微藻的活性成分及應(yīng)用研究進(jìn)展

摘 要：微藻憑借其豐富的代謝產(chǎn)物及獨(dú)特的生理特性，在可再生能源、生物醫(yī)藥、食品工業(yè)及環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。微藻體內(nèi)富含蛋白質(zhì)、多糖、維生素、脂肪酸、多種無機(jī)元素以及多種微量元素等，是一種純天然的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。對(duì)此，介紹了微藻的生長(zhǎng)條件，闡述了微藻的活性成分，分析了微藻的活性應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：微藻；活性成分；pH值

中圖分類號(hào)：Q946 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）12–00-03

微藻是一種具有獨(dú)特生物學(xué)特性和生物活性的古老植物，其分布廣泛，以多樣化的生活習(xí)性和頑強(qiáng)的生命力成為生態(tài)系統(tǒng)不可或缺的基石，在自然界中扮演著重要的角色，并在人類的生活和生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。近年來，隨著微藻研究的深入，微藻獨(dú)特的生物活性成分在可再生能源、生物醫(yī)藥、食品工業(yè)及環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，市場(chǎng)前景廣闊。對(duì)此，綜合性評(píng)述微藻的活性成分及其應(yīng)用研究進(jìn)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 微藻的生長(zhǎng)條件

影響微藻生長(zhǎng)的條件復(fù)雜多樣，包括光照、溫度、pH值、營(yíng)養(yǎng)鹽等方面。在人工培養(yǎng)條件下，需要全面考慮這些因素并采取相應(yīng)的措施以獲得最佳的培養(yǎng)效果和應(yīng)用價(jià)值，為其在各方面的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1.1 溫度和pH值

溫度和pH值對(duì)微藻生長(zhǎng)的影響顯著，且不同種類的微藻對(duì)這兩者的適宜范圍存在差異。在適宜的溫度和pH值范圍內(nèi)，微藻的生長(zhǎng)速度會(huì)隨著溫度和pH值的升高而加快，但當(dāng)溫度和pH值超過最適宜范圍時(shí)，微藻的生長(zhǎng)速度可能會(huì)受到抑制甚至導(dǎo)致微藻死亡。

劉加慧等[1]通過中心復(fù)合法實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)測(cè)試出微藻的最適宜pH值為6.0～9.0，其中，小球藻的最適宜溫度為16～34 ℃，螺旋藻的最適宜溫度為25～35 ℃，適宜pH值為8.3～10.3。由此可見，溫度和pH值都是影響微藻生長(zhǎng)的重要因素，不同種類的微藻對(duì)pH值的適應(yīng)性也有所不同。

1.2 光照條件

不同種類的微藻對(duì)光照強(qiáng)度、光質(zhì)的需求有所差異。通常情況下，光照強(qiáng)度越高，微藻的生長(zhǎng)速度越快，但各品種微藻對(duì)光照強(qiáng)度的適應(yīng)性也各不相同。馬興冠等[2]通過改變小球藻培養(yǎng)時(shí)的光照強(qiáng)度發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光強(qiáng)達(dá)到一定范圍（＞12 000 lx）時(shí)，小球藻的生長(zhǎng)率均呈下降趨勢(shì)，在光強(qiáng)＞14 000 lx時(shí)，小球藻生長(zhǎng)率出現(xiàn)了斷崖式下跌。

光質(zhì)也可以看作光的波長(zhǎng)，不同顏色LED光質(zhì)對(duì)螺旋藻藻藍(lán)蛋白的合成起著重要作用，光照條件是影響微藻光合作用的重要因素。張佩東等[3]通過改變LED燈的光質(zhì)發(fā)現(xiàn)，紅光對(duì)微藻的生長(zhǎng)具有顯著的促進(jìn)作用，在此基礎(chǔ)上，謝佳文等[4]發(fā)現(xiàn)紅光對(duì)螺旋藻的生長(zhǎng)速度有促進(jìn)作用，藍(lán)光有利于提高螺旋藻藻藍(lán)蛋白含量及純度。綜上所述，在光照強(qiáng)度＜12 000 lx的基礎(chǔ)上，微藻在紅光LED下生長(zhǎng)狀況最好。

