螺旋藻養殖加工和安全性研究進展

許洪高 周琪樂 魯緋

摘要：螺旋藻（Spirulina）是四大人工養殖微藻中產量和產值最大的微藻，在營養健康、畜牧養殖、固碳減排、環境工程等領域的作用正被越來越充分地認識和挖掘。我國的螺旋藻粉產量占全球產量的80%，市場上流通的螺旋藻產品（粉、片、膠囊等）中，90%屬于膳食補充劑。本文主要立足于營養健康領域，對螺旋藻產業化養殖、加工環節的影響因素和研究進展進行綜述，同時概述螺旋藻產品的營養特性和安全特性，最后對不同國家和地區的螺旋藻產品標準進行梳理，并對螺旋藻產業在營養健康領域的發展方向進行展望。可進行CO2生物轉化和具有可持續發展特性的螺旋藻產業，需要在提高單位產量、養殖作業標準化的基礎上，提升產品的安全性以及結合物聯網技術，大力拓展新鮮螺旋藻在營養健康領域的應用。

關鍵詞：螺旋藻;養殖;加工;營養;安全性;質量

螺旋藻（Spirulina）是低等原核生物“節旋藻”的別稱，是一種堿性水體（pH值約為9.5）中天然存在的浮游光合藍細菌，少數屬于底棲型[1]。螺旋藻由單列細胞組成不分枝絲狀體，藻絲體長為200～500 μm，寬為5～10 μm，呈疏松或緊密的有規則的螺旋形彎曲，在生長到一定長度（螺旋數）后通過斷裂進行繁殖。1519年，西班牙科學家Hernando Cortez在墨西哥的Texcoco湖首次發現螺旋藻[2]。在南非乍得共和國，螺旋藻干燥的藻泥餅粉末有與番茄醬、胡椒拌和后澆淋在食物（米飯、豆、魚、肉）上食用的習慣[3]。螺旋藻不僅可以應用于食品（功能食品、添加劑）、醫藥（天然胡蘿卜素）和飼料工業，還在環境（檢測、修復）、生物技術、可再生能源等領域具有廣泛的應用前景。

目前，全球螺旋藻的總產量約12 000 t/年，單位產量最高達到91.0 t/（hm2·年）[2]。我國的螺旋藻養殖企業有60余家，年總產量占全球產量的80%，約9 600 t[4];養殖面積約為750 hm2[5]，單位產量僅約13 t/（hm2·年），螺旋藻的養殖及管理水平還亟待提高。本文主要對螺旋藻養殖、采收、干燥過程中的影響因素，以及螺旋藻的營養特性與安全性的研究進展進行綜述，旨在為螺旋藻產業及食品工業提供一個全面的信息。

1 螺旋藻養殖及影響因素

螺旋藻約有38種，人工養殖的螺旋藻主要是鈍頂螺旋藻（S. platensis）和極大螺旋藻（S. maxima）2種[6-7]。在生長發育過程中，螺旋藻形態易因環境脅迫而發生改變，同時伴隨著生理學、營養學、遺傳學、蛋白質組學等方面的變化[8]。

1.1 螺旋藻的培養基組成

螺旋藻作為一種可人工大規模養殖的微藻，其營養成分與培養基的組成緊密相關。在實際生產中，常用的有扎魯克（Zarrouk）培養基[1-2]、改良Zarrouk培養基[1]、Rao培養基、Oferr培養基[2]，也可以使用其他簡易培養基進行養殖[9]。螺旋藻傳統養殖過程中的NaHCO3用量很大，一方面是提供足量的碳源，另一方面是使培養基pH值呈堿性，有利于螺旋藻的生長。在擴藻期，培養基中NaHCO3的濃度一般為8～10 g/L，正常養殖期間NaHCO3可降低到2.5～4.0 g/L。Olguín等曾于1998—2001年將海水與淡水以體積比1 ∶ 4混合并加入2%（體積分數）豬糞厭氧發酵后的上清液作為培養基養殖螺旋藻，同時在第0、3、5天向養殖池中補充2 g/L的NaHCO3，保持水體的pH值為9.5，螺旋藻在夏天的平均產量達到 14.4 g/（m2·d）（池水深為0.15 m）和 15.1 g/（m2·d）（池水深為0.20 m）;養殖水體中的氨基態氮利用率為84%～96%，磷的利用率為 72%～87%[10]。

