螺旋藻属(Spirulina)又称
蓝菌门(Cyanobacteria),
颤藻科(Osciallatoriaceae)
原核生物。现代
分类学已将螺旋藻属修订为节旋藻属(Arthrospira),但由于“螺旋藻”作为经济
微藻和商品的名称使用已久,为了应用的方便暂时保留为螺旋藻属。分布于
美国、
墨西哥、
亚洲和
中非的
亚热带、热带地区,在自然环境中主要分布于中非乍得湖、墨西哥特西科科湖和中国程海湖,适于高温碱性环境。截止2022年,全世界共发现39种
螺旋藻属类,中国发现9种。
模式种为大螺旋藻(Spirulina major)。
螺旋藻属由单列细胞组成不分枝的丝状体,丝体圆柱形,呈有规则的螺旋形弯曲,如小弹簧,故名螺旋藻。藻体蓝绿色,微有类似海带的藻腥味。藻体含有液泡,在生长旺盛时能够成片上浮。
螺旋藻属营养丰富,被联合国粮农组织(FAO) 和世界食品协会誉为“21世纪最佳营养源”。药物 Spirin(施普瑞)由螺旋藻属提取加工,具有促进骨髓造血、增加机体抗病能力等功效。此外,
螺旋藻属吸收水体中的氮磷等元素,还具有富集重金属的作用,可应用于污水处理、环境保护等。
螺旋藻属本身不产生毒素,但如果被其他产生毒素的蓝绿
藻类污染,就可能产生有毒化合物—
微囊藻素(mycrocystins,简称MC) ,人食用后会引起胃肠道不适,头痛,肌肉疼痛等。如长期食用,可能会出现肝脏损伤。
历史
螺旋藻属是地球上最早出现的光合生物之一,在地球上已经存在了大约35亿年,但被人类发现和培养的历史只有100多年。1827年,德国人 Deurben 在中非乍得湖首先发现这一藻类,因其形似螺旋将其命名为螺旋藻。1940年,
法国药学家 Creach 在
墨西哥特西科科湖沿岸,发现当地人在湖中捞取并食用一种绿色
藻类,而后由藻类学家 Dangeard 鉴定为螺旋藻。1974年,墨西哥建立了世界上第一家的螺旋藻生产厂,随后
美国、缅甸等国家和地区也开始大规模养殖
螺旋藻属。到2022年,全世界共发现30多种螺旋藻属类。
19世纪后期,中国开始对螺旋藻属进行养殖驯化。2011年,中国
内蒙古自治区建成了世界上最大的螺旋藻粉生产基地,年生产量约为3500吨,占世界产量的50%左右。到了2021年,中国已是螺旋藻属产量最高的国家。
分类
分类争议
根据现代
分类学修订的结果,
钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)和极大螺旋藻(Spirulina maxima)已从
螺旋藻属中分离出来,归属于席藻科(Phormidiaceae)节旋藻属(Arthrospira),被重新命名为钝顶节旋藻(Arthrospira platensis)和极大节旋藻(Arthrospira maxima)。由于“螺旋藻”作为经济
微藻和商品的名称使用已久,考虑到应用的方便,中国学者主张暂时保留螺旋藻属,而在其后加上新的名称,作为一种临时性的过渡方法。目前,国际发表的学术论文中,对此问题有两种解决办法,一是先给出正确的属名,然后在
括号中标出旧属名;二是直接使用正确的属种名。
下级分类
特征
