小球藻作為食品利用的國外報道研究進展

郝俊光，潘喜芳，2，莫 維，3，韋佳佳，韋 丹，張家嘉，張宇虹，祁 岑*，薛命雄

（1.北部灣大學 食品工程學院，欽州市食品風味分析調(diào)控重點實驗室，廣西 欽州 535011；2.欽州市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測中心，廣西 欽州 535099；3.廣西大學 輕工與食品工程學院，廣西 南寧 530005；4.北海生巴達生物科技有限公司，廣西 北海 530021）

隨著世界人口的劇增和耕地的銳減，利用海洋湖泊資源進行微藻養(yǎng)殖備受關(guān)注。相較于陸生植物，微藻具有生長速度快、光合效率高、不占用耕地、能進行碳中和排放及生成大量生物活性物質(zhì)等優(yōu)點[1]，因此在食品、功能食品、藥品、飼料和化妝領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力，國際上研究和應(yīng)用最多的微藻種類是螺旋藻和小球藻[2-3]。綠藻門（Chlorphyta）綠藻綱（Chlorophyceae）綠球藻目（Chlorococcales）卵囊藻科（Oocystaceae）小球藻屬（Chlorella）微藻是普生性單細胞藻類，生態(tài)分布極廣，在淡水、海水中均有發(fā)現(xiàn)[3-4]。小球藻有多個種屬，如核蛋白小球藻（C.pyrenoidosa）、普通小球藻（C.vulgaris）、橢圓小球藻（C.ellipsoidea）、索羅金小球藻（C.sorokiniana）、佐夫小球藻（C.zofingiensis）等[3]。小球藻富含蛋白質(zhì)、膳食纖維、脂類、維生素、葉綠素和類胡蘿卜素等，具有免疫調(diào)節(jié)、治療糖尿病、抗過敏、降血壓等功效[3，5]。目前小球藻屬中蛋白核小球藻和普通小球藻在食品領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛，蛋白核小球藻于2012年被國家批準為新資源食品，普通小球藻、蛋白核小球藻在美國、歐盟已被允許使用[5]，小球藻則被聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織認定為“綠色健康食品”[2-3]。小球藻細胞由細胞壁、細胞膜、細胞質(zhì)、細胞核、細胞器（葉綠體、高爾基體）組成，球形或橢圓形，直徑僅數(shù)微米，無鞭毛，浮游生活，可自養(yǎng)、混養(yǎng)和異養(yǎng)[4，6]。普通小球藻營養(yǎng)豐富，被譽為高產(chǎn)不飽和脂肪酸、胡蘿卜素、活性肽、活性多糖等物質(zhì)的“細胞工廠”[7]。小球藻在食品、飼料醫(yī)藥和化妝品行業(yè)均有應(yīng)用，世界年供應(yīng)量已超過5 000 t[7]。因小球藻養(yǎng)殖費用大、下游加工成本高、質(zhì)量不穩(wěn)定等，使其在食品市場的應(yīng)用受限[1，8]。目前僅日本、美國、德國、荷蘭、澳大利亞、馬來西亞以及中國臺灣省等少數(shù)國家和地區(qū)可工業(yè)化生產(chǎn)和加工[4-5]。大陸在20世紀60年代開始對小球藻進行研究，并取得了一定的成果，但最近十年才大規(guī)模養(yǎng)殖。目前，小球藻行業(yè)在微藻細胞的培養(yǎng)方面仍以開放式池塘自養(yǎng)養(yǎng)殖為主，與國外先進企業(yè)的管式封閉養(yǎng)殖存在較大差距；在食品深加工及應(yīng)用方面，小球藻企業(yè)與傳統(tǒng)食品行業(yè)的結(jié)合度在國內(nèi)較低，市面上鮮見有知名品牌食品添加小球藻，產(chǎn)品形式局限于小球藻企業(yè)自產(chǎn)的全藻粉（液、片）產(chǎn)品；在小球藻營養(yǎng)成分高效利用的研究方面，雖然國內(nèi)研發(fā)人員貢獻度較高，但僅限于實驗室水平分離純化及功能確認，尚未觸及工業(yè)化研究。工業(yè)化脫腥和破壁技術(shù)的缺失、對小球藻活性成分及傳統(tǒng)食品添加小球藻對風味和質(zhì)構(gòu)的認識不足，是制約其在國內(nèi)食品領(lǐng)域轉(zhuǎn)化少的主要因素。為此，本文對近十年發(fā)表的小球藻外文文獻進行收集整理，并綜述小球藻的營養(yǎng)成分與功效、在食品領(lǐng)域的應(yīng)用與存在問題、傳統(tǒng)和新興細胞破碎技術(shù)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展策略與趨勢四個方面，以期為國內(nèi)同行的研發(fā)和應(yīng)用提供相關(guān)的技術(shù)信息。

