微藻培养条件和光反应

1、微微 藻藻 Contents 1. 1. 分类分类 2. 2. 微藻的培养微藻的培养 3. 3. 微藻的大规模培养微藻的大规模培养 4. 4. 微藻的应用微藻的应用 植物分类系统植物分类系统 标记特征举例 门(Stamm, phylum) 所用字尾-phyta绿藻门Chloro-phyta 纲(Klasse, classis) 所用字尾-phyceae绿藻纲Chloro-phyceae 目(Ordnung, ordo) 所用字尾-ales绿球藻目Chloro-ales 科(Familie, familia) 所用字尾-aceae绿球藻科Chloro-aceae 属(Gattung, genus

2、) 普通以希腊字为字尾小球藻属Chlorella 种(Art, species) 普通以拉丁字为字尾vulgaris 一一 藻类分类系统藻类分类系统 v蓝藻门(cyanophyta)属于原核植物，没有典型 的可区分的核，且没有色素体和线粒体。同化作 用的色素（如果有的话）分散在原生质的表层。 v杂色藻门(Chromophyta)、红藻门 (Rhodophyta)与绿藻门(Chlorophyta)等属于 真核植物，具有典型的核和有被膜的色素体（如 果有的话）和线粒体。一般来说，高等植物被归 于绿藻门一类，即绿藻门中包括顶级植物。 现在已在国内外大量培养的微藻分属于现在已在国内外大量培养的微藻分属

3、于4个门。个门。 蓝藻门蓝藻门Cyanophyta v 特征和名称特征和名称 蓝藻这个名字是强调了其中特殊的蓝色素（藻蓝素），这种色 素和其他同化色素共同存在蓝藻细胞中，而使蓝藻常常呈蓝绿 色。 蓝藻可以在极端不良的环境条件下出现，这些环境条件是其 他植物所不能忍受的（如螺旋藻可生活在高盐、高pH值环境 中），这说明蓝藻具有极大的适应性。 蓝藻大概有150属，已经有2000种，大多数在淡水中生活。 v 原生质构造原生质构造 无性的蓝藻细胞的原生质可分为结构上和作用上不同的两部 分。 在周围包含有同化色素的为色素质；由色素质向里进为 无色的中央质，也称为中央体。此两种原生质部分之间，并没 有定型

4、的膜。色素质完全起色素体的作用，其中有亚显微的片 层，呈规则排列，群聚成类囊体；中央质内一致认为包含有核 质，并行使与核类似的功能。 蓝藻门蓝藻门Cyanophyta v蓝藻细胞和藻体的形态学蓝藻细胞和藻体的形态学 蓝藻细胞的形态是简单的，多圆球形、柱形、椭圆形、桶 形、卵形、镰刀形、棒形等。然而蓝藻细胞很少单个生活， 通常构成群体或连结成丝体。 v蓝藻的繁殖蓝藻的繁殖 蓝藻的繁殖方式有两类，一为营养繁殖，包括细胞直接分 裂（即裂殖）、群体破裂和丝状体产生藻殖段等几种方法； 另一种为某些蓝藻可产生内生孢子或外生孢子等，以进行 无性生殖。孢子无鞭毛。 目前尚未发现蓝藻有真正的有性生殖。 蓝藻门蓝

5、藻门Cyanophyta v蓝藻的营养蓝藻的营养 蓝藻是光能自养型生物，它可以通过色素及光能 同化二氧化碳；但它也能利用有机物质，并靠有机制 生活，因此它是混合营养的。蓝藻比其它植物更有能 力适应光的强度和光的颜色，这也是为什么蓝藻一般 能生长在世界上不同地方的原因。 许多蓝藻能同化游离氮素，并能在无氮的营养液 中生长，特别是含有钼的溶液中。 蓝藻门蓝藻门Cyanophyta v蓝藻的影响蓝藻的影响 蓝藻在自然界中普遍分布，在对其他植物不具务生活条 件的地方，蓝藻都能生长。它是新开拓的土地和未开拓的 土地（如火山形成的岛屿）上最初的生物。 在潮湿的地区，特别是在热带地区，蓝藻是重要的固氮 生物

