微藻的活性成分及應用研究進展

摘 要：微藻憑借其豐富的代謝產物及獨特的生理特性，在可再生能源、生物醫藥、食品工業及環境監測等領域有著廣泛的應用。微藻體內富含蛋白質、多糖、維生素、脂肪酸、多種無機元素以及多種微量元素等，是一種純天然的營養物質。對此，介紹了微藻的生長條件，闡述了微藻的活性成分，分析了微藻的活性應用。

關鍵詞：微藻；活性成分；pH值

中圖分類號：Q946 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）12–00-03

微藻是一種具有獨特生物學特性和生物活性的古老植物，其分布廣泛，以多樣化的生活習性和頑強的生命力成為生態系統不可或缺的基石，在自然界中扮演著重要的角色，并在人類的生活和生產中發揮了重要作用。近年來，隨著微藻研究的深入，微藻獨特的生物活性成分在可再生能源、生物醫藥、食品工業及環境監測等領域得到了廣泛應用，市場前景廣闊。對此，綜合性評述微藻的活性成分及其應用研究進展具有重要的現實意義。

1 微藻的生長條件

影響微藻生長的條件復雜多樣，包括光照、溫度、pH值、營養鹽等方面。在人工培養條件下，需要全面考慮這些因素并采取相應的措施以獲得最佳的培養效果和應用價值，為其在各方面的應用奠定基礎。

1.1 溫度和pH值

溫度和pH值對微藻生長的影響顯著，且不同種類的微藻對這兩者的適宜范圍存在差異。在適宜的溫度和pH值范圍內，微藻的生長速度會隨著溫度和pH值的升高而加快，但當溫度和pH值超過最適宜范圍時，微藻的生長速度可能會受到抑制甚至導致微藻死亡。

劉加慧等[1]通過中心復合法實驗設計測試出微藻的最適宜pH值為6.0～9.0，其中，小球藻的最適宜溫度為16～34 ℃，螺旋藻的最適宜溫度為25～35 ℃，適宜pH值為8.3～10.3。由此可見，溫度和pH值都是影響微藻生長的重要因素，不同種類的微藻對pH值的適應性也有所不同。

1.2 光照條件

不同種類的微藻對光照強度、光質的需求有所差異。通常情況下，光照強度越高，微藻的生長速度越快，但各品種微藻對光照強度的適應性也各不相同。馬興冠等[2]通過改變小球藻培養時的光照強度發現，當光強達到一定范圍（＞12 000 lx）時，小球藻的生長率均呈下降趨勢，在光強＞14 000 lx時，小球藻生長率出現了斷崖式下跌。

光質也可以看作光的波長，不同顏色LED光質對螺旋藻藻藍蛋白的合成起著重要作用，光照條件是影響微藻光合作用的重要因素。張佩東等[3]通過改變LED燈的光質發現，紅光對微藻的生長具有顯著的促進作用，在此基礎上，謝佳文等[4]發現紅光對螺旋藻的生長速度有促進作用，藍光有利于提高螺旋藻藻藍蛋白含量及純度。綜上所述，在光照強度＜12 000 lx的基礎上，微藻在紅光LED下生長狀況最好。

2 微藻的活性成分

微藻中含有蛋白質、多糖、脂肪酸、礦物質、維生素等活性成分，這些重要活性成分的發現為其在各領域功能的挖掘奠定了堅實基礎。

2.1 蛋白質

微藻以其卓越的光合作用和蛋白質生產能力脫穎而出，其蛋白質含量較高。依據微藻種類不同，蛋白質含量為40%～70%，部分種類甚至超越此范圍。以螺旋藻為例，其蛋白質含量＞60%[5]。這一比例遠超大豆（1.7倍）、玉米（9.3倍）、牛肉（3.5倍）及蛋類（4.6倍），彰顯了其作為蛋白質來源的非凡地位，當前尚無其他動植物能及。同樣引人注目的還有小球藻，其蛋白質含量穩定在50%～58%，與酵母、大豆粉和牛奶等優質蛋白質來源相當，進一步證實了微藻作為蛋白質寶庫的價值。

2.2 多糖

裸藻多糖占比超細胞干重50%，由線性β-1，3葡

聚糖聚合而成。海藻多糖種類豐富，占干重的15%～

75%，涵蓋黏多糖、結構化與儲存多糖[6]。小球藻多糖最高達34.28%，以葡萄糖為主（58.8%～97.6%），含少量鼠李糖、甘露糖及半乳糖。螺旋藻多糖僅占其化學成分的2.0%。然而，螺旋藻、小球藻及鹽藻藻粉中的多糖占比提升至10%～40%，紫球藻與裸藻藻粉多糖含量更高，達干重的30%～60%?？傮w而言，海藻多糖含量高于裸藻、小球藻及螺旋藻，且微藻藻粉提取后多糖含量有所增加。