1 小球藻的營養(yǎng)成分與功效

小球藻是“天然多功能補品”[5]，富含活性物質(zhì)，如ω-3-脂肪酸、胡蘿卜素、活性肽、活性多糖等[7]，適合在食品工業(yè)中開發(fā)應(yīng)用。普通小球藻干物質(zhì)中含51%～58%蛋白質(zhì)、14%～22%脂肪、12%～17%碳水化合物，而蛋白核小球藻干物質(zhì)中含57%蛋白質(zhì)、2%脂肪、26%碳水化合物[9]。

1.1 多糖

小球藻多糖分為胞外多糖、細胞壁多糖、胞內(nèi)貯存多糖和結(jié)構(gòu)多糖[3-4，10]，具有免疫調(diào)節(jié)、抗氧化、抗高脂血癥、抗腫瘤、抗哮喘等功效[3]。細胞壁多糖由半纖維素，半乳糖、甘露糖、阿拉伯糖、木糖和鼠李糖等構(gòu)成[3]。淀粉是普通小球藻的主要貯存多糖[10]，在細胞穩(wěn)定期的含量高于指數(shù)生長期的含量[11]。細胞外多糖與細胞壁多糖的組成相近，均含有由1,3-,1,6-和1,3,6-連接的半乳糖殘基組成的半乳聚糖，對B淋巴細胞具有免疫刺激作用[10]。小球藻所含的β-葡聚糖可降低人體低密度脂蛋白膽固醇的濃度[4，12]。

小球藻多糖功能評價均基于粗提物，對其結(jié)構(gòu)的分析僅限于單糖的組成。小球藻多糖提取方式多樣，如反復凍融法、微波法、超聲波輔助法、堿法、熱水法和纖維素酶解法等[13-14]。CHEN Y X等[13]采用超聲波輔助不同濃度乙醇提取蛋白核小球藻多糖，發(fā)現(xiàn)體積分數(shù)70%乙醇提取的多糖體外抗氧化性最強；同時發(fā)現(xiàn)體積分數(shù)為40%乙醇沉淀得到多糖的平均分子質(zhì)量為9 950 Da，主要由D-葡萄糖、D-半乳糖和D-甘露糖組成，具有抗氧化和抗衰老能力[13-14]。YU M E等[15]對采用反復凍融法、微波法、超聲波法、堿法等對提取普通小球藻多糖進行比較，發(fā)現(xiàn)超聲波提取的多糖體外抗氧化能力最強。ZHANGJZ等[16]用體積分數(shù)為70%乙醇沉淀，得到普通小球藻胞外多糖的平均分子質(zhì)量為1.88×104Da，由11種單糖組成，有顯著的抗腫瘤和清除自由基的能力。

1.2 蛋白質(zhì)

小球藻的蛋白、蛋白水解物、肽等均可應(yīng)用于食品領(lǐng)域，其中肽的活性成為人們關(guān)注的焦點。普通小球藻總蛋白近20%結(jié)合在細胞壁上，50%在細胞內(nèi)，30%分泌到細胞外[17]。經(jīng)二維電泳測試，普通小球藻蛋白質(zhì)有200余種，大部分等電點在pH 4.0～5.5，少量等電點在pH 6～8；一維電泳表明大多數(shù)蛋白質(zhì)的分子質(zhì)量集中在12～75 kDa，藻液蛋白質(zhì)沉淀pH為3～5與電泳測定的等電點不一致，可能是因藻體內(nèi)蛋白質(zhì)多以大分子聚集體存在有關(guān)[18]。普通小球藻蛋白的必需氨基酸占總氨基酸的44.7%，除異亮氨酸略低外，其他必需氨基酸含量均高于聯(lián)合國糧農(nóng)組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations，F(xiàn)AO）的建議膳食參考標準（見表1）。

