螺旋藻的开发利用与培训技术

螺旋藻的开发利用与培训技术（一）钝顶螺旋藻（Spirulina platensis Geitler）是蓝藻门、蓝藻纲、段殖体目、颤藻可、螺旋藻属内的一个种。

从六十年代被发现以来，引起了国际上生物学家和生物技术开发商广泛的重视。

这种藻的蛋白质含量高达58.5～71%，并具有合理的氨基酸组成（表1、表3）。

它与以往所研究的绿藻类显著不同的是，形成细胞壁结构的纤维极少，不需要经过复杂的加工即可被人和动物消化吸收。

据国外研究报导，其蛋白质的真消化率高达75%，生物学价值达68%。

螺旋藻的光能转化率高达18%，它的生物产量（以实验培养的中等产量计）可收获25吨/公顷/年，约合每亩年产3300多斤。

按含蛋白质60%计，折收蛋白质约2000斤。

据丹麦科学家B.O.依加姆博士等人分析，螺旋藻的氨基酸组份基本符合联合国粮农组织FAO的标准，甚至可与鸡肉和牛肉相媲美（表2）。

富的赖氨酸、苏氨酸和含硫氨基酸（蛋氨酸+胱氨酸）等人和动物的必须氨基酸，而这正是谷物蛋白质所缺乏的。

因此，把螺旋藻用作食品、饲料或饵料的添加成份，可以起到“蛋白质的互补作用”，可以解决植物蛋白质营养价值低的问题。

螺旋藻还含有甚为丰富的的维生素类，其中以β-胡萝卜素（维生素A的先驱物）含量最高，每百克藻体中达50.0毫克；此外，螺旋藻还有安全性高，无毒性（包括藻体与培养基），风味良好等特点。

螺旋藻的高光效特性，是人们充分利用太阳能来提取食品和饲料的巨大潜力所在。

螺旋藻还可在造纸厂、缫丝厂、制碱厂等工业废水中培植生长，吸收利用其中的的C源和N源以及其他无机营养成份，从而达到降低生产成本，防治环境污染，开展综合利用的目的。

据国外报导，美国、日本和墨西哥的医生用螺旋藻制成的医药品能治疗多种溃疡病、贫血病、糖尿病、某些肝脏病患和视觉障碍等病症，并可做减肥制剂，疗效很好。

日本还用提取——酶、β-胡萝卜素作——药物。

该藻还具有很高活性的氢酶，可作为光合制氢的生物材料。

目前，世界上已有许多国家和地区从事螺旋藻的开发———取得了—————的实际成效，如西德和印度自1975年起进行了六年的合作研究，现已建立起螺旋藻培养体系和批量生产技术制式，并根据印度具体情况，摸索出一套适合乡村水平的培养技术制式。

1974年以来，世界上已经建立起四家商业化生产螺旋藻的公司。

即日本的螺旋藻公司（培养池面积5000M²，年产150吨），泰国的大日本lnk公司（池面积2000㎡）年产100吨，我国台湾省台南县的兰宝树脂公司和墨西哥的索沙·台克斯库库公司（年产700吨）。