螺旋藻属是由单列细胞组成的不分枝的丝状体,丝状体圆柱形,呈有规则的螺旋形弯曲,如小弹簧。藻体蓝绿色,微有类似海带的藻腥味。藻丝体长200-500微米,宽5-10微米;螺距长70-180微米,宽30-45微米。在显微镜下观察,螺旋藻属无真正的细胞核,细胞质为分化状态,细胞壁薄、软,无线粒体、色素体等细胞器。藻丝体可运动,沿螺旋方向前进或后退,端部可做缓慢或突发式的摆动。螺旋藻属细胞无色素体,色素分布在原生质外部,称色素区。藻体含有液泡,在生长旺盛时能够成片上浮,便于捞取获收。
分布
螺旋藻属分布于
美国、
墨西哥、
亚洲和
中非的亚热带、热带地区,在自然环境中主要分布于中非乍得湖、墨西哥特西科科湖和中国程海湖。适于高温碱性环境,能在
沼泽、土壤、淡水、盐水中生长,在含碱量很高的湖泊中也能生长。
习性
螺旋藻属可异氧呼吸,依靠光作为主要的能量来源,通过
光合作用获得能量。主要光合色素是藻蓝蛋白,也含有叶绿素a 和类胡萝卜素,一些螺旋藻含藻红素,呈红色或粉红色。螺旋藻属喜高温,耐盐碱,可在温度25℃-40℃,pH值为7.2-9.0,盐度为20克/升-70克/升的环境中生长,不喜阴暗、潮冷和酸性环境。
繁殖
螺旋藻属依靠简单的
细胞分裂进行增殖,没有
有性生殖。藻丝体生长到一定时期,断开形成藻殖段;藻殖段再生长形成大藻丝体。
养殖加工
培养方式
螺旋藻属适合于不同地区或季节的室内外大量养殖,培养方式主要为开放式培养和封闭式培养。开放式主要有天然池式、跑道池式和倾斜式等,一般使用浆轮进行搅动,适于大规模的粗放式培养。封闭式培养主要为有管式、平板式和柱式等形式,便于控制培养条件,不受自然条件的限制。但造价高,难于在生产上进行放大。
采收
螺旋藻属采收一般分为藻丝体(藻细胞) 采集分离、螺旋藻聚集物 (藻泥) 清洗、干燥三个步骤。采集分离技术包括过滤法、
絮凝沉淀法、离心沉淀法等,清洗工序包括漂洗、
离子交换、电渗析、
超声波清洗等,干燥包括自然晒干、冷冻干燥、喷雾干燥、滚筒干燥和炒干等。
虫害及防治
在螺旋藻的养殖过程中常见的虫害为
轮虫(Brachionus Plicatilis),严重时轮虫大量吞食螺旋藻属而导致其绝收。
萼花臂尾轮虫的防治措施主要有物理过滤去除轮虫成虫,和利用漂白粉、硫酸铜、高锰酸钾等强氧化剂或毒物将螺旋藻和轮虫一起杀死,然后清洗培养池重新扩种培养。
用途
食用营养
螺旋藻属营养丰富,被联合国粮农组织(FAO) 和世界食品协会誉为“21世纪最佳营养源”,富含
蛋白质、不饱和脂肪酸、纤维素、
维生素和矿物质等营养物质,所含人体
必需氨基酸的种类齐全。螺旋藻属被用于
国际空间站为航天员提供食物和
氧气;在南非
乍得,有将螺旋藻属干燥的藻泥饼粉末与
番茄酱、胡椒搅拌后浇淋在食物上食用的习惯。
医学药用
药物Spirin(施普瑞)由螺旋藻属提取加工,含多种生物活性物质,如
γ-亚麻酸、 β⁃胡萝卜素、
藻多糖等。螺旋藻
多糖能提高受辐射
小鼠的存活率,有效增加造血
干细胞的相对数量,具有促进
骨髓造血,升高
免疫细胞、红细胞、
血色素、
血小板;增加机体抗辐射、抗病能力等功效。适用于免疫功能低下、病后体弱、贫血及辐射工作人员的预防性服药。
生态作用
螺旋藻属在生长繁殖过程中需要吸收和消耗水体环境中的氮、磷等营养元素,还可以
吸附培养液中的农药残留(
滴滴涕) ,重金属(铬、铜、汞等) ,石油
烷烃和雌激素等。利用
废水养殖螺旋藻属,可以净化水体,减轻水体的
富营养化程度。此外,螺旋藻属在进行
光合作用的过程中,吸收空气中的
二氧化碳,合成
有机化合物并放出
氧气,促进空气中“
温室气体”的转化,维持大气中的碳氧平衡,具有一定的生态保护作用。
饲料添加剂