表1 普通小球藻必需氨基酸含量與聯(lián)合國糧農(nóng)組織建議標準的比較Table 1 Comparison of essential amino acids contents of Chlorella vulgaris with recommended standards of Food and Agriculture Organization of the United Nations

小球藻蛋白產(chǎn)品的營養(yǎng)價值與消化率、必需氨基酸含量、水解多肽的生物活性有關(guān)[19]。分子質(zhì)量為10～20 kDa的蛋白核小球藻和普通小球藻蛋白質(zhì)的部分水解物具有良好乳化和起泡功能[6，19]，而分子質(zhì)量為2～5 kDa的活性肽具有抗氧化、降壓、免疫調(diào)節(jié)等功效[19]。從普通小球藻提取的兩個三肽：Thr-Thr-Trp（TTW）和Val-His-Trp（VHW）是血管緊張素I轉(zhuǎn)換酶的非競爭性體外抑制劑，降壓功效顯著[20]。從小球藻胃蛋白酶水解物中分離出的Leu-Asn-Gly-Asp-Val-Trp和Val-Glu-Cys-Tyr-Gly-Pro-Asn-Arg-Pro-Glu-Phe，具有較強的超氧化物和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基清除能力[21]。

1.3 脂肪

小球藻的脂類可開發(fā)成生物柴油，也可應(yīng)用于食品保健品領(lǐng)域。小球藻脂肪分為磷脂、糖脂和中性油脂，由葉綠體合成，位于細胞壁和細胞器（葉綠體和線粒體膜）膜上，占細胞干質(zhì)量的5%～40%[4-5]。中性油脂以油滴的形式作為能量貯存在葉綠體間的類囊上或細胞質(zhì)中，不是細胞的功能脂類[4]。脂類的脂肪酸組成受生長條件和培養(yǎng)形式的影響，因此可有目的調(diào)控藻類的脂肪酸譜來開發(fā)新產(chǎn)品。如調(diào)整培養(yǎng)條件，使飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸占60%～68%而用于生產(chǎn)生物柴油，也可以讓小球藻富含亞油酸、亞麻酸等高不飽和脂肪酸而作為保健品生產(chǎn)原料[4，12]。亞麻酸是人體不能自行合成的必需脂肪酸之一，具備諸多生理功能如防血栓、降血脂等，有保健作用[7]。蛋白核小球藻和普通小球藻的必需脂肪酸組成見表2[22-24]。

表2 蛋白核小球藻和普通小球藻的必需脂肪酸組成Table 2 Essential fatty acid composition of Chlorella pyrenoidosa and Chlorella vulgaris

1.4 色素

小球藻作為天然色素和抗氧化劑在食品領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力，小球藻富含葉綠素類和類胡蘿卜素類的色素[2]，葉綠素是含卟啉環(huán)的綠色色素[25]，類胡蘿卜素是含40個碳的四萜黃色或紅色色素[7]，普通小球藻中色素分布見表3[4]。微藻類胡蘿卜素有30余種，分為不含氧的胡蘿卜素類化合物（β-胡蘿卜素，番茄紅素）和含氧的胡蘿卜素衍生物（蝦青素、葉黃素等）[2]。類胡蘿卜素具有強抗氧化能力，而葉黃素是活性氧的猝滅劑[2，21]，人體內(nèi)的β-胡蘿卜素會轉(zhuǎn)化成維生素A起保健作用[12]。

表3 普通小球藻的色素分布與含量Table 3 Pigments distribution and content of Chlorella vulgaris

1.5 其他

普通小球藻還含有豐富的鉀、鈣、鎂等礦物質(zhì)及維生素B2、維生素B3、維生素C等，對人體健康有益[4]。同時，小球藻提取液被譽為“細胞生長因子”，由核酸、氨基酸、維生素、礦物質(zhì)、多糖、糖蛋白和β-葡聚糖等組成的水溶性復合物[21]。小球藻藻粉的生物或藥理作用是由多種活性成分協(xié)同作用所決定的，非單一化合物[5]。小球藻表現(xiàn)出來的生物活性可能與自身組成相關(guān)，也可能與下游加工和胃腸道消化有關(guān)[1]。

