郝俊光，潘喜芳，2，莫 維，3，韋佳佳，韋 丹，張家嘉，張宇虹，祁 岑*，薛命雄

（1.北部灣大學(xué) 食品工程學(xué)院，欽州市食品風(fēng)味分析調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 欽州 535011；2.欽州市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測(cè)中心，廣西 欽州 535099；3.廣西大學(xué) 輕工與食品工程學(xué)院，廣西 南寧 530005；4.北海生巴達(dá)生物科技有限公司，廣西 北海 530021）

隨著世界人口的劇增和耕地的銳減，利用海洋湖泊資源進(jìn)行微藻養(yǎng)殖備受關(guān)注。相較于陸生植物，微藻具有生長(zhǎng)速度快、光合效率高、不占用耕地、能進(jìn)行碳中和排放及生成大量生物活性物質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)[1]，因此在食品、功能食品、藥品、飼料和化妝領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用潛力，國(guó)際上研究和應(yīng)用最多的微藻種類是螺旋藻和小球藻[2-3]。綠藻門（Chlorphyta）綠藻綱（Chlorophyceae）綠球藻目（Chlorococcales）卵囊藻科（Oocystaceae）小球藻屬（Chlorella）微藻是普生性單細(xì)胞藻類，生態(tài)分布極廣，在淡水、海水中均有發(fā)現(xiàn)[3-4]。小球藻有多個(gè)種屬，如核蛋白小球藻（C.pyrenoidosa）、普通小球藻（C.vulgaris）、橢圓小球藻（C.ellipsoidea）、索羅金小球藻（C.sorokiniana）、佐夫小球藻（C.zofingiensis）等[3]。小球藻富含蛋白質(zhì)、膳食纖維、脂類、維生素、葉綠素和類胡蘿卜素等，具有免疫調(diào)節(jié)、治療糖尿病、抗過(guò)敏、降血壓等功效[3，5]。目前小球藻屬中蛋白核小球藻和普通小球藻在食品領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛，蛋白核小球藻于2012年被國(guó)家批準(zhǔn)為新資源食品，普通小球藻、蛋白核小球藻在美國(guó)、歐盟已被允許使用[5]，小球藻則被聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織認(rèn)定為“綠色健康食品”[2-3]。小球藻細(xì)胞由細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核、細(xì)胞器（葉綠體、高爾基體）組成，球形或橢圓形，直徑僅數(shù)微米，無(wú)鞭毛，浮游生活，可自養(yǎng)、混養(yǎng)和異養(yǎng)[4，6]。普通小球藻營(yíng)養(yǎng)豐富，被譽(yù)為高產(chǎn)不飽和脂肪酸、胡蘿卜素、活性肽、活性多糖等物質(zhì)的“細(xì)胞工廠”[7]。小球藻在食品、飼料醫(yī)藥和化妝品行業(yè)均有應(yīng)用，世界年供應(yīng)量已超過(guò)5 000 t[7]。因小球藻養(yǎng)殖費(fèi)用大、下游加工成本高、質(zhì)量不穩(wěn)定等，使其在食品市場(chǎng)的應(yīng)用受限[1，8]。目前僅日本、美國(guó)、德國(guó)、荷蘭、澳大利亞、馬來(lái)西亞以及中國(guó)臺(tái)灣省等少數(shù)國(guó)家和地區(qū)可工業(yè)化生產(chǎn)和加工[4-5]。大陸在20世紀(jì)60年代開(kāi)始對(duì)小球藻進(jìn)行研究，并取得了一定的成果，但最近十年才大規(guī)模養(yǎng)殖。目前，小球藻行業(yè)在微藻細(xì)胞的培養(yǎng)方面仍以開(kāi)放式池塘自養(yǎng)養(yǎng)殖為主，與國(guó)外先進(jìn)企業(yè)的管式封閉養(yǎng)殖存在較大差距；在食品深加工及應(yīng)用方面，小球藻企業(yè)與傳統(tǒng)食品行業(yè)的結(jié)合度在國(guó)內(nèi)較低，市面上鮮見(jiàn)有知名品牌食品添加小球藻，產(chǎn)品形式局限于小球藻企業(yè)自產(chǎn)的全藻粉（液、片）產(chǎn)品；在小球藻營(yíng)養(yǎng)成分高效利用的研究方面，雖然國(guó)內(nèi)研發(fā)人員貢獻(xiàn)度較高，但僅限于實(shí)驗(yàn)室水平分離純化及功能確認(rèn)，尚未觸及工業(yè)化研究。工業(yè)化脫腥和破壁技術(shù)的缺失、對(duì)小球藻活性成分及傳統(tǒng)食品添加小球藻對(duì)風(fēng)味和質(zhì)構(gòu)的認(rèn)識(shí)不足，是制約其在國(guó)內(nèi)食品領(lǐng)域轉(zhuǎn)化少的主要因素。為此，本文對(duì)近十年發(fā)表的小球藻外文文獻(xiàn)進(jìn)行收集整理，并綜述小球藻的營(yíng)養(yǎng)成分與功效、在食品領(lǐng)域的應(yīng)用與存在問(wèn)題、傳統(tǒng)和新興細(xì)胞破碎技術(shù)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展策略與趨勢(shì)四個(gè)方面，以期為國(guó)內(nèi)同行的研發(fā)和應(yīng)用提供相關(guān)的技術(shù)信息。

