葛仙米跑道池规模化培养技术

易思富 田云

摘要    葛仙米是一种营养丰富、开发应用价值较高的淡水微藻。其对生长环境要求很苛刻，野生分布区域狭窄，多年来人工培养技术主要采用塑料桶和玻璃缸等简单方式。本文介绍了一种跑道池培养葛仙米的规模化生产技术，以期为实现葛仙米产业化生产奠定基础。

关键词    葛仙米;淡水微藻;跑道池;培养技术

中图分类号    S647        文献标识码    B

文章编号   1007-5739（2019）16-0079-02                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）

Abstract    Nostoc sphaeroids Kützing is a kind of freshwater microalgae with rich nutrition and high development and application value.However，it has strict requirements on the growth environment and narrow distribution area in the wild.For many years，the artificial culture technique of Nostoc sphaeroids Kützing mainly used plastic barrel，glass cylinder and other simple ways.This paper introduced a kind of large-scale production technique of Nostoc sphaeroids Kützing in the way of raceway pond，in order to provide technical support for the industrialization production of Nostoc sphaeroids Kützing.

Key words    Nostoc sphaeroids Kützing;freshwater microalgae;raceway pond;culture technique

葛仙米（Nostoc sphaeroides Kützing），學名球状念珠藻，野外生长在水田中，属蓝藻纲（Cyanophyceae）段殖藻目（Hormogonales）念珠藻科（Nostocaceae）念珠藻属（Nostoc），出现时间早于螺旋藻[1-2]。葛仙米食用历史悠久，其名为东晋时期晋哀帝司马丕为感谢葛洪之功所赐名，直至清末代皇溥仪所著回忆录《我的前半生》还记载有“鸭丁溜葛仙米”御膳食品[3]。目前，葛仙米已正式列入国家新食品原料名录[4]。

葛仙米可以用来煲汤、烹饪，是一种美味的食材，曾远销东南亚、日本等地，深受消费者喜爱。1980年《人民日报》称葛仙米为“大自然恩赐之宝”;1994年《人民日报》海外版将葛仙米誉为“稀有珍品，绿色珍珠”;2018年《中国食品报》第4版称“葛仙米为大自然馈赠的宝物”。葛仙米还具有诸多医疗保健功能，《本草纲目拾遗》《药性考》《全国中草药汇编》《陕西中草药》《江西草药手册》等医书均记载了葛仙米的药用功能。葛仙米性寒、味淡，具有清热收敛、益气明目之功效，能治疗目赤红肿、烫火伤、夜盲症等[5]。此外，研究还发现，葛仙米是一种良好的美容护肤品原料，保湿效果明显[6]。

葛仙米对生长环境要求苛刻，野生分布区域狭窄。由于近代耕作方式的改变与农药、化肥的使用，葛仙米的产量大大降低，在主产地走马坪镇的个别地方甚至已经绝迹[7-8]。因此，研究其产业化生产技术具有较为深远的意义。

1    培养准备

1.1    培养器材

500 mL或1 000 mL三角烧瓶（能够采用高温高压方法彻底灭菌）、5～20 L透明塑料瓶或玻璃瓶（以玻璃材质为佳，方便消毒与灭菌处理，使用寿命长）、100～200 L敞口式透明塑料桶或玻璃缸、10～500 t跑道池（工程塑料材质或砖混结构建造，容量大时可制作成连体式，宽度不宜超过5 000 mm，深度800～1 000 mm）。

1.2    器具与清洗液消毒灭菌

原种制备时，直接接触葛仙米藻丝的器具均须经过121 ℃高温高压灭菌处理。用于一级藻种培养的容器，使用前先用漂白粉消毒液浸泡4 h，然后用毛刷洗刷后再用清水洗净沥干;用于二级藻种培养的容器，使用前用毛刷将附着在容器壁上的杂质洗刷干净;用于规模化培养的跑道池，在使用前先用漂白粉消毒液浸泡4 h，水位控制在200 mm左右，池壁洗刷干净后再用清水洗净。条件允许的情况下，所有清洗用的清水以经过紫外杀菌或煮沸消毒处理为佳。