2 在食品領(lǐng)域的應(yīng)用與存在的問題

2.1 應(yīng)用概況

目前，在全球營養(yǎng)市場上微藻作為膳食補充劑以藻粉、藻片、膠囊等形式銷售，但在傳統(tǒng)食品中的應(yīng)用有限[2，26]。藻粉在傳統(tǒng)食品中的應(yīng)用分為兩種：一種是著色劑，另一種則是用于改善終產(chǎn)品的營養(yǎng)、物理化學或感官屬性并以之為營銷賣點[2，26]。小球藻在國際食品工業(yè)中，已應(yīng)用于面包、意大利面、面條、餅干、膨化食品、酸奶、果露、果汁奶酪、香腸、漢堡、蛋黃醬等當中[6，21，27]。知名公司產(chǎn)品有：西班牙Grupo Dulcesol公司的桔子綠藻餅干、波蘭Majami公司的軟糖、澳大利亞Evasis Edibles公司的威化餅干和調(diào)料汁、新西蘭Frecious公司的濃果汁、德國Greenic公司的咀嚼棒、羅馬尼亞Honest Fields公司的泡芙等[26]。相比較而言，小球藻在國內(nèi)食品領(lǐng)域的工業(yè)化應(yīng)用較少，小球藻養(yǎng)殖企業(yè)主要出售未破壁的藻粉原料。

2.2 存在的問題

小球藻的干燥加工過程耗能較大，成本較高，在傳統(tǒng)食品的應(yīng)用也存在諸多問題。小球藻細胞壁堅硬，厚度達17～21 nm[4，10]，不易被人體消化而影響人們對其營養(yǎng)成分的吸收[9-10]。目前，國內(nèi)藻粉和藻片的生產(chǎn)多是離心后直接噴霧干燥，未經(jīng)破壁和去腥處理，口感不佳，市場認知度低。小球藻在傳統(tǒng)食品中的添加量一般不高，主要因其產(chǎn)量低、加工成本高[2，12，26]。小球藻含硫化合物和脂肪衍生揮發(fā)物會產(chǎn)生濃烈的海腥味、藻體呈墨綠色，用于食品中不易被消費者接受[1-2]。當然，小綠藻的綠色和海腥味可作為特色強化加入綠色蔬菜汁和海鮮風味食品中。普通小球藻粉加入小麥粉中會影響面包品質(zhì)，添加量為3 g/100 g時面包的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)最強、品質(zhì)最佳，過多則引起面包老化和質(zhì)構(gòu)變差[28]。

3 小球藻細胞破壁技術(shù)

細胞破碎技術(shù)包括機械破碎（球磨、高壓均質(zhì)、超聲波處理、微波處理等）、非機械破壁（酶解、酸/堿解等）及其他新興技術(shù)。目前，缺乏成本低、效率高、對營養(yǎng)物質(zhì)破壞性小的工業(yè)化破壁技術(shù)，破壁成本高已成為制約小球藻企業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。通過研發(fā)，最終要建立一種運行成本低、產(chǎn)品回收率高且能保持藻類生化物質(zhì)的功能和活性的破壁技術(shù)[9，19，29]。

3.1 傳統(tǒng)細胞破壁技術(shù)

傳統(tǒng)細胞破碎技術(shù)在國外均有研究報道，本文對7種傳統(tǒng)細胞破碎方式的破壁機理、影響因素及優(yōu)缺點進行總結(jié)，見表4[9，19，29]。可見對組分活性的影響是傳統(tǒng)小球藻細胞破碎技術(shù)的共性問題。

表4 主要傳統(tǒng)破壁技術(shù)的原理、影響因素及優(yōu)缺點比較Table 4 Comparison of principles,influencing factors,advantages and disadvantages of traditional wall-breaking technology

