微藻在食品健康產業中的發展和機遇

大健康產業中一個重要的組成部分就是飲食健康，根據Christopher J L Murray 等

對全球195 個國家從1990—2017 年膳食對健康影響調查的分析發現， 飲食已成為影響全球非傳染性疾病(NCDs) 發病率和死亡率的首要危險因素。 微生物藻類不僅含有豐富的優質蛋白和脂肪， 而且還有多種重要的多功能生物活性化合物，這些化合物具有保護心血管、 抗炎、 抗高血壓、 抗氧化、 抗增殖和降糖等生物活性

， 是健康飲食的重要原料之一。

1 微生物藻類在大健康產業中的國內外發展現狀

目前， 實現人工培養的微生物藻類資源包括藍藻門的螺旋藻、 綠藻門的小球藻、 雨生紅球藻和鹽生杜氏藻等， 以及硅藻門、 金藻門、 紅藻門、 甲藻門的部分藻類。 截止到2018 年， FDA 確認的一般公認安全者(GRAS) 包括鈍頂螺旋藻、 萊茵衣藻、 原始小球藻(不屬于小球藻屬)、 普通小球藻、 杜氏鹽藻、 裸藻。 2009年起， 杜氏鹽藻、 雨生紅球藻、 小球藻、 裸藻、 葛仙米和擬微球藻均成為我國的新食品資源(表1)

。 微生物藻類因其分布廣、 生長周期短、 生物量大、 光合效率高、 營養豐富、 環境適應性強等特點， 成為亟待開發的大健康產業原料之一。

考慮到要求DE的長，所以應以DE為邊構造直角三角形，即分別過點D、E作DE的垂線(DE為直角邊)，或作BC、AB的垂線(DE為斜邊)，但究竟作哪一條垂線更實用，還需結合其他條件進一步分析．

1.1 國外發展狀況

微藻資源的產業化相對時間較短， 最早可以追溯到二戰時期， 經過幾十年的發展， 現尚處于起步階段。 目前， 全世界已經形成規模化的微藻種類有10 種左右。其中， 用于商業化生產各類營養健康制品的主要集中在小球藻、 螺旋藻、 鹽生杜氏藻(簡稱鹽藻) 和雨生紅球藻(簡稱紅球藻)， 還有幾種水產餌料微藻和高油微藻。螺旋藻、 小球藻和鹽藻的商業開發主要是借助于低成本的開放式跑道池技術支撐發展起來的。 微藻產業化的標志事件是1973 年在墨西哥

堿湖建立起世界上第一個螺旋藻養殖工廠。 到目前為止， 上述微藻的年產量基本維持在1.5 萬~2.0 萬t 藻粉， 其中， 螺旋藻(鈍頂螺旋藻為主) 的總量最大， 占到微藻總產量的60% ~70% 。

美國

公司于20 世紀80 年代中后期在夏威夷通過開放式跑道池技術進行商業化紅球藻資源的開發利用。 最近幾年， 紅球藻在微藻產業中異軍突起， 成為微藻資源開發中的新力量。 經過20 ~30 年微藻行業的工作積累沉淀， 紅球藻資源的開發利用取得了突破性進展。 21 世紀逐漸構建起來以封閉式光生物反應器為主要特征， 基于細胞周期調控二步串聯培養的紅球藻資源開發模式， 目前已經在美國、 日本、 以色列和我國進行了產業化生產。 紅球藻主要用于蝦青素的提取， 在2015年以前， 螺旋藻、 小球藻和鹽藻分別占據了產量和產值的前3 位， 而從2016 年起， 紅球藻產量已經達到700 t，超過了鹽藻， 列居世界第三位， 其中我國占到全球產量的40% 左右， 美國占全球產量的30%， 以色列約占20%， 其他國家僅占到10%。 同時紅球藻制品總產值先后超過了鹽藻和小球藻， 僅次于螺旋藻， 位居第二。 隨著發酵法高密度培養小球藻技術獲得了實質性突破并得以規模化推廣應用， 小球藻產品質量和穩定性都有很大提高， 我國和日本是小球藻主要生產國家， 主要品種以蛋白核小球藻為主。