意大利从1985年开始，在乍得湖周围，建立规模庞大的螺旋藻工厂化生产，并计划到1990年占领国际蛋白质市场5%的商品量。

我国从七十年代以来，一些生物科研单位先后从国外引进了钝顶螺旋藻藻种。

中国科学院武汉水生生物所，南京大学生物系和中国科学院植物所等单位分别进行了螺旋藻生长培养和应用方面的试验。

1983年4月江西省农科院从印度中央食品技术研究所和丹麦科学家那里引进了钝顶螺旋藻藻种和详细的技术资料，并从当年起进行了生长培养和应用实验。

随着研究工作的逐步深入和发展，现在有不少单位展开了开发利用的研究。

农牧渔业部科技司在组织了有关单位进行可行性试验的基础上，成立了科研协作组。

螺旋藻作为一种有希望的蛋白质资源已在我国引起了各方面的重视和关注。

（二）蓝藻—钝顶螺旋藻的优点是在培养技术上比绿藻—小球藻或栅藻等要简单易行。

螺旋藻的藻体呈丝状（长约300～500微米，宽约8微米），藻体含有液泡，在旺盛生长时成片上浮，便于捞取收获。

螺旋藻的批量培养和生产可以分为两种制式：1）“干净制式”—利用新鲜、清洁淡水进行培养或生产，其中加进各种化学盐类。

收获产品主要可用作食品、饲料或医药原料。

2）“废水制式”—以污物或污水作为螺旋藻生长的营养物质。

收获的藻类产品主要用作饲料和饵料等。

但产品所含污染物必须在允许的范围内，以防止通过食物链传入人体。

原种的培养方法原种藻的保持—纯种螺旋藻可用斜面琼脂来保持。

试管斜面琼脂是以2倍的琼脂+CFTRI 培养基配制成的。

斜面在接种藻丝体以后，置于普通光线中培养。

CFTRI培养基中的营养成分见表6.在斜面琼脂上接种的培养藻，每隔30～40天要作一次继代培养。

此外，原种培养藻还可以用玻璃摇瓶加进CFTRI培养成份，以液体方式来保种。

方法是：将接种了原种的培养瓶放置在光线中，每天摇动2～3次，并每隔30～40天进行一次换液继续培养，这样也可达到继代保种的目的。

印度螺旋藻培养，开始时采用的是Zarrouk 氏培养基，（国际上通常采用的高浓度碳酸氢铵培养基，表4）由于这种培养基配制麻烦，且价格很贵，所以后来研究改用了一种简化培养基，以此培养基得到的螺旋藻产量同样较高。

为了避免这种最初接种物，在直射阳光的照射下发生藻细胞脱色现象，因此在开始一、两天要采取遮荫措施。

经过了两三天，当培养物逐渐生长并且达到一定厚度，呈较深的青色时，方可稀释进大玻璃瓶内进行二次培养。

原种培养物的保持与接种物的生长培养详见表5。

螺旋藻的露天培养方法螺旋藻的室外大批量培养，要在光照、培养液的pH 值、营养物、最初接种浓度和控制污染的条件达到最佳程度时，才能良好地生长。

影响室外培养的因素：藻的室外培养系统甚为复杂，它受外界的与内部的各种因素相互作用的影响。

图1所表示的是这种相互作用的示意形式。

利用自然条件进行藻类的大批量生产，显然应选在气候条件适宜的地区和季节。

但事实上各度的变化等多种气候因子。

有些场所尽管具备了有利的气候条件，但缺乏所需要的其他方面的基本条件而只得作罢论。

因此，必须考虑到环境条件的综合作用。

关于螺旋藻的室外培养和加工步骤可以参见图1，其生物技术因子详见图2.培养池:为使藻的培养做到既经济实用又简便易行，培养池的选择和建造是很重要的一个条件。

培养池的式样与构筑材料应因地制宜，考虑成本。

水池可用塑料制品构成，也可在地上挖坑，其中铺以塑料薄膜；或用砖与水泥衬砌。

至于形状和大小没有特别要求。

印度中央食品技术研究所以聚氯乙烯塑料组装板建池（图3），池面积有5㎡和11㎡两种规格，池的容积分别为600立升和1400立升。

此外，还建有31㎡面积的水泥池。

水池培养液的深度不宜超过20-25cm。

水池过深，阳光难以投射进下部藻层中。

因此，水泥衬砌池因有高碱性的钙离子或其他元素，很易溶融到池液内并蓄积在藻的细胞中。

营养物目前国际上对螺旋藻的实验室培养，一般仍采用Zarrouk 氏培养基，但这种培养基在用作大面积培养时成本太高，并且其中有几种化学药剂市上不易购到。

印度中央食品技术研究 所试验应用了一种较简单的营养配方（见表6），其中的A 5溶液和EDTA （乙底酸）则完全省去。

但在培养池中要补充一些粗制海盐，用以补给某些微营养成份。

这种CFTRI 培养基成份以后又以商品化肥代替，如尿素、复合肥以及过磷酸盐等（表6）。

这样，培养基就更进一步得到了简化。

太阳能（30-35千勒克斯）培养基营养物（CF斜面培养 15-20分钟） 原种藻（一级培养） （二级培养）（9.0-10.0）据印度试验，以上介绍的营养成份中所用的化学制品数量，还可以利用农村废弃物来部分地取代（表6）。