實際上，不同傳統(tǒng)細胞破碎技術(shù)的破壁率和產(chǎn)物得率差異較大，為提高破壁率和產(chǎn)物得率，學者們進行了大量研究。SAFI C等[30]比較四種普通小球藻破壁方式，發(fā)現(xiàn)影響蛋白質(zhì)提取率破壁方式依次是球磨＞高壓均質(zhì)＞化學水解＞超聲波。電鏡結(jié)果證實，化學水解和超聲波處理后細胞仍保持圓形，而經(jīng)過球磨和高壓均質(zhì)處理后大部分細胞則不是球形[30]。蛋白質(zhì)在水相中的擴散率與水相中蛋白質(zhì)濃度的增加沒有顯著相關(guān)性，推測是由于細胞壁破裂后、細胞內(nèi)部細胞器尚未完全破碎引起的[30]。POSTMA P R等[31]研究球磨破碎小球藻時細胞破碎率與蛋白質(zhì)提取率之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)總蛋白質(zhì)中的水溶性蛋白釋放速度快于細胞破碎速度，通過控制藻體解體程度選擇性地提取水溶性蛋白，使水溶性得率達到32%～42%，能耗降低85%，降低對水溶性蛋白的功能破壞。CANELLI G等[32]用復合酶將小球藻酶解，使蛋白質(zhì)和脂肪的生物可及性分別達58.7%和21.1%，而高壓均質(zhì)破壁對應(yīng)的生物可及性分別是61.8%和59.8%。經(jīng)酶處理的藻體氧化穩(wěn)定性可維持3個月以上，而經(jīng)高壓均質(zhì)處理的藻液易產(chǎn)生氧化風味不耐貯存[32]。用胰酶酶解普通小球藻，蛋白質(zhì)體外消化率達到70%，而對組照僅為35%[33]。用胞外β-葡萄糖苷酶、海藻酸裂解酶、肽聚糖N-乙酰胞壁酸脫乙酰酶和溶菌酶對普通小球藻進行復合酶解，增加了蛋白質(zhì)和不飽和脂肪酸的提取率[24]。LUENGO E等[34]研究發(fā)現(xiàn)，不同強度下脈沖電場處理小球藻的細胞質(zhì)膜電穿孔率與類胡蘿卜素、葉綠素提取率之間的關(guān)系，經(jīng)脈沖電場處理1 h不可逆電穿孔率與色素提取率之間的相關(guān)性高達0.93，而處理剛結(jié)束立刻進行提取其相關(guān)性僅為0.67。GILLE A等[35]采用低pH多酶體外消化模型評價了超聲破碎普通小球藻色素的生物可及性，發(fā)現(xiàn)未處理的β-胡蘿卜素和葉黃素的生物可及性僅為0和7%，而經(jīng)超聲處理后分別提高到10%和15%。SANKARAN R等[36]采用超聲波輔助液體雙相糖析浮選技術(shù)對普通小球藻中的蛋白質(zhì)進行提取，使蛋白質(zhì)得率達93.33%。傳統(tǒng)細胞破碎技術(shù)間的組合，可進一步提高組分的提取率。URSU A V等[18，37]在堿性（pH=12）條件下高壓均質(zhì)破壁普通小球藻，使蛋白提取率達到75%～76%，而中性條件下為53%。以上文獻多是實驗室級別的研究成果，尚無相關(guān)工業(yè)化數(shù)據(jù)可以比較，如小球藻產(chǎn)業(yè)關(guān)注的破壁率和耗能成本等。

3.2 新興細胞破壁技術(shù)

針對傳統(tǒng)破壁技術(shù)對活性成分的損害，出現(xiàn)了諸多基于“柔性”理念的破壁技術(shù)初探。如壓力輔助臭氧氧化破壁，可使普通小球藻的細胞破碎率達80.3%，與超聲波的83.8%破壁率相近[38]。糖析輔助液體雙相電浮選系統(tǒng)，通過兩相上的電作用進行細胞破碎，實現(xiàn)了藻體的破壁和蛋白質(zhì)提取的有機結(jié)合，蛋白質(zhì)提取率達69.67%[39]。另外，激光處理、微射流高壓均質(zhì)、脈沖電弧、高頻聚焦超聲和陽離子聚合物包覆膜等是新涌現(xiàn)的細胞破碎技術(shù)[29]。