1.3    培养液配制

所有培养液均采用藻类BG 11配方去除NaNO3的BG 110配方。从二级藻种制备开始，配方中蒸馏水调整为培养场所最经济便捷的生产用水，微量元素部分也可以视当地水质情况选择加或不加。

配制大量元素母液时试剂分别配制，微量元素按量配制后混合存放。配制培养液时，加入试剂的顺序依次为CaCl2、MgSO4、柠檬酸、柠檬酸铁铵、EDTA、Na2CO3、微量元素、KH2PO4，然后加入蒸馏水定容。定容后，用NaOH或HCl将培养液pH值调节至7.1，121 ℃灭菌20 min备用。

2    培养方法

2.1    母种制备

选取外表光滑、色泽亮丽、颗粒饱满、球径2～3 mm的葛仙米，清水洗净后用双氧水消毒处理10～15 s，再用无菌水冲洗3次，备用;然后在无菌工作台上用组织匀浆器将葛仙米研碎制成藻浆，研磨过程中可加入适量无菌培养液;之后将藻浆接种于盛有培养液（经121 ℃灭菌处理）的三角瓶中，24 h持续光照与通气培养。培养条件：日光灯作为光源，光照强度控制在2 000～3 000 lx[9];通气量控制在200～300 mL/min，通入的空气经0.2 μm无菌空气过滤器过滤处理;培养室温度控制在20～25 ℃。25～35 d后，在瓶壁长出肉眼可见的微小葛仙米，即完成母种制备。

2.2    一级藻种制备

将制取的葛仙米母种从三角瓶中倒出，静置分层后，小心去除上层培养液，加入无菌水再静置分层，同样方法重复3次;然后在洗净的母种中加入适量培养液，一起接种至盛有培养液的培养容器中，并用棉塞封口，24 h光照与通气培养。培养条件：日光灯为光源，光照强度控制在2 000～5 000 lx;通气量控制在1 000～2 000 mL/min，通入的空气经初效空气过滤器过滤处理即可;温度控制在20～25 ℃。每10 d左右更换1次培养液，颗粒稍大后，换水处理时可用致密的滤布进行滤水处理。经过3～4次换水，待葛仙米球径>1 mm时，即完成一级藻种制备。

2.3    二级藻种制备

将葛仙米一级藻种洗净后，接种于盛有培养液的敞口式塑料桶或玻璃缸进行开放式培养，单个容器容积尽量不超过500 L，以200 L左右为佳。培养条件：以自然光作为光源，光强控制在2 000～10 000 lx，光照不足时采用日光灯或植物生长灯补光;通气量控制在8 000～10 000 mL/min;温度控制在15～30 ℃;培养液深度不宜超过500 mm。经过3～5次更换培养液，待葛仙米球径>2 mm时，即完成二级藻种制备。

2.4    跑道池规模化培养

将葛仙米二级藻种洗净后，接种于盛有培养液的跑道池中进行规模化培养，单个跑道池容量不宜超过500 t。培养条件：以正常自然光作为光源，光照强度控制在2 000～20 000 lx，光照不足时采用日光灯或植物生长灯补光;通气量控制在8 000～10 000 mL/min，温度控制在5～30 ℃;培养液深度不宜超过500 mm;跑道池的搅拌桨轮转速控制在50～100 r/min。在不同温度条件下，葛仙米的生长速率变化非常大，具体对比情况如表1所示，在30 ℃时生长速率达到最佳，继续升温生长速率将受到抑制;在5～30 ℃范围内，葛仙米生长速率与温度成正相关。经过4～8次更换培养液，待葛仙米球径生长至4～7 mm时，即可进行采收。

2.5    产品干燥

将采收的葛仙米清洗干凈，置于沥水性能较好的滤布上于阳光下晒干，晾晒过程中应不断翻动葛仙米，以降低其颗粒间的黏连程度;或在热风循环烘箱中烘干，烘干温度控制在45～50 ℃，以保障营养成分不流失和颜色不发生变化。