2 微藻的活性成分

微藻中含有蛋白質(zhì)、多糖、脂肪酸、礦物質(zhì)、維生素等活性成分，這些重要活性成分的發(fā)現(xiàn)為其在各領(lǐng)域功能的挖掘奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.1 蛋白質(zhì)

微藻以其卓越的光合作用和蛋白質(zhì)生產(chǎn)能力脫穎而出，其蛋白質(zhì)含量較高。依據(jù)微藻種類不同，蛋白質(zhì)含量為40%～70%，部分種類甚至超越此范圍。以螺旋藻為例，其蛋白質(zhì)含量＞60%[5]。這一比例遠(yuǎn)超大豆（1.7倍）、玉米（9.3倍）、牛肉（3.5倍）及蛋類（4.6倍），彰顯了其作為蛋白質(zhì)來源的非凡地位，當(dāng)前尚無其他動(dòng)植物能及。同樣引人注目的還有小球藻，其蛋白質(zhì)含量穩(wěn)定在50%～58%，與酵母、大豆粉和牛奶等優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)來源相當(dāng)，進(jìn)一步證實(shí)了微藻作為蛋白質(zhì)寶庫的價(jià)值。

2.2 多糖

裸藻多糖占比超細(xì)胞干重50%，由線性β-1，3葡

聚糖聚合而成。海藻多糖種類豐富，占干重的15%～

75%，涵蓋黏多糖、結(jié)構(gòu)化與儲(chǔ)存多糖[6]。小球藻多糖最高達(dá)34.28%，以葡萄糖為主（58.8%～97.6%），含少量鼠李糖、甘露糖及半乳糖。螺旋藻多糖僅占其化學(xué)成分的2.0%。然而，螺旋藻、小球藻及鹽藻藻粉中的多糖占比提升至10%～40%，紫球藻與裸藻藻粉多糖含量更高，達(dá)干重的30%～60%。總體而言，海藻多糖含量高于裸藻、小球藻及螺旋藻，且微藻藻粉提取后多糖含量有所增加。

2.3 脂肪酸

微藻是水生生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，其在光合作用中扮演著關(guān)鍵的角色。微藻在生長(zhǎng)過程中積累了大量的油脂，這些油脂主要由脂肪酸組成，含有C12至C24的脂肪酸，通常含有單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸C16和C18[7]。不同種類的微藻在不同生長(zhǎng)條件下，脂肪酸含量會(huì)有所差異。一般而言，微藻細(xì)胞中的油脂含量可以達(dá)其干重的60%以上，脂肪酸含量更是占油脂的90%以上。不同生長(zhǎng)階段的微藻，細(xì)胞中的脂肪酸含量也會(huì)有變化。例如，在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期，微藻細(xì)胞中的脂肪酸含量較高，而在繁殖期則會(huì)較低。微藻中存在的脂肪酸主要包括棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、α-亞麻酸和二十碳五烯酸（EPA）等，其中油酸最為常見，亞油酸和α-亞麻酸次之。綜上所述，微藻的種類和生長(zhǎng)環(huán)境決定了其脂肪酸的種類和含量，不同種類的微藻含有不同種類和含量的脂肪酸。

2.4 其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)

微藻中富含多種維生素，包括維生素A、維生素C、維生素E、維生素K、維生素B1、維生素B2、葉酸等，這些維生素在人體內(nèi)具有多種生理功能，如促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育、維持免疫功能、抗氧化等。微藻中維生素含量因種類和生長(zhǎng)條件而異，一般來說，微藻細(xì)胞中的維生素含量較低，但相對(duì)于其他食物來說，微藻中的維生素含量較為豐富。史珅等[8]通過對(duì)小球藻和螺旋藻的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)小球藻中生物素含量是螺旋藻的10倍，葉酸含量小球藻是螺旋藻的16倍，小球藻是優(yōu)于螺旋藻的葉酸、生物素補(bǔ)充劑。

同時(shí)，微藻中富含多種礦物質(zhì)，包括鈉、鉀、鈣、磷、鐵、鋅、銅、錳、鈷、碘等，這些礦物質(zhì)在微藻的生長(zhǎng)和代謝過程中起著重要的作用，同時(shí)是人體健康所必需的元素。陳偉平等[9]通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定螺旋藻是一種富含多種維生素的微藻和礦物質(zhì)的物質(zhì)，且從成分分析結(jié)果可見，其中所含對(duì)人體有害的微量元素Pb、No、As極低，甚至達(dá)到了食品的限量標(biāo)準(zhǔn)，適于長(zhǎng)期服用。因此，微藻中的維生素、葉酸、礦物質(zhì)等活性成分是保健品的優(yōu)良原料。