4 產(chǎn)業(yè)發(fā)展策略與趨勢

4.1 發(fā)展策略

小球藻雖營養(yǎng)豐富，但產(chǎn)量少，生產(chǎn)成本高，較傳統(tǒng)作物難以形成經(jīng)濟優(yōu)勢[8，12]。國內(nèi)市售藻片/粉營養(yǎng)品多未經(jīng)破壁和去腥處理，存在消化率不高，風味不佳，應(yīng)用于傳統(tǒng)食品中存在諸多問題[1，12，26]，如今國內(nèi)小球藻的學術(shù)研發(fā)較多，但實際應(yīng)用較少。鑒于此，國內(nèi)小球藻產(chǎn)業(yè)應(yīng)以降低生產(chǎn)成本、提高組分高值化利用為關(guān)鍵點，明確長遠發(fā)展的方向，從上游的養(yǎng)殖和下游的加工系統(tǒng)發(fā)力，推動產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展[8，29，40]。

近期應(yīng)以工業(yè)化破壁和實現(xiàn)藻粉的脫腥為突破點，結(jié)合中國食品工業(yè)現(xiàn)狀，挖掘全藻粉在營養(yǎng)品及傳統(tǒng)食品中的應(yīng)用潛力。中期研發(fā)主線是挖掘小球藻中的活性成分，探討小球藻的多組分高效低耗利用。長期則以生物精煉為愿景，借鑒石油精煉的全產(chǎn)品鏈高值化利用理念，從育種、活性認知、分離純化、設(shè)備創(chuàng)新、技術(shù)研發(fā)等全方面深度挖潛，系統(tǒng)整合，實現(xiàn)小球藻各組分同時高值化利用的工業(yè)實踐[8，12，40]。

4.2 發(fā)展趨勢

基于國外的微藻生物精煉概念，小球藻的發(fā)展路線如下：①明確細胞壁和高價值組分的結(jié)構(gòu)與特性；②建立高效低耗收獲技術(shù)；③研發(fā)破碎程度可控的溫和破壁方式，實現(xiàn)細胞壁透性增加、細胞壁完全破裂以及細胞器破裂的可控；④在保持活性成分功能的前提下，將疏水性成分和親水性成分選擇性分離；⑤根據(jù)組分特性進行純化；⑥探討各環(huán)節(jié)的融合，實現(xiàn)全產(chǎn)品鏈高值化利用。

4.3 小球藻產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展規(guī)劃

為推動小球藻產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，需在育種、養(yǎng)殖、收獲、破壁、提取純化、食品應(yīng)用投入更多的研發(fā)[40]。

4.3.1 特色藻種選育

通過傳統(tǒng)和現(xiàn)代育種技術(shù)，選育出優(yōu)良藻種高產(chǎn)色素等。利用化學誘變培養(yǎng)出普通小球藻葉綠體突變株顏色為黃色和白色，葉綠素含量較野生型菌株分別降低了80%和99%，而蛋白含量分別增加了30%和60%[41]。利用重離子輻照誘變選育出核蛋白小球藻突變株，蛋白質(zhì)含量提高31.8%，并實現(xiàn)了突變株用甜高粱汁進行低成本異養(yǎng)培養(yǎng)[42]。

4.3.2 優(yōu)質(zhì)高效的養(yǎng)殖技術(shù)

小球藻培養(yǎng)類型分為自養(yǎng)、異養(yǎng)、混合，自養(yǎng)型需進行光合作用而異養(yǎng)型則要代謝碳源并避光培養(yǎng)，混合型是兩者結(jié)合[11，17]。工業(yè)實踐中仍以自養(yǎng)為主，小球藻自養(yǎng)的培養(yǎng)容器分兩種：開放式的池塘養(yǎng)殖池和封閉式的透光養(yǎng)殖反應(yīng)器（塑料或玻璃質(zhì)的管狀、塑料袋、平板或柱狀[17]）。小球藻培養(yǎng)所處的環(huán)境、培養(yǎng)條件以及培養(yǎng)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)均影響小球藻的藻體培養(yǎng)效率和目標產(chǎn)物產(chǎn)率[17]。通常通過優(yōu)化養(yǎng)殖條件，來提高特定目標產(chǎn)物的含量。一般在適宜的營養(yǎng)條件下會促進藻體、貯存多糖和蛋白質(zhì)的生成，而貧氮等條件下促進脂類和色素的生成[6，13，43]。如使用L-苯丙氨酸作強化劑，可提高蛋白核小球藻和普通小球藻的黃酮和脂類的含量[43]；低光強度自養(yǎng)培養(yǎng)條件下添加硝酸鹽可提高葉黃素的含量[44]。通過優(yōu)化蛋白核小球藻養(yǎng)殖條件，其脂肪比例高達27.12%，多不飽和脂肪酸占53.25%，α-亞麻酸占39.93%[22]。用葡萄酒糟等廢料也可實現(xiàn)小球藻中試級混合培養(yǎng)[45]。