6、。 在一些营养丰富的水体中， 夏季容易产生蓝藻爆发， 称为“水华” 。严重时耗尽水中氧气而造成鱼类的死亡。 更为严重的是，蓝藻中有些种类（如微囊藻）还会产生毒 素（简称MC），大约50%的绿潮中含有大量MC。MC除 了直接对鱼类、人畜产生毒害之外，也是肝癌的重要诱因。 MC耐热，不易被沸水分解，但可被活性碳吸收，所以可 以用活性碳净水器对被污染水源进行净化。 蓝藻等藻类是鲢鱼的食物，可以通过投放此类鱼苗来 治理藻类，防止藻类爆发。 二二 微藻的培养条件微藻的培养条件 光照光照 温度温度 pH 碳源碳源 矿物质矿物质 氮源氮源 蓝藻门蓝藻门 螺旋藻螺旋藻 绿藻门绿藻门 小球藻小球藻 螺旋藻细胞结

7、构螺旋藻细胞结构 v 螺旋藻(spirulina)是一种多细胞的丝状微藻(Microalge)， 属于蓝藻门(cyanophyta或cyanobacteria)、段殖藻目 (hormogonales)、颤藻科(oscilatoriaceae)的一个属。 v 螺旋藻属于原核生物，其细胞结构很简单，无细胞核与细 胞器。类囊体(thylakoids)单条，多分布在细胞周边，叶 绿素a位于类囊体膜内；藻胆体(phycobilisomes)颗粒附 着在类囊体膜外表面上，是蛋白质和色素的复合体。蓝藻 的DNA无组蛋白包裹，呈丝状，位于细胞中央。蓝藻细胞 内还包含有70S核糖体、气囊、葡聚糖颗粒、蓝藻素颗粒

8、、 多角体等。 v 螺旋藻个体成丝状，一般其丝状体为螺旋状，这也是螺旋 藻属的特征。藻丝长50500m，直径约为 112m。 光照对光照对S. platensis的影响的影响 v 光度对植物而言是相当重要的。钝顶螺旋藻含叶绿素a/b， 胡萝卜素、藻蓝素、藻红素等多种色素。叶绿素吸收蓝光 与红光，类胡萝卜素吸收蓝光为主，藻蓝素以红光为主 （吸光值以565nm检测），藻红素以蓝光为主；螺旋藻 在波长较短的光波下（蓝光），易产生较高的生产量。 v Qiand等指出螺旋藻的生长密度及光度是呈线性关系，在 8000mol m-2 s-1 （夏天正中午的23倍），螺旋藻 有最大的产率為16.8 g 干重/

9、每小時，但似乎尚未呈现最 大的产率。在生物反应器中，反应器材质、形状与直径都 影响着产量。同时，反应器里的细胞密度也会影响光的透 过量，从而影响微藻的生长速率。 v 此外，微藻培养对太阳光的利用率是较低的，主要是由 于光的反射、折射以及太阳光谱性质等引起的。 温度对温度对S. platensis的影响的影响 v 螺旋藻最适当的成长温度为3537。在室外最低的成 长温度为18，当低于12时会停止生长（Richmond, 1986）。但某些种类的螺旋藻的生长温度范围是大于一 般螺旋藻的生长温度范围（2442）（Vonshake and Tomaselli,2000）。 v Jimnez（2003）

10、指出Spirulina platensis可以在低温 12时达到2g干重/每平方公尺/每天的生产量；15时， 有6g干重/每平方公尺/每天的生产量；18为8g干重/每 平方公尺/每天的生产量。令人惊讶的是，在9下，螺旋 藻也有少许生长。温度是酶的活性的重要因素之一。一般 来说，在一定的范围内，温度越高，酶的反应活度越强。 在S. platensis里含有多种影响光合作用的酶，这些酶直 接或间接地影响到其光能利用效率。因此在一定程度上， 提升温度可以使S. platensis的光饱和点升高。 pH对对S. platensis的影响的影响 vS. platensis偏好在碱性环境下生存。其最适生