1 小球藻的營(yíng)養(yǎng)成分與功效

小球藻是“天然多功能補(bǔ)品”[5]，富含活性物質(zhì)，如ω-3-脂肪酸、胡蘿卜素、活性肽、活性多糖等[7]，適合在食品工業(yè)中開(kāi)發(fā)應(yīng)用。普通小球藻干物質(zhì)中含51%～58%蛋白質(zhì)、14%～22%脂肪、12%～17%碳水化合物，而蛋白核小球藻干物質(zhì)中含57%蛋白質(zhì)、2%脂肪、26%碳水化合物[9]。

1.1 多糖

小球藻多糖分為胞外多糖、細(xì)胞壁多糖、胞內(nèi)貯存多糖和結(jié)構(gòu)多糖[3-4，10]，具有免疫調(diào)節(jié)、抗氧化、抗高脂血癥、抗腫瘤、抗哮喘等功效[3]。細(xì)胞壁多糖由半纖維素，半乳糖、甘露糖、阿拉伯糖、木糖和鼠李糖等構(gòu)成[3]。淀粉是普通小球藻的主要貯存多糖[10]，在細(xì)胞穩(wěn)定期的含量高于指數(shù)生長(zhǎng)期的含量[11]。細(xì)胞外多糖與細(xì)胞壁多糖的組成相近，均含有由1,3-,1,6-和1,3,6-連接的半乳糖殘基組成的半乳聚糖，對(duì)B淋巴細(xì)胞具有免疫刺激作用[10]。小球藻所含的β-葡聚糖可降低人體低密度脂蛋白膽固醇的濃度[4，12]。

小球藻多糖功能評(píng)價(jià)均基于粗提物，對(duì)其結(jié)構(gòu)的分析僅限于單糖的組成。小球藻多糖提取方式多樣，如反復(fù)凍融法、微波法、超聲波輔助法、堿法、熱水法和纖維素酶解法等[13-14]。CHEN Y X等[13]采用超聲波輔助不同濃度乙醇提取蛋白核小球藻多糖，發(fā)現(xiàn)體積分?jǐn)?shù)70%乙醇提取的多糖體外抗氧化性最強(qiáng)；同時(shí)發(fā)現(xiàn)體積分?jǐn)?shù)為40%乙醇沉淀得到多糖的平均分子質(zhì)量為9 950 Da，主要由D-葡萄糖、D-半乳糖和D-甘露糖組成，具有抗氧化和抗衰老能力[13-14]。YU M E等[15]對(duì)采用反復(fù)凍融法、微波法、超聲波法、堿法等對(duì)提取普通小球藻多糖進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)超聲波提取的多糖體外抗氧化能力最強(qiáng)。ZHANGJZ等[16]用體積分?jǐn)?shù)為70%乙醇沉淀，得到普通小球藻胞外多糖的平均分子質(zhì)量為1.88×104Da，由11種單糖組成，有顯著的抗腫瘤和清除自由基的能力。

