微藻主要营养成分及其在食品中的应用研究进展

陈 东，钱为强，林凤娟

（佛山中国发明成果转化研究院，广东佛山 528225）

微藻是指那些在显微镜下才能辨别其形态的微小藻类群体，富含蛋白质、脂质、多糖、类胡萝卜素等多种营养成分。目前，越来越多的微藻生物活性物质和次生代谢产物被研究开发，如藻蓝蛋白、多糖、多种类胡萝卜素（虾青素、盐藻黄素、β-胡萝卜素）、Ω-3 脂肪酸和多酚等，一些生物活性物质和次生代谢产物已经被证实具有抗氧化、抗炎、抗肿瘤、抗病毒的作用[1-3]。随着消费者对健康饮食的需求增加，含有微藻的食品和饮品正在全球市场上逐渐显露头角。螺旋藻、小球藻、雨生红球藻、盐藻、裸藻等逐渐进入人们的生活。微藻食品在国外应用已较为广泛，而我国微藻食品研发起步较晚，但目前已在食品行业、纺织、日化品等领域显现出重要的应用价值。

1 微藻营养成分

微藻在生长过程中会产生各种生物活性物质和次生代谢产物，如蛋白质、糖类、脂类、多糖、多酚、甾醇和色素（叶绿素、类胡萝卜素、藻胆碱）等。微藻是食物维生素的优质来源，含有维生素A、维生素B1（硫胺素)、维生素B2（核黄素）、维生素B3（烟酸）、维生素B5（泛酸）、维生素B9（叶酸）、维生素B12、维生素C、维生素D 和维生素E。微藻中还含有矿物元素，如钙、钠、镁、磷、钾、铁、锌和碘[4]。

1.1 藻蓝蛋白

不同微藻的蛋白质含量不同，经济微藻中以螺旋藻和小球藻的蛋白含量最高，可达70%。微藻蛋白品质处于植物蛋白和动物蛋白之间，优于植物蛋白但不如动物蛋白。微藻的氨基酸构成也优于鸡蛋，特别是微藻还含有人体无法合成的必需氨基酸[5]。在微藻蛋白中，对藻蓝蛋白的研究居多。藻蓝蛋白是一种高营养价值的水溶性蛋白，也可作为蓝色色素应用在食品领域，同时藻蓝蛋白具有抗肿瘤、抗氧化、抗炎、增强免疫力等生物活性功能，也可应用在保健品和医疗领域[6]。藻蓝蛋白能够通过细胞周期的阻滞而引起肺癌细胞的凋亡，以浓度依赖效应的方式引起黑色素瘤细胞不同程度的凋亡，在抑制结肠癌活性上也具有非常显著的效果。另外，藻蓝蛋白能够有效清除细胞内的OH 基团并降低由葡萄糖氧化酶诱导所产生的炎症反应，表现出显著的抗氧化和抗炎作用，并且已证实藻蓝蛋白对生物体不具有毒性效应，是一种安全的抗炎类功能性食品[7]。

工业上的藻蓝蛋白主要来源于螺旋藻。螺旋藻从20世纪70年代引入中国进行培养，养殖技术已经比较成熟，藻蓝蛋白的规模化提取、纯化和稳态化研究等已成为目前螺旋藻精深加工的焦点。近年来，藻蓝蛋白的制备技术取得了一定进展，但仍存在提取效率偏低、能耗偏高等现象。螺旋藻的高效破壁技术、藻蓝蛋白特异性纯化技术及功能活性稳态化仍需研究人员进一步研究和发掘[8]。