2.3 脂肪酸

微藻是水生生態系統中的重要組成部分，其在光合作用中扮演著關鍵的角色。微藻在生長過程中積累了大量的油脂，這些油脂主要由脂肪酸組成，含有C12至C24的脂肪酸，通常含有單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸C16和C18[7]。不同種類的微藻在不同生長條件下，脂肪酸含量會有所差異。一般而言，微藻細胞中的油脂含量可以達其干重的60%以上，脂肪酸含量更是占油脂的90%以上。不同生長階段的微藻，細胞中的脂肪酸含量也會有變化。例如，在營養生長期，微藻細胞中的脂肪酸含量較高，而在繁殖期則會較低。微藻中存在的脂肪酸主要包括棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、α-亞麻酸和二十碳五烯酸（EPA）等，其中油酸最為常見，亞油酸和α-亞麻酸次之。綜上所述，微藻的種類和生長環境決定了其脂肪酸的種類和含量，不同種類的微藻含有不同種類和含量的脂肪酸。

2.4 其他營養物質

微藻中富含多種維生素，包括維生素A、維生素C、維生素E、維生素K、維生素B1、維生素B2、葉酸等，這些維生素在人體內具有多種生理功能，如促進生長發育、維持免疫功能、抗氧化等。微藻中維生素含量因種類和生長條件而異，一般來說，微藻細胞中的維生素含量較低，但相對于其他食物來說，微藻中的維生素含量較為豐富。史珅等[8]通過對小球藻和螺旋藻的檢測，發現小球藻中生物素含量是螺旋藻的10倍，葉酸含量小球藻是螺旋藻的16倍，小球藻是優于螺旋藻的葉酸、生物素補充劑。

同時，微藻中富含多種礦物質，包括鈉、鉀、鈣、磷、鐵、鋅、銅、錳、鈷、碘等，這些礦物質在微藻的生長和代謝過程中起著重要的作用，同時是人體健康所必需的元素。陳偉平等[9]通過實驗測定螺旋藻是一種富含多種維生素的微藻和礦物質的物質，且從成分分析結果可見，其中所含對人體有害的微量元素Pb、No、As極低，甚至達到了食品的限量標準，適于長期服用。因此，微藻中的維生素、葉酸、礦物質等活性成分是保健品的優良原料。

3 微藻的活性應用

3.1 疾病治療應用

微藻體內的諸多成分都具有藥理作用，加之其營養價值高，在醫藥界備受矚目。螺旋藻作為淡水微藻，富含蛋白質、維生素及礦物質等營養成分，具有免疫調節、抗腫瘤、抗輻射等功效。研究指出，螺旋藻多糖（Polysaccharide from Spirulina Platensis，PSP）可助益

腫瘤治療與康復、抑制癌細胞生長，并且，螺旋藻多糖的抗氧化性特性可能是神經保護作用的基礎[10]。綜上，螺旋藻的核心成分PSP不僅能調節免疫，還展現出抗腫瘤潛力，因此被廣泛應用于腫瘤、心血管疾病、胸腺與脾臟的萎縮等醫學領域。

同時，小球藻等微藻富含多不飽和脂肪酸與蛋白質，可預防心血管疾病，通過抑制血管緊張素轉化酶來降壓，并調節血脂與增強免疫。螺旋藻中的維生素B12被證實具有胃保護效果，著重強調了維生素B12在保護胃腸道免于胃潰瘍中的重要性，對抗胃潰瘍有顯著作用。同時，相關研究揭示了藻類TET同源物促進維生素C衍生DNA修飾，其在遺傳病的治療中發揮了一定的作用，為遺傳病治療提供了新思路。

此外，維生素K1在微藻中含量豐富，被視為預防慢性病如骨質疏松與心血管疾病的潛在營養素。楊曉秋等[11]研究發現，綠藻富含鎂鐵元素，紅藻與棕藻則富含錳、鈉、鉀、鋅元素，由此可知不同類型的微藻富含不同礦物質，可以補充患者缺乏的礦物質元素，為礦物質補充提供多樣選擇。