1.2 國內發展狀況

標準是檢驗產品質量的標尺， 是推動產業發展的重要手段之一。 隨著產業的不斷發展， 其對標準的依賴也越來越緊密， 從一定程度上來講， 得標準的行業得天下， 因此， 微生物藻類在大健康產業中標準的制定是該產業發展的關鍵點。 標準是根據《 “健康中國2030” 規劃綱要》 的要點， 構建起微生物藻類產業標準化體系，從微生物藻類菌種選育、 培養和產后加工、 功能性評價建立相關質量安全標準， 精準定位評價產品功能， 實現微生物藻類產業與大健康產業的有機結合建立標準體系。

2 我國微生物藻類產業發展面臨的挑戰

2.1 總體技術落后， 高附加值產品少

微生物藻類產業發展主要瓶頸在于生產成本仍偏高。 已經產業化的生產模式(跑道池法、 中空管光生物反應器和鼓泡柱反應器等) 生產運行成本高， 單位體積生物量增加有限， 再加上微生物藻類細胞體積微小(3~30 μm)， 培養液中培養密度比較低(開放池一般＜0.6 g/L， 光反應器一般＜3 g/L) ， 藻細胞表面帶有負電荷( -7.5~ -40 mV) 等特性， 導致微藻細胞一般穩定懸浮于培養液中， 采收成本高

。 經過分析估算采收環節的成本約占整個微藻生產成本的20% ~30%

。 這樣造成了微生物藻類生產成本遠高于常見的動植物蛋白生產成本， 成為了其在大健康產業應用中的挑戰之一。

2.2 生產成本高限制了微藻的推廣利用

雖然從總量上我國微生物藻類產量居世界第一， 但是無論是微藻類養殖還是深加工方面都落后于世界先進水平。 由表3 可見， 我國大部分微藻類企業目前以養殖和初加工為主， 以原料出口和初級加工產品占領市場，而國外企業卻以高值化產品占領市場， 導致國內微藻類企業利潤低， 嚴重阻礙我國微生物藻類企業的發展壯大。 另外， 歐美近年來新成立的微生物藻類相關公司，通過資本的介入專門從事藻類高端產品的開發和銷售，這無疑是我國微藻產業發展的挑戰之一。

2.3 消費者對微藻認識有限， 對市場開拓帶來了挑戰

微生物藻類， 特別是螺旋藻作為一種營養保健品已被人們所熟知， 但是其他微藻類的應用尚處于起步階段， 由于早期部分企業對螺旋藻夸大宣傳的不當做法

， 導致消費者對螺旋藻及其他微藻類認知出現偏差， 最終造成了微生物藻類產品推廣困難， 從而制約了產業的發展。 總之， 微生物藻類雖然在產業化過程中仍有許多困難需要克服， 但是因其具有適應性強、 生產速度快、 具有豐富的營養素以及環境友好等優勢， 在大健康產業中具有廣闊的前景。

有些汽車上臺檢測，幾次檢測數值出入較大，這是因為踩制動踏板的方式不同，一腳踩到底與緩慢踩或一腳點一腳剎，得出的數值是不一樣的，這是由于以下幾個因素：

3 微生物藻類在大健康產業中的發展機遇

3.1 世界對蛋白質和能量的需求有利于微生物藻類產業的發展

實現規模化養殖的微生物藻類蛋白含量幾乎都在25%以上， 最高的可以達到70%左右， 其氨基酸組成與牛奶和雞蛋相近， 是人類理想蛋白的來源

。 根據Credence Research 的數據， 2018 年全球藻類產品市場價值339 億美元， 預計到2027 年將達到565 億美元。 Global Market Insights 預測， 2020—2026 年藻類蛋白將實現6%以上的復合年增長率。 其中， 螺旋藻市場的復合年增長率預計約為10%， 估計價值20 億美元； 綠藻市場有望實現復合年增長率為25.4%， 到2022 年將達到7 億美元； 小球藻蛋白市場份額到2026 年底將增長超過45%。

