微藻主要營(yíng)養(yǎng)成分及其在食品中的應(yīng)用研究進(jìn)展

陳 東，錢(qián)為強(qiáng)，林鳳娟

（佛山中國(guó)發(fā)明成果轉(zhuǎn)化研究院，廣東佛山 528225）

微藻是指那些在顯微鏡下才能辨別其形態(tài)的微小藻類(lèi)群體，富含蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、多糖、類(lèi)胡蘿卜素等多種營(yíng)養(yǎng)成分。目前，越來(lái)越多的微藻生物活性物質(zhì)和次生代謝產(chǎn)物被研究開(kāi)發(fā)，如藻藍(lán)蛋白、多糖、多種類(lèi)胡蘿卜素（蝦青素、鹽藻黃素、β-胡蘿卜素）、Ω-3 脂肪酸和多酚等，一些生物活性物質(zhì)和次生代謝產(chǎn)物已經(jīng)被證實(shí)具有抗氧化、抗炎、抗腫瘤、抗病毒的作用[1-3]。隨著消費(fèi)者對(duì)健康飲食的需求增加，含有微藻的食品和飲品正在全球市場(chǎng)上逐漸顯露頭角。螺旋藻、小球藻、雨生紅球藻、鹽藻、裸藻等逐漸進(jìn)入人們的生活。微藻食品在國(guó)外應(yīng)用已較為廣泛，而我國(guó)微藻食品研發(fā)起步較晚，但目前已在食品行業(yè)、紡織、日化品等領(lǐng)域顯現(xiàn)出重要的應(yīng)用價(jià)值。

1 微藻營(yíng)養(yǎng)成分

微藻在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生各種生物活性物質(zhì)和次生代謝產(chǎn)物，如蛋白質(zhì)、糖類(lèi)、脂類(lèi)、多糖、多酚、甾醇和色素（葉綠素、類(lèi)胡蘿卜素、藻膽堿）等。微藻是食物維生素的優(yōu)質(zhì)來(lái)源，含有維生素A、維生素B1（硫胺素)、維生素B2（核黃素）、維生素B3（煙酸）、維生素B5（泛酸）、維生素B9（葉酸）、維生素B12、維生素C、維生素D 和維生素E。微藻中還含有礦物元素，如鈣、鈉、鎂、磷、鉀、鐵、鋅和碘[4]。

1.1 藻藍(lán)蛋白

不同微藻的蛋白質(zhì)含量不同，經(jīng)濟(jì)微藻中以螺旋藻和小球藻的蛋白含量最高，可達(dá)70%。微藻蛋白品質(zhì)處于植物蛋白和動(dòng)物蛋白之間，優(yōu)于植物蛋白但不如動(dòng)物蛋白。微藻的氨基酸構(gòu)成也優(yōu)于雞蛋，特別是微藻還含有人體無(wú)法合成的必需氨基酸[5]。在微藻蛋白中，對(duì)藻藍(lán)蛋白的研究居多。藻藍(lán)蛋白是一種高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的水溶性蛋白，也可作為藍(lán)色色素應(yīng)用在食品領(lǐng)域，同時(shí)藻藍(lán)蛋白具有抗腫瘤、抗氧化、抗炎、增強(qiáng)免疫力等生物活性功能，也可應(yīng)用在保健品和醫(yī)療領(lǐng)域[6]。藻藍(lán)蛋白能夠通過(guò)細(xì)胞周期的阻滯而引起肺癌細(xì)胞的凋亡，以濃度依賴(lài)效應(yīng)的方式引起黑色素瘤細(xì)胞不同程度的凋亡，在抑制結(jié)腸癌活性上也具有非常顯著的效果。另外，藻藍(lán)蛋白能夠有效清除細(xì)胞內(nèi)的OH 基團(tuán)并降低由葡萄糖氧化酶誘導(dǎo)所產(chǎn)生的炎癥反應(yīng)，表現(xiàn)出顯著的抗氧化和抗炎作用，并且已證實(shí)藻藍(lán)蛋白對(duì)生物體不具有毒性效應(yīng)，是一種安全的抗炎類(lèi)功能性食品[7]。