螺旋藻培養基的組成應基于養殖用水的水源品質進行，為了避免其他藻類的生長與污染，以及螺旋藻的品質，養殖用水必須達標，城市管網用水是一個便捷的選擇。養殖后的水體在重復利用前需進行適當處理，其中反滲透處理的水對螺旋藻的生長影響最小，也能夠保證螺旋藻品質的穩定性。

養殖批次間增補的培養基主要是硝酸鈉或尿素，尿素和硝酸根離子能夠供給螺旋藻足夠的氮，但高濃度會致毒。螺旋藻可以在僅含硝酸根或尿素的培養液中生長，但復合使用2種氮源對螺旋藻的生長有好處。磷酸鹽、Mg2+和Ca2+的添加量需要控制。K+可以適當增加，以不超過Na+濃度的5倍為宜[2]，可以基于實際生長條件確定培養基組成。

藻類與陸生植物類似，可以通過光合作用固定二氧化碳（CO2），理論表明，1 hm2的微藻可以利用12.6%的太陽能產生280 t/年的干物質，相當于生物轉化513 t CO2[11-12]，Sydney等發現，鈍頂螺旋藻（S. platensis LEB-52）的CO2生物轉化能力為318.61 mg/（L·d）[13]。有機胺作為一類CO2捕集吸附劑，固碳效率高。Da Rosa等采用CO2替代Zarrouk培養基中的NaHCO3作為碳源，CO2的供給量是每天每毫升培養液中通入0.36 mL CO2，然后在光照時間內，每小時通氣2 min，最終得到的鈍頂螺旋藻粉（Spirulina sp. LEB 18）的蛋白質含量為60.8%，碳水化合物含量為14.4%，脂肪含量為100%[14];為了延長CO2在培養液中的保留時間，在培養液中添加0.2 mmol/L乙醇胺（Ethanolamine，簡稱MEA），所得螺旋藻粉的蛋白質含量為44.4%，碳水化合物含量為282%，脂肪含量為8.3%;螺旋藻產量提高31.4%。但添加乙醇胺影響了螺旋藻對氮元素的生物轉化，從而螺旋藻粉中含有更多的碳水化合物。王兆印等比較乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺和N-甲基-二乙醇胺對螺旋藻生長和固碳的效果，發現三乙醇胺能夠顯著促進螺旋藻對CO2的生物轉化，增加螺旋藻的產量，提高固碳速率[15];但與da Rosa等研究結果[14]相似的是螺旋藻中多糖含量增加而蛋白質含量減少。有機胺具有一定的毒性，其用于食用螺旋藻養殖時存在安全風險。

1.2 螺旋藻養殖的影響因素

螺旋藻的生長不僅取決于培養基組成和CO2供應，還與藻種、養殖池、養殖場所處地理位置、養殖季節（溫度、光照）、其他因素（pH值、蟲害）等密切相關。

1.2.1 藻種 鈍頂螺旋藻與極大螺旋藻的生長速率不一致，在相同培養條件下，鈍頂螺旋藻比極大螺旋藻的生長速度快。螺旋藻不同藻株的光合速率和呼吸速率不同，來源于非洲乍得湖的鈍頂螺旋藻和墨西哥Texcoco湖的極大螺旋藻的光合速率遠大于來源于內蒙古鄂爾多斯沙區堿湖（察罕淖爾湖）的鈍頂螺旋藻[16]。螺旋藻的光合速率日變化表明，螺旋藻在每日13：00時光合速率達到最大，早于或晚于這一時間點的光合速率都有所下降。螺旋藻的呼吸速率與生長速度負相關，且隨溫度的升高而增大。