3 微藻的活性應(yīng)用

3.1 疾病治療應(yīng)用

微藻體內(nèi)的諸多成分都具有藥理作用，加之其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，在醫(yī)藥界備受矚目。螺旋藻作為淡水微藻，富含蛋白質(zhì)、維生素及礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分，具有免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤、抗輻射等功效。研究指出，螺旋藻多糖（Polysaccharide from Spirulina Platensis，PSP）可助益

腫瘤治療與康復(fù)、抑制癌細(xì)胞生長(zhǎng)，并且，螺旋藻多糖的抗氧化性特性可能是神經(jīng)保護(hù)作用的基礎(chǔ)[10]。綜上，螺旋藻的核心成分PSP不僅能調(diào)節(jié)免疫，還展現(xiàn)出抗腫瘤潛力，因此被廣泛應(yīng)用于腫瘤、心血管疾病、胸腺與脾臟的萎縮等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

同時(shí)，小球藻等微藻富含多不飽和脂肪酸與蛋白質(zhì)，可預(yù)防心血管疾病，通過抑制血管緊張素轉(zhuǎn)化酶來降壓，并調(diào)節(jié)血脂與增強(qiáng)免疫。螺旋藻中的維生素B12被證實(shí)具有胃保護(hù)效果，著重強(qiáng)調(diào)了維生素B12在保護(hù)胃腸道免于胃潰瘍中的重要性，對(duì)抗胃潰瘍有顯著作用。同時(shí)，相關(guān)研究揭示了藻類TET同源物促進(jìn)維生素C衍生DNA修飾，其在遺傳病的治療中發(fā)揮了一定的作用，為遺傳病治療提供了新思路。

此外，維生素K1在微藻中含量豐富，被視為預(yù)防慢性病如骨質(zhì)疏松與心血管疾病的潛在營(yíng)養(yǎng)素。楊曉秋等[11]研究發(fā)現(xiàn)，綠藻富含鎂鐵元素，紅藻與棕藻則富含錳、鈉、鉀、鋅元素，由此可知不同類型的微藻富含不同礦物質(zhì)，可以補(bǔ)充患者缺乏的礦物質(zhì)元素，為礦物質(zhì)補(bǔ)充提供多樣選擇。

3.2 食品和保健品應(yīng)用

微藻，這一高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的植物資源，在食品工業(yè)與保健品開發(fā)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛前景。其中，微藻多糖具有較好的水溶性、成膜性、乳化性和穩(wěn)定性等特性，能豐富面食等食品的生物活性植物營(yíng)養(yǎng)素。陳峰等[12]提出微藻及其提取物主要以粉末、片劑、膠囊等形式被作為膳食補(bǔ)充劑應(yīng)用于保健食品領(lǐng)域，可以有效地富集膳食中的生物活性植物營(yíng)養(yǎng)素，既提升營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、優(yōu)化口感，又減少了糖分與油脂。同時(shí)，微藻富含的多不飽和脂肪酸、維生素等營(yíng)養(yǎng)成分，經(jīng)科學(xué)驗(yàn)證具備多種健康益處，棕色藻類不僅含有對(duì)人類有益的不飽和脂肪酸，還展現(xiàn)出低毒性與強(qiáng)抗氧化性，是開發(fā)保健品的理想選擇[13]。

不同微藻品種更是各具特色，如富含α-亞麻酸的微藻可用于開發(fā)降血壓、降血脂的保健品；富含維生素A的微藻則對(duì)視力有益，可用于開發(fā)改善視力的保健品；而富含葉酸的微藻則有助于預(yù)防胎兒神經(jīng)管畸形。此外，海藻中的碘元素在預(yù)防甲狀腺腫大方面亦具顯著作用，為開發(fā)抗甲狀腺腫大保健食品提供了原料。