工業(yè)上的藻藍(lán)蛋白主要來(lái)源于螺旋藻。螺旋藻從20世紀(jì)70年代引入中國(guó)進(jìn)行培養(yǎng)，養(yǎng)殖技術(shù)已經(jīng)比較成熟，藻藍(lán)蛋白的規(guī)模化提取、純化和穩(wěn)態(tài)化研究等已成為目前螺旋藻精深加工的焦點(diǎn)。近年來(lái)，藻藍(lán)蛋白的制備技術(shù)取得了一定進(jìn)展，但仍存在提取效率偏低、能耗偏高等現(xiàn)象。螺旋藻的高效破壁技術(shù)、藻藍(lán)蛋白特異性純化技術(shù)及功能活性穩(wěn)態(tài)化仍需研究人員進(jìn)一步研究和發(fā)掘[8]。

1.2 長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸

Ω-3 脂肪酸和Ω-6 脂肪酸是人類(lèi)無(wú)法通過(guò)自身合成的長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸（LC-PUFAs），必須通過(guò)飲食補(bǔ)充。LC-PUFAs 有助于前列腺素和血栓烷的產(chǎn)生，而前列腺素和血栓烷對(duì)血液中膽固醇和甘油三酯的產(chǎn)生及預(yù)防某些疾病，特別是皮膚病和關(guān)節(jié)炎，具有重要作用[9]。其中Ω-3 脂肪酸可以改善高血壓和充血性心力衰竭，還對(duì)腸道菌群的發(fā)育和組成有積極的影響。在動(dòng)物模型中，補(bǔ)充Ω-3 脂肪酸可改善肝臟胰島素敏感性、脂肪細(xì)胞因子的產(chǎn)生及具有直接和間接的抗炎作用[10]。在Ω-3 脂肪酸中，二十二碳六烯酸（DHA）和二十碳五烯酸（EPA）因其顯著的健康益處脫穎而出。DHA 通過(guò)支持神經(jīng)元，促進(jìn)短期和長(zhǎng)期記憶，并幫助改善大腦功能；EPA 可限制與慢性疾病相關(guān)的炎癥發(fā)展。EPA和DHA 共同作用有助于胎兒發(fā)育，預(yù)防炎癥，并處理心血管疾病，還可以通過(guò)抑制某些負(fù)責(zé)脂質(zhì)合成的酶，影響血清脂質(zhì)和脂蛋白來(lái)預(yù)防肥胖[11]。

目前，海洋魚(yú)類(lèi)是市面上補(bǔ)充DHA 和EPA 產(chǎn)品的主要來(lái)源，但魚(yú)油強(qiáng)烈的魚(yú)腥味可能不適用于某些食品配料。此外，有限的海洋魚(yú)類(lèi)資源和一些污染危害物質(zhì)的存在，使工業(yè)需要尋找其他DHA 和EPA 來(lái)源物作為替代。微藻可以產(chǎn)生大量的多不飽和脂肪酸，如擬微球藻富含EPA，裂殖壺藻富含DHA。微藻是初級(jí)生產(chǎn)者，相對(duì)魚(yú)蝦，提取多不飽和脂肪酸藻油可以減少因食物鏈積累的危害物質(zhì)，并且微藻的培養(yǎng)可以節(jié)約土地資源，有助于碳中和，因而利用微藻提取含多不飽和脂肪酸微藻油具有廣闊的應(yīng)用潛力。

1.3 微藻多糖

不同微藻多糖的結(jié)構(gòu)與組成不同，但均顯示出顯著的增強(qiáng)機(jī)體免疫力和抑制病毒活性的功能。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和人體實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，微藻多糖如螺旋藻多糖、小球藻多糖、鹽藻多糖等都具有良好的促免疫活性[12]。螺旋藻多糖可以提高小鼠抗體生成細(xì)胞數(shù)、NK 細(xì)胞活性增強(qiáng)小鼠免疫力[13]。小球藻多糖促進(jìn)小鼠的吞噬細(xì)胞能力和淋巴細(xì)胞增殖，且有效劑量為50 mg·kg-1[14]。鹽藻多糖可以促進(jìn)腹腔巨噬細(xì)胞分泌IL-1 和T 淋巴細(xì)胞增殖[15]。裸藻多糖可以增加人體的抗體含量，促進(jìn)組織因子分泌[16]。此外，微藻多糖還具有抗病毒、抗氧化、抗菌和降血糖等作用[17]。

