微藻工廠化生產

　　

　　中國水產頻道獨家報道，微藻中富含蛋白、脂肪、多糖、維生素、抗氧化物質、色素、微量元素等，營養價值可與肉蛋奶類食品相媲美。隨著健康養殖的理念在水產養殖中日益受到重視，微藻在不久的將來必將產生巨大的應用市場。

　　

　　文/圖 華南理工大學輕工與食品學院 魏東 俞建中

　　

　　微藻（Microalgae）是一群體型微小（2-30微米）、能進行光合作用的低等植物總稱，包括真核和原核兩個大類。以微藻的亞細胞結構、色素組成和生殖方式等特征為依據的經典分類法，將微藻分為藍藻門（藍細菌）、綠藻門、紅藻門、金藻門、硅藻門等多個門類。目前全世界已發現的微藻種類超過6萬種，有記載的超過6千種，科學研究中涉及到的約幾百種，而應用于生產實踐的僅有幾十種。微藻富含蛋白、多糖、脂肪（多不飽和脂肪酸）、色素等多種營養成分和生物活性物質，可廣泛應用于人類健康食品、水產餌料和動物飼料、水質凈化、醫藥開發等多個傳統領域，以及微藻生物燃料新領域，具有重要的經濟價值和社會效益。

　　

　　一、微藻餌料在水產育苗中的應用

　　

　　微藻作為水產動物苗種的開口餌料和次級餌料生物的營養強化食物，在水產育苗中的地位無可替代，其核心地位表現在：一方面，微藻是貝類、對蝦幼體和部分魚類幼體的直接開口餌料，相當于嬰兒母乳；另一方面，微藻也是培養輪蟲、鹵蟲、橈足類和枝角類等水產養殖次級餌料生物所必需的食物，相當于嬰兒食品（見圖1）。

　　

　　常見的餌料微藻約有20多個屬、40多種（見圖2），包括硅藻、金藻和綠藻種類，主要用于貝類和蝦類育苗，以及淡海水浮游動物（輪蟲、橈足類等）培養（見表1）。

　　

　　微藻的營養成份豐富而且全面，是水產養殖動物苗種的初級食物。對40多種常見餌料微藻的成份含量分析表明：蛋白20-40％、脂肪酸10-20％、碳水化合物5-12％。微藻蛋白質質量較高，尤其是必需氨基酸的含量與魚粉相當甚至更優，如天冬氨酸和谷氨酸可高達7.1-12.9%，半胱氨酸、蛋氨酸、色氨酸和組氨酸的含量在0.4-3.2%之間，其他氨基酸含量在3.2-13.5%之間。多不飽和脂肪酸（PUFA）是水產動物幼體發育所必需的營養，而微藻是PUFA的原初生產者。

　　

　　許多微藻，尤其是硅藻和金藻中，含有豐富的二十碳五烯酸（EPA）、二十二碳六烯酸（DHA）和花生四烯酸（ARA）。例如，角毛藻中EPA含量可達到總脂肪酸含量的20-25％，骨條藻中EPA含量也超過20％；等鞭金藻中DHA的含量可達到總脂肪酸含量的10％以上，巴夫藻中同時含有豐富的EPA（>15%）和DHA(10%)，微擬球藻和部分硅藻中的的ARA含量最高可達4％。

　　

　　微藻中還含有豐富的維生素，如VA、VC、VD2、VD3、VE、VK、VB族（B1、B2、B3、B5、B6、B12）、生物素、β-胡蘿卜素和葉酸等，種類齊全且含量豐富，與部分人類食品中的含量和魚類飼料推薦值相當。微藻中還含有多種結構特殊的微藻甾醇，已經發現并確認的有10多種，如角毛藻中富含巖藻甾醇，骨條藻、海鏈藻和扁藻中富含菜油甾醇和24-亞甲基膽固醇，紅胞藻和球等鞭金藻中富含菜子甾醇，巴夫藻中含有豆甾醇和β-谷甾醇。甾醇是動物細胞膜的重要組成部分，能起到調節動物體內激素水平，抑制膽固醇吸收，促進膽固醇異化等重要生理學作用。

　　