11、长pH为8.510.5。 pH过低，容易被其它藻类 污染； pH过高，可利用的CO2量将受到限制。当 pH接近11.5，光照度为12klx时，螺旋藻细胞会 发生溶解现象。 v螺旋藻可以很好地耐受pH的逐渐改变，但pH的 突然改变对其有害，这通常发生在没有很好缓冲 的培养液中。控制培养液pH的最好方法是利用 CO2(随着HCO3的消耗,pH会不断升高)。 碳源对碳源对S. platensis的影响的影响 v无机碳源无机碳源 螺旋藻可以直接利用空气中的CO2进行光合生长，但CO2必 须先溶于水，且主要以HCO3形式存在。在一定范围内， pH值越高， CO2的利用率也越高。 碳酸氢盐与碳酸盐也可 以

12、作为碳源，这二者同时存在，也可以起调节pH的作用。 v有机碳源有机碳源 螺旋藻与大多数蓝藻一样，在黑暗条件下不能利用有机碳源， 但在光照条件下可以利用碳水化合物。在其生长培养液中添 加质量浓度为0.1g/100mL的葡萄糖，可以提高螺旋藻的生 长率和细胞产量。Ogava和Terui用C14标记的葡萄糖培养 螺旋藻，有50%的标记物进入螺旋藻的细胞中，31%以CO2 释放，19%以有机副产物的形式分泌到培养液中。葡萄糖作 为唯一碳源时，其生物量是以NaHCO3为唯一碳源的166%， 但叶绿素和胡萝卜素含量减少。二者混用，螺旋藻会优先利 用葡萄糖。有实验表明，螺旋藻自养与异养生长代谢是独立 进行的

13、。 氮源对氮源对S. platensis的影响的影响 v硝酸盐硝酸盐 硝酸盐是可以被螺旋藻同化的主要氮源，在35以上使用高浓 度的NO3，螺旋藻的生长率和产量均增加。亚硝酸盐也可以 作业其氮源，且和硝酸盐以同样方式影响螺旋藻生物量的积累， 以及蛋白态氮和非蛋白态氮的积累。 v铵态氮铵态氮 当NH4+的浓度低于0.100mol/L时，铵盐也可以作为螺旋藻的 氮源。也有研究报告指出在铵态氮浓度为0.206mol/L时，螺 旋藻可正常生长，还可控制落体中非蛋白态氮物质的合成。当 其浓度超过0.412mol/L时，就会对螺旋藻产生毒害作用。 此外，培养液的pH值也会影响螺旋藻对铵态氮的耐受性。有研 究

14、表明，当pH=8.4时，尿素浓度低于1.5g/L，则不会对螺旋 藻产生毒害作用。 氮源的种类与浓度会直接影响到其蛋白质的合成，并 引起其它非蛋白态含氮有机物、挥发性物质的产量。 矿物质及微量元素对矿物质及微量元素对S. platensis的影响的影响 vNa+与K+：当K+/Na+ 5时，抑制螺旋藻的生长； 只要K+/Na+ 5，即使Na+ 很高，也不会抑制螺旋 藻生长。 v磷酸盐：缺磷时，螺旋藻中可溶性蛋白质和结构蛋白 减少，螺旋藻有进行脂肪酸代谢的确切倾向，脂肪酸 组成也会改变。N/P对螺旋藻的生长也有一定的影响。 N/P为5.5:1时，在有FeEDTA存在并通入 1.5%CO2的条件下，

15、用Zarruk合成培养液培养的螺 旋藻生物量高。 v微量元素：Co2+与Ni2+会影响维生素B12的产量， Mo能影响其固氮能力，而Mg是合成叶绿素不可缺少 的元素。 小球藻小球藻 v小球藻是单细胞真核藻，细胞内含有多种营养物 质。小球藻在食品、饲料、饵料、医药、环保等 方面都有广泛的应用，是一种重要的微藻资源， 有广阔的应用前景。 绿藻门绿藻门 绿球藻目绿球藻目 小球藻科小球藻科 小球藻属小球藻属 小球藻小球藻 光照对小球藻的影响光照对小球藻的影响 v光饱和效应：限制了藻类对光能利用的有效性 v光抑制：当光照度达到全日照的10%时，某些 海藻会出现光抑制现象。在低温下，这种抑制作 用跟明显，

