螺旋藻培养新技术及其新型食品的研发与应用_彭敏.pdf
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1、收稿日期:作者简介:彭敏(),女,在读硕士,研究方向为天然化学产物。通信作者:张迎庆(),女,博士,教授,研究方向为天然化学产物。专题综述螺旋藻培养新技术及其新型食品的研发与应用彭 敏,王 婷,童雅琴,张迎庆,梅兴国(湖北工业大学生物工程与食品学院,湖北武汉;湖北真奥医药研究院,湖北咸宁)摘 要:从优化光源分布、培养基成分的改良、改善培养环境、提升二氧化碳利用率方面综述螺旋藻的培养新技术,从螺旋藻在面食、发酵食品、食品补充剂和添加剂方面介绍新型食品的研发和应用,旨在为螺旋藻研究提供有效参考价值。关键词:螺旋藻;培养;食品;研发;应用 ,(,;,):,:;中图分类号:文献标志码:文章编号:()螺
2、旋藻是由单细胞或多细胞组成的,其生物体的物理结构呈现涡旋线状的蓝绿色藻类,主要分为钝顶螺旋藻、极大螺旋藻和印度螺旋藻 种。螺旋藻营养丰富,其铁含量为一般含铁食物的 倍,钙含量是牛奶的 倍,蛋白质的可吸收性是牛肉的 倍,是维生素 和 胡萝卜素含量最高的食品。螺旋藻具有多种保健作用,可以降低胆固醇、保护肠胃、防治高血脂、抗疲劳、提高免疫功能和抑制癌细胞增殖等作用,是 种具有发展前景的食品原料,其功能性新型食品的开发一直是研发重点。螺旋藻生长在水中,易于收获和加工,在国内外均有大规模人工培育,其培养新技术一直是人们关注和研究的热点。本文从螺旋藻的培养条件方面综述螺旋藻的培养新技术以及介绍了利用螺旋藻
3、作为食品原材料开发出来的新型食品,以期为螺旋藻的深度开发利用提供参考。螺旋藻培养新技术目前螺旋藻培养新技术可以分为封闭式光生物反应器和开放式池塘。开放式池塘可分为天然水域,如湖泊、泻湖、池塘和人工池塘或容器。虽然开放式系统在建设和操作上更容易,生产和运营成本更经济实惠,但是水分易蒸发损失,二氧化碳易扩散到空气中,并且需要大片土地来建造培养池,生物量生产力较低,最主要的是螺旋藻暴露在自然环境中会受到污染。光生物反应器是 个封闭的有照明的培养容器,不与环境直接交换气体,不容易受到污染。光生物反应器优化设计的藻类温室和受控环境系统可以提高螺旋藻产量,并且粮食与油脂 年第 卷第 期对回收介质进行合理处
4、理,可以有效地控制污染物,因此封闭式光生物反应器培养技术也正在成为螺旋藻的主流培养方式。螺旋藻的大规模培养取决于营养物质的可用性、温度和光照等许多因素。优化光源分布螺旋藻的培养需要适当的光照,封闭式光生物反应器系统可以使用人工光源或自然光源,也可以二者同时使用。虽然在大规模种植中大多数作物都使用太阳光作为能源,但光的颜色、波长、光暗频率都对螺旋藻的生长有影响,而人工光源具有可控性,可以通过高效、规范地控制光的颜色、频率、强度等实现藻蓝蛋白和必需脂肪酸等高附加值生物化合物高产。因此,人工光源是发展必然趋势。等在不同颜色的发光二极管下培养螺旋藻,发现二极管的光源可以促进细胞生长和藻蓝蛋白产生,在绿
5、光灯照射下的螺旋藻产生的藻蓝蛋白的最高浓度是荧光对照试验的 倍左右,但这种优化会消耗额外的电能导致生产成本增加。等发现通过调节光照和光暗频率可提高螺旋藻的产量,且耗电量相对较低。培养基成分的改良商业规模的螺旋藻养殖依赖于以分析级为基础的培养基,生长主要依赖于 培养基,属于高成本生产,大规模的螺旋藻养殖生产也因此而受到限制。培养基的氮源改良是性价比较高的培养方式,等用低成本培养基()生产的螺旋藻的叶绿素含量和干重均高于标准 培养基,由此可见 培养基可作为培养螺旋藻 的 替 代 培 养 基。等通 过 使 用 肥料为螺旋藻的大规模生产制定的培养基的生物量和蛋白质优于其他几种测试的标准培养基。最经济的
6、生产方式应该是废弃物的综合利用,如 等利用沼气生产废水培育螺旋藻和 等利用鱼类废弃物中的鱼蛋白质水解物作为有机氮源代替无机氮用于螺旋藻的养殖,但要对废弃物进行去污处理,防止螺旋藻在培养过程中被污染。如利用沼气废水生产螺旋藻,由于螺旋藻具有较高的重金属积累能力,因此需要注意废水中的重金属对螺旋藻产生污染。改善培养环境磁场可以刺激或抑制生物有机体的生长,并可能通过改变碳水化合物、蛋白质的合成和必需氨基酸的积累来影响微生物的代谢。等研究发现,增加磁场后螺旋藻的增长率提高了%。等做同样研究,发现在室外进行 的磁场作用除改变蛋白质形态外,还增加了生物量浓度和叶绿素 含量,并且室外螺旋藻的生长()高于室内
7、(),施用磁场也不会增加培养基中氮、磷的消耗。磁场处理具有成本低、无毒、无污染、安全、使用方便等优点,具有广泛的应用前景。提升二氧化碳利用率二氧化碳为螺旋藻的生长提供碳源,在二氧化碳供应有限的商业化生产环境中,也可用其他物质作为碳源,提高二氧化碳的利用率是最佳方法之一。培养螺旋藻所需的二氧化碳通常使用位于生物反应器底部的多孔分散器以分散形式提供,但这种供应方式传质效率低、停留时间短。等开发了 种在管式光生物反应器中的膜分散器,以促进螺旋藻对二氧化碳的固定,在此模型下螺旋藻对二氧化碳的利用效率可以达到%。接触器和喷雾器是微藻类培养中用于供应二氧化碳的膜系统,膜接触器的研究始于 年,而膜喷雾器是
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