1.2 蛋白質(zhì)

小球藻的蛋白、蛋白水解物、肽等均可應(yīng)用于食品領(lǐng)域，其中肽的活性成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。普通小球藻總蛋白近20%結(jié)合在細(xì)胞壁上，50%在細(xì)胞內(nèi)，30%分泌到細(xì)胞外[17]。經(jīng)二維電泳測(cè)試，普通小球藻蛋白質(zhì)有200余種，大部分等電點(diǎn)在pH 4.0～5.5，少量等電點(diǎn)在pH 6～8；一維電泳表明大多數(shù)蛋白質(zhì)的分子質(zhì)量集中在12～75 kDa，藻液蛋白質(zhì)沉淀pH為3～5與電泳測(cè)定的等電點(diǎn)不一致，可能是因藻體內(nèi)蛋白質(zhì)多以大分子聚集體存在有關(guān)[18]。普通小球藻蛋白的必需氨基酸占總氨基酸的44.7%，除異亮氨酸略低外，其他必需氨基酸含量均高于聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations，F(xiàn)AO）的建議膳食參考標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)表1）。

表1 普通小球藻必需氨基酸含量與聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織建議標(biāo)準(zhǔn)的比較Table 1 Comparison of essential amino acids contents of Chlorella vulgaris with recommended standards of Food and Agriculture Organization of the United Nations

小球藻蛋白產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與消化率、必需氨基酸含量、水解多肽的生物活性有關(guān)[19]。分子質(zhì)量為10～20 kDa的蛋白核小球藻和普通小球藻蛋白質(zhì)的部分水解物具有良好乳化和起泡功能[6，19]，而分子質(zhì)量為2～5 kDa的活性肽具有抗氧化、降壓、免疫調(diào)節(jié)等功效[19]。從普通小球藻提取的兩個(gè)三肽：Thr-Thr-Trp（TTW）和Val-His-Trp（VHW）是血管緊張素I轉(zhuǎn)換酶的非競(jìng)爭(zhēng)性體外抑制劑，降壓功效顯著[20]。從小球藻胃蛋白酶水解物中分離出的Leu-Asn-Gly-Asp-Val-Trp和Val-Glu-Cys-Tyr-Gly-Pro-Asn-Arg-Pro-Glu-Phe，具有較強(qiáng)的超氧化物和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基清除能力[21]。

1.3 脂肪

小球藻的脂類可開(kāi)發(fā)成生物柴油，也可應(yīng)用于食品保健品領(lǐng)域。小球藻脂肪分為磷脂、糖脂和中性油脂，由葉綠體合成，位于細(xì)胞壁和細(xì)胞器（葉綠體和線粒體膜）膜上，占細(xì)胞干質(zhì)量的5%～40%[4-5]。中性油脂以油滴的形式作為能量貯存在葉綠體間的類囊上或細(xì)胞質(zhì)中，不是細(xì)胞的功能脂類[4]。脂類的脂肪酸組成受生長(zhǎng)條件和培養(yǎng)形式的影響，因此可有目的調(diào)控藻類的脂肪酸譜來(lái)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品。如調(diào)整培養(yǎng)條件，使飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸占60%～68%而用于生產(chǎn)生物柴油，也可以讓小球藻富含亞油酸、亞麻酸等高不飽和脂肪酸而作為保健品生產(chǎn)原料[4，12]。亞麻酸是人體不能自行合成的必需脂肪酸之一，具備諸多生理功能如防血栓、降血脂等，有保健作用[7]。蛋白核小球藻和普通小球藻的必需脂肪酸組成見(jiàn)表2[22-24]。

表2 蛋白核小球藻和普通小球藻的必需脂肪酸組成Table 2 Essential fatty acid composition of Chlorella pyrenoidosa and Chlorella vulgaris