　　微藻中豐富而均衡的營養成分（蛋白、脂肪酸、碳水化合物）和各種生物活性物質（PUFA、維生素、甾醇），可滿足水產養殖動物在幼苗期的正常生長發育的營養需求。已有眾多研究和應用證明，在對蝦（日本對蝦、凡納濱對蝦、中國對蝦、南方濱對蝦等）、貝類（牡蠣、扇貝、鮑魚）、海參等育苗中，合理利用餌料微藻具有提高育苗存活率、保證幼苗正常變態和發育、提高生長速度及體長和體重等各項性狀指標、提高免疫力等綜合作用。通常使用混合微藻比單一微藻效果更好，例如海參育苗用藻類有角毛藻、紅胞藻、巴夫藻、等鞭金藻等，使用密度：1.5-4萬細胞/ml；魚類育苗中的使用品種和劑量見表2。

　　

　　除了作為直接開口餌料外，微藻另一個重要功能是用于飼喂輪蟲、鹵蟲、橈足類、枝角類等次級餌料，能夠明顯強化次級餌料生物體內所含PUFA和各種維生素的含量，進而滿足水產動物幼體對優質次級餌料的需求。

　　

　　在育苗生產中，微藻營養性是它的直接作用，其間接作用主要體現在對水質、水體透光度以及水體中藻相-菌相等方面的影響。在育苗水體中投放微藻，可利用微藻的光合作用產生氧氣，并吸收幼苗排放的二氧化碳和氮、磷元素，控制水體中“CO2-HCO3-”平衡，達到穩定pH的作用。研究證明，多種微藻可以降低育苗水體中的細菌總數，同時能夠起到穩定水體中菌相（菌類結構與數量）的作用，使之受有機物濃度和抗生素的影響減小。

　　

　　針對水產養殖產業需求，國外已有相應的產品問世，有微藻濃縮液和微藻干粉不同類型，以單藻種或多藻種復配，制成高蛋白型、高PUFA型等產品，分別適用于對蝦、貝類育苗，以及輪蟲、鹵蟲營養加富。主要品牌有Aquafauna公司的AlgaMac系列產品，Reed Mariculture公司的RotiGrow、RotiGreen、Instant Algae等系列產品，涉及小球藻、微擬球藻、球等鞭金藻、巴夫藻、海鏈藻和扁藻等藻種。

　　

　　國內絕大部分水產育苗企業，在育苗生產中都是自備微藻養殖設施，自行生產各類餌料用微藻。但是一般育苗場都普遍缺乏相應的專業技術力量，只能利用各自的藻池和天然水體粗放培養，在餌料微藻種質、生產技術和應用方法上都各自為正，導致微藻種質混亂、供應不穩定、營養成分不平衡、餌料效價低、缺乏多品種集約化生產應用技術；同時，受限于微藻高密度養殖、采收技術和濃縮液保藏技術的限制，國內幾乎沒有統一的、專業化的餌料微藻質量標準和集中供應點。

　　

　　由于供應不及時，常與育苗進度脫節，很難滿足育苗中對鮮活餌料的供應量和多品種的需求，由此導致育苗成活率低、種苗抗病能力差、育苗成本高，對于后期養成非常不利。因此，建立水產餌料微藻藻種評價技術體系，開發高密度微藻培養技術、保活采收和濃縮技術、濃縮液保藏技術，構建餌料微藻標準化生產技術體系和產品質量標準，并在此基礎上建立餌料微藻濃縮液專業供應點成為當務之急。

　　

　　我國水產養殖規模世界第一，對餌料微藻的需求量巨大。按法國學者Muller-Feuga的計算，每百萬尾海水魚、雙殼貝和對蝦育苗所需要的微藻生物量折算干重分別為60、14和0.65公斤。按此方法，以我國2010年這三種水產養殖動物投苗量為依據，就需要微藻16000噸干重，而目前我國商業化微藻的產量尚不足10000噸，商業化水產餌料微藻的產量微乎其微。因此，該市場的前景非常廣闊，經濟效益和社會效益非常顯著。

　　

　　

　　養殖水質控制俗稱為“養水”，是水產養殖技術中的重要環節，尤其在當前盛行的高密度養殖模式下，水質控制顯得尤為重要。

　　