研究表明,在养殖凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei )时添加螺旋藻—
咖啡黄葵精粉,可以提高其生长性能;在1日龄的肉
仔鸡日粮中添加螺旋藻干粉,可增强其机体免疫力;此外,
螺旋藻属还可以提高
仔猪的生产性能。
科学研究
有研究发现,螺旋藻属相对于其他生物产氢材料,
光合作用效率更高,具有生长繁殖快,氢酶活性高,持续放氢的时间长的特点,是研究生物放氢的理想材料之一。
危害
毒性
螺旋藻属本身不产生毒素,但如果被其他产生毒素的蓝绿藻类污染,就可能产生有毒化合物—
微囊藻素(mycrocystins,简称MC)。MC作为蓝藻毒素的一种,截止到2021年,是暴露频率最高、污染范围最广、危害最为严重的肝毒性藻毒素。
主要危害
人食用含有微囊藻毒素的
螺旋藻属后会引起胃肠道不适,头痛,肌肉疼痛,面部潮红和出汗等。如果长期食用,可能会出现肝脏损伤。此外,螺旋藻属富含苯丙氨酸,苯丙酮尿症患者应避免食用,因为这类人群无法代谢苯丙氨酸,苯丙氨酸在大脑中堆积,会造成损害。
防治措施
为了避免螺旋藻属被其他藻类污染,螺旋藻属养殖用水可选择城市管网用水。同时,养殖螺旋藻属后的水体在重复利用前需进行适当处理,其中
逆渗透处理的水对其生长影响最小,也能够保证螺旋藻属品质的稳定性。
相关研究
藻蓝蛋白稳态化研究
藻蓝蛋白(phycocyanin, PC)是
螺旋藻属中含量最丰富的水溶性天然蛋白质,提高藻蓝蛋白理化稳定性的方法有调节pH、添加稳定剂或防腐剂等。有研究表明,纯度0.78的藻蓝蛋白溶液在低温条件下储存较稳定,超过40℃后稳定性迅速下降,在pH4-7时稳定性较好。
螺旋藻多糖
螺旋藻
多糖(Spirulina polysaccharides,PSPs)是一种生理活性多糖,广泛存在于螺旋藻属,具有
抗氧化、抗炎、抗菌、抗病毒、抗便秘以及提高机体免疫等多重功效。研究表明,螺旋藻多糖对
阿尔兹海默症小鼠脑
线粒体氧化有保护作用。还有研究发现,螺旋藻多糖可缓解急性酒精中毒引起的小鼠内脏氧化损伤。
代表物种
钝顶螺旋藻
钝顶螺旋藻(Spirulina platensis)藻体为螺旋状扭转的丝状体,丝状体末端钝形,螺旋圈数2-7个,单生或集生。生长在中、低潮带海水中或附生于其他藻体和附着物上形成绿色被附物。富含矿物质、
蛋白质、
脂肪酸、
多糖和甾体化合物。其中蛋白质含量达58.5%-71%,包括
藻胆蛋白、
藻蓝蛋白和异藻蓝蛋白,
氨基酸组成比例理想,8种
必需氨基酸的含量接近或超过
联合国粮食及农业组织(FAO)推荐的标准。
细胞壁中
纤维素含量较低,无需复杂加工即可被人体直接消化吸收,已实现工业化规模培养。
极大螺旋藻
极大螺旋藻(Spirulina maxima)灰绿色,
细胞宽7-9微米,顶端微尖。横壁不收缢,两边有颗粒,藻丝螺旋状,宽40-60微米,长70-80微米。具有生长周期短,易于大规模养殖等特点。极大螺旋藻除了含有丰富的
蛋白质外,还含有不饱和脂肪酸、多种
维生素、
微量元素,少量糖类及丰富的
β-胡萝卜素等营养成分,具有增强机体免疫功能,降低血脂、减肥等多种功效。
参考资料
Blue-Green Algae.MedlinePlus, National Library of Medicine, US National Institutes of Health.2023-05-25