1.4 色素

小球藻作為天然色素和抗氧化劑在食品領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力，小球藻富含葉綠素類和類胡蘿卜素類的色素[2]，葉綠素是含卟啉環(huán)的綠色色素[25]，類胡蘿卜素是含40個(gè)碳的四萜黃色或紅色色素[7]，普通小球藻中色素分布見(jiàn)表3[4]。微藻類胡蘿卜素有30余種，分為不含氧的胡蘿卜素類化合物（β-胡蘿卜素，番茄紅素）和含氧的胡蘿卜素衍生物（蝦青素、葉黃素等）[2]。類胡蘿卜素具有強(qiáng)抗氧化能力，而葉黃素是活性氧的猝滅劑[2，21]，人體內(nèi)的β-胡蘿卜素會(huì)轉(zhuǎn)化成維生素A起保健作用[12]。

表3 普通小球藻的色素分布與含量Table 3 Pigments distribution and content of Chlorella vulgaris

1.5 其他

普通小球藻還含有豐富的鉀、鈣、鎂等礦物質(zhì)及維生素B2、維生素B3、維生素C等，對(duì)人體健康有益[4]。同時(shí)，小球藻提取液被譽(yù)為“細(xì)胞生長(zhǎng)因子”，由核酸、氨基酸、維生素、礦物質(zhì)、多糖、糖蛋白和β-葡聚糖等組成的水溶性復(fù)合物[21]。小球藻藻粉的生物或藥理作用是由多種活性成分協(xié)同作用所決定的，非單一化合物[5]。小球藻表現(xiàn)出來(lái)的生物活性可能與自身組成相關(guān)，也可能與下游加工和胃腸道消化有關(guān)[1]。

2 在食品領(lǐng)域的應(yīng)用與存在的問(wèn)題

2.1 應(yīng)用概況

目前，在全球營(yíng)養(yǎng)市場(chǎng)上微藻作為膳食補(bǔ)充劑以藻粉、藻片、膠囊等形式銷售，但在傳統(tǒng)食品中的應(yīng)用有限[2，26]。藻粉在傳統(tǒng)食品中的應(yīng)用分為兩種：一種是著色劑，另一種則是用于改善終產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)、物理化學(xué)或感官屬性并以之為營(yíng)銷賣點(diǎn)[2，26]。小球藻在國(guó)際食品工業(yè)中，已應(yīng)用于面包、意大利面、面條、餅干、膨化食品、酸奶、果露、果汁奶酪、香腸、漢堡、蛋黃醬等當(dāng)中[6，21，27]。知名公司產(chǎn)品有：西班牙Grupo Dulcesol公司的桔子綠藻餅干、波蘭Majami公司的軟糖、澳大利亞Evasis Edibles公司的威化餅干和調(diào)料汁、新西蘭Frecious公司的濃果汁、德國(guó)Greenic公司的咀嚼棒、羅馬尼亞Honest Fields公司的泡芙等[26]。相比較而言，小球藻在國(guó)內(nèi)食品領(lǐng)域的工業(yè)化應(yīng)用較少，小球藻養(yǎng)殖企業(yè)主要出售未破壁的藻粉原料。

2.2 存在的問(wèn)題

小球藻的干燥加工過(guò)程耗能較大，成本較高，在傳統(tǒng)食品的應(yīng)用也存在諸多問(wèn)題。小球藻細(xì)胞壁堅(jiān)硬，厚度達(dá)17～21 nm[4，10]，不易被人體消化而影響人們對(duì)其營(yíng)養(yǎng)成分的吸收[9-10]。目前，國(guó)內(nèi)藻粉和藻片的生產(chǎn)多是離心后直接噴霧干燥，未經(jīng)破壁和去腥處理，口感不佳，市場(chǎng)認(rèn)知度低。小球藻在傳統(tǒng)食品中的添加量一般不高，主要因其產(chǎn)量低、加工成本高[2，12，26]。小球藻含硫化合物和脂肪衍生揮發(fā)物會(huì)產(chǎn)生濃烈的海腥味、藻體呈墨綠色，用于食品中不易被消費(fèi)者接受[1-2]。當(dāng)然，小綠藻的綠色和海腥味可作為特色強(qiáng)化加入綠色蔬菜汁和海鮮風(fēng)味食品中。普通小球藻粉加入小麥粉中會(huì)影響面包品質(zhì)，添加量為3 g/100 g時(shí)面包的面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)最強(qiáng)、品質(zhì)最佳，過(guò)多則引起面包老化和質(zhì)構(gòu)變差[28]。