1.2.2 養殖池 螺旋藻的養殖分為異養培養和自養培養，大規模的養殖都屬于自養培養，形式包括開放養殖系統（開放池、跑道池、圓型池）、封閉養殖系統（光生物反應器）和復合系統等。Soni等從空間需求、面積/體積比、蒸發量、水分損失、CO2損失、溫度、氣候依賴性、過程控制、可清潔性、生物量質量、生物量密度、采收效率、采收成本、光利用率、成本最高的工序、污染控制、投資額、產量、水動力對螺旋藻的壓力等指標對不同螺旋藻養殖系統進行了比較[2，17]。

開放養殖系統包括天然湖泊、瀕海湖、池塘、人工池塘或者容器等，最常見的是人工開挖的狹長型大池、圓形池和跑道池。開放養殖系統的建設和操作比較簡單，但存在產量相對較低、光利用率低下、蒸發損失、CO2逸散損失、占地面積大且容易污染（包括動物和其他異養生物）等缺點。

封閉養殖系統的光生反應器分為直柱型、盤式、管式、板式等多種類型，光源有自然光源，也有人工光源，便于生物量聚集，污染可以做到最小，反應系統的材質有玻璃、聚酯塑料等多種，但系統清洗以及大規模養殖還有待進一步的技術提升。

復合系統主要是讓光生反應器類似于開放池以便降低運營成本，有2種類型：一種是將開放池覆蓋隔斷外界污染，另一種將光生反應器的管道直徑盡可能擴大到類似于開放池[18]，這樣的復合系統綜合了開放池和光生反應器的優點，從而在保證最小污染的同時，具有最大產量、最小CO2逸散損失的特點，但還需要大量的陸地面積和技術攻關。

為了提高螺旋藻的生物采收量，生物膜貼壁培養法成為研究開發的重點[19]。中國科學院青島生物能源與過程研究所劉天中團隊建立的生物膜貼壁培養技術，以CO2為碳源，螺旋藻的產量達到 38 g/（m2·d），CO2的利用率為75.1%，螺旋藻粉的蛋白質含量超過60%，但整個中試系統的建設成本達到200美元/m2，較傳統開放池高出許多。以CO2為碳源進行螺旋藻養殖是提升螺旋藻養殖的環境效應，同時也是降低養殖成本的重要途徑，已成為微藻養殖技術發展的趨勢，但如何提高CO2的利用率，降低補碳成本需要進一步科技攻關[20]。

1.2.3 溫度 溫度是螺旋藻生長的重要影響因素之一，螺旋藻可以在低于45 ℃的條件下生長，溫度低于17 ℃和高于38 ℃時，螺旋藻的生長會受到抑制，但不會死亡。螺旋藻的最適生長溫度是29～35 ℃。溫度對螺旋藻生長的影響在蛋白和碳水化合物的組成上顯著，但對脂肪和γ-亞麻酸的影響不顯著[21]。

1.2.4 光照 光源質量、光照度以及光照時長是影響藻類生長的重要因素[10]。在實際養殖螺旋藻時，推薦30%的陽光通量，但在養殖池水溫需要快速升溫的早晨除外。螺旋藻的生長僅在有光照的情況下發生，但螺旋藻需要在沒有光照的間隙合成蛋白質和色素，故不推薦24 h/d的長時間光照。

Bezerra等將螺旋藻養殖過程中的光照度（光合光子通量密度）從36 μmol/（m2·s）提高到 72 μmol/（m2·s） 時，最大細胞濃度從5 200 mg/L提高到5 800 mg/L，當進一步將光照度提高到 108 μmol/（m2·s） 時，最大細胞濃度的獲得時間從8 d降到6 d[22]。這說明低光照度更適合新生態藻絲體的生長，而高光照度能夠縮短螺旋藻的生長周期[23]。2004年，Danesi等也得到類似的結論[24]，使用尿素作為螺旋藻的氮源，光照度在2 000～5 000 lx 時，通過快速光合作用產生的ATP和NADPH能加速細胞生長，但當細胞濃度達到 5 800 mg/L 時，細胞生長由于光通量密度的飽和而停止。