1.4 微藻色素

微藻色素分為類(lèi)胡蘿卜素、葉綠素和藻膽素。微藻色素不但是一種天然色素，而且具有促進(jìn)健康的高營(yíng)養(yǎng)成分，如抗氧化劑、維生素前體、神經(jīng)保護(hù)和免疫促進(jìn)劑。商業(yè)上的微藻色素來(lái)源主要有紫球藻（藻紅蛋白）、杜氏鹽藻（胡蘿卜素）、螺旋藻（藻藍(lán)蛋白）、雨生紅球藻（蝦青素）和柵藻（葉黃素）。藻紅蛋白具有抗氧化及抗炎活性，對(duì)阿爾茨海默病、肝腎毒、糖尿病等疾病具有一定緩解作用[18]。β-胡蘿卜素具有提高免疫力及預(yù)防皮膚病和白內(nèi)障的功能[19]，從杜氏藻中提取的β-胡蘿卜素經(jīng)常添加到果汁、奶酪和罐頭等食品中。藻藍(lán)蛋白常被用作食品的著色劑，如冰淇淋、口香糖、冰棒、果凍、乳制品和軟飲料。此外，雨生紅球藻是天然蝦青素來(lái)源之一，蝦青素是一種強(qiáng)抗氧化劑并在清除自由基、抗衰老、抗腫瘤和免疫調(diào)節(jié)等方面都顯示出良好的生物學(xué)活性[20]。葉黃素是類(lèi)胡蘿卜素家族中的一員，具有抗氧化防輻射、抗癌、預(yù)防心腦血管疾病和護(hù)眼作用[21]。

2 微藻在食品中的應(yīng)用

2.1 面點(diǎn)

將微藻添加到面點(diǎn)中，可以增加面點(diǎn)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，形成獨(dú)特的口感風(fēng)味。同時(shí)，微藻具有保水性，可以延緩面粉中淀粉的老化，延長(zhǎng)面點(diǎn)的貨架期。劉琦在面包中添加小球藻和金藻可以提高面包的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，相較于未添加微藻的面包，小球藻面包和金藻面包的蛋白質(zhì)含量、總糖和水分均高于對(duì)照組，但脂肪含量卻顯著低于對(duì)照組，且微藻面包的感官評(píng)價(jià)與對(duì)照組無(wú)顯著差異[22]。Niccolai 等[23]、Batista 等[24]、Rodriguez 等[25]將螺旋藻添加到面包、餅干及意大利面中也獲得了相似的結(jié)果，添加了螺旋藻的面包蛋白質(zhì)和多酚含量有所增加，抗氧化能力也更高。王寶貝等在面包中添加適量的雨生紅球藻可以一定程度地延緩面包的硬度、膠著性和咀嚼性的增加，延長(zhǎng)面包保質(zhì)期，但對(duì)貯藏過(guò)程中面包的彈性、內(nèi)聚性和回復(fù)性的影響不大[26]。劉璐璐等發(fā)現(xiàn)添加雨生紅球藻可以改善戚風(fēng)蛋糕的色澤，使其呈現(xiàn)橙紅色，戚風(fēng)蛋糕的硬度、彈性和咀嚼性增大，抗氧化活性增強(qiáng)，但隨著添加量的增加，蛋糕出現(xiàn)了一定的藻腥味，影響了蛋糕的風(fēng)味。雨生紅球藻適宜添加量為1.0%～2.0%，不僅改善了戚風(fēng)蛋糕的品質(zhì)，還提升了其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[27]。

