什么是微藻?微藻有哪些功能?

微藻,一种古老的生命体,地球演化过程中氧气的主要缔造者,高等植物进化过程中的共同原始祖先,地球生态系统中近90%的氧气制造者,初级生产力的主要贡献者,无处不在、“无所不能”、“脚踏”多个行业,玩跨界发展,神一样的存在。

什么是微藻?

微藻就是微小的藻类。所谓“微小”,通常是指一般需要借助显微镜才能观察到个体形态。那么什么是藻类?藻类通常是指水生的,光合生长的低等“植物”。与植物一样,微藻具有光合色素(叶绿素等),可以进行光合作用,即利用阳光、二氧化碳和水合成生物质并进行生长,但微藻没有根、茎、叶的分化。根据矛盾的对立统一规律,有微藻,那必然有大藻,如大家比较熟悉的海带、紫菜等。

 微藻有哪些种类?

微藻种类繁多,然而,目前实现商业化生产的微藻数量并不是很多,主要有螺旋藻、小球藻、雨生红球藻、杜式盐藻、寇式隐甲藻、微拟球藻等,还有一些海洋微藻,如球等鞭金藻、三角褐指藻、扁藻、角毛藻、海链藻等,这些海洋微藻主要作为生物饵料应用于水产行业。

微藻的功能有哪些?

微藻的用途取决于微藻的功能或能力。简单来说,微藻的主要能力有以下两点:

 高效的光合作用

微藻能高效地利用光能、二氧化碳和水进行光合作用,产生氧气并合成碳水化合物,通过进一步生化反应,合成蛋白质、油脂等多种营养物质。与其他植物相比(玉米、大豆等),微藻的生长速率更快,单位土地面积所产出的生物量更多。同时,微藻在生长过程中吸收大量的氮、磷等无机元素。因此,微藻可以作为食物,固碳、净化空气及处理废水。

合成生物活性物质

微藻除了能合成蛋白质等大众化的营养物质外,还能合成很多独特的生物活性物质、如不饱和脂肪酸(DHA、EPA、AA等)、类胡萝卜素(β-胡萝卜素、虾青素、叶黄素、玉米黄质等)、色素-蛋白复合体(藻蓝蛋白、藻红蛋白等)、多糖、活性多肽等。这些生物活性物质对人体非常有益,如不饱和脂肪酸(典型代表为号称”脑黄金”的DHA),具有调节血脂、预防心血管疾病、促进婴幼儿大脑细胞发育等功效。

 微藻的用途

食品行业

食物与食品添加剂

微藻富含碳水化合物、蛋白质、维生素、矿物质等多种能量和营养物质,如螺旋藻和小球藻中蛋白质含量一般可以到达细胞干重的50~70%。目前,微藻常被认为是超级食物(Superfood)或未来食物(Foodof future)。实际上,非洲乍得湖附近的居民已经有上千年食用螺旋藻的历史。我国在60年代初,饥荒时期,曾掀起过全民养殖小球藻的风潮,作为食物充饥。当前,可作为食物的微藻主要有螺旋藻、小球藻、念珠藻(发菜、葛仙米)等。除了将螺旋藻和小球藻制成藻粉冲泡或压成片剂服用外,通常还可以将其添加到其他食品中,如做成微藻面条、微藻面包、微藻点心等。

食用油

在特定的培养条件下,某些微藻可以合成大量油脂,经提取及深加工后作为食用油。目前,美国已经成功开发出微藻食用油,与其他植物食用油相比,微藻食用油的不饱和脂肪酸含量更高(对人体益处多多),发烟点温度更高(即表示在一般的炒菜温度范围下,产生的油烟更少)。

生物医药大健康产业

 营养补充剂

小球藻和螺旋藻,是目前市场上最常见的营养补充剂,其对人体主要起作用的是蛋白质、活性多肽、类胡萝卜素、维生素、矿物质等。

微藻中的生物活性物质,如虾青素,β-胡萝卜素、DHA、EPA等常被提取出来,精制后做成胶囊。虾青素被誉为“抗氧化剂之王”,具有清除人体内氧自由基的功效。

总体而言,食用微藻及微藻产品,具有补充人体营养、提高免疫力、增强体质、预防心血管等疾病发生的概率,但它们没有某些直销或会销所宣传“无所不能”的神奇功效。

水产行业

 生物饵料

在水产育苗过程中,微藻,主要为硅藻和金藻,常作为贝类、虾类及鱼类幼体的开口饵料。同时,微藻也常用于动物性次级饵料(如轮虫、卤虫、枝角类等)的营养强化,主要提高动物性饵料的营养成分,尤其是不饱和脂肪酸的含量,然后投喂给水产幼苗。饵料微藻的使用可以显著提高水产幼苗的存活率、保障幼体正常的变态和发育,增强免疫力、促进幼苗的生长。