1.2.5 pH值 螺旋藻養殖的最適pH值為9.0～11.0，堿性pH值既可以防止其他藻株的污染，又可以影響螺旋藻中色素和蛋白質的富集。當pH值高于11時，螺旋藻藻絲體會結塊、變短，發生細胞裂解，胞內物流出，養殖池的顏色逐漸變成黃綠色，最終發生藻體死亡的結果[2]。鈍頂螺旋藻的色澤、生長速率隨pH值的變化有顯著差異，在pH值為 8.5～9.5時，螺旋藻的生長速率隨著pH值的升高而升高，但在pH值為9.5～11.0時，螺旋藻的生長速率隨著pH值的升高而逐漸降低;在培養8 d時，螺旋藻的細胞干質量隨著pH值的增加而降低[25]。

1.2.6 攪拌混合和通氣量 螺旋藻的規模化養殖目前均采用液體懸浮法培養，養殖過程中對培養液進行周期性攪拌，以便保證營養液的均一性及螺旋藻藻絲體接受光照度的一致性。攪拌混合和通氣對生產高密度的藻絲體和高質量的螺旋藻產品非常必要。攪拌混合和通氣（空氣）能夠讓培養池中的螺旋藻藻絲體具有均一的光照量，同時有助于二氧化碳氣體的分布及除去螺旋藻的生長抑制因子——溶解氧。在跑道池中，多采用5～60 cm/s的攪拌混合速度，過低的攪拌混合速度將在跑道池的拐角處產生死角（將跑道池的拐角設置成弧形可規避死角的產生），而過高的攪拌混合速度需要更高的能耗，其所產生的剪切力將增加藻絲體的斷裂。在無NaHCO3的Zarrouk培養液中，螺旋藻的最適參數是光照度低于200 μmol/（m2·s），含0.5%二氧化碳的通氣速度是0.0056 m/s[26]。

不同實驗室規模養殖下，養殖參數的變化對螺旋藻蛋白質含量的變化見表2[27]。

1.2.7 蟲害 目前，在螺旋藻的養殖過程中經常出現輪蟲（Brachionus Plicatilis）危害，嚴重時輪蟲大量吞食螺旋藻而導致絕收，造成災害性損失。防治螺旋藻培養液中的輪蟲，主要有物理過濾（250目以上濾網）去除輪蟲成蟲法和化學防治等2種方法。化學防治是利用漂白粉、硫酸銅、高錳酸鉀等強氧化劑或毒物將螺旋藻和輪蟲一起殺死，然后清洗培養池重新擴種培養。物理防治的方法過濾不徹底，部分成蟲、幼蟲和幾乎全部蟲卵隨著濾液返回培養池，需要再次過濾，且隨著過濾次數的增加，產生危害間隔的天數越來越少。化學防治雖然能較長時間控制危害，但由于一次性的將螺旋藻也殺死，造成一定的經濟損失，同時重新擴種又浪費了時間和資金，導致生產成本增加。另外，阿維菌素與尿素的交替使用可以降低輪蟲的抗藥性[28-29]。

螺旋藻養殖過程中還可遇見點滴變形蟲、半眉蟲、原生動物和水蠅等蟲害。用40目以上濾網可以除去/減少藻泥中水蠅（幼蟲和蛹）的數量和其他雜質，降低藻粉中昆蟲碎片的數量[30]。

2 螺旋藻的采收和干燥

2.1 螺旋藻的采收

理論而言，螺旋藻的采收需選擇在藻絲體中的蛋白質達到最高濃度時進行，但在實際操作過程中，一般對含螺旋藻的養殖水體進行吸光度測定，當560 nm波長下的吸光度>1.0時，便著手采收[31]，也有選用680 nm波長下的吸光度>0.8時采收的報道[32]。