3 小球藻細(xì)胞破壁技術(shù)

細(xì)胞破碎技術(shù)包括機(jī)械破碎（球磨、高壓均質(zhì)、超聲波處理、微波處理等）、非機(jī)械破壁（酶解、酸/堿解等）及其他新興技術(shù)。目前，缺乏成本低、效率高、對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)破壞性小的工業(yè)化破壁技術(shù)，破壁成本高已成為制約小球藻企業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。通過(guò)研發(fā)，最終要建立一種運(yùn)行成本低、產(chǎn)品回收率高且能保持藻類生化物質(zhì)的功能和活性的破壁技術(shù)[9，19，29]。

3.1 傳統(tǒng)細(xì)胞破壁技術(shù)

傳統(tǒng)細(xì)胞破碎技術(shù)在國(guó)外均有研究報(bào)道，本文對(duì)7種傳統(tǒng)細(xì)胞破碎方式的破壁機(jī)理、影響因素及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，見(jiàn)表4[9，19，29]?？梢?jiàn)對(duì)組分活性的影響是傳統(tǒng)小球藻細(xì)胞破碎技術(shù)的共性問(wèn)題。

表4 主要傳統(tǒng)破壁技術(shù)的原理、影響因素及優(yōu)缺點(diǎn)比較Table 4 Comparison of principles,influencing factors,advantages and disadvantages of traditional wall-breaking technology

實(shí)際上，不同傳統(tǒng)細(xì)胞破碎技術(shù)的破壁率和產(chǎn)物得率差異較大，為提高破壁率和產(chǎn)物得率，學(xué)者們進(jìn)行了大量研究。SAFI C等[30]比較四種普通小球藻破壁方式，發(fā)現(xiàn)影響蛋白質(zhì)提取率破壁方式依次是球磨＞高壓均質(zhì)＞化學(xué)水解＞超聲波。電鏡結(jié)果證實(shí)，化學(xué)水解和超聲波處理后細(xì)胞仍保持圓形，而經(jīng)過(guò)球磨和高壓均質(zhì)處理后大部分細(xì)胞則不是球形[30]。蛋白質(zhì)在水相中的擴(kuò)散率與水相中蛋白質(zhì)濃度的增加沒(méi)有顯著相關(guān)性，推測(cè)是由于細(xì)胞壁破裂后、細(xì)胞內(nèi)部細(xì)胞器尚未完全破碎引起的[30]。POSTMA P R等[31]研究球磨破碎小球藻時(shí)細(xì)胞破碎率與蛋白質(zhì)提取率之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)總蛋白質(zhì)中的水溶性蛋白釋放速度快于細(xì)胞破碎速度，通過(guò)控制藻體解體程度選擇性地提取水溶性蛋白，使水溶性得率達(dá)到32%～42%，能耗降低85%，降低對(duì)水溶性蛋白的功能破壞。CANELLI G等[32]用復(fù)合酶將小球藻酶解，使蛋白質(zhì)和脂肪的生物可及性分別達(dá)58.7%和21.1%，而高壓均質(zhì)破壁對(duì)應(yīng)的生物可及性分別是61.8%和59.8%。經(jīng)酶處理的藻體氧化穩(wěn)定性可維持3個(gè)月以上，而經(jīng)高壓均質(zhì)處理的藻液易產(chǎn)生氧化風(fēng)味不耐貯存[32]。用胰酶酶解普通小球藻，蛋白質(zhì)體外消化率達(dá)到70%，而對(duì)組照僅為35%[33]。用胞外β-葡萄糖苷酶、海藻酸裂解酶、肽聚糖N-乙酰胞壁酸脫乙酰酶和溶菌酶對(duì)普通小球藻進(jìn)行復(fù)合酶解，增加了蛋白質(zhì)和不飽和脂肪酸的提取率[24]。LUENGO E等[34]研究發(fā)現(xiàn)，不同強(qiáng)度下脈沖電場(chǎng)處理小球藻的細(xì)胞質(zhì)膜電穿孔率與類胡蘿卜素、葉綠素提取率之間的關(guān)系，經(jīng)脈沖電場(chǎng)處理1 h不可逆電穿孔率與色素提取率之間的相關(guān)性高達(dá)0.93，而處理剛結(jié)束立刻進(jìn)行提取其相關(guān)性僅為0.67。GILLE A等[35]采用低pH多酶體外消化模型評(píng)價(jià)了超聲破碎普通小球藻色素的生物可及性，發(fā)現(xiàn)未處理的β-胡蘿卜素和葉黃素的生物可及性僅為0和7%，而經(jīng)超聲處理后分別提高到10%和15%。SANKARAN R等[36]采用超聲波輔助液體雙相糖析浮選技術(shù)對(duì)普通小球藻中的蛋白質(zhì)進(jìn)行提取，使蛋白質(zhì)得率達(dá)93.33%。傳統(tǒng)細(xì)胞破碎技術(shù)間的組合，可進(jìn)一步提高組分的提取率。URSU A V等[18，37]在堿性（pH=12）條件下高壓均質(zhì)破壁普通小球藻，使蛋白提取率達(dá)到75%～76%，而中性條件下為53%。以上文獻(xiàn)多是實(shí)驗(yàn)室級(jí)別的研究成果，尚無(wú)相關(guān)工業(yè)化數(shù)據(jù)可以比較，如小球藻產(chǎn)業(yè)關(guān)注的破壁率和耗能成本等。

