微藻在食品健康产业中的发展和机遇

大健康产业中一个重要的组成部分就是饮食健康，根据Christopher J L Murray 等

对全球195 个国家从1990—2017 年膳食对健康影响调查的分析发现， 饮食已成为影响全球非传染性疾病(NCDs) 发病率和死亡率的首要危险因素。 微生物藻类不仅含有丰富的优质蛋白和脂肪， 而且还有多种重要的多功能生物活性化合物，这些化合物具有保护心血管、 抗炎、 抗高血压、 抗氧化、 抗增殖和降糖等生物活性

， 是健康饮食的重要原料之一。

1 微生物藻类在大健康产业中的国内外发展现状

目前， 实现人工培养的微生物藻类资源包括蓝藻门的螺旋藻、 绿藻门的小球藻、 雨生红球藻和盐生杜氏藻等， 以及硅藻门、 金藻门、 红藻门、 甲藻门的部分藻类。 截止到2018 年， FDA 确认的一般公认安全者(GRAS) 包括钝顶螺旋藻、 莱茵衣藻、 原始小球藻(不属于小球藻属)、 普通小球藻、 杜氏盐藻、 裸藻。 2009年起， 杜氏盐藻、 雨生红球藻、 小球藻、 裸藻、 葛仙米和拟微球藻均成为我国的新食品资源(表1)

。 微生物藻类因其分布广、 生长周期短、 生物量大、 光合效率高、 营养丰富、 环境适应性强等特点， 成为亟待开发的大健康产业原料之一。

考虑到要求DE的长，所以应以DE为边构造直角三角形，即分别过点D、E作DE的垂线(DE为直角边)，或作BC、AB的垂线(DE为斜边)，但究竟作哪一条垂线更实用，还需结合其他条件进一步分析．

1.1 国外发展状况

微藻资源的产业化相对时间较短， 最早可以追溯到二战时期， 经过几十年的发展， 现尚处于起步阶段。 目前， 全世界已经形成规模化的微藻种类有10 种左右。其中， 用于商业化生产各类营养健康制品的主要集中在小球藻、 螺旋藻、 盐生杜氏藻(简称盐藻) 和雨生红球藻(简称红球藻)， 还有几种水产饵料微藻和高油微藻。螺旋藻、 小球藻和盐藻的商业开发主要是借助于低成本的开放式跑道池技术支撑发展起来的。 微藻产业化的标志事件是1973 年在墨西哥

碱湖建立起世界上第一个螺旋藻养殖工厂。 到目前为止， 上述微藻的年产量基本维持在1.5 万~2.0 万t 藻粉， 其中， 螺旋藻(钝顶螺旋藻为主) 的总量最大， 占到微藻总产量的60% ~70% 。

美国

公司于20 世纪80 年代中后期在夏威夷通过开放式跑道池技术进行商业化红球藻资源的开发利用。 最近几年， 红球藻在微藻产业中异军突起， 成为微藻资源开发中的新力量。 经过20 ~30 年微藻行业的工作积累沉淀， 红球藻资源的开发利用取得了突破性进展。 21 世纪逐渐构建起来以封闭式光生物反应器为主要特征， 基于细胞周期调控二步串联培养的红球藻资源开发模式， 目前已经在美国、 日本、 以色列和我国进行了产业化生产。 红球藻主要用于虾青素的提取， 在2015年以前， 螺旋藻、 小球藻和盐藻分别占据了产量和产值的前3 位， 而从2016 年起， 红球藻产量已经达到700 t，超过了盐藻， 列居世界第三位， 其中我国占到全球产量的40% 左右， 美国占全球产量的30%， 以色列约占20%， 其他国家仅占到10%。 同时红球藻制品总产值先后超过了盐藻和小球藻， 仅次于螺旋藻， 位居第二。 随着发酵法高密度培养小球藻技术获得了实质性突破并得以规模化推广应用， 小球藻产品质量和稳定性都有很大提高， 我国和日本是小球藻主要生产国家， 主要品种以蛋白核小球藻为主。