螺旋藻采收一般經歷三大步驟，即螺旋藻藻絲體（藻細胞）采集分離、螺旋藻聚集物（即藻泥）清洗、螺旋藻干燥。螺旋藻藻絲體（藻細胞）采集所用的技術包括過濾法、絮凝沉淀法、離心沉淀法等，清洗工序包括漂洗、離子交換、電滲析、超聲波清洗等，干燥包括自然曬干、冷凍干燥、噴霧干燥、滾筒干燥和炒干等。改進螺旋藻藻絲體的采集方法、提高采集效率、降低生產成本仍是業界努力的方向。

螺旋藻采收時使用的過濾網或濾布的網孔密度一般低于50 μm，以便將螺旋藻藻絲體從培養液基質中有效分離出來。常用的過濾篩有傾斜篩和震動篩2種，傾斜篩的篩網面積為2～4 m2，篩網孔徑為380～500目，能夠過濾10～18 m3/h的螺旋藻培養液[33]。在相同采收效率的前提下，震動篩需要的篩網面積約為固定傾斜篩篩網面積的1/3，但震動篩并不適用于大規模采收，震動導致的螺旋藻藻絲體變形和斷裂反而降低了螺旋藻的產率。盡管新鮮的螺旋藻能夠被直接消費，但鮮螺旋藻不宜久存，可食用的保質期僅為6 h[2]，干燥后的螺旋藻粉可以儲存1年以上。

利用Ca2+的絮凝作用能夠將螺旋藻快速絮凝沉淀，但絮凝劑用量大，絮凝藻體的鹽含量大，后續處理困難。而傳統過濾也存在效率過低，損失嚴重等缺陷，需要進行改進。Lai等使用殼聚糖和雞蛋殼作為生物絮凝劑對螺旋藻進行采收時發現，325目的雞蛋殼粉溶于鹽酸溶液后，在4 g/L、pH值為4的條件下絮凝8 min，最高效率達到97.2%，而殼聚糖溶于鹽酸后，在50 mg/L、pH值為8的條件下絮凝50 min，最高效率達到80%[34]。盡管雞蛋殼的得率較高，但從營養液的重復利用方面考慮，殼聚糖絮凝劑更貼近于實際生產。

2.2 螺旋藻的干燥

Nouri等對比研究了自然干燥、陰干、微波干燥、冷凍干燥、真空干燥、傳統熱風干燥等對螺旋藻理化成分和抗氧化性的影響[35]。真空干燥有助于螺旋藻粉抗氧化活性和總酚物質的保留，噴霧干燥和冷凍干燥有助于保留螺旋藻中的不飽和脂肪酸，而冷凍干燥對鈉、鉀、鎂、錳、鈣、磷的流失比較顯著，其他干燥方式對金屬元素的影響不顯著。

使用φ=80 μm孔徑的支撐物有助于螺旋藻的快速干燥（熱風對流干燥），規格為80 mm×80 mm ×3 mm的螺旋藻藻泥餅的干燥時間可降低30%，擠壓的螺旋藻藻泥條（φ=3 mm×120 mm）間隔10、20 mm，可降低干燥時間35%[36]。

企業總是試圖在干燥工序成本可控的前提下，減少螺旋藻營養成分的損失并得到最大純度的產品。由于螺旋藻的細胞壁特別薄且易碎，自然曬干作為最原始、最傳統的干燥方式曾被廣為使用，但自然曬干必須非常快速，否則葉綠素被破壞，干燥的產品變成藍色。盡管冷凍干燥被認為是最適合螺旋藻干燥的方式，但高昂的成本和復雜的工序，使其應用相對較低。噴霧干燥是實際生產中最常用的螺旋藻干燥方式。不同螺旋藻干燥工藝對螺旋藻營養成分的損失程度見表3。

3 螺旋藻的營養及安全

3.1 螺旋藻的營養

螺旋藻的營養價值很高，蛋白質含量占干質量的60%～70%，且富含植物中不常見的維生素B12和鐵元素， 其中維生素B12含量是肝臟中維生素B12含量的2～4倍，鐵元素濃度是常見植物鐵元素的 8～12倍。螺旋藻還含有抗腫瘤作用的藻藍素，被宣稱為未來的最佳食品[45]，2003年，聯合國成立了一個“聯合國利用微藻類螺旋藻抗擊營養不良政府間機構”（the Intergovernmental Institution for the Use of Micro-algae Spirulina Against Malnutrition，簡稱IIMSAM）以便在發展中國家推動開發螺旋藻用于消除饑餓和營養不良[2]。