3.2 新興細(xì)胞破壁技術(shù)

針對(duì)傳統(tǒng)破壁技術(shù)對(duì)活性成分的損害，出現(xiàn)了諸多基于“柔性”理念的破壁技術(shù)初探。如壓力輔助臭氧氧化破壁，可使普通小球藻的細(xì)胞破碎率達(dá)80.3%，與超聲波的83.8%破壁率相近[38]。糖析輔助液體雙相電浮選系統(tǒng)，通過(guò)兩相上的電作用進(jìn)行細(xì)胞破碎，實(shí)現(xiàn)了藻體的破壁和蛋白質(zhì)提取的有機(jī)結(jié)合，蛋白質(zhì)提取率達(dá)69.67%[39]。另外，激光處理、微射流高壓均質(zhì)、脈沖電弧、高頻聚焦超聲和陽(yáng)離子聚合物包覆膜等是新涌現(xiàn)的細(xì)胞破碎技術(shù)[29]。

4 產(chǎn)業(yè)發(fā)展策略與趨勢(shì)

4.1 發(fā)展策略

小球藻雖營(yíng)養(yǎng)豐富，但產(chǎn)量少，生產(chǎn)成本高，較傳統(tǒng)作物難以形成經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)[8，12]。國(guó)內(nèi)市售藻片/粉營(yíng)養(yǎng)品多未經(jīng)破壁和去腥處理，存在消化率不高，風(fēng)味不佳，應(yīng)用于傳統(tǒng)食品中存在諸多問(wèn)題[1，12，26]，如今國(guó)內(nèi)小球藻的學(xué)術(shù)研發(fā)較多，但實(shí)際應(yīng)用較少。鑒于此，國(guó)內(nèi)小球藻產(chǎn)業(yè)應(yīng)以降低生產(chǎn)成本、提高組分高值化利用為關(guān)鍵點(diǎn)，明確長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的方向，從上游的養(yǎng)殖和下游的加工系統(tǒng)發(fā)力，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展[8，29，40]。