3.2 慢性病和非傳染性疾病對我國公共衛生提出挑戰是微生物藻類產業發展的契機

2020 年9 月， 我國首次提出要在2030 年實現碳達峰， 2060 年實現碳中和的目標， 并寫入了2021 年的政府工作報告。 微生物藻類利用二氧化碳放出氧氣， 在工藝污水處理等方面均有成熟的應用， 特別是在減少碳排放、 降低空氣中的二氧化碳等方面具有無可比擬的作用。

3.3 食品配料需要安全健康的來源， 有利于微生物藻類產業的發展

薩繆爾森指出， 市場經濟最終的兩個主宰是消費者和技術。 21 世紀以來， 無論是外因還是內因， 均促使我國在高新技術產業迅速發展。 據新華社報道， 2020 年，我國高技術產業銷售收入同比增長14.7%， 增速高于全國企業平均水平8.7 個百分點。 事實上， 從2005 年以來我國的高新技術產業的收入逐年增加， 高新技術產業主營收入在2012 年突破了10 萬億大關， 標志著我國高新技術的推廣應用達到一個新的高度。 隨著高新技術在生產中的應用， 微藻養殖加工新技術也不斷開發， 劉國振

教授團隊的微藻浮法培養體系提高了單位體積微藻戶外養殖密度， 有效降低了養殖成本， 是一種適應性強而且微藻質量可控的值得推廣的新型藻類養殖技術。新型抗污染的膜分離技術、 干燥技術等都為微生物藻類資源的生產收集提供了有力的技術支撐。 根據技術和微生物藻類資源特點， 實現新技術的產業化必將促進微生物藻類的快速發展。

微藻色素是天然食品色素的重要原料之一， 其優勢除了著色能力強， 還有許多健康益處(抗氧化、 抗癌、消炎)。 已經商業化的微藻色素包括: 藻藍蛋白(占到干藻8%)、 類胡蘿卜素(通常為干重的0.1% ~0.2%，但在某些物種中達到14%)、 蝦青素(占干藻1% ~5%) 和葉綠素(干重的0.5% ~1.0%)

。 隨著消費者健康意識的不斷提升， 來源于微藻類的天然色素取代人工色素已成為新發展趨勢， 日本DIC 由此宣布將從人造色素轉向天然色素的發展計劃， 預計全球藻藍蛋白藍色食品色素市場將從2016—2020 年以每年50% 的增速增長。 我國GB2760 也將藻藍作為天然的著色劑， 允許其在糖果、 果蔬汁、 風味飲料和果凍等產品中使用。 β-胡蘿卜素多來自小球藻， 能夠提供好看的黃色和橘色，可用于奶酪、 黃油和人造黃油等多種食品； 蝦青素多來自雨生紅球藻， 其抗氧化性更強， 有天然、 好看的紅色。 表4為微藻高附加值提取及其應用， 其中藻類色素在健康產品領域占到一半以上。

3.4 有型的“中國制造” 向無型的“中國創造” 升級是微生物藻類產業發展的重要契機

食品配料是指食品配方原料中用量較小的食品原料， 包括食品添加劑和非主要營養素食品配料， 是現代食品工業的基礎和推動力。 即使在2020 年新冠疫情對各個行業都有較大影響的情況下， 我國食品制造業營業收入仍達1.96 萬億元， 創造利潤1 791.4 億元， 利潤額與2019 年持平。 我國食品配料行業起步較晚， 但發展十分迅速。 據數據統計， 2014—2018 年， 食品添加劑行業中主要企業的品種產量從947 萬t 增長到1 200萬t，年均增長率為6.3%； 主要產品銷售額從935 億元增長到1 160億元， 年均增長率為6.0%； 同期出口額則基本維持在36 億~37 億美元左右。 食品配料行業集中度較高， 大企業之間市場爭奪戰將日趨激烈， 安全、 高效營養的食品配料成為競爭焦點之一。