不同企業的螺旋藻產品各功能成分含量并不一致，這種差異不僅與藻種相關，也因溫度、pH值、培養基、光照等養殖條件的不一致而存在差異。以蛋白質為例，螺旋藻的蛋白質含量在17%～73%（干質量）之間變動[30]，部分市售螺旋藻產品的氨基酸組成如表4所示[33，46-48]。

氨基酸評分法是蛋白質質量評價中廣泛采用的方法之一。基于成人的必需氨基酸需求[50]，不同螺旋藻樣品的必需氨基酸評分見表5。由表5可知，螺旋藻蛋白與谷物蛋白類似，限制性氨基酸均為賴氨酸，但不同產地、品牌螺旋藻產品的氨基酸評分均大于100，所以螺旋藻是一個優質蛋白，滿足人體所有必需氨基酸的需求， 因此螺旋藻的消化率成為螺旋藻氨基酸評分的第一限制因素[50]，從而螺旋藻的消化率修正氨基酸評分等于螺旋藻的消化率。

螺旋藻的細胞壁類似于革蘭氏陰性菌的肽聚糖細胞壁，非常易于消化。據報道，螺旋藻的平均體外消化吸收率為61%[51]，其蛋白質的消化吸收率為70%～85%[52]，螺旋藻細胞壁多糖的生物利用度達到86%[53]。但不同研究者采用的消化吸收測試方法不一致，數據間的可比較性相對較差。不可忽視的是，加工工藝可以改變螺旋藻的體外消化吸收率[54]，滾筒干燥與自然曬干的螺旋藻的體外消化吸收率分別為84%、76%。

3.2 螺旋藻的安全性

同大多數微藻一樣，螺旋藻可以吸附培養液中的農藥殘留滴滴涕（DDT）[55]，重金屬（Cr3+、Cd2+、Cu2+、Zn2+、As、Hg等）[56-59]，石油烷烴[60]和雌激素（17α-乙炔基雌二醇、17β-雌二醇）[61]等，因而螺旋藻也被認為是用于污水處理的熱點材料[62]。在食用螺旋藻生產中，其不安全因素主要集中于養殖過程的重金屬（鉛、砷等）、生物毒素等的污染影響，還包括干燥加工過程的熱源污染（如多環芳烴）， 硝酸鹽/亞硝酸鹽、亞硫酸鹽殘留和輻照劑量殘留等污染。

3.2.1 重金屬 目前我國南方企業生產的螺旋藻粉普遍存在鉛含量超標的問題，而北方（主要是內蒙古自治區）企業生產的螺旋藻粉存在砷含量偏高的現象。在2012年，曾因為程海湖污染（鉛超標）媒體對我國螺旋藻養殖業、螺旋藻產品進行了長篇累牘地報道，對螺旋藻品質產生了懷疑。螺旋藻產品中的重金屬組成及含量與養殖水體緊密相關，也與養殖過程中培養基（碳酸鈉或碳酸氫鈉等原料）中的重金屬殘留有關。GB 2762—2017《食品安全國家標準 食品中污染物限量》中規定螺旋藻及其制品中的鉛含量上限為2.0 mg/kg（干質量計）。歐盟對膳食補充劑中的鉛殘留設定為3.0 mg/kg，但有報道說螺旋藻中的鉛殘留在0.1～15.0 mg/kg之間變化[63-64]。趙楠發現，國內螺旋藻原粉中的鉛殘留為0.03～1.71 mg/kg，但筆者團隊對部分市售螺旋藻粉樣品的檢測發現，有個別樣品的鉛含量超過2.0 mg/kg。鉛殘留仍是螺旋藻養殖過程中亟待解決的問題之一[65]。