在螺旋藻的大批量培养生长过程中，一定要制定出一种最佳营养标准。

否则，生产成本一高，其价格也就很高。

降低生产成本还有个办法是将收获了藻的培养液继续循环培养使用。

但对营养物的添加浓度应严格掌握，以求最大限度地降低成本。

为了达到这一目的，只对消耗掉的营养物加以添补而非对全部营养物进行添加。

这种部分添加的办法，可在4～5个培养周期（亦即收获3～4次）内应用。

这种半连续培养过程一结束，又要配制全价营养成分的新鲜培养液。

碳源供给a 、碳酸氢钠 在控制条件下螺旋藻的批量培养中，最大的一个障碍是对于碳酸氢钠的需要量很大。

在螺旋藻的标准培养基内，碳酸氢钠的浓度一般在16克/升左右。

在印度，由于碳酸氢钠的价格很贵，且不易买到，因此对于碳酸氢钠的使用，要求掌握在最低需要量的水平上，又而不致对基本生物产量发生影响。

据印度资料报道，培养基内的碳酸氢钠数量，可以通过使用螺旋藻逐步适应低浓度的环境而做到大幅度的减低。

在露天培养时，碳酸氢钠的投放数量甚至在低到4.5克/升的水平时，产藻量并不比全量碳酸氢钠（16.0克/升）获得的产量低(图4)。

但要注意，在以这种低水平量碳酸氢钠溶液培养藻时，每次收获了藻以后一定要补平到原来的水平量。

这种低碳酸氢钠水平量有一个好处，它可使螺旋藻的干粉成品中盐的含量减少。

因为产品中的碳酸氢钠很难被淋洗掉，结果常常使藻的风味和适口性变差。

图3 用聚氯乙烯组装板构造的螺旋藻培养池 图4 不同浓度的碳酸氢钠用量对螺旋藻生长的影响b 、二氧化碳 在螺旋藻的培养和生长方面直接利用二氧化碳做碳源的报导尚不多见。

螺旋藻吸收利用二氧化碳受到限制的主要因素，可能是培养基的pH 值较高（8.5～10），使二氧化碳从酸性环境被调到了碱性。

法国石油研究所研究出一种虹吸式通气管给螺旋藻提供燃过气体的装置，可以做到使培养过程连续不断的循环。

培养液体中由于气体的存在，其平均密度变小，这就起到了流动性增强的效果。

这样，通过对培养液中气体注入与停注的交替进行，就可保持运动状态。

对螺旋藻提供的这种燃过气气泡水，既增加了流动性，又提供了碳源。

c.用牛粪作碳源利用二氧化碳或碳酸氢钠培养螺旋藻，在成本上是贵的。

因此要大力寻找价格低廉的碳源来代用，如稻草、堆肥、牛粪等等。

利用好气性微生物的分解作用（即好气性发酵），从新鲜牛粪和农家堆肥制取二氧化碳，可使空气浓度得到提高（图5）。

这种发酵制式完全不同于以释放甲烷气为主的生物产气，那是一种生物分解的厌氧活动过程，它是通过把新鲜牛粪与正在旺盛分解的堆肥相混合而产气的；而好气性生物产气则是在分解的牛粪上连续流过一薄层空气，这种办法可以做到使二氧化碳浓集100倍。

经试验，有若干种办法可使正常空气中的二氧化碳浓度得到提高（见表7）。

在所用的各种试验方法中，螺旋藻培养物均以10～13立升的玻璃瓶培养，以二氧化碳增集的空气（以堆肥为碳源），并以每分钟50至60毫升的速度通过培养液内。

1公斤新鲜牛粪每小时可产二氧化碳15～20毫克。

以此办法可使空气重的二氧化碳含量提高3～4%，而正常空气的CO 2含量是0.03%。

在这种浓集空气中甲烷的含量可以忽略不计。

建造一个简图5 用浓集CO2的空气通入螺旋藻培养池易的好气性发酵室来连续不断的生产出好气性生物气也是完全可以办到的。

以1000公斤新鲜牛粪堆沤产气，可制取到足够的CO 2浓集空气来供应5000～10,000立升的螺旋藻培养池。

用废弃物作营养a 、骨粉在螺旋藻生产中的应用农业上以及家庭生活废弃物，在藻的生物量生产中可以有效地循环使用，至少来说可以部分地代替某些化学品做营养成份。