對于上述空間滯后模型、空間誤差模型和空間杜賓模型，在實際問題分析中，我們可以運用拉格朗日乘子(Langrange Multiplier，LM)來進行模型的選擇。

隨著后疫情時代的來臨以及消費者對健康和環保意識的增強， 微生物藻類的發展具有前所未有的契機。 因此， 對微生物藻類在大健康產業中的發展有以下5 條建議。

3.5 碳達峰和碳中和為微生物藻類產業發展提供了百年不遇的機會

近年來， 由于中國居民生活習慣的改變、 環境的污染、 老齡化嚴重等使我國居民的疾病譜也隨之發生了巨大的轉變。 在20 世紀70—80 年代， 感染性疾病是最主要的威脅人群健康的疾病； 而到21 世紀初， 腫瘤和心腦血管相關疾病是導致我國居民死亡的主要疾病因素；根據《中國居民營養與慢性病狀況報告(2020 年)》 報告， 2019 年， 我國因慢性病導致的死亡人數占總死亡人數的88.5%， 其中心腦血管疾病、 癌癥、 慢性呼吸系統疾病的死亡比例可達到80.7%。 我國醫院病人出院排名前10 的疾病分別為循環系統疾病； 呼吸系統疾病； 消化系統疾病； 妊娠、 分娩和產褥期病； 損傷、 中毒； 泌尿生殖系統疾病； 惡性腫瘤； 肌肉骨骼系統和結締組織疾病， 傳染病和寄生蟲病， 內分泌、 營養和代謝疾病

。 微藻是利用光能合成多種高價值生物活性化合物如多糖、 蛋白質和脂類的自養生物

。 微生物藻類

豐富的ω-3 PUFAs 與魚油相當， 具有極佳的ω-3與ω-6 (1: 1~1: 4) 比例； 蛋白水解的活性肽和所含有的多糖都是改善飲食營養素的重要來源

。 挖掘新的微生物藻類和對現有微藻菌株進行深入研究

， 從而發現更多生物活性物質來治療由病毒、 細菌、 寄生蟲或真菌引起的不治之癥和耐藥性感染， 如狼瘡、 阿爾茨海默病、 艾滋病毒/艾滋病等， 脊髓灰質炎、 流感、 寨卡病毒、 瘧疾和埃博拉病毒。 此外， 活性微生物藻類作為載體靶向輸送抗腫瘤及抗感染藥物也已經開始了臨床探 索 ( 見 浙 大 周 民 老 師 介 紹， https: / /person.zju.edu.cn/mi)。

4 微生物藻類在大健康產業中發展的建議

張仲平一大早就和徐藝出了家門。徐藝身兼雙職，既是他的助理，也是他老婆唐雯的外甥。下樓時兩個人都沒有說話。徐藝背著一個大旅行袋走在前面，樣子有點怪異。也許并不怪異，只是張仲平知道那里面裝的是五十萬現金而感覺有點特別罷了。

4.1 微生物藻類在大健康產業中標準體系的建立

GB 19643—2016 《食品安全國家標準 藻類及其制品》 中藻類的定義為: 一類水生的沒有真正根、 莖、 葉分化的最原始的低等植物。 藻類是海洋中的初級生產者， 其種類繁多， 具有諸多營養物質， 屬于重要的水產品資源， 具有食、 藥、 觀賞、 保健等諸多用途。 藻類的營養價值獲得了世界衛生組織(WHO)、 聯合國世界食品協會以及美國FDA 等多個權威機構的推薦及贊譽。由于藻類未經食物鏈傳遞， 因而相較于其他食品的安全性更高， 且食用歷史悠久， 譬如我們所熟知的DHA 藻油， 相較魚油DHA 而言更為安全。 因為魚類本身并不具備產生DHA 的能力， 大部分都是通過攝入含有DHA的藻類或其他物質獲取而來， 但經過食物鏈傳播后， 易富集有害物質， 且提純加工技術較難、 成本較高、 原料具有魚腥味， 而藻類中的DHA 含量高、 純度好、 提取方式便捷、 價格便宜且無刺激性氣味， 適合素食主義者食用