　　養殖過程中，通常添加各種調水劑如硝化細菌、光合細菌、乳酸菌、芽孢桿菌等菌劑，用于降解殘餌和糞便中的有機物，并將具有毒害作用的氨氮和亞硝氮轉化為硝酸氮。各類菌劑的使用可以從一定程度上控制水質，菌類的生長可同化水體中的無機氮，轉化成細菌自身成分，同時水體中的浮游動物可攝食菌體，而后被魚蝦攝食，使水體中的氮元素重新進入食物鏈，降低水體中的總氮濃度。

　　

　　然而，各類菌種在水體中的高密度生長受到碳源的限制，目前流行的生物絮團技術需要向水體中大量的補充有機碳源(如蔗糖)，通過細菌絮凝成顆粒物質被養殖生物所攝食，起到調控水質的作用，但此技術的應用受到成本因素的限制。光合細菌可以利用二氧化碳進行光合作用，解決碳源缺乏的問題，但光合細菌因光譜需求及厭氧偏好等自身因素，在水體中的繁殖能力有限，且不產生氧氣，不足以擔此全責。進而，各類細菌的高密度生長是一個耗氧過程，會大幅度降低水體中的溶解氧。

　　

　　在所有能進行光合作用的生物中，微藻的光合作用能力最強，生長繁殖速度快，能夠形成高密度，在氮、磷元素及光照適宜的條件下，能夠在水體中快速的形成種群優勢，達到迅速降低水體中氮、磷濃度，增加水體溶解氧的功效；同時，微藻易被浮游動物和濾食性動物攝食，能夠起到促進營養物質循環、降低飼料系數、提高養殖動物成活率等作用。因此，微藻不僅僅在養殖水質控制環節中起到不可替代的重要作用（見圖3），同時還具有整體性促進養殖效率的作用。

　　

　　建立和維持養殖水體中特定微藻種群優勢的過程俗稱調水色，能夠起到凈化水質、增加溶解氧、抑制有害微生物、肥水并提供餌料，構建養殖水體生態系統的重要作用，是養殖生產的一個重要環節。此種結合微藻的水產養殖方式在國外稱之為綠水（greenwater）養殖方式，相對應的，水體中不含微藻的養殖方式稱為清水（clearwater）養殖。常見的有益水色有三類：

　　

　　1、棕色：主要含硅藻，是養蝦的最佳水色，硅藻是對蝦的優質餌料；

　　

　　2、淡綠/翠綠色：主要含綠藻，能大量吸收氮，凈化水質；

　　

　　3、淡黃、金黃色、黃綠：主要含金藻、微擬球藻等。

　　

　　研究和生產實踐都證明，“綠水”養殖與“清水”養殖相比，在提高存活率、降低有害菌數量、提高產量、降低餌料系數、增加養殖收益等方面具有明顯的優勢。如在凡納濱對蝦的養殖實驗中發現，“綠水”方式養殖的單尾對蝦收獲體重比對照“清水”養殖平均高40％以上，餌料系數為1.8，而對照為2.6；在羅非魚的養殖實驗中發現，“綠水”養殖方式能顯著的控制水體中有害菌的數量；在軍曹魚稚仔魚的養殖實驗中發現，使用“綠水”方式養殖，存活率比對照提高接近100％。菲律賓East Kalimantan地區11公頃的養殖池中進行對蝦和羅非魚混養的生產性實驗中證明，“綠水”方式養殖能使對蝦增產20％，羅非魚增產3.42倍，由此帶來的經濟效益非常明顯。

　　

　　在魚類育苗中“綠水”方式也有明顯的優勢作用，國外研究證明在大菱鲆、鯔魚、金頭鯛、大西洋大比目魚、海鱸等魚類育苗中，采用綠水方式（直接在育苗水體中利用微藻培養的次級餌料，如輪蟲）進行育苗，魚苗的體長、體重、生長速率、成活率等多項指標均明顯的高于對照。

　　

　　養殖戶多在養殖池中利用自然水體中的土著藻種調水色，此種方法的缺陷是，只能被動的利用水體中的土著藻種，無法根據需求進行優化選擇；同時，一旦池塘出現“倒藻”現象，再培藻時間較長；而且，當季節變化時，光照和水溫發生變化，加之水體氮磷比失調等原因，養殖水體中優勢藻種種群也會隨之發生變化，極有可能產生有害水色，如藍藻水色。因此完全有必要經常補加有益藻種，使之在水體中保持優勢種群地位，以保證水色穩定。由此可見，調水劑藻種的潛在市場非常大。

