光语带你认识微藻 第十二篇——小球藻(Chlorella)

光语带你认识微藻

第十二篇——小球藻(Chlorella

 

单位:上海光语生物科技平安彩票

微信公众号:Leadingtec

作者:俞建中(微信号:Scophy117

 

 

(1)今天我们说的小球藻仅指我们吃的那个小球藻。

(2)今天不打算做广告。

  1. 先说分类

小球藻(Chlorella)属绿藻门(Chlorophyta) 绿球藻目(Chlorococcales)小球藻科(Chlorellales)中一个重要的属。小球藻为单细胞微藻,球型或椭球型,直径多在3~8微米,一般为光合自养生长繁殖,部分种株同时具有能光自养和异养的特性。我们平时见到的作为保健品的小球藻称为普通小球藻(Chlorella vulgaris),如图1。

小球藻,Chlorella vulgaris Beyerinck  (Algaebase:5688)

图1.小球藻,Chlorella vulgaris Beyerinck  (Algaebase:5688)

图2.小球藻透射电镜照片(Liu &Xiong,2009),“py”表示蛋白核。

图2.小球藻透射电镜照片(Liu &Xiong,2009),“py”表示蛋白核。

“py”表示蛋白核。很多人来问蛋白核小球藻的事情,其实这个种大家上国外的几个藻库检索下就知道是什么情况了(如CCAP,ATCC,SAG,NIES,UTEX等种质资源库)。关于小球藻属的分类情况已经有了较为详细的研究(Fottea 11(2): 293–312, 2011),在此也不多说了。

2.小球藻的历史

小球藻约诞生于前寒武纪时代,距今约25亿年,因为个体微小,直到1890年,才由荷兰微生物学家Beijerinck发现,命名为普通小球藻(Chlorella vulgaris,拉丁文中Chlor是绿的意思,ella是小的意思),并进行了分离培养。据说在一战和二战期间,德国对此物种进行研究,尝试培养作为食物,二战后,此项研究转移至美国斯坦福研究中心和卡内基中心。1951年,洛克菲勒基金资助日本政府,在Hiroshi Tamiya(田宫博?)博士的带领下研发小球藻的培养和采收,尝试商业化生产的方式,该研究成果吸引了美国和前苏联的宇宙空间计划的注意,意图作为太空航行的(概念)食品,并由此引导了日本科学家将其开发作为人类的健康食品。1963年,Kaminaka将喷雾干燥技术应用于小球藻的生产,并解决了细胞破壁的技术问题,使得小球藻的消化吸收率达到80%以上(不破壁为47%)。我国在60年代,因为众所周知的原因,曾进行过大范围的土法养殖小球藻作为饲料和食物的运动。

图3.一百多年前的文献,Beijerinck发现小球藻的论著。

图3.一百多年前的文献,Beijerinck发现小球藻的论著。

图4.保藏于CCAP的小球藻(编号211/11B),为Beijerinck所分离的普通小球藻典型株(另见同源株UMACC 248; SAG 211-11b; UTEX 259; IAM C-207; UTCC 111)

图4.保藏于CCAP的小球藻(编号211/11B),为Beijerinck所分离的普通小球藻典型株(另见同源株UMACC 248; SAG 211-11b; UTEX 259; IAM C-207; UTCC 111)

70年代日本首先实现小球藻规模化培养,并开发小球藻作为人类的健康食品,80年代又相继开发出健康和美容系列产品,包括小球藻食品、小球藻饮料、小球藻绿酒、小球藻化妆品等。目前实现商业化生产的国家和地区有日本(企业有太阳、八重山等)、中国大陆(新大泽、赐百年、绿安奇等)、台湾(绿藻、远东、味丹等)、韩国(大象)、德国(ALGOMED)和葡萄牙等。

3.小球藻的规模化生产

小球藻的规模化生产有主要是两种模式,一种是光养,利用室外的开放池进行养殖,小球藻利用太阳能进行生长繁殖,养殖设施上,传统的利用圆池(如日本八重山),而后有利用螺旋藻养殖的跑道池进行养殖(如我国的新大泽和赐百年),而德国和葡萄牙已经实现利用玻璃管道进行培养;另一种为异养,利用发酵罐进行培养,小球藻利用葡萄糖为能量物质进行生长和繁殖。