16、在高细胞浓度规模化培养时，光抑制 作用并不是很严重。 v光限制：小球藻培养体系中光照度按Lambert- Beer规则随深度和浓度的增加而逐渐减弱。 v间歇光照效应：蛋白核小球藻在光合作用过程中 要充分有效地利用入射光的光能，暗时间必须至 少是闪光时间的10倍；细胞间歇曝光时间为30s 时，即可达到间歇光照效应。 温度对小球藻的影响温度对小球藻的影响 v温度是影响藻类所有代谢活动的一个主要因子。 根据培养小球藻需要的最适温度，可将小球藻分 为两类：低温藻株，生长最适温度为2530； 高温藻株，最适温度为3540。 v通常在指数生长期把温度调到最适生长温度，以 利于微藻的快速生长；在稳定期时，把

17、温度调低 些，以利于糖类的积累。 v昼夜温度也能影响微藻的生长。一般昼夜恒温有 利于藻类的快速生长，但是昼夜更替温度所得到 的产量会高些。以蛋白核小球藻为例，白天采用 25，夜间维持20会比恒定25得到的产量要 高一些。 pH值对小球藻生长的影响值对小球藻生长的影响 vpH值是影响小球藻生长的重要因素之一。pH 值影响光合作用中CO2的可用性，在呼吸作用 中影响微藻对有机碳源的利用效率，并影响培 养基中微藻细胞对离子的吸收、利用以及代谢 产物的再利用、毒性。一般来说，小球藻存活 的pH范围为4.510.6，pH在5.5 8.0时有 利于小球藻的生长，异养培养体系中一般采用 pH6 .07.0.

18、在培养过程中不能控制pH时， 起始pH一般在6.0以下。如图1所示。 v异养培养体系中，培养基中使用的有机碳源种 类及浓度对藻细胞生长的最适pH均有影响。 碳源对小球藻生长的影响碳源对小球藻生长的影响 v二氧化碳二氧化碳 二氧化碳是小球藻自养生长条件下的普通碳源。 当pH较低时，足以保持二氧化碳气体存在与溶 液中，以利于光合作用的进行。当输入气体中二 氧化碳的浓度在0.56%-4.43%时，蛋白核小 球藻的生长速度变化不大。当二氧化碳浓度较低 时，需加快气体的供应速度；当向高浓度的培养 物输入气体时，气体中要含有高浓度的二氧化碳， 以保证细胞的需求。一般二氧化碳浓度维持在 5%，二氧化碳浓度太

19、高，还会降低蛋白核小球 藻的产率和生物体产量。量。 碳源对小球藻生长的影响碳源对小球藻生长的影响 v有机碳源有机碳源 小球藻可在无光条件下利用糖或其他有机化合物 作为能源和碳源进行异养生长。 葡萄糖、半乳糖、醋酸盐、乙醇、乙醛、丙酮酸 可作为唯一碳源支持小球藻的生长。葡萄糖、半 乳糖、醋酸盐，可在无光条件下支持蛋白核小球 藻的连续生长。 最适合小球藻异养生长的有机碳源是葡萄糖。当 葡萄糖浓度较低时，其细胞浓度较低；相对高的 葡萄糖起始浓度，如30g/L、35g/L和50g/L， 可用于培养高细胞浓度的小球藻。 氮源对小球藻生长的影响氮源对小球藻生长的影响 v小球藻合成蛋白质时，硝酸盐是比铵盐更

20、好的氮源， 如果用铵盐取代硝酸盐作为氮源，藻的产量要高些。 采用硝酸铵做氮源时，小球藻绿色变种优先利用铵离 子，因为吸收铵离子所花费的能量要少一些。尽管如 此，选择硝酸盐作为氮源比铵盐更普通些，这也许是 因为铵盐在高温灭菌时不大方便，以及铵盐被利用后 的培养基pH急剧下降，从而引起细胞死亡。 v甘氨酸和尿素是很好的有机氮源，且尿素不引起污染 物的生长。在藻类的生长过程中，消耗等量的氮，以 尿素作氮源比硝酸盐产生出较多的生物量，引起较小 的pH值变化。以生物量和类叶黄素的产量来评价， 尿素是蛋白核小球藻最好的氮源。 矿物质对小球藻生长的影响矿物质对小球藻生长的影响 v藻类需要的营养液在组分上同高