 调水剂

微藻在水产养殖中常作为调水剂,即调节和控制养殖水质。微藻可以吸收养殖水体中氮、磷等无机盐、同时释放出氧气,提高水体中的溶解氧。此外,藻体还可以直接被浮游动物和某些鱼类食用。因此,微藻可以净化水质、提高溶氧、抑制有害微生物,保障养殖水体的稳定与健康。目前,作为调水剂的微藻主要有小球藻、硅藻等。

水产饲料

微藻中富含蛋白质、不饱和脂肪酸,因此可以替代水产饲料中鱼粉和鱼油。此外,水产饲料中添加微藻,可以显著地提高观赏鱼和虾的色泽。

 水产疫苗

平安彩票目前,有不少研究机构和企业正在开发利用藻细胞生产水产疫苗,然后将微藻直接投喂给水产动物,以预防和避免水产动物大规模病害的发生。

农业行业

动物饲料

微藻营养丰富,可以作为家禽畜牧饲料的添加剂,改善肉质、提高营养、增强家禽畜牧的免疫力、降低疾病发生概率。目前,已经有不少企业将微藻添加到鸡饲料中,生产出富含不饱和脂肪酸的高品质鸡蛋。

普通鸡蛋(左)和微藻鸡蛋(右)

 生物肥料

微藻生物肥料,利用微藻建立土壤微生态系统,增强土壤营养,改善土质、从而促进植物生长,提高产量及农产品品质。目前,已经有商品化的微藻生物肥料。

未用微藻生物肥(左)和使用微藻生物肥(右)的芸豆植物

护肤和药妆品行业

护肤品

平安彩票雨生红球藻中的虾青素由于强大的抗氧化性能,添加到护肤品,具有抗皱纹及皮肤老化、抗嗮、防紫外等作用。同时,微藻提取混合物,主要有蛋白、脂肪酸、胡萝卜素、多糖等也常作为护肤和药妆品的添加剂,具有清除老化皮肤细胞,保持皮肤健康的功能。目前,市场上已经有不少含有微藻活性成分的护肤和药妆品,如美国的商品名为“Alguronic Acid”的药妆产品。

材料行业

生物塑料

微藻藻体直接与树脂混合加工生成泡沫塑料,目前已经实现商业化生产,并生产出了微藻生物塑料产品。详见本公众号往期内容。

微藻塑料制成的鞋子

环保行业

 生物固碳

利用微藻光合生长过程中吸收二氧化碳的能力,实现对工厂和燃煤电厂排出的二氧化碳进行生物固碳,实现碳减排和生物资源的循环利用。目前该技术应用属于热门话题,处于中试和示范阶段,尚未实现大规模应用和产业化。

德国水泥厂旁边的微藻固碳示范系统

 废水治理

与微藻生物固碳一样,利用微藻进行废水处理,也是热门话题。利用微藻吸收废水中的有机物及氮磷元素的功能,可实现大幅度降低废水中的COD,总氮、总磷等含量。随着我国对环保的要求越来越严,高环保压力下将会极大地促进该技术的发展。目前,微藻处理废水技术处于示范和推广阶段。

能源行业

生物能源

利用微藻积累油脂的能力,可以将藻细胞内油脂提取后或整个藻体水热液化后,经进一步加工和精制可以生产生物柴油。此外,利用微藻体作为原料,经发酵可生产燃料乙醇,或经厌氧发酵生产甲烷,或燃烧进行生物质发电,还可以微藻产氢。利用微藻产生物质能源前景很好,但难度很大,主要是成本过高,目前处于中试和示范阶段,离商业化应用可能需要还有一段时间。

建筑与艺术行业

微藻建筑物

德国建成了世界上第一座结合微藻的建筑物。在建筑物的南面墙体表面嵌入了光生物反应器,用于培养微藻。微藻经采收后用于燃烧发热,给建筑供暖,同时燃烧产生的二氧化碳又返回给微藻作为碳源供微藻生长,实现碳的循环利用。同时,建筑物表面的微藻可以给房间遮阴,隔热及降低外界的噪音。

德国的微藻建筑物

航空航天行业

受控生态生命保障系统

平安彩票受控生态生命保障系统(Controlledecological life support system,CELSS),是人工建造的微型密闭生态系统,即在太空舱中实现物质的自主循环和自给自足,从而持续供应宇航员生存所需的食物、氧气和净水等。微藻光合作用产生的氧气可提供给宇航员呼吸、产生的二氧化碳重新被藻类吸收实现循环,同时微藻还可以作为食物供给宇航员食用。

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