图5.八重山的小球藻养殖工艺,首先进行种子液的培养,然后在圆池中进行放大培养,以碟片式离心机进行浓缩,浓缩液冷却后(抑菌)进行短暂的加热处理(灭菌及灭叶绿素酶酶活),进行喷雾干燥后即可进行压片等后续加工。(破壁的工艺有几种可选,如对浓浆进行碾磨或高压均质,对干粉进行气流对撞等)

图5。八重山的小球藻养殖工艺,首先进行种子液的培养,然后在圆池中进行放大培养,以碟片式离心机进行浓缩,浓缩液冷却后(抑菌)进行短暂的加热处理(灭菌及灭叶绿素酶酶活),进行喷雾干燥后即可进行压片等后续加工。(破壁的工艺有几种可选,如对浓浆进行碾磨或高压均质,对干粉进行气流对撞等)

 

光养和异养的小球藻产品还是有很大区别,首先因为发酵通常无光,所以发酵小球藻的叶绿素含量一般要低于室外光养的,干粉颜色较为鲜绿,而光养小球藻颜色更接近墨绿,这个通常用肉眼就可以分辨,另一个典型特征是光养小球藻的蛋白含量通常高一点,而异养小球藻的油脂含量高一点。不过两者的功效比较,老俞好像没看到报道,而且所见的有关小球藻的功效文献几乎都是利用光养产品做的实验。目前日本有相当部分产品为异养发酵,韩国大象公司也是发酵小球藻的主要生产商之一,我国的小球藻异养发酵尚处于起步阶段。

图6.左图为某品牌的光养小球藻(墨绿),右图为某品牌的发酵小球藻(鲜绿)。

图6.左图为某品牌的光养小球藻(墨绿),右图为某品牌的发酵小球藻(鲜绿)。

4.小球藻的应用

(1)作为食品。小球藻具体的营养成分就不列表了,特征是蛋白含量高/质量高、叶绿素高、脂肪酸中不饱和成分含量高、微量元素和维生素种类多含量丰富。最初小球藻开发作为食品,一个原因是它生长速度快,第二个原因就是因为蛋白含量高,最高可接近70%,不过小球藻与其他单细胞蛋白开发的物种一样,具有核酸高的特点,因此无法直接作为主粮。不过因为小球藻具有藻香味和叶绿素高等特点,作为食品加工中的添加剂却具有独特的优势,例如作为各种食品加工的天然色素、烘焙中的调香剂(喜羊羊的青草蛋糕?)、改善食品配方等。

图7.小球藻用作食品添加剂。

图7。小球藻用作食品添加剂

(2) 作为保健品。首先容老俞吐槽几句,我们的产品标准,包括我们很多保健品销售人员在讲解小球藻的时候,都在强调小球藻蛋白如何如何,小球藻的蛋白含量跟它的健康功效正相关么?目前老俞没见到任何研究报告说明蛋白含量跟功效直接相关。作为保健品,个人认为,小球藻无论在功效数量和效果的显著性上,相比其他许多产品,还是有很显著的优势。小球藻的功效验证已经做了很多年的研究,早期日本的学者们就狠下了功夫,甚至直接做人体临床,近年的研究追求文章的影响因子,研究深度程度是增加了,但是对普通消费者而言反而不够直观。小球藻的健康功效用几个词概括:“研究历史长、功效种类多、效果显著”,在此不赘述,文献大把大把的,看官们请自行检索。

图8.德国ALGOMED(罗盖特控股)的管道养殖设施及其产品

图8.德国ALGOMED(罗盖特控股)的管道养殖设施及其产品

5.小球藻生长因子(CGF)