21、等植物的营养 液没有多大的区别，唯一特殊的是藻类对钙的 需要量非常微少。 v绿藻生长的必须无机元素是：氮、磷、钾、镁、 钙、硫、铁、铜、锰、锌。氯对绿藻的自养生 长是必需的；钼在硝酸盐的还原过程中也起着 重要作用。 v培养小球藻时，应用最广泛的是Basal和Kuhl 培养基， Basal培养基含有一定量的钴，Kuhl 培养基则完全不含钴。 络合剂对小球藻生长的影响络合剂对小球藻生长的影响 v络合剂可防止微量营养成分的沉淀。如果没有络 合剂，微量元素将会由于沉淀和吸附，很快成为 生长的限制因子。EDTA是用于培养基中最普通 的络合剂，它维持着足够的微量金属元素的供应， 并能防止这些金属元素对细胞

22、生长代谢的抑制作 用。 v除EDTA外，还有以下络合剂可用于藻类培养： 烷烃亚硝基盐、次氮基三乙酸和乙酰氨基环庚三 烯酚酮。在规模培养时，烷烃亚硝基盐最受推崇， 因为它比EDTA便宜。 通气与搅拌通气与搅拌 v像小球藻绿色变种体系中输入二氧化碳或空气， 既可为生活细胞提供碳源，又有助于保持生活 细胞处于悬浮状态。但仅仅是鼓气还不够，还 需要搅拌，而搅拌又会导致藻类培养体系气泡， 因此，常常需要使用消泡剂。 v在异养培养体系中，藻细胞生长要达到高浓度 必须有足够的溶解氧，而通气和搅拌则是向培 养体系提供溶解氧的一种重要手段。 环境因子强化环境因子强化 v处于极端饥饿状况下的微藻细胞中的脂组分可高

23、 达总有机物的85%，其它环境因子（如光照度、 盐浓度和温度）强化也可以引起类似的藻种脂产 量的增长。但是，在这种条件下，藻的生长速度 往往会下降。有利于脂类生产的环境条件并不是 微藻生长的最优条件。 v因此，在评价利用微藻生产某一代谢产物的潜力 或可行性时，最重要的一点是其经济效率。在商 业生产时，有时可采用两步法生产：第一步可采 用一些措施使其生物量达到最高，第二步通过环 境因子强化等措施使代谢产物达到高浓度。 微藻的大规模培养微藻的大规模培养 水平池培养系统水平池培养系统 v 目前一般都在水平浅水池中进行，或者利用天然的湖泊、 环湖礁等。池深一般为1030cm，面积为50 0 5000m

24、2，使用桨板轮、螺旋桨或空气喷射器等进行搅拌， 或将池体隔成跑道式，用泵使藻液循环以加强液体的流动。 但是存在如下的缺点。 v 培养液浓度不宜控制、培养条件无法控制、易污染、培养 效率低、藻细胞内有害物质超标、收获费用该、占地面积 大等。 微藻的大规模培养分为两种：微藻的大规模培养分为两种： 开放式水平池培养系统、封闭式光生物反应器系统开放式水平池培养系统、封闭式光生物反应器系统 开放式大规模培养装置开放式大规模培养装置 v微藻的工业生产目前一般是在光生物反应器微藻的工业生产目前一般是在光生物反应器 （photobioreactor）里进行。用反应器进行大里进行。用反应器进行大 规模培养的好处

25、有：实时监控生长条件、防止杂规模培养的好处有：实时监控生长条件、防止杂 菌污染、提高光合作用效率以及进行连续生产等。菌污染、提高光合作用效率以及进行连续生产等。 v光生物反应器一般分为：管式反应器，平板反应光生物反应器一般分为：管式反应器，平板反应 器、柱式反应器等。器、柱式反应器等。 光生物反应器光生物反应器 常见的光生物反应器常见的光生物反应器 v管式反应器（tubular bioreactor）：目前采用得 最多的一种反应器，一般认为是最适合于微藻的商 业化大规模培养。但由于O2累积、CO2消耗及pH 变化等，不能将此类反应器无限放大，一般是采用 多个小型同类反应器进行工业生产。 v平板