1.2 国内发展状况

标准是检验产品质量的标尺， 是推动产业发展的重要手段之一。 随着产业的不断发展， 其对标准的依赖也越来越紧密， 从一定程度上来讲， 得标准的行业得天下， 因此， 微生物藻类在大健康产业中标准的制定是该产业发展的关键点。 标准是根据《 “健康中国2030” 规划纲要》 的要点， 构建起微生物藻类产业标准化体系，从微生物藻类菌种选育、 培养和产后加工、 功能性评价建立相关质量安全标准， 精准定位评价产品功能， 实现微生物藻类产业与大健康产业的有机结合建立标准体系。

2 我国微生物藻类产业发展面临的挑战

2.1 总体技术落后， 高附加值产品少

微生物藻类产业发展主要瓶颈在于生产成本仍偏高。 已经产业化的生产模式(跑道池法、 中空管光生物反应器和鼓泡柱反应器等) 生产运行成本高， 单位体积生物量增加有限， 再加上微生物藻类细胞体积微小(3~30 μm)， 培养液中培养密度比较低(开放池一般＜0.6 g/L， 光反应器一般＜3 g/L) ， 藻细胞表面带有负电荷( -7.5~ -40 mV) 等特性， 导致微藻细胞一般稳定悬浮于培养液中， 采收成本高

。 经过分析估算采收环节的成本约占整个微藻生产成本的20% ~30%

。 这样造成了微生物藻类生产成本远高于常见的动植物蛋白生产成本， 成为了其在大健康产业应用中的挑战之一。

2.2 生产成本高限制了微藻的推广利用

虽然从总量上我国微生物藻类产量居世界第一， 但是无论是微藻类养殖还是深加工方面都落后于世界先进水平。 由表3 可见， 我国大部分微藻类企业目前以养殖和初加工为主， 以原料出口和初级加工产品占领市场，而国外企业却以高值化产品占领市场， 导致国内微藻类企业利润低， 严重阻碍我国微生物藻类企业的发展壮大。 另外， 欧美近年来新成立的微生物藻类相关公司，通过资本的介入专门从事藻类高端产品的开发和销售，这无疑是我国微藻产业发展的挑战之一。

2.3 消费者对微藻认识有限， 对市场开拓带来了挑战

微生物藻类， 特别是螺旋藻作为一种营养保健品已被人们所熟知， 但是其他微藻类的应用尚处于起步阶段， 由于早期部分企业对螺旋藻夸大宣传的不当做法

， 导致消费者对螺旋藻及其他微藻类认知出现偏差， 最终造成了微生物藻类产品推广困难， 从而制约了产业的发展。 总之， 微生物藻类虽然在产业化过程中仍有许多困难需要克服， 但是因其具有适应性强、 生产速度快、 具有丰富的营养素以及环境友好等优势， 在大健康产业中具有广阔的前景。

有些汽车上台检测，几次检测数值出入较大，这是因为踩制动踏板的方式不同，一脚踩到底与缓慢踩或一脚点一脚刹，得出的数值是不一样的，这是由于以下几个因素：

3 微生物藻类在大健康产业中的发展机遇

3.1 世界对蛋白质和能量的需求有利于微生物藻类产业的发展

实现规模化养殖的微生物藻类蛋白含量几乎都在25%以上， 最高的可以达到70%左右， 其氨基酸组成与牛奶和鸡蛋相近， 是人类理想蛋白的来源

。 根据Credence Research 的数据， 2018 年全球藻类产品市场价值339 亿美元， 预计到2027 年将达到565 亿美元。 Global Market Insights 预测， 2020—2026 年藻类蛋白将实现6%以上的复合年增长率。 其中， 螺旋藻市场的复合年增长率预计约为10%， 估计价值20 亿美元； 绿藻市场有望实现复合年增长率为25.4%， 到2022 年将达到7 亿美元； 小球藻蛋白市场份额到2026 年底将增长超过45%。