3    日常管理

3.1    培养条件控制

在葛仙米生长的不同阶段，培养条件存在较大的差异。其中，在制备母种与一级藻种的过程中，对光照、温度的要求范围比较窄，需要在室内进行比较精准的控制;二级藻种制备与规模化培养时采取的方式为开放性培养，对环境条件的要求相对较宽泛。除光照、温度、通气等条件外，随着葛仙米生长对养分的消耗以及通气的进行，培养液的pH值会逐渐发生变化，因而在培养过程中应将pH值控制在7.0～7.5之间。

3.2    培养过程中观察与检查

在日常培养过程中，每天早上、中午和傍晚各对培养区域的光照、温度与pH值进行监测与记录;同时，对葛仙米的颗粒大小、色泽、破损率、沉底与运动状态、培养液清澈度以及容器壁的杂质附着状态等进行观察记录。在藻种制备的3个阶段，还需要对葛仙米进行显微镜检查，以确定其处于正常发育状态。

4    存在的问题与解决方法

4.1    培养液配制时水源选择

BG 110配方的标准使用水质为蒸馏水，但在规模化生产时将会带来巨大的成本压力。实践证实，后期采用其他水质来代替蒸馏水是可行的。可以使用的有地下水、河水、自来水等，其中自来水需要去除余氯，地下水与河水等需要去除泥沙。另外，地下水一般硬度较高，需要定期监测地下水质情况，若硬度过高，则需要进行软化或以低硬度的水体进行稀释方可使用。

4.2    藻种纯净度

在葛仙米生长过程中，对其种群影响较大的因素为在藻种阶段就混入了其他藻类以及菌类物质，从而导致营养被竞争消耗，有些藻类甚至会释放出一些毒素对葛仙米的生长造成严重影响。因此，在藻种阶段必须要充分保障葛仙米的纯净度。

4.3    接种温度控制

不同阶段的温度差异较大，从一个阶段向另一阶段过渡时，直接接种温度可能会有10 ℃以上的差别，会导致葛仙米因无法适应瞬间的温度变化而变色破损。在实际操作中，采取的措施为先将待接藻种放入下一环节区域培养一段时间，监测其温度变化情况，最终在温差小于5 ℃的情况下进行接种。

4.4    阴雨天气影响

葛仙米进入开放式培养阶段时，光照主要依赖于太阳照射。若出现连日的阴雨天气，每天的补光系统必须要尽快打开。

4.5    通气搅拌不均匀问题

在培养过程中，需要不断通气或搅拌，促使葛仙米在培养液内不断运动，从而充分接受光照进行光合作用。由于使用的曝气石因自身重量问题会随着气泡在培养容器中发生运动，有时会偏至边缘或一些死角位置，导致曝气不均匀。跑道池的情况也类似，桨轮转动推动葛仙米运动，葛仙米的密度大于水，當运动到一些角落时就会大量沉积。因此，必须加强培养过程中的管理，发现曝气石移位就要及时纠正，防止曝气石偏离太远。如果跑道池中葛仙米沉积过多就要 进行人工清理。

5    参考文献

[1] 胡鸿钧，魏印心.中国淡水藻类[M].北京：科学出版社，2006.

[2] 朱浩然.中国淡水藻志：第9卷[M].北京：科学出版社，2007.

[3] 爱新觉罗·溥仪.我的前半生[M].北京：群众出版社，2013.

[4] 国家卫生健康委员会.关于黑果腺肋花楸果等2种新食品原料的公告（2018年第10号）[EB/OL].[2019-03-26].http：//www.nhc.gov.cn/sps/s7890/201809/43f2661e7f3d4da2bccf67ee680529f6.shtml.

[5] 《全国中草药汇编》编写组.全国中草药汇编（下册）[M].2版.北京：人民卫生出版社，1996.

[6] 湖南炎帝生物工程有限公司.葛仙米营养保湿物质的生产与提取方法：中国，201110284380.2[P].2017-05-03.

[7] 汪兴平，程超，周志，等.野生葛仙米营养成分分析及评价[J].食品科学，2002，23（8）：288-290

[8] QIU B，LIU J，LIU Z，et al.Distribution and ecology of the edible cyanob-acterium Ge-Xian-Mi Nostoc in rice fields of Hefeng County in China[J].J Appl Phycol，2002，14（5）：423-429.

[9] 艾红霞.食用蓝藻葛仙米的生理生态学研究[D].汕头：汕头大学，2004.