　　

　　國外已有利用人工培養的微藻直接添加入養殖水體，以維護水色穩定，常用的藻種主要是綠藻和金藻類，如小球藻，扁藻、微綠球藻、塔胞藻、等鞭金藻、巴夫藻等。另外，真眼點藻綱的微擬球藻也是常用的藻種，其產品形式為高密度微藻濃縮液或藻漿/膏。

　　

　　國內與微藻調水劑相關的產品主要有兩類，一類為培藻劑，成份多為微量元素、氮磷肥、有機肥等；或摻有部分菌劑，用于養殖水體肥水；另一類即為藻種，但此類產品市場規模目前較小，有待開發。值得注意的是，目前市場上已見到假冒產品，或以綠顏色水冒充微藻濃縮液，或聲稱干藻粉能復活，或聲稱培藻劑中帶有藻種。這些虛假信息欺騙誤導養殖戶，已經造成經濟利益的損害，在生產中需認真鑒別。

　　

　　微藻調水劑的市場異常龐大。按我國2010年海水養殖數據計算，池塘模式的養殖面積有413835公頃，僅按每畝0.2公斤（干重）微藻調水劑計算（按每年每畝池塘潑灑兩次計算，每次1公斤濃縮藻泥，兩次約合干重0.2公斤），需求量在1200噸干重以上；淡水池塘養殖的面積是海水面積的5倍以上，微藻調水劑需求量在6000噸干重以上，而目前此市場的開發度幾乎為零。

　　

　　三、微藻在貝類凈化中的潛在應用

　　

　　雙殼貝類通常在自然海域養殖，其濾食習性使得其在生長過程中極易感染、富集環境中的有害物質，如致病菌、（貝類）毒素、重金屬、石油烴、農獸藥、放射性物質等。“貝類凈化”即是指在貝類產品上市之前，采集成體貝類，在凈化海水中暫養，達到消滅貝類產品中有害微生物、降低貝類體內富集的毒素、重金屬等物質含量，凈化后的貝類產品可達到高規格食品標準，甚至可以生吃。

　　

　　貝類凈化中遇到的一個重要問題是，在凈水暫養過程中，由于缺乏餌料，會導致貝類“變瘦”，出肉率下降，直接影響產品品質和價格。如在貝類凈化的水體中，添加微藻作為貝類餌料，則可以防止這一情況發生，并且可以添加特定的微藻，使得貝類通過攝食富集EPA、DHA或維生素等生物活性物質，以此達到“保肥”、增質的效果，并提升產品價值，尤其是針對出口產品，此技術應用前景巨大。

　　

　　我國貝類產量名列世界第一，主要雙殼貝類養殖品種有牡蠣、蚶、貽貝、江珧、扇貝、蛤、蟶等。根據《2011中國漁業統計年鑒》的統計數據，我國2010年以上所列品種總產量有1000多萬噸。近年來，因我國貝類養殖海區污染逐年加重，貝類質量問題引發的疾病或中毒事件亦愈來愈頻繁；我國出口的貝類產品多次在國外被檢出衛生指標超標，遭到退貨、索賠甚至銷毀，造成了巨大的經濟損失和不良影響，尤其是歐盟國家對我國貝類出口自1997年以來一直未放開，貝類產品食品安全問題日益受到重視。

　　

　　我國于2002年出版了《貝類凈化技術規范》（標準號：SC/T 3013-2002），但貝類凈化的產業進程一直發展緩慢。貝類凈化的專職工廠也僅有青島、福州、大連等地少數幾家企業，年凈化處理量不過十萬噸左右，僅占我國貝類產量1％。歐美等諸多國家都要求上市貝類必須強制要求凈化，我國雖尚未在此領域有立法規定，但隨著國家對食品安全的日益重視，貝類凈化終有一天會以立法的形式予以確定執行，微藻在此領域的應用亦將隨之得到推廣。此應用領域的市場較之育苗和調水劑市場并不遜色，我國每年有千萬噸貝類的凈化處理需求，即使按1000噸貝類0.5噸微藻的比例計算，也有每年5000噸左右的微藻需求量。