4.3.3 高效低耗的收獲技術(shù)

工業(yè)上，小球藻收獲多采用高能耗的離心和高運行成本的膜過濾完成。若將水體湍流與氮磷脅迫結(jié)合進行小球藻自絮凝沉降收集，藻體回收率高達94.5%[46]。

4.3.4 工業(yè)化破壁技術(shù)

珠磨、高壓均質(zhì)、高速均質(zhì)均有成熟的工業(yè)化設(shè)備，相對破壁率高，但易破壞活性成分[8，29]。已有100 m3/h容量的超聲波和脈沖電場上市，為小球藻破壁提供了新選擇[9，29]。但這些設(shè)備存在共同缺陷，比能耗高，只能作用于較低濃度的藻漿[29]。新興的固體超微粉碎技術(shù)在微藻破壁工業(yè)中值得深入研究探討，而目前尚無可產(chǎn)業(yè)化且適合生物精煉的溫和細胞破碎技術(shù)[9，29]。

4.3.5 多組分高效的提取純化技術(shù)

生物精煉的實質(zhì)是在保持活性的前提下，分離純化多組分[8，40]。如結(jié)合球磨破壁、脂酶酶解，提取到68%的水溶性蛋白質(zhì)、74%的糖類、88%的脂肪，可避免有機溶劑對蛋白質(zhì)功能性的不可逆破壞[47]；用StargenTM和CarezymeTM復合酶輔助結(jié)合正丁醇/硫酸銨體系三相分配技術(shù)，在溫和條件下實現(xiàn)蛋白核小球藻脂肪和蛋白質(zhì)的同時提取，蛋白質(zhì)提取率達78.1%[48]；采用兩次三相分配技術(shù)對普通小球藻的藻泥進行多組分分離提取，即酶解離心上清液使用正丁醇和硫酸銨體系分離蛋白質(zhì)、多糖，對離心沉淀酸化后用正戊烷/乙醇體系分離脂類、蛋白質(zhì)、脫鎂葉綠素[25]。利用微波輔助正丁醇/硫酸銨體系三相分配技術(shù)，普通小球藻蛋白質(zhì)得率提高2.54倍[49]。采用脈沖電場輔助乙醇提取色素，較單純的溶劑提取，葉黃素得率提高2.2倍、葉綠素得率提高5.2倍[50]。

5 結(jié)論

小球藻營養(yǎng)豐富，具有多種保健功能，但生產(chǎn)成本高。國內(nèi)小球藻藻粉和藻片多為未破壁的噴霧干燥產(chǎn)品，消化率低，亟需進行工業(yè)化細胞破碎處理。目前，消費者對小球藻營養(yǎng)功效不甚了解，將其用于傳統(tǒng)食品中易引發(fā)顏色、質(zhì)構(gòu)、風味（海腥味）等變化，限制了小球藻大規(guī)模推廣。實現(xiàn)基于全產(chǎn)品鏈高值化利用的生物精煉是小球藻產(chǎn)業(yè)的終極發(fā)展目標，需從育種、養(yǎng)殖、下游處理、食品開發(fā)等環(huán)節(jié)進行機理、技術(shù)、設(shè)備的深度研發(fā)。只有研究機構(gòu)與企業(yè)的通力合作，才能生產(chǎn)出更多受消費者喜歡的小球藻食品，將小球藻產(chǎn)業(yè)做大做強。