砷是一種準金屬物質，以各種形態分布于土壤、石頭、河流等環境中，在組成地殼的92種元素中，含量排名為第20位。天然砷礦在自然風化及雨水沖刷等活動過程中進入水體，常以亞砷酸鹽和砷酸鹽的形態存在。砷可分為有機砷與無機砷2種，無機砷又分為砷元素、三價砷和五價砷3種形式，其中三價砷的毒性最高，而有機砷對人體的毒性較小。水產品中常見的砷酸甜菜堿和砷酸膽堿等有機砷化合物對人體沒有毒性，且容易排出體外。螺旋藻具有富集砷的特性，當螺旋藻養殖水體中的砷濃度達到0.04 mg/L時，乍得湖鈍頂螺旋藻藻粉中的砷含量超過1.0 mg/kg[66]。我國螺旋藻原粉中的砷殘留為0.01～0.41 mg/kg[65]，但筆者團隊對部分市售螺旋藻藻粉樣品的檢測發現，很多樣品的砷含量超過固體營養補充食品的砷殘留限量標準（0.5 mg/kg，GB 2762—2017《食品安全國家標準 食品中污染物限量》），但無機砷均小于0.02 mg/kg。建議我國GB/T 16919—1997《食用螺旋藻粉》和NY/T 1709—2011《綠色食品 藻類及其制品》在后續修訂時，將有關砷的指標明確為無機砷。

鉛具有神經毒性，鉛暴露會損傷兒童發育期的學習記憶。鉛鎘聯合暴露的神經毒性較鉛鎘單獨暴露的神經毒性強[67]，歐盟對膳食補充劑中的鎘殘留限量設定為1.0 mg/kg。Muys等曾發現，螺旋藻中的鎘殘留為0.01～0.17 mg/kg，我國螺旋藻粉的鎘殘留為0.003～0.123 mg/kg，所有報道數據均在鎘殘留方面比較理想[27]。歐盟對膳食補充劑中的汞殘留設定為0.1 mg/kg;未對鎳殘留作出限定，Muys等發現，螺旋藻樣品中的汞殘留為0.02～0.11 mg/kg，鎳殘留為1.1～3.4 mg/kg[27]。

3.2.2 多環芳烴 多環芳烴來源于天然和人類生產活動，最主要來源是有機物的不完全燃燒。螺旋藻在干燥工序方面，根據熱源（煤、有機質、天然氣）、加熱方式（直接接觸、非直接接觸）和加熱溫度的不同，可能存在多環芳烴的污染。2015年10月27日，歐盟（EU）2015/1933對（EU）No 1881/2006食品中多環芳烴的限值進行增補。歐盟對含有螺旋藻及其制品的膳食補充劑中多環芳烴的殘留標準是苯并[a]芘≤10 μg/kg;苯并[a]蒽（BaA）、（CHR）、苯并[b]熒蒽（BbF）和苯并[a]芘（BaP）等4種多環芳烴之和為≤50 μg/kg[68]。我國暫時尚未對螺旋藻及其制品中的多環芳烴殘留進行規定。Zelinkova等曾對愛爾蘭市售螺旋藻膳食補充劑的多環芳烴殘留進行檢測[69]，結果見表6。總體而言，當苯并[a]芘超標時，4種多環芳烴之和也超標。

3.2.3 其他安全因素 Muys等檢測螺旋藻樣品中的硝酸鹽濃度在8～368 mg/kg之間，盡管這些數據對原料總氮的貢獻有限，過高的硝酸鹽殘留可能是由于養殖過程中使用硝酸鹽作為氮源引起的[27];在螺旋藻后續加工清洗充分的前提下，亞硝酸鹽的高低反映了加工過程中原料腐敗變質的程度。果蔬汁標準中，亞硝酸鹽的殘留控制標準是4 mg/kg，而硝酸鹽的日允許攝入量（allowable daily intake，簡稱ADI）是3.7 mg/kg體質量。