3.2 食品和保健品應用

微藻，這一高營養價值的植物資源，在食品工業與保健品開發領域展現出廣泛前景。其中，微藻多糖具有較好的水溶性、成膜性、乳化性和穩定性等特性，能豐富面食等食品的生物活性植物營養素。陳峰等[12]提出微藻及其提取物主要以粉末、片劑、膠囊等形式被作為膳食補充劑應用于保健食品領域，可以有效地富集膳食中的生物活性植物營養素，既提升營養價值、優化口感，又減少了糖分與油脂。同時，微藻富含的多不飽和脂肪酸、維生素等營養成分，經科學驗證具備多種健康益處，棕色藻類不僅含有對人類有益的不飽和脂肪酸，還展現出低毒性與強抗氧化性，是開發保健品的理想選擇[13]。

不同微藻品種更是各具特色，如富含α-亞麻酸的微藻可用于開發降血壓、降血脂的保健品；富含維生素A的微藻則對視力有益，可用于開發改善視力的保健品；而富含葉酸的微藻則有助于預防胎兒神經管畸形。此外，海藻中的碘元素在預防甲狀腺腫大方面亦具顯著作用，為開發抗甲狀腺腫大保健食品提供了原料。

3.3 材料開發應用

微藻富含天然色素與抗氧化劑，具有美容活性及抗衰老特性，廣泛用于化妝品如面膜、乳液的生產制作。微藻中的脂肪酸、礦物質具有保濕抗氧化的作用，有助于修復和治愈皮膚，適用于防曬、美白產品；螺旋藻次生代謝物具有抗斑點的作用，有助于去痘印[14]；

富含維生素的微藻可用于開發改善膚色、保護皮膚健康的化妝品；依托微藻多糖的保濕抗衰老特性，螺旋藻多糖可作為保濕霜、面膜等化妝品的原料，小球藻多糖可作為抗衰老面霜的原料[15]。

此外，藻類多糖水凝膠應用于藥物運輸、組織工程、傷口敷料、農業化學用品、食品包裝等領域，其具有良好的生物相容性與生物可降解性，規避了傳統合成聚合水凝膠較差的生物相容性和生物降解性的弊端，優于傳統水凝膠合成品。并且，微藻還可以作為飼料添加劑添加至動物飼料中，如富含γ-亞麻酸的微藻作為飼料添加劑添加至動物飼料中，有助于提高動物的健康狀況和生產性能，同時增加肉質的口感和營養價值[16]。

3.4 能源和環境保護應用

微藻，因單細胞、速生、強光合及高效固碳等特點，在能源環保領域前景廣闊。與傳統的生物柴油原料如大豆油、油菜籽油相比，微藻有更快的生長速度和更高的油脂含量、更大的潛力。其能將二氧化碳轉化為油脂，用于生物柴油生產，緩解溫室效應[17]。微藻還能光解水制氫，經基因改造后，產甲烷與氫氣的效率得到提高，環保高效，成為能源發展的新方向[18]。

微藻具有吸收廢水中營養物質與重金屬離子的能力，與傳統處理系統相比，其利用陽光作為能源，可減少整個回收過程的碳足跡，低碳環保，適用于污水處理[19]。同時，微藻分泌物（如生長激素、抗生素等）可促進植物生長，提高土壤質量。研究表明，在微藻生物膜、市售尿素和不用氮源三種物質的作用下，土壤中的有機質增加，其中，微藻生物膜處理的土壤有機質增加量最大，因此，微藻處理土壤增有機質效果顯著[20]。

4 結束語

微藻中具有許多獨特的活性成分，如脂肪酸、維生素、蛋白質、多糖等，這些成分賦予了微藻較高的應用價值，其被廣泛研究并應用于多個領域，包括生物能源、食品、醫藥、環境保護等。然而，當前對于微藻靶向給藥系統的研究仍存在一定的不足和挑戰，需要進一步探討和完善。未來的研究應重點關注微藻靶向給藥、微藻種質資源的收集與評價、活性成分的分離純化與鑒定、生物活性機制及應用領域等方面。同時，相關研究部門也應加強國際合作與交流，以共同推動微藻研究的深入發展，為實現人類的可持續發展提供助力。

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收稿日期：2024-09-31

基金項目：2023年大學生創新創業訓練計劃項目（202310344026）。

作者簡介：羅成偉（2003—），男，浙江溫州人，研究方向為中藥資源開發與利用。#通信作者：周芳美（1982—），女，浙江麗水人，高級實驗師，研究方向為中藥藥理，E-mail：181613676@qq.com。