3.2 慢性病和非传染性疾病对我国公共卫生提出挑战是微生物藻类产业发展的契机

2020 年9 月， 我国首次提出要在2030 年实现碳达峰， 2060 年实现碳中和的目标， 并写入了2021 年的政府工作报告。 微生物藻类利用二氧化碳放出氧气， 在工艺污水处理等方面均有成熟的应用， 特别是在减少碳排放、 降低空气中的二氧化碳等方面具有无可比拟的作用。

3.3 食品配料需要安全健康的来源， 有利于微生物藻类产业的发展

萨缪尔森指出， 市场经济最终的两个主宰是消费者和技术。 21 世纪以来， 无论是外因还是内因， 均促使我国在高新技术产业迅速发展。 据新华社报道， 2020 年，我国高技术产业销售收入同比增长14.7%， 增速高于全国企业平均水平8.7 个百分点。 事实上， 从2005 年以来我国的高新技术产业的收入逐年增加， 高新技术产业主营收入在2012 年突破了10 万亿大关， 标志着我国高新技术的推广应用达到一个新的高度。 随着高新技术在生产中的应用， 微藻养殖加工新技术也不断开发， 刘国振

教授团队的微藻浮法培养体系提高了单位体积微藻户外养殖密度， 有效降低了养殖成本， 是一种适应性强而且微藻质量可控的值得推广的新型藻类养殖技术。新型抗污染的膜分离技术、 干燥技术等都为微生物藻类资源的生产收集提供了有力的技术支撑。 根据技术和微生物藻类资源特点， 实现新技术的产业化必将促进微生物藻类的快速发展。

微藻色素是天然食品色素的重要原料之一， 其优势除了着色能力强， 还有许多健康益处(抗氧化、 抗癌、消炎)。 已经商业化的微藻色素包括: 藻蓝蛋白(占到干藻8%)、 类胡萝卜素(通常为干重的0.1% ~0.2%，但在某些物种中达到14%)、 虾青素(占干藻1% ~5%) 和叶绿素(干重的0.5% ~1.0%)

。 随着消费者健康意识的不断提升， 来源于微藻类的天然色素取代人工色素已成为新发展趋势， 日本DIC 由此宣布将从人造色素转向天然色素的发展计划， 预计全球藻蓝蛋白蓝色食品色素市场将从2016—2020 年以每年50% 的增速增长。 我国GB2760 也将藻蓝作为天然的着色剂， 允许其在糖果、 果蔬汁、 风味饮料和果冻等产品中使用。 β-胡萝卜素多来自小球藻， 能够提供好看的黄色和橘色，可用于奶酪、 黄油和人造黄油等多种食品； 虾青素多来自雨生红球藻， 其抗氧化性更强， 有天然、 好看的红色。 表4为微藻高附加值提取及其应用， 其中藻类色素在健康产品领域占到一半以上。

3.4 有型的“中国制造” 向无型的“中国创造” 升级是微生物藻类产业发展的重要契机

食品配料是指食品配方原料中用量较小的食品原料， 包括食品添加剂和非主要营养素食品配料， 是现代食品工业的基础和推动力。 即使在2020 年新冠疫情对各个行业都有较大影响的情况下， 我国食品制造业营业收入仍达1.96 万亿元， 创造利润1 791.4 亿元， 利润额与2019 年持平。 我国食品配料行业起步较晚， 但发展十分迅速。 据数据统计， 2014—2018 年， 食品添加剂行业中主要企业的品种产量从947 万t 增长到1 200万t，年均增长率为6.3%； 主要产品销售额从935 亿元增长到1 160亿元， 年均增长率为6.0%； 同期出口额则基本维持在36 亿~37 亿美元左右。 食品配料行业集中度较高， 大企业之间市场争夺战将日趋激烈， 安全、 高效营养的食品配料成为竞争焦点之一。