1.2 长链多不饱和脂肪酸

Ω-3 脂肪酸和Ω-6 脂肪酸是人类无法通过自身合成的长链多不饱和脂肪酸（LC-PUFAs），必须通过饮食补充。LC-PUFAs 有助于前列腺素和血栓烷的产生，而前列腺素和血栓烷对血液中胆固醇和甘油三酯的产生及预防某些疾病，特别是皮肤病和关节炎，具有重要作用[9]。其中Ω-3 脂肪酸可以改善高血压和充血性心力衰竭，还对肠道菌群的发育和组成有积极的影响。在动物模型中，补充Ω-3 脂肪酸可改善肝脏胰岛素敏感性、脂肪细胞因子的产生及具有直接和间接的抗炎作用[10]。在Ω-3 脂肪酸中，二十二碳六烯酸（DHA）和二十碳五烯酸（EPA）因其显著的健康益处脱颖而出。DHA 通过支持神经元，促进短期和长期记忆，并帮助改善大脑功能；EPA 可限制与慢性疾病相关的炎症发展。EPA和DHA 共同作用有助于胎儿发育，预防炎症，并处理心血管疾病，还可以通过抑制某些负责脂质合成的酶，影响血清脂质和脂蛋白来预防肥胖[11]。

目前，海洋鱼类是市面上补充DHA 和EPA 产品的主要来源，但鱼油强烈的鱼腥味可能不适用于某些食品配料。此外，有限的海洋鱼类资源和一些污染危害物质的存在，使工业需要寻找其他DHA 和EPA 来源物作为替代。微藻可以产生大量的多不饱和脂肪酸，如拟微球藻富含EPA，裂殖壶藻富含DHA。微藻是初级生产者，相对鱼虾，提取多不饱和脂肪酸藻油可以减少因食物链积累的危害物质，并且微藻的培养可以节约土地资源，有助于碳中和，因而利用微藻提取含多不饱和脂肪酸微藻油具有广阔的应用潜力。

1.3 微藻多糖

不同微藻多糖的结构与组成不同，但均显示出显著的增强机体免疫力和抑制病毒活性的功能。细胞实验、动物实验和人体实验结果显示，微藻多糖如螺旋藻多糖、小球藻多糖、盐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体生成细胞数、NK 细胞活性增强小鼠免疫力[13]。小球藻多糖促进小鼠的吞噬细胞能力和淋巴细胞增殖，且有效剂量为50 mg·kg-1[14]。盐藻多糖可以促进腹腔巨噬细胞分泌IL-1 和T 淋巴细胞增殖[15]。裸藻多糖可以增加人体的抗体含量，促进组织因子分泌[16]。此外，微藻多糖还具有抗病毒、抗氧化、抗菌和降血糖等作用[17]。

1.4 微藻色素

微藻色素分为类胡萝卜素、叶绿素和藻胆素。微藻色素不但是一种天然色素，而且具有促进健康的高营养成分，如抗氧化剂、维生素前体、神经保护和免疫促进剂。商业上的微藻色素来源主要有紫球藻（藻红蛋白）、杜氏盐藻（胡萝卜素）、螺旋藻（藻蓝蛋白）、雨生红球藻（虾青素）和栅藻（叶黄素）。藻红蛋白具有抗氧化及抗炎活性，对阿尔茨海默病、肝肾毒、糖尿病等疾病具有一定缓解作用[18]。β-胡萝卜素具有提高免疫力及预防皮肤病和白内障的功能[19]，从杜氏藻中提取的β-胡萝卜素经常添加到果汁、奶酪和罐头等食品中。藻蓝蛋白常被用作食品的着色剂，如冰淇淋、口香糖、冰棒、果冻、乳制品和软饮料。此外，雨生红球藻是天然虾青素来源之一，虾青素是一种强抗氧化剂并在清除自由基、抗衰老、抗肿瘤和免疫调节等方面都显示出良好的生物学活性[20]。叶黄素是类胡萝卜素家族中的一员，具有抗氧化防辐射、抗癌、预防心脑血管疾病和护眼作用[21]。