要说小球藻跟其他健康产品相比,最大的特点,就数这个CGF,不过就老俞看,目前没谁能把这CGF说明白。

最初,是日本东京国民科学中心的Fujimaki博士在上世纪50年代早期利用电泳的方法从热水处理的小球藻中提取获得一个混合物组分,发现具有促进青少年及动物幼体健康生长的作用,因而命名为小球藻生长因子(Cholorella Growth Factor,CGF),这个混合组分包含了核酸、氨基酸、蛋白肽段、维生素、矿物质、多糖、糖蛋白和β-葡聚糖等诸多物质,有观点认为这是小球藻促动自身细胞生长和繁殖的物质。关于CGF的功效,个人的体会,可用强大甚至带点神奇来形容,验证研究也不少,在此也不做搬运工了。

不过CGF本身的属性很大的限制了产品的后续开发:(1)功效物质不确定,或者说一坨混合物能起作用,但是单个物质分离出来都显现不了那么好的功效,因此无法定性定量的衡量这个产品,也就是说标准没法定,貌似某些中草药也有这个情况,功效物质没法界定;(2)原料及提取的方法对产物的影响很大,这个那个的原料和方法来提取,产率高了,不见得功效就好了,依然是产品标准的问题;(3)按常规的小球藻胞内水溶组分这个概念,含量很低而成本很高,限制了应用。

就CGF这个命名来说,诸多专家也对此表示了异议,现在学术界更倾向于用小球藻提取物来命名(Chlorella Extract,CE)

图9. 日本太阳小球藻系列产品,部分标注含有CGF

图9. 日本太阳小球藻系列产品,部分标注含有CGF

6.小球藻产业和产品开发

日本的小球藻产业发展最早,而后是台湾跟进,相应的法规较为健全。美国FDA已经通过原始小球藻(GRAS Notice:000330,该藻种已经由Chlorella protothecoides更名为Auxenochlorella protothecoides,不属于小球藻属)和普通小球藻(GRAS Notice: 000396)的一般性安全认证(Generally Recognized As Safe )认证,我国在2012年通过了蛋白核小球藻的新资源食品认证,已经通过认证的健字号约10个左右。

产量规模来老俞觉得难以统计,几个主要生产企业所报的数据多少带点水分,产量和产能毕竟不能对等起来,不过总体的市场反应,销量是有一定上升的。

小球藻终端产品以日本市场最为丰富,根据日本医药健康类销售网站KENKO(http://www.kenko.com/) 的统计数据,约有500多种小球藻或含有小球藻组分的产品,类型囊括健康食品、食品/调料、辅助医药、 化妆品/日用品、宠物饲料/用品、饮料类等。德国ALGOMED公司的小球藻产品有藻片、藻粉、面条、小食品、口香糖等种类。我国小球藻产品的开发相对匮乏,直面市场的产品种类寥寥几种。

图10.日本市场的小球藻饮料产品

图10。日本市场的小球藻饮料产品

7.我国小球藻产业面临的问题

问题很多,也很大!不说规模,规模好铺,砸钱就立竿见影。

最大的问题,缺乏标准化的生产工艺,包括养殖与采收加工。一个整体性的系统工程,还涵盖了管理的问题,一个环节没做好,就影响整体的效率和水平,单个环节再有优势也会淹没在整体的颓势中。具体的而言:藻种问题,藻种从试管到养殖池的流程,养殖过程控制,采收干燥的流程(国内的工艺,感觉少了那么一两步),设备的选用,和具体细节管理的执行度都有问题。

上面的问题,导致了产品质量的问题,产品的合格率、优质率都不尽如人意,产品几个关键指标的控制累死质控人员了。

再者又涉及到产品开发的问题,技术层面,即使是压个片,也有很多道道;产品开发和生产也有很多自以为是的行为,导致了产品推广中遇到了很多问题。

总体而言,小球藻这个产业在老俞看来,希望大大的,同时问题多多的,就当前的形式,谁肯痛下决心先来个大整顿,谁就有机会占领先机。

俞建中博士系列藻类科普文章链接:

光语带你认识微藻 第一篇——什么是微藻

光语带你认识微藻 第二篇——微藻的商业化开发和应用

光语带你认识微藻 第三篇——微藻培养简介

光语带你认识微藻 第四篇——紫球藻

光语带你认识微藻 第五篇——雨生红球藻

光语带你认识微藻 第六篇——虾青素与其功效

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