对于上述空间滞后模型、空间误差模型和空间杜宾模型，在实际问题分析中，我们可以运用拉格朗日乘子(Langrange Multiplier，LM)来进行模型的选择。

随着后疫情时代的来临以及消费者对健康和环保意识的增强， 微生物藻类的发展具有前所未有的契机。 因此， 对微生物藻类在大健康产业中的发展有以下5 条建议。

3.5 碳达峰和碳中和为微生物藻类产业发展提供了百年不遇的机会

近年来， 由于中国居民生活习惯的改变、 环境的污染、 老龄化严重等使我国居民的疾病谱也随之发生了巨大的转变。 在20 世纪70—80 年代， 感染性疾病是最主要的威胁人群健康的疾病； 而到21 世纪初， 肿瘤和心脑血管相关疾病是导致我国居民死亡的主要疾病因素；根据《中国居民营养与慢性病状况报告(2020 年)》 报告， 2019 年， 我国因慢性病导致的死亡人数占总死亡人数的88.5%， 其中心脑血管疾病、 癌症、 慢性呼吸系统疾病的死亡比例可达到80.7%。 我国医院病人出院排名前10 的疾病分别为循环系统疾病； 呼吸系统疾病； 消化系统疾病； 妊娠、 分娩和产褥期病； 损伤、 中毒； 泌尿生殖系统疾病； 恶性肿瘤； 肌肉骨骼系统和结缔组织疾病， 传染病和寄生虫病， 内分泌、 营养和代谢疾病

。 微藻是利用光能合成多种高价值生物活性化合物如多糖、 蛋白质和脂类的自养生物

。 微生物藻类

丰富的ω-3 PUFAs 与鱼油相当， 具有极佳的ω-3与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饮食营养素的重要来源

。 挖掘新的微生物藻类和对现有微藻菌株进行深入研究

， 从而发现更多生物活性物质来治疗由病毒、 细菌、 寄生虫或真菌引起的不治之症和耐药性感染， 如狼疮、 阿尔茨海默病、 艾滋病毒/艾滋病等， 脊髓灰质炎、 流感、 寨卡病毒、 疟疾和埃博拉病毒。 此外， 活性微生物藻类作为载体靶向输送抗肿瘤及抗感染药物也已经开始了临床探 索 ( 见 浙 大 周 民 老 师 介 绍， https: / /person.zju.edu.cn/mi)。

4 微生物藻类在大健康产业中发展的建议

张仲平一大早就和徐艺出了家门。徐艺身兼双职，既是他的助理，也是他老婆唐雯的外甥。下楼时两个人都没有说话。徐艺背着一个大旅行袋走在前面，样子有点怪异。也许并不怪异，只是张仲平知道那里面装的是五十万现金而感觉有点特别罢了。

4.1 微生物藻类在大健康产业中标准体系的建立

GB 19643—2016 《食品安全国家标准 藻类及其制品》 中藻类的定义为: 一类水生的没有真正根、 茎、 叶分化的最原始的低等植物。 藻类是海洋中的初级生产者， 其种类繁多， 具有诸多营养物质， 属于重要的水产品资源， 具有食、 药、 观赏、 保健等诸多用途。 藻类的营养价值获得了世界卫生组织(WHO)、 联合国世界食品协会以及美国FDA 等多个权威机构的推荐及赞誉。由于藻类未经食物链传递， 因而相较于其他食品的安全性更高， 且食用历史悠久， 譬如我们所熟知的DHA 藻油， 相较鱼油DHA 而言更为安全。 因为鱼类本身并不具备产生DHA 的能力， 大部分都是通过摄入含有DHA的藻类或其他物质获取而来， 但经过食物链传播后， 易富集有害物质， 且提纯加工技术较难、 成本较高、 原料具有鱼腥味， 而藻类中的DHA 含量高、 纯度好、 提取方式便捷、 价格便宜且无刺激性气味， 适合素食主义者食用