　　

　　四、微藻在新型水產飼料中應用和前景

　　

　　微藻中富含蛋白、脂肪、多糖、維生素、抗氧化物質、色素、微量元素等，營養價值可與肉蛋奶類食品相媲美，甚至優于這些食品。微藻蛋白中的必需氨基酸含量要明顯優于肉類、魚類、蛋類和大豆。面包酵母和肝臟等食品被認為是最優的維生素補充來源，而微藻中維生素的含量可與之相當，且遠遠超過大豆、玉米、魚粉。微藻中還含有20多種微量元素，灰分含量則不到10%。大量的營養及毒理學研究證明，微藻是一種適宜的飼料原料，尤其小球藻、螺旋藻、鹽藻和雨生紅球藻等藻類產品已經通過美國FDA認證，食用安全性毋庸置疑。美國自上世紀90年代開始，每年即有超過500噸的螺旋藻用于飼料加工生產。

　　

　　某些微藻（如螺旋藻、小球藻）的蛋白含量非常高，達到甚至超過70％，某種程度上可以成為魚粉的替代品。研究證明，小球藻和柵藻作為魚粉的替代品用于羅非魚飼喂，發現它們可替代飼料中50%的魚粉含量，且在此含量下，魚類的各個生長及生理指標均顯著高于對照組。在牙鲆幼魚飼料中添加2%橢圓小球藻，幼魚的多項生長指標均優于對照。

　　

　　微藻中含有多種類胡蘿卜素，如β-胡蘿卜素、葉黃素，雨生紅球藻中則含有高濃度（1-4.5％）的蝦青素，這些色素可作為色素增強劑用于水產飼料，如雨生紅球藻積累的蝦青素用于鮭魚肌肉增色早已得到應用。在國內的一些研究中已經證實，螺旋藻和小球藻中含有豐富的β-胡蘿卜素、葉黃素等色素物質，能夠有效起到增加觀賞魚體色的作用，從而提高觀賞魚的質量和銷售價格，國外已有企業將之應用于生產，如德國默斯特-巴斯利爾生物飼料的小球藻素食飼料產品用于觀賞魚飼養，日本日之丸公司（Ebita Breed）和白倉食品（Shirakura）生產的觀賞蝦類（如水晶蝦、玫瑰蝦）飼料中即含有小球藻和螺旋藻成分。

　　

　　針對食用類水產動物，已有部分飼料企業利用小球藻和螺旋藻生產飼料添加劑：如福州格林生物有限公司已有小球藻飼料添加劑產品問世，可用于大黃魚、對蝦等水產動物的飼喂；美國加州Soley生物技術研究院（Soley Biotechnology Institute）將小球藻、螺旋藻和雨生紅球藻制成混合藻粉制劑，作為蝦類飼料的添加劑；美國Independence Bio-Products(IBP)公司已將微藻用于豬和魚類飼料的生產，產品名為Algamaxx?；在小鼠等哺乳動物的實驗中更證明微藻具有增加產仔質量的功效。

　　

　　

　　1、飼料大宗原料，如豆粕、魚粉等資源有限，但需求不斷上升，價格逐年遞增，需尋求原料新來源。微藻的多項優點使之能夠成為飼料原料（蛋白源、脂肪酸、維生素等）的新來源。

　　

　　2、微藻可以通過培養條件的調節達到其營養成份調節的效果，滿足不同飼料對原料成份的不同需求。

　　

　　3、研究證明，飼料中添加適量微藻，對水產動物生長具有明顯的積極作用，并能起到節約飼料使用量的作用。

　　

　　4、微藻可以通過特定的培養，富集各種微量元素，并且將無機微量元素轉化為更有利于生物體吸收利用的有機微量元素。

　　

　　5、微藻中核酸（包括DNA和RNA）含量較高，達到4-6％。新近的研究表明，水產飼料中添加適量核酸能起到誘食和促進水產動物生長的效果。

　　

　　6、許多微藻中含有PUFA，其脂肪酸可以作為水產飼料中魚油的替代品，同時PUFA對水產養殖動物的生長、發育和品質具有重要的影響作用。

　　