26、式反应器：有文献表明，在平板式反应器里细 胞浓度最大，可以达到80g/L （Hu et al., 1998） v柱式反应器：气液混合较均匀，最易控制生长条件， 是实验室中应用最多的一种反应器。同样也适用于 大规模生产。 管式反应器管式反应器 平板式反应器平板式反应器 柱式反应器柱式反应器 High Density Vertical Bioreactor 微藻的大规模养殖微藻的大规模养殖 v目前，微藻大规模养殖的藻种有螺旋藻、小球藻、 盐藻等，其余藻种在开放式的户外养殖中，很难 形成优势种。 v我国的微藻工厂规模一般都比较小，1997年， 全国45家微藻企业，养殖面积在1-2万平米，年 产量40

27、-60吨的有15家，年产量35吨以下的22 家，惟有一家福建新大泽在江西、福建的三个基 地加在一起年产量达150吨。直到2001年统计 的数据有5万平米面积的8家左右，产量最大属 云南施普瑞、福建新大泽、广东梅雁、江苏的明 天生物。 v2008年3月10日PetroSun公司于公司网站宣布 其位于美国得克萨斯州的微藻养殖场于2008年4 月1日投入商业化运作，现有的微藻养殖场的海水 槽占地1100英亩，共包含94个5英亩和63个10 英亩的海水池塘。 v Arizona公共服务公司下属的红鹰（redhawk） 电厂也利用一套收集CO2的工业化体系技术进行 了试验，微藻平均产率为每天57g/m2

28、，每年可 生产生物燃料（生物柴油和生物乙醇）11000加 仑/英亩。 S. platensis的大规模培养的大规模培养 v近20年来，国内外工业化生产的螺旋藻生物 技术产业发展速度之快、产品之多、产量之 高，在微藻产业领域犹如异军突起。现在国 内外工厂化生产的螺旋藻主要有两个种：钝 顶螺旋藻（S. platensis）和极大螺旋藻 （S. maxima）。 v目前世界上天然螺旋藻产地主要是墨西哥 （Texcoco湖）、非洲查德湖 (Lake Chad) 以及中国云南程海湖 v20世纪80年代，我国将螺旋藻和盐藻的研究列入 “十五”国家攻关计划，1989年在云南程海湖建成 第一座螺旋藻工厂化生产

29、中试基地。2001年，我国 年产150吨以上有3家，50吨以上3家。目前我国螺 旋藻年生产能力还不足1500吨，需求量很大。 v日本 D IC在海南建10万平方米，年产干粉300吨以 上，价格都在9万元/吨以上，我国藻粉在国际市场价 格一般只有6-8万元/吨，效益明显偏低。日本DIC 2001年藻粉销售量占世界总量的49.42%，其中饲 料占68.16%，食品占40%。 v印度近几年螺旋藻产业发展很快，成本低，产量正在 逐年增加，在国际市场上将成为一大竞争对手 。 小球藻的大规模养殖小球藻的大规模养殖 v小球藻大规模培养研究可以分为两个阶段：20 世纪50年代至70年代末，主要进行开放池培养的

30、 研究；20世纪80年代以后，开始密闭和半密闭反 应器的研究。 v开放池大规模培养开放池大规模培养 国际上小球藻大规模开放池培养研究，设计 10005000m2、深15-30cm的圆形泼水池， 采用螺旋桨搅拌，平均生长量1622g/（ ），一般藻细胞密度为200-500， 半密闭和密闭式大规模培养半密闭和密闭式大规模培养 v乌兹别克地区设计的K6型光合反应器，试验产量19- 30g/（ ），培养藻液的密度为250-1500mg/ （ ），土库曼科学院设计的玻璃管道全密闭 全天候光合反应器，平均产量20g/ （ ）， 20世纪80年代后，玻璃管道光合反应器的研究和应用 受到重视，Pirt等（19

31、83）首次设计了100m2的管道 反应器，Torzillo等（1986）用管道反应器在户外培 养螺旋藻，Richmond设计10管道反应器在户外进行 了螺旋藻和鱼腥藻的培养，生长量随管道直径大小而 变化。 v光合反应器大规模培养，藻细胞的密度提高了6-12 倍单位光照面积的生长量保持在1530g（2 ）。由于玻璃管道光合反应器一次性投资大，许多 技术问题尚未完全解决，目前尚无工业化应用的报道， 但这是未来发展的趋势。 v中国科学院水生所在50年代对小球藻进行研究和 培养，60年代初期全国曾掀起土法养殖小球藻的 热潮，中国台湾糖业研究所50年代开始绿藻(小 球藻)的大量研究，1976年台湾已外销