食品行業所說的亞硫酸鹽包括二氧化硫、亞硫酸氫鈉、亞硫酸鈉、低亞硫酸鈉、焦亞硫酸鈉、焦亞硫酸鉀等在內的一系列物質。由于食物原料的腐敗發酵能夠產生亞硫酸鹽，且有報道說亞硫酸鹽具有生殖毒性[70]且能引發哮喘的過敏反應[71]，所以部分國家對螺旋藻中的亞硫酸鹽進行嚴格控制以便溯源螺旋藻加工過程中螺旋藻原料的腐敗變質情況。歐盟和美國均要求食品中二氧化硫和亞硫酸鹽（以SO2計）大于10 mg/kg時需要標注。2019年8月6日，德國對我國臺灣一批次的食品補充劑因含未申報的過敏原——亞硫酸鹽（22 mg/kg）而通報不合格。

螺旋藻中報道較多的藻毒素主要為微囊藻毒素（mycrocystins，簡稱MC），MC作為藍藻毒素的一種，是目前暴露頻率最高、污染范圍最廣、危害最為嚴重的肝毒性藻毒素[72]，具有致畸、致癌、致突變的“三致”作用，也是目前發現的最強肝臟腫瘤促進劑。MC具有約100種結構變體，其中被列為2B類致癌物的微囊藻毒素LR（MC-LR）的毒性最大[73]。2002年，徐海濱等對市售的19種71份螺旋藻產品進行微囊藻毒素的檢測時發現，平均污染水平為317.2 ng/g，其中錠片和膠囊中微囊藻毒素污染的平均水平分別為142.7、222.6 ng/g[74]。而在2001年Draisci等報道了從羅馬供應商處收集的5個不同品牌的螺旋藻片和膠囊樣品，有3個樣品不僅含有高達10 μg/g的二氫同型魚腥藻毒素-a（dyhydrohomoanatoxin-a）——一種神經毒素，其中2個還含有環氧魚腥藻毒素-a異構體（含量分別為18、19 μg/g）[75]。

2018年11月28日，日本厚生勞動省發布藥生食輸發1128第3號文：修訂輻射照射食品檢測方法附錄Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ-ⅶ，分別涉及畜牧及漁業產品、農產品等，同時增加附錄“Ⅳ-ⅶ 放射線照射”，追加對螺旋藻的輻照檢查，檢查件數為10件[76]。

3.3 螺旋藻標準

螺旋藻粉在不同國家和地區的質量標準見表7[65，77]。

由表7可知，螺旋藻的質量標準更多地關注了產品本身的質量和微生物安全，對可能存在的生物污染和化學污染尚未列為控制標準。但基于90%以上的螺旋藻均是作為膳食補充劑為人類消費，需要對可能存在的影響螺旋藻產品安全性的因素，特別是養殖用水可能存在的污染指標進行監控。

4 結論與討論

螺旋藻是一種優質的微生物蛋白源，其產業鏈由養殖、初加工（藻粉）、深加工（藻片、螺旋藻提取物和其他成品）、成品應用4個環節組成。本文對螺旋藻產業鏈上游的養殖、采收、初加工等環節進行了總結。螺旋藻養殖和加工過程對生產要求極其嚴格，螺旋藻的養殖受外界環境影響較大，適宜養殖的水質必須高堿、高溫、高光照，養殖過程需防止其他藻類或者微生物的污染。螺旋藻的采收和粗加工需要經過抽水、沖洗、過濾、干燥等工序，干燥的及時與否將嚴重影響螺旋藻粉的質量。養殖用水的污染使我國螺旋藻產業鏈上游面臨挑戰，產品質量標準（重金屬等）需要進一步提升。業界需要從水源、生產原料、藻種培養、規模化養殖、采收、干燥、加工、包裝以及養殖廢水處理等方面制定一個操作或加工指南。螺旋藻的生產成本仍滿足不了市場的需求，還需要通過技術創新和規模化養殖進行破解;減少生產加工過程中的營養成分損失或者結合快速發展的物聯網產業，實現生鮮宅配是螺旋藻產業鏈發展延伸的另一方向。

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