　　7、微藻中含有多種抗氧化劑（例如多種類胡蘿卜素、維生素）以及一些特殊的植物性化學物質，雖然作用機理尚未徹底闡明，但已經發現對水產動物具有一定的功效。

　　

　　8、微藻中所含多糖具有增強免疫效果，如螺旋藻多糖、紫球藻多糖，將之應用于水產飼料，有助于提高養殖動物的抗病能力。

　　

　　9、微藻中含有豐富的色素，如蝦青素、葉黃素、β-胡蘿卜素等，能夠起到增加魚類、蝦類的體色和肌肉顏色等作用，可提高產品的市場價值。

　　

　　五、展望

　　

　　由于微藻的多品種高密度養殖、采收濃縮、活性保藏等技術和成本因素的制約，導致多年來微藻在水產行業的應用一直未受到重視，育苗和養殖生產中更多的傾向于利用人工配方餌料或其他生物餌料。國內外諸多研究證明，微藻，尤其是鮮活微藻產品，在促進水產動物生長和提高存活率等諸多方面的優勢是人工餌料無法替代的。近年來，隨著發酵、畜牧等工農業廢水利用技術、二氧化碳補充技術、絮凝及超濾過濾采收技術、濃縮液保藏技術的發展和應用，微藻產品的生產成本、鮮活性、品質穩定性等諸多條件開始逐漸符合水產動物育苗（餌料）和養殖（調水劑）的生產要求，微藻在水產養殖諸多領域的優勢及巨大的市場空間，注定了微藻在不久的將來必將產生巨大的應用市場。

　　

　　隨著健康養殖的理念在水產養殖中日益受到重視，整個水產養殖業正在逐步從單純的提高產量獲取效益，轉變為提高產品質量（安全與健康、口感、色澤、營養成份等）獲取效益。因此，微藻在水產養殖產業中的優越性逐漸凸顯。雖然目前微藻在水產養殖和水產飼料中的商業化應用還處于起步階段，其優勢幾乎是無以倫比的，局限性在于微藻產業規模和生產成本，短期內實現微藻在養殖和飼料中的大規模應用還不現實，但是在育苗、調水劑、觀賞魚和高檔魚類飼料、以及飼料添加劑等領域的應用條件已經成熟。

　　

　　我國微藻產業規模世界第一，微藻產量占全世界產量的80％以上，技術成熟、原料充足，完全可以借此優勢條件，率先在水產動物育苗、調水劑、觀賞魚飼料、特種水產動物飼料、名貴魚類飼料、功能性飼料添加劑等領域的商業化產品開發和市場拓展上取得突破，從概念創新起步，通過產品創新，達到效益創優的目的。

　　

　

　　圖1 微藻在水產育苗中的核心地位

　　

　　1、中肋骨條藻（Skeletonema costatum）；2、海鏈藻（Thalassiosira sp.）；3、三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）；4、牟氏角毛藻（Chaetoceros muelleri）；5、小新月菱形藻（Nitzschia closterium f.minutissima）；6、小環藻（Cyclotella cryptica）；7、中鼓藻（Bellerochea sp.)；8、球等鞭金藻（Isochrysis galbana）；9、陸茲爾巴夫藻（Pavlova lutheri）；10、亞心形扁藻（Tetraselmis suecica）；11、雨生紅球藻（Haematococcus pluvialis）；12、衣藻（Chlamydomonas sp.）；13、綠球藻（Chlorococcum infusionum）；14、筒柱藻（Cylindrotheca closterium）；15、紅胞藻（Rhodomonas sp.）；16、藍隱藻（Chroomonas sp.）；17、四鞭藻（Carteria eugametos）；18、輻環藻（Actinocyclus octonarius）；19、塔胞藻（Pyramimonas sp.）；20、普通小球藻（Chlorella vulgaris）；21、眼點擬微球藻（Nannochloropsis oculata）；22、鈍頂螺旋藻（Spirulina platensis）；23、鹽生杜氏藻（Dunaliella salina）；24、微胞藻（Micromonas sp.）；25、微綠球藻（Nannochloris sp.）

　　

　　圖3 微藻調水劑在養殖生態系統中重要性

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　　【關鍵字】： 微藻 新型飼料 開發 應用 水產養殖