近期應(yīng)以工業(yè)化破壁和實(shí)現(xiàn)藻粉的脫腥為突破點(diǎn)，結(jié)合中國(guó)食品工業(yè)現(xiàn)狀，挖掘全藻粉在營(yíng)養(yǎng)品及傳統(tǒng)食品中的應(yīng)用潛力。中期研發(fā)主線是挖掘小球藻中的活性成分，探討小球藻的多組分高效低耗利用。長(zhǎng)期則以生物精煉為愿景，借鑒石油精煉的全產(chǎn)品鏈高值化利用理念，從育種、活性認(rèn)知、分離純化、設(shè)備創(chuàng)新、技術(shù)研發(fā)等全方面深度挖潛，系統(tǒng)整合，實(shí)現(xiàn)小球藻各組分同時(shí)高值化利用的工業(yè)實(shí)踐[8，12，40]。

4.2 發(fā)展趨勢(shì)

基于國(guó)外的微藻生物精煉概念，小球藻的發(fā)展路線如下：①明確細(xì)胞壁和高價(jià)值組分的結(jié)構(gòu)與特性；②建立高效低耗收獲技術(shù)；③研發(fā)破碎程度可控的溫和破壁方式，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞壁透性增加、細(xì)胞壁完全破裂以及細(xì)胞器破裂的可控；④在保持活性成分功能的前提下，將疏水性成分和親水性成分選擇性分離；⑤根據(jù)組分特性進(jìn)行純化；⑥探討各環(huán)節(jié)的融合，實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)品鏈高值化利用。

4.3 小球藻產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展規(guī)劃

為推動(dòng)小球藻產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，需在育種、養(yǎng)殖、收獲、破壁、提取純化、食品應(yīng)用投入更多的研發(fā)[40]。

4.3.1 特色藻種選育

通過(guò)傳統(tǒng)和現(xiàn)代育種技術(shù)，選育出優(yōu)良藻種高產(chǎn)色素等。利用化學(xué)誘變培養(yǎng)出普通小球藻葉綠體突變株顏色為黃色和白色，葉綠素含量較野生型菌株分別降低了80%和99%，而蛋白含量分別增加了30%和60%[41]。利用重離子輻照誘變選育出核蛋白小球藻突變株，蛋白質(zhì)含量提高31.8%，并實(shí)現(xiàn)了突變株用甜高粱汁進(jìn)行低成本異養(yǎng)培養(yǎng)[42]。

4.3.2 優(yōu)質(zhì)高效的養(yǎng)殖技術(shù)

小球藻培養(yǎng)類型分為自養(yǎng)、異養(yǎng)、混合，自養(yǎng)型需進(jìn)行光合作用而異養(yǎng)型則要代謝碳源并避光培養(yǎng)，混合型是兩者結(jié)合[11，17]。工業(yè)實(shí)踐中仍以自養(yǎng)為主，小球藻自養(yǎng)的培養(yǎng)容器分兩種：開(kāi)放式的池塘養(yǎng)殖池和封閉式的透光養(yǎng)殖反應(yīng)器（塑料或玻璃質(zhì)的管狀、塑料袋、平板或柱狀[17]）。小球藻培養(yǎng)所處的環(huán)境、培養(yǎng)條件以及培養(yǎng)反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)均影響小球藻的藻體培養(yǎng)效率和目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)率[17]。通常通過(guò)優(yōu)化養(yǎng)殖條件，來(lái)提高特定目標(biāo)產(chǎn)物的含量。一般在適宜的營(yíng)養(yǎng)條件下會(huì)促進(jìn)藻體、貯存多糖和蛋白質(zhì)的生成，而貧氮等條件下促進(jìn)脂類和色素的生成[6，13，43]。如使用L-苯丙氨酸作強(qiáng)化劑，可提高蛋白核小球藻和普通小球藻的黃酮和脂類的含量[43]；低光強(qiáng)度自養(yǎng)培養(yǎng)條件下添加硝酸鹽可提高葉黃素的含量[44]。通過(guò)優(yōu)化蛋白核小球藻養(yǎng)殖條件，其脂肪比例高達(dá)27.12%，多不飽和脂肪酸占53.25%，α-亞麻酸占39.93%[22]。用葡萄酒糟等廢料也可實(shí)現(xiàn)小球藻中試級(jí)混合培養(yǎng)[45]。