32、绿藻75吨 (干重)，成为世界最大的绿藻产地，至1977年已 达28家。1995年台湾一家企业利用海南得天独 厚的气候条件，在海口附近建起了第一座10万平 方米的小球藻工厂。广东金球绿藻有限公司于 1999年在中国广东省河源市建起1万平方米的小 球藻生产基地，2001年生产藻粉10多吨。 四四 微藻的应用微藻的应用 vFood & Pharmacology vBio-H2 vWastewater Treatment organic chemicals N and P reduction heavy metal removal indicator organism vBiofuel & Biod

33、iesel Food & Pharmacology 藻类营养价值很高，含有大量糖、蛋白质、脂肪、藻类营养价值很高，含有大量糖、蛋白质、脂肪、 无机盐、各种维生素和有机碘。无机盐、各种维生素和有机碘。 v 在中国与日本，藻类（主要是红藻中的紫菜属的各种） 是普通的食物；中部非洲Chad湖中产有大量螺旋藻属的 Spirulina pletensis，含有约50的蛋白质，当地人收 集后晒干，做糕点食用；海藻是维生素的来源，含有维 生素C，D，E和K。各种海藻的化学分析证明，它们还含 有丰富的微量元素，如硼、钴、 铜、锰、锌等。从褐藻 中提取的碘，可治疗和预防甲状腺肿。藻胶酸在牙科可 作牙模型原料。藻

34、胶酸钙盐制成人造羊毛，可作止血药。 琼胶在医学上和生物学上可作各种微生物和小植物的培 养基。 v 螺旋藻中蛋白质含量高螺旋藻中蛋白质含量高 达达60%70%，含有含有 人体所需的全部必需氨人体所需的全部必需氨 基酸，其氨基酸组成符基酸，其氨基酸组成符 合联合国粮农组织合联合国粮农组织 （FAO）确定的蛋白质确定的蛋白质 标准。标准。 氨基酸氨基酸螺旋藻螺旋藻FAO标准标准 亮氨酸亮氨酸6.94.8 异亮氨酸异亮氨酸4.74.2 赖氨酸赖氨酸4.64.2 蛋氨酸蛋氨酸1.92.2 苯丙氨酸苯丙氨酸3.92.8 苏氨酸苏氨酸4.32.8 色氨酸色氨酸1.01.4 缬氨酸缬氨酸5.64.2 螺旋藻必

35、需氨基酸组分与螺旋藻必需氨基酸组分与 FAO标准对照标准对照 单位：单位：% 螺旋藻中的氨基酸含量螺旋藻中的氨基酸含量 v 螺旋藻中总的脂肪含量螺旋藻中总的脂肪含量 较低，仅是蛋白质含量较低，仅是蛋白质含量 的的1/10，其脂肪酸含其脂肪酸含 量中不饱和脂肪酸占很量中不饱和脂肪酸占很 大比例，尤其是人体必大比例，尤其是人体必 需脂肪酸（如亚油酸和需脂肪酸（如亚油酸和 -亚麻酸）。亚麻酸）。 脂肪酸脂肪酸含量含量/mg kg-1 DW 月桂酸月桂酸180229 肉蔻酸肉蔻酸520664 棕榈酸棕榈酸1650021141 棕榈亚油酸棕榈亚油酸14902035 硬脂酸硬脂酸130353 十七碳二烯酸

36、十七碳二烯酸90142 油酸油酸19703009 -亚麻酸亚麻酸875011970 -亚麻酸亚麻酸6997000 螺旋藻中一些脂肪酸的含量螺旋藻中一些脂肪酸的含量 螺旋藻中的脂肪酸含量螺旋藻中的脂肪酸含量 v 螺旋藻中与人体生长发螺旋藻中与人体生长发 育直接相关的各类维生育直接相关的各类维生 素含量十分丰富，比普素含量十分丰富，比普 通食物中的含量要高得通食物中的含量要高得 多，特别是多，特别是-胡萝卜素、胡萝卜素、 维维B1与维与维B2。 维生素维生素含量含量/mg kg-1 DW -胡萝卜素胡萝卜素1700 VB121.6 d泛酸钙泛酸钙11 叶酸叶酸0.5 肌醇肌醇350 烟酸烟酸118