2.2 酸奶

將微藻添加到酸奶中可以提高酸奶品質(zhì)和益生菌的活性。Barkallah 等開(kāi)發(fā)的含有0.25%～1.00%螺旋藻的酸奶，具有較高的蛋白質(zhì)和纖維含量、較好的保水力及貯藏期間較低的乳清脫水[28]。趙金瑤等將0.25%脫腥處理后的萊茵衣藻搭配0.2%的明膠和0.1%的β-環(huán)糊精所得到的萊茵衣藻酸奶質(zhì)地醇厚，奶香與藻香協(xié)調(diào)[29]。顏志秀等利用藏靈菇和螺旋藻進(jìn)行發(fā)酵，酸奶中醇類(lèi)化合物增加，酸類(lèi)化合物減少，口感也更加柔和[30]。王曉晴等將小球藻脫腥后添加到酸奶中，發(fā)現(xiàn)酸奶中添加小球藻粉有利于益生菌的增殖，且使酸奶多了自然的藻香味[31]。Beheshtipour等研究發(fā)現(xiàn)含有0.5%～1.0%螺旋藻的酸奶，pH 下降速度慢，在發(fā)酵和冷藏結(jié)束時(shí)，嗜酸乳桿菌和乳酸雙歧桿菌的活力增加并持續(xù)保持[32]。劉云鵬研究發(fā)現(xiàn)在適宜的菌種和條件下發(fā)酵所得的螺旋藻乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)物，可以提高線(xiàn)蟲(chóng)在熱激、過(guò)氧化氫誘導(dǎo)下的存活率，并且與對(duì)照組相比，發(fā)酵產(chǎn)物可以延長(zhǎng)線(xiàn)蟲(chóng)的壽命，說(shuō)明螺旋藻乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)物具有極大的開(kāi)發(fā)潛力[33]。

2.3 飲品

一些研究人員將微藻與飲品進(jìn)行了結(jié)合，探索微藻對(duì)飲品品質(zhì)的影響。劉靈杰等[34]、曾佩琴等[35]在黑芝麻乳的基礎(chǔ)上添加螺旋藻，以一定配比研制成復(fù)合營(yíng)養(yǎng)飲料，并進(jìn)行穩(wěn)定性研究和工藝的優(yōu)化。付書(shū)正等通過(guò)利用秀麗線(xiàn)蟲(chóng)模型，探究人參雨生紅球藻濃縮飲品抗衰老抗氧化的作用，結(jié)果顯示與對(duì)照組相比，1.0 mg·L-1的濃酸飲品可以顯著延長(zhǎng)秀麗線(xiàn)蟲(chóng)的壽命，在熱應(yīng)激實(shí)驗(yàn)中增加線(xiàn)蟲(chóng)的存活率，并且顯著增加其運(yùn)動(dòng)能力、產(chǎn)卵量及在線(xiàn)蟲(chóng)體內(nèi)的SOD 活性，進(jìn)而達(dá)到了延緩衰老的作用[36]。龐庭才等利用小球藻提取多糖后進(jìn)行酶解，研制出的小球藻保健飲料成品呈現(xiàn)清亮的黃綠色，無(wú)明顯藻腥味，風(fēng)味獨(dú)特，具有良好口感[37]。朱子昊利用小球藻提取蛋白質(zhì)酶解成多肽，研制出的小球藻多肽功能果汁飲料具有良好的抗氧化性[38]。李奕以小球藻與紫果西番蓮多糖為原料，研制出的小球藻紫果西番蓮多糖復(fù)合飲料可明顯延長(zhǎng)小鼠力竭游泳時(shí)間，降低運(yùn)動(dòng)后丙二醛生成量，并顯著提高總超氧化物歧化酶與谷胱甘肽過(guò)氧化物歧化酶的活力，因而可增強(qiáng)機(jī)體運(yùn)動(dòng)耐力，具有較好的推廣前景[39]。

3 小結(jié)

現(xiàn)有研究表明，微藻不僅營(yíng)養(yǎng)成分全面，而且具有抗氧化、促免疫等微藻活性物質(zhì)功能成分，對(duì)人們的健康有積極的作用。隨著人們健康意識(shí)及對(duì)健康食品的要求逐漸提高，微藻已逐漸在大健康領(lǐng)域中嶄露頭角。微藻產(chǎn)業(yè)也從簡(jiǎn)單的生產(chǎn)藻粉，逐步進(jìn)入精深加工領(lǐng)域，如微藻活性物質(zhì)的提取純化、微藻產(chǎn)品的研制開(kāi)發(fā)等。微藻在食品領(lǐng)域的應(yīng)用，除了需要發(fā)展微藻本身的養(yǎng)殖技術(shù)，降低微藻作為食品原材料的成本外，還需要對(duì)微藻食品進(jìn)行規(guī)范管理，制定市場(chǎng)規(guī)范，完善市場(chǎng)監(jiān)督，保證藻粉或微藻產(chǎn)品的食用品質(zhì)，保證微藻產(chǎn)品的食用安全。