4.3.3 高效低耗的收獲技術(shù)

工業(yè)上，小球藻收獲多采用高能耗的離心和高運(yùn)行成本的膜過(guò)濾完成。若將水體湍流與氮磷脅迫結(jié)合進(jìn)行小球藻自絮凝沉降收集，藻體回收率高達(dá)94.5%[46]。

4.3.4 工業(yè)化破壁技術(shù)

珠磨、高壓均質(zhì)、高速均質(zhì)均有成熟的工業(yè)化設(shè)備，相對(duì)破壁率高，但易破壞活性成分[8，29]。已有100 m3/h容量的超聲波和脈沖電場(chǎng)上市，為小球藻破壁提供了新選擇[9，29]。但這些設(shè)備存在共同缺陷，比能耗高，只能作用于較低濃度的藻漿[29]。新興的固體超微粉碎技術(shù)在微藻破壁工業(yè)中值得深入研究探討，而目前尚無(wú)可產(chǎn)業(yè)化且適合生物精煉的溫和細(xì)胞破碎技術(shù)[9，29]。

4.3.5 多組分高效的提取純化技術(shù)

生物精煉的實(shí)質(zhì)是在保持活性的前提下，分離純化多組分[8，40]。如結(jié)合球磨破壁、脂酶酶解，提取到68%的水溶性蛋白質(zhì)、74%的糖類、88%的脂肪，可避免有機(jī)溶劑對(duì)蛋白質(zhì)功能性的不可逆破壞[47]；用StargenTM和CarezymeTM復(fù)合酶輔助結(jié)合正丁醇/硫酸銨體系三相分配技術(shù)，在溫和條件下實(shí)現(xiàn)蛋白核小球藻脂肪和蛋白質(zhì)的同時(shí)提取，蛋白質(zhì)提取率達(dá)78.1%[48]；采用兩次三相分配技術(shù)對(duì)普通小球藻的藻泥進(jìn)行多組分分離提取，即酶解離心上清液使用正丁醇和硫酸銨體系分離蛋白質(zhì)、多糖，對(duì)離心沉淀酸化后用正戊烷/乙醇體系分離脂類、蛋白質(zhì)、脫鎂葉綠素[25]。利用微波輔助正丁醇/硫酸銨體系三相分配技術(shù)，普通小球藻蛋白質(zhì)得率提高2.54倍[49]。采用脈沖電場(chǎng)輔助乙醇提取色素，較單純的溶劑提取，葉黃素得率提高2.2倍、葉綠素得率提高5.2倍[50]。

5 結(jié)論

小球藻營(yíng)養(yǎng)豐富，具有多種保健功能，但生產(chǎn)成本高。國(guó)內(nèi)小球藻藻粉和藻片多為未破壁的噴霧干燥產(chǎn)品，消化率低，亟需進(jìn)行工業(yè)化細(xì)胞破碎處理。目前，消費(fèi)者對(duì)小球藻營(yíng)養(yǎng)功效不甚了解，將其用于傳統(tǒng)食品中易引發(fā)顏色、質(zhì)構(gòu)、風(fēng)味（海腥味）等變化，限制了小球藻大規(guī)模推廣。實(shí)現(xiàn)基于全產(chǎn)品鏈高值化利用的生物精煉是小球藻產(chǎn)業(yè)的終極發(fā)展目標(biāo)，需從育種、養(yǎng)殖、下游處理、食品開(kāi)發(fā)等環(huán)節(jié)進(jìn)行機(jī)理、技術(shù)、設(shè)備的深度研發(fā)。只有研究機(jī)構(gòu)與企業(yè)的通力合作，才能生產(chǎn)出更多受消費(fèi)者喜歡的小球藻食品，將小球藻產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)。