。 此外由于藻類原料在我國微生物類保健食品中的使用較為頻繁， 不僅有較高DHA 含量， 還具有安全性及功能的權威性， 推薦應用于嬰幼兒、 孕婦益智補腦等產品開發中。 對于藻類而言， 其原料使用來源及依據主要有以下兩種(表2)。 目前， 藻類新食品原料只有鹽藻及其提取物、 DHA 藻油、 雨生紅球藻、 蛋白核小球藻、 裸藻、 球狀念珠藻(葛仙米) 6 種。 縱觀世界范圍內， 微藻市場一直保持穩定增長。 2019 年， 全球微藻市場價值為23.26 億美元， 預計到2026 年微藻市場價值將超過34.4 億美元， 復合年增長率為5.77% 左右。 到2025 年， 螺旋藻產量將達到2 萬t/年、 小球藻4 000 t/年、 杜氏藻1 000 t/年、 紅球藻200 t/年。

今年10月22日，中證協首次披露該項資管計劃，并表示“支持民營企業發展集合資產管理計劃遵照統一組織、分散決策原則設立”，首次由11家證券公司達成意向出資設立母資管計劃，作為引導資金支持各家證券公司分別設立若干子資管計劃，吸引銀行、保險、國有企業和政府平臺等資金投資，形成1000億元總規模的資管計劃，專項用于幫助有發展前景的上市公司紓解股權質押困難。

4.2 求實創新， 增加基礎科研投入， 開發微生物藻類生產、 精深加工新模式

開啟微生物藻類健康農業新理念， 在微生物藻類生化基礎研究中加大投入， 從微生物藻類基本生活模式上去探索提高生物密度的理論和方法， 從而開發簡便易行的微生物藻類培養模式， 降低生產成本， 提高生產效率。 結合基本的生化基礎研究， 開展微生物藻類精深加工制品開發的配套技術， 促使我國的微生物藻類從原料生產向精深加工轉變。

4.3 充分利用互聯網和新媒體， 建立微生物藻類營銷新模式

根據《全國漁業第十三個五年規劃( 2016—2020年) 》 的要點， 建立微生物藻類產品分級與網絡配送體系。 充分利用新媒體進行微生物藻類的科普認識， 特別是對微生物藻類在大健康產業中作用的宣傳， 讓消費者全面客觀的認識微生物藻類在健康領域的作用， 避免誤導所帶來的負面影響。

破解土地發展制約 打造鄉村振興戰略（金欽帥） ...........................................................................................1-19

4.4 發揮微生物藻類的環保生態功能， 促進微生物藻類大健康產業的發展

充分利用微生物藻類的生物固碳、 廢水處理功能，集成系列創新技術， 實現以微藻為核心的兼顧經濟價值和生態環境治理于一體的新模型， 為“碳達峰” 和“碳中和” 目標的實現提供有力的產業保障。

4.5 積極吸收社會資本， 實現微生物藻類在大健康產業的快速發展

資本運營是產業發展的必要組成， 隨著2020 年5月“雙循環” 模式提出， 充分利用社會資本， 建立一種社會資本和政府投資相融合的新模式， 推動微生物藻類產業走向大農業進而實現工業化， 使其在大健康產業中建立起完善的“雙循環” 體系， 促進微生物藻類在大健康產業的快速發展。 總之， 微生物藻類在大健康產業中雖然存在一定的問題， 但是仍然有很多機遇。 建立完善微生物藻類在大健康產業中的標準體系， 堅持科技是第一生產力， 充分利用現代互聯網技術加大宣傳力度， 積極吸收社會資本， 才能實現微生物藻類在大健康產業中的飛速發展。

[1]Ashkan Afshin， Patrick John Sur， Kairsten A Fay， et al.Health effects of dietary risks in 195 countries， 1990-2017:a systematic analysis for the global burden of disease study 2017 [J].The Lancet， 2019，393(10184):1958-1972.