2 微藻在食品中的应用

2.1 面点

将微藻添加到面点中，可以增加面点的营养价值，形成独特的口感风味。同时，微藻具有保水性，可以延缓面粉中淀粉的老化，延长面点的货架期。刘琦在面包中添加小球藻和金藻可以提高面包的营养价值，相较于未添加微藻的面包，小球藻面包和金藻面包的蛋白质含量、总糖和水分均高于对照组，但脂肪含量却显著低于对照组，且微藻面包的感官评价与对照组无显著差异[22]。Niccolai 等[23]、Batista 等[24]、Rodriguez 等[25]将螺旋藻添加到面包、饼干及意大利面中也获得了相似的结果，添加了螺旋藻的面包蛋白质和多酚含量有所增加，抗氧化能力也更高。王宝贝等在面包中添加适量的雨生红球藻可以一定程度地延缓面包的硬度、胶着性和咀嚼性的增加，延长面包保质期，但对贮藏过程中面包的弹性、内聚性和回复性的影响不大[26]。刘璐璐等发现添加雨生红球藻可以改善戚风蛋糕的色泽，使其呈现橙红色，戚风蛋糕的硬度、弹性和咀嚼性增大，抗氧化活性增强，但随着添加量的增加，蛋糕出现了一定的藻腥味，影响了蛋糕的风味。雨生红球藻适宜添加量为1.0%～2.0%，不仅改善了戚风蛋糕的品质，还提升了其营养价值[27]。

2.2 酸奶

将微藻添加到酸奶中可以提高酸奶品质和益生菌的活性。Barkallah 等开发的含有0.25%～1.00%螺旋藻的酸奶，具有较高的蛋白质和纤维含量、较好的保水力及贮藏期间较低的乳清脱水[28]。赵金瑶等将0.25%脱腥处理后的莱茵衣藻搭配0.2%的明胶和0.1%的β-环糊精所得到的莱茵衣藻酸奶质地醇厚，奶香与藻香协调[29]。颜志秀等利用藏灵菇和螺旋藻进行发酵，酸奶中醇类化合物增加，酸类化合物减少，口感也更加柔和[30]。王晓晴等将小球藻脱腥后添加到酸奶中，发现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等研究发现含有0.5%～1.0%螺旋藻的酸奶，pH 下降速度慢，在发酵和冷藏结束时，嗜酸乳杆菌和乳酸双歧杆菌的活力增加并持续保持[32]。刘云鹏研究发现在适宜的菌种和条件下发酵所得的螺旋藻乳酸菌发酵产物，可以提高线虫在热激、过氧化氢诱导下的存活率，并且与对照组相比，发酵产物可以延长线虫的寿命，说明螺旋藻乳酸菌发酵产物具有极大的开发潜力[33]。

2.3 饮品

一些研究人员将微藻与饮品进行了结合，探索微藻对饮品品质的影响。刘灵杰等[34]、曾佩琴等[35]在黑芝麻乳的基础上添加螺旋藻，以一定配比研制成复合营养饮料，并进行稳定性研究和工艺的优化。付书正等通过利用秀丽线虫模型，探究人参雨生红球藻浓缩饮品抗衰老抗氧化的作用，结果显示与对照组相比，1.0 mg·L-1的浓酸饮品可以显著延长秀丽线虫的寿命，在热应激实验中增加线虫的存活率，并且显著增加其运动能力、产卵量及在线虫体内的SOD 活性，进而达到了延缓衰老的作用[36]。庞庭才等利用小球藻提取多糖后进行酶解，研制出的小球藻保健饮料成品呈现清亮的黄绿色，无明显藻腥味，风味独特，具有良好口感[37]。朱子昊利用小球藻提取蛋白质酶解成多肽，研制出的小球藻多肽功能果汁饮料具有良好的抗氧化性[38]。李奕以小球藻与紫果西番莲多糖为原料，研制出的小球藻紫果西番莲多糖复合饮料可明显延长小鼠力竭游泳时间，降低运动后丙二醛生成量，并显著提高总超氧化物歧化酶与谷胱甘肽过氧化物歧化酶的活力，因而可增强机体运动耐力，具有较好的推广前景[39]。

3 小结

现有研究表明，微藻不仅营养成分全面，而且具有抗氧化、促免疫等微藻活性物质功能成分，对人们的健康有积极的作用。随着人们健康意识及对健康食品的要求逐渐提高，微藻已逐渐在大健康领域中崭露头角。微藻产业也从简单的生产藻粉，逐步进入精深加工领域，如微藻活性物质的提取纯化、微藻产品的研制开发等。微藻在食品领域的应用，除了需要发展微藻本身的养殖技术，降低微藻作为食品原材料的成本外，还需要对微藻食品进行规范管理，制定市场规范，完善市场监督，保证藻粉或微藻产品的食用品质，保证微藻产品的食用安全。