性方面存在不確定性，其應(yīng)用受到很大限制。因此，從藻類中提取的天然類胡蘿卜素市場(chǎng)發(fā)展空間巨大。

［1］景海霞.鹽藻養(yǎng)殖中生物法純化鹽藻研究[J].鹽業(yè)與化工，2015，44 (11):29-32.

［2］伊力哈木·乃扎木，阿不都拉·阿巴斯.營養(yǎng)元素對(duì)鹽藻養(yǎng)殖及β-胡蘿卜素產(chǎn)率的影響[J].食品科學(xué)，2007，28(9):430-432.

［3］高清潭，丁淑華.鹽藻養(yǎng)殖生產(chǎn)β-胡蘿卜素新方式[J].海湖鹽與化工，1997，26(1):25-27.

Comparison of Several Dunaliella Salina Cultivation Techniques and Their Advantages in Production of Beta Carotene

（Tianjin Changlu Hangu Saltworks Co., Ltd., Tianjin 300480, China）

Several cultivation techniques of Dunaliella salina were compared, the advantages of producing beta carotene from Dunaliella salina were introduced. The comparison results showed that, the closed breeding is the most efficient, but its investment is higher, and reducing the cost is the trend of large-scale application in the future. At the same time, by comparing the production process of beta carotene, it was found that the production of beta carotene from Duchenne salina has high market value.

Dunaliella salina; cultivation; beta carotene

2019-08-22

邱琦（1985-），男，工程師，研究生，遼寧沈陽人，2008年畢業(yè)于沈陽工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，研究方向：鹽田生物化工。

TS396.7

A

1004-0935（2020）01-0077-03