[2]Paulo Nova， Ana Pimenta Martins， Carla Teixeira， et al.Foods with microalgae and seaweeds fostering consumershealth: a review on scientific and market innovations [J].Journal of Applied Phycology， 2020:32(3):789-1802.

[3]Yasin Torres-Tiji， Francis J Fields， Stephen P Mayfield.Microalgae as a future food source [J].Biotechnology Advances， 2020(41):107536.

[4]孔欣欣， 郭楠楠.DHA 藻油生產技術及其在食品中的應用進展[J].食品與發酵科技， 2015，51(4):84-87、91.

[5]ElineRyckebosch， Charlotte Bruneel， Romina Termote-Verhalle， et al.Nutritional evaluation of microalgae oils rich in omega-3 long chain polyunsaturated fatty acids as an alternative for fish oil [J].Food Chemistry， 2014(160):393-400.

[6]Andrea J Garzon-Sanabria， Ryan T Davis， Zivko L Nikolov.Harvesting Nannochloris oculata by inorganic electrolyte flocculation: effect of initial cell density， ionic strength， coagulant dosage， and media pH [J].Bioresource Technology，2012(118):418-424.

[7]Teresa MMata， António A Martins， Nidia S Caetano.Microalgae for biodiesel production and other applications: A review [J].Renewable and Sustainable Energy Reviews，2009，14(1):217-232.

[8]葛保勝， 秦松.微藻精準營養與功能及潛在應用研討會概述[J].生物學雜志， 2021，38(2):1-2.

[9]Laurie-EveRioux， Lucie Beaulieu， Sylvie L Turgeon.Seaweeds: A traditional ingredients for new gastronomic sensation [J].Food Hydrocolloids， 2017，68(8):255-265.

[10]賈佳， 劉冰， 呂翻翻， 等.國內疾病譜研究現狀述評[J].中國社會醫學雜志， 2021，38(2):165-167.

[11]Doris YingYing Tang， Kuan Shiong Khoo， Kit Wayne Chew，et al.Potential utilization of bioproducts from microalgae for the quality enhancement of natural products [J].Bioresource Technology， 2020(304):122997.

[12]Lupette Josselin， Benning Christoph.Human health benefits of very-long-chain polyunsaturated fatty acids from microalgae [J].Biochimie， 2020(178):15-25.

[13]Apurav Krishna Koyande， Kit Wayne Chew， Krishnamoorthy Rambabu， et al.Microalgae: A potential alternative to health supplementation for humans [J].Food Science and Human Wellness， 2019，8(1) :16-24.

[14]Laura Soto-Sierra， Petya Stoykova， Zivko L Nikolov.Extraction and fractionation of microalgae-based protein products [J].Algal Research， 2018(36):175-192.

[15]Wenyi Ran， Haitao Wang， Yinghui Liu， et al.Storage of starch and lipids in microalgae: Biosynthesis and manipulation by nutrients [ J].Bioresource Technology， 2019(291):121894.

[16]Verónica Araceli Márquez-Escobar， Bernardo Ba?uelos-Hernández， Sergio Rosales-Mendoza.Expression of a Zika virus antigen in microalgae: towards mucosal vaccine development [J].Journal of Biotechnology， 2018，282(20):86-91.

[17]Daoud HindM， Soliman Eman M.Evaluation of Spirulina platensis extract as natural antivirus against foot and mouth disease virus strains (A， O， SAT2) [J].Veterinary World，2015，8(10):1260-1265.

[18]SilvaThauane， S Salomon Paulo， Hamerski Lidilhone， et al.Inhibitory effect of microalgae and cyanobacteria extracts on influenza virus replication and neuraminidase activity[J].PeerJ， 2018，6(3):e5716.

[19]Samara C Silva， Isabel C F R Ferreira， Madalena M Dias，et al.Microalgae-derived pigments: A 10-year bibliometric review and industry and market trend analysis [J].Molecules， 2020，25(15):3406.

[20]周艷， 汪旭， 王蘊博， 等.一種戶外開放式微藻培養體系優化[J].廣東海洋大學學報， 2021，41(2):33-40.