。 此外由于藻类原料在我国微生物类保健食品中的使用较为频繁， 不仅有较高DHA 含量， 还具有安全性及功能的权威性， 推荐应用于婴幼儿、 孕妇益智补脑等产品开发中。 对于藻类而言， 其原料使用来源及依据主要有以下两种(表2)。 目前， 藻类新食品原料只有盐藻及其提取物、 DHA 藻油、 雨生红球藻、 蛋白核小球藻、 裸藻、 球状念珠藻(葛仙米) 6 种。 纵观世界范围内， 微藻市场一直保持稳定增长。 2019 年， 全球微藻市场价值为23.26 亿美元， 预计到2026 年微藻市场价值将超过34.4 亿美元， 复合年增长率为5.77% 左右。 到2025 年， 螺旋藻产量将达到2 万t/年、 小球藻4 000 t/年、 杜氏藻1 000 t/年、 红球藻200 t/年。

今年10月22日，中证协首次披露该项资管计划，并表示“支持民营企业发展集合资产管理计划遵照统一组织、分散决策原则设立”，首次由11家证券公司达成意向出资设立母资管计划，作为引导资金支持各家证券公司分别设立若干子资管计划，吸引银行、保险、国有企业和政府平台等资金投资，形成1000亿元总规模的资管计划，专项用于帮助有发展前景的上市公司纾解股权质押困难。

4.2 求实创新， 增加基础科研投入， 开发微生物藻类生产、 精深加工新模式

开启微生物藻类健康农业新理念， 在微生物藻类生化基础研究中加大投入， 从微生物藻类基本生活模式上去探索提高生物密度的理论和方法， 从而开发简便易行的微生物藻类培养模式， 降低生产成本， 提高生产效率。 结合基本的生化基础研究， 开展微生物藻类精深加工制品开发的配套技术， 促使我国的微生物藻类从原料生产向精深加工转变。

4.3 充分利用互联网和新媒体， 建立微生物藻类营销新模式

根据《全国渔业第十三个五年规划( 2016—2020年) 》 的要点， 建立微生物藻类产品分级与网络配送体系。 充分利用新媒体进行微生物藻类的科普认识， 特别是对微生物藻类在大健康产业中作用的宣传， 让消费者全面客观的认识微生物藻类在健康领域的作用， 避免误导所带来的负面影响。

破解土地发展制约 打造乡村振兴战略（金钦帅） ...........................................................................................1-19

4.4 发挥微生物藻类的环保生态功能， 促进微生物藻类大健康产业的发展

充分利用微生物藻类的生物固碳、 废水处理功能，集成系列创新技术， 实现以微藻为核心的兼顾经济价值和生态环境治理于一体的新模型， 为“碳达峰” 和“碳中和” 目标的实现提供有力的产业保障。

4.5 积极吸收社会资本， 实现微生物藻类在大健康产业的快速发展

资本运营是产业发展的必要组成， 随着2020 年5月“双循环” 模式提出， 充分利用社会资本， 建立一种社会资本和政府投资相融合的新模式， 推动微生物藻类产业走向大农业进而实现工业化， 使其在大健康产业中建立起完善的“双循环” 体系， 促进微生物藻类在大健康产业的快速发展。 总之， 微生物藻类在大健康产业中虽然存在一定的问题， 但是仍然有很多机遇。 建立完善微生物藻类在大健康产业中的标准体系， 坚持科技是第一生产力， 充分利用现代互联网技术加大宣传力度， 积极吸收社会资本， 才能实现微生物藻类在大健康产业中的飞速发展。

[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 藻油生产技术及其在食品中的应用进展[J].食品与发酵科技， 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]葛保胜， 秦松.微藻精准营养与功能及潜在应用研讨会概述[J].生物学杂志， 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]贾佳， 刘冰， 吕翻翻， 等.国内疾病谱研究现状述评[J].中国社会医学杂志， 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 Bañuelos-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]周艳， 汪旭， 王蕴博， 等.一种户外开放式微藻培养体系优化[J].广东海洋大学学报， 2021，41(2):33-40.