37、 VB63 VB240 VB155 VE190 螺旋藻中的维生素含量螺旋藻中的维生素含量 螺旋藻中一些维生素的含量螺旋藻中一些维生素的含量 矿物质矿物质含量含量/mg kg-1 DW Ca10454000 Mg76178942 Fe457580 Na275412 Cl40004400 Mg14101915 Mn1825 Zn2739 K1330315400 其它其它3600057000 色素色素含量含量 叶绿素叶绿素a8002000mg /100g 类胡萝卜素与叶类胡萝卜素与叶 黄素黄素 200400mg /100g 藻蓝素和藻蓝蛋藻蓝素和藻蓝蛋 白白 占细胞内蛋白质占细胞内蛋白质 约约20%

38、 螺旋藻中矿物质的含量螺旋藻中矿物质的含量 螺旋藻中主要色素的含量螺旋藻中主要色素的含量 螺旋藻中的矿物质与色素含量螺旋藻中的矿物质与色素含量 小球藻的食用和药用小球藻的食用和药用 v 食用小球藻不仅可以改变不良体质，清除体内毒素，促 进人体新陈代谢，而且对各种慢性疾病均具有良好辅助 疗效。 v 小球藻独有的CGF（活性生长因子）具有诱发干扰素， 激发人体免疫组织的防御能力，具有抗肿瘤、抗辐射、 抗病原微生物等作用，尤其对于放化疗之后的消化性溃 疡有明显的改善。 v 小球藻中珍贵的天然核酸含量远比螺旋藻高，保健效果 显著。小球藻中还含有天然的生物素，有助于防止白发、 脱发、缓解痛风、减轻皮肤过

39、敏症状等。 v 小球藻中叶绿素含量为20007000mg，是自然界中叶 绿素含量最高的植物。叶绿素分子结构和血红蛋白分子 结构相似，被誉为肠、肾脏、肺、血液中的“清洁工”。 对于不愿意吃蔬菜的儿童和老年人来说，小球藻是补充 叶绿素、叶酸的佳品。 Bio-H2 v自Nakamura于1937年首次发现微生物的产氢现象， 到目前为止已报道有20多个属的细菌种类及真核生物 绿藻具有产氢能力。 v光解水产氢：目前发现的具有光解水产氢能力的藻类 主要有莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)、 斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)、海洋绿藻 (Chlorococcu

40、m littorale)、亚心形扁藻 (Platymonas subcordiformis)和小球藻(Chlorella fusca)等；蓝细菌里有固氮菌鱼腥藻(Anabaena sp.)、海洋蓝细菌颤藻(Oscillatoria sp.)、丝状蓝藻 (Calothrix sp.)等和非固氮菌聚球藻 (Synechococcus sp.)、黏杆蓝细菌(Gloeobacter sp.)等。 Wastewater Treatment v 降解有机物：藻类在光合作用过程中放出氧气，能促进 细菌 的活动，以加速废水中有机物的分解。分解过程中所产生的 二氧化碳，又可在藻类的光合作用过程中被利用或排除。有

41、 些单细胞藻类，如一种衣藻也能像有些细菌那样，在无氧的 条件下，同化污水中的有机物，供自身需要。在近年来，也 有采用微藻作用阳极微生物来降解有机物的研究。 v 脱氮除磷：藻类细胞能利用水体中多种无机氮和有机氮化合 物作为氮源，利用二氧化碳和碳酸盐作为碳源进行光自养生 长，被藻细胞吸收的硝酸盐、亚硝酸盐和按盐可以用于氨基 酸和蛋白质等物质的合成。 污水中磷酸盐的去除有两条主要途径： 1)在有氧的条件下，直接被藻细胞吸收，并通过多种磷酸化途径 转化成ATP、磷脂等有机物； 2)在无氧的条件下形成磷酸盐沉淀。因此，藻类细胞可以用来去 除污水中富集的N,P等营养物质，并以有机物的形式将其储存在 藻细胞中。 Wastewater Treatm