3.3 材料開發(fā)應(yīng)用

微藻富含天然色素與抗氧化劑，具有美容活性及抗衰老特性，廣泛用于化妝品如面膜、乳液的生產(chǎn)制作。微藻中的脂肪酸、礦物質(zhì)具有保濕抗氧化的作用，有助于修復(fù)和治愈皮膚，適用于防曬、美白產(chǎn)品；螺旋藻次生代謝物具有抗斑點(diǎn)的作用，有助于去痘印[14]；

富含維生素的微藻可用于開發(fā)改善膚色、保護(hù)皮膚健康的化妝品；依托微藻多糖的保濕抗衰老特性，螺旋藻多糖可作為保濕霜、面膜等化妝品的原料，小球藻多糖可作為抗衰老面霜的原料[15]。

此外，藻類多糖水凝膠應(yīng)用于藥物運(yùn)輸、組織工程、傷口敷料、農(nóng)業(yè)化學(xué)用品、食品包裝等領(lǐng)域，其具有良好的生物相容性與生物可降解性，規(guī)避了傳統(tǒng)合成聚合水凝膠較差的生物相容性和生物降解性的弊端，優(yōu)于傳統(tǒng)水凝膠合成品。并且，微藻還可以作為飼料添加劑添加至動(dòng)物飼料中，如富含γ-亞麻酸的微藻作為飼料添加劑添加至動(dòng)物飼料中，有助于提高動(dòng)物的健康狀況和生產(chǎn)性能，同時(shí)增加肉質(zhì)的口感和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[16]。

3.4 能源和環(huán)境保護(hù)應(yīng)用

微藻，因單細(xì)胞、速生、強(qiáng)光合及高效固碳等特點(diǎn)，在能源環(huán)保領(lǐng)域前景廣闊。與傳統(tǒng)的生物柴油原料如大豆油、油菜籽油相比，微藻有更快的生長(zhǎng)速度和更高的油脂含量、更大的潛力。其能將二氧化碳轉(zhuǎn)化為油脂，用于生物柴油生產(chǎn)，緩解溫室效應(yīng)[17]。微藻還能光解水制氫，經(jīng)基因改造后，產(chǎn)甲烷與氫氣的效率得到提高，環(huán)保高效，成為能源發(fā)展的新方向[18]。

微藻具有吸收廢水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與重金屬離子的能力，與傳統(tǒng)處理系統(tǒng)相比，其利用陽光作為能源，可減少整個(gè)回收過程的碳足跡，低碳環(huán)保，適用于污水處理[19]。同時(shí)，微藻分泌物（如生長(zhǎng)激素、抗生素等）可促進(jìn)植物生長(zhǎng)，提高土壤質(zhì)量。研究表明，在微藻生物膜、市售尿素和不用氮源三種物質(zhì)的作用下，土壤中的有機(jī)質(zhì)增加，其中，微藻生物膜處理的土壤有機(jī)質(zhì)增加量最大，因此，微藻處理土壤增有機(jī)質(zhì)效果顯著[20]。

4 結(jié)束語

微藻中具有許多獨(dú)特的活性成分，如脂肪酸、維生素、蛋白質(zhì)、多糖等，這些成分賦予了微藻較高的應(yīng)用價(jià)值，其被廣泛研究并應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，包括生物能源、食品、醫(yī)藥、環(huán)境保護(hù)等。然而，當(dāng)前對(duì)于微藻靶向給藥系統(tǒng)的研究仍存在一定的不足和挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步探討和完善。未來的研究應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注微藻靶向給藥、微藻種質(zhì)資源的收集與評(píng)價(jià)、活性成分的分離純化與鑒定、生物活性機(jī)制及應(yīng)用領(lǐng)域等方面。同時(shí)，相關(guān)研究部門也應(yīng)加強(qiáng)國(guó)際合作與交流，以共同推動(dòng)微藻研究的深入發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)人類的可持續(xù)發(fā)展提供助力。

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收稿日期：2024-09-31

基金項(xiàng)目：2023年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（202310344026）。

作者簡(jiǎn)介：羅成偉（2003—），男，浙江溫州人，研究方向?yàn)橹兴庂Y源開發(fā)與利用。#通信作者：周芳美（1982—），女，浙江麗水人，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)橹兴幩幚?，E-mail：181613676@qq.com。