螺旋藻的生物特性及其应用价值

美术与设计学院环艺3班09518374胡凤兰螺旋藻的生物特性及其应用价值　螺旋藻又名蓝藻,是一类古老而低等的原核单细胞水生植物,也称浮游性原始藻类植物,由于它们与细菌一样细胞内没有真正的细胞核,所以又称为蓝细菌。而得其名螺旋藻是因其在显微镜下观察形态为螺旋状。其实,在植物学分类地位上属于蓝藻门、蓝藻纲、段殖体目、颤藻科中的螺旋藻属,约有36-38种。其中多数为淡水种类,仅有四种分布在海洋中。目前,国内外生产上大量养殖的主要品种只有两个,即钝顶螺旋藻和极大螺旋藻。最初发现螺旋藻是在1940年秋天,由法国药物学家克瑞琪来到非洲乍得湖探险发现的。但由于种种原因,螺旋藻的营养价值并未得到重视,直到20世纪60年代,世界粮食和能源危机日益突出的情况下,才由法国克雷曼博士再次发现螺旋藻的神奇效用,并把它介绍给世人。以后,关于螺旋藻的研究便风靡世界,而且各国的研究结果也更加印证了其神奇的营养功效,并将螺旋藻和原子能并列为20世纪最伟大的发现。螺旋藻被誉为“微型绿色功能性营养宝库”,联合国粮农组织(FAO)已将它列入21世纪人类食品资源开发计划。国内外研究表明,螺旋藻蛋白质含量高,其氨基酸组成比例十分合理,其中8种营养必需氨基酸的含量接近或超过了FAO推荐的标准。由于螺旋藻细胞壁不是由纤维组成,而是由一些多糖类组成,易于消化吸收,蛋白质消化率达75%,生物利用率达68%,所以螺旋藻是目前人类已知蛋白质含量及质量最高的食物。除含有丰富的蛋白质外,螺旋藻还含有维生素及多种微量元素,是迄今为止科学家发现的最优秀的营养最全面、最均衡的纯天然蛋白质食品源;并且具有增进免疫、调整代谢机能等多方面作用,也是一种保健食品和药品的天然资源。因此,7 美术与设计学院环艺3班09518374胡凤兰螺旋藻被联合国粮能组织和世界食品协会推荐为“21世纪最理想的食品”。近年来的研究还表明螺旋藻在清除环境污染和生物能源的开发等方面也具有重要的作用。一、螺旋藻的基本生物特性1.螺旋藻的分布螺旋藻是一种生长于30亿年前的多细胞丝状蓝藻,具有许多古代原始藻类的一些特点。现已知螺旋藻属共有30多个种,广泛分布于热带、亚热带和暖温带的海洋、湖泊、温泉,特别是盐碱湖。在我国目前已发现有5个种,近年来在近北极地区也发现有螺旋藻生长。这说明螺旋藻几乎无处不在,能适应极端环境。2.螺旋藻形态学螺旋藻是一种多细胞型丝状微生物,螺旋形是螺旋藻属的特性,但是螺旋参数(螺距及螺旋直径)随品种不同而异。光学显微镜下,钝顶螺旋藻蓝绿色、多细胞型,细胞近方形,细胞宽6～8μm,长2～6μm,螺旋疏松弯曲,螺旋藻宽26～36μm,螺间距42～57μm,藻丝长200～500μm,末端不尖细或略尖细,末端细胞宽圆形,横壁略收缢,横壁处无颗粒;极大螺旋藻灰绿色,细胞宽7～9μm,长小于宽,螺间距70～80μm,顶端微尖,横壁不收缢,横壁两边有颗粒。藻丝螺旋形仅在液体培养基中被保持,在固体培养基中,由于肽聚糖层的脱水作用,导致细胞僵硬度变化,常失去螺旋形,变为直线形藻丝。3.螺旋藻的生长特点目前一般将其分为两种主要类型:钝顶螺旋藻和极大螺旋藻。螺旋藻可生长在淡水、盐水、海水及温泉中。高碱环境与适度盐是螺旋藻必不可少的生活条件,其适宜pH为8.3～10.3,当pH为117 美术与设计学院环艺3班09518374胡凤兰时,仍然生长良好。对盐分的要求,钝顶螺旋藻在含盐分20～70g/L的水中生长最佳。像大多数蓝藻一样,螺旋藻为光合自养生物,在光下能还原二氧化碳,并同化成碳水化合物。钝顶螺旋藻有高达18%的光能转化率,具有巨大的生产潜力,其产量在10～35g/m2·d。光照强度为0.6～3万Lx时生长良好,螺旋藻的适宜生长温度一般在28～35℃,15℃和40℃为其最低和最高生长温度,而其喜温和耐热品系可在35℃～40℃下培养。螺旋藻对紫外线的抗性也相当高,光质对螺旋藻的生长有不同影响,红光下培养的螺旋藻生长快干物质积累多,叶绿素含量和藻胆蛋白含量较高,绿光下培养的螺旋藻蛋白质含量高。二、营养价值16世纪前,墨西哥的印第安人就已从特斯科科湖中捞取螺旋藻,制成砖状干块。居住在中非乍得湖畔的部落,世世代代把干螺旋藻作食物。螺旋藻具有高蛋白,低脂肪,低糖类的特点,并含有多种维生素及微量元素,其营养价值极高。1.螺旋藻蛋白质螺旋藻蛋白质中各种氨基酸成分是均衡的其中人类第一限制性氨基酸赖氨酸含量高达216～313(g/100g藻粉,同)。由于螺旋藻细胞缺少真核绿藻所具有的纤维素细胞壁,因此易于消化。螺旋藻蛋白的同化率非常高,是一种优质全价蛋白营养源。2.螺旋藻脂类脱水螺旋藻粉平均含4%左右的脂类,其中主要含亚油酸和亚麻酸,其含量可高达2g/100g干物质。螺旋藻胆固醇含量较低,100g干物质仅32.5mg。7 美术与设计学院环艺3班09518374胡凤兰1汤匙(约10g)螺旋藻粉只含约1.3mg胆固醇和36千卡热量,而相同量的鸡蛋却含有300mg胆固醇和80千卡热量。3.螺旋藻中的维生素和微量元素螺旋藻中维生素含量丰富,据初步分析,螺旋藻除富含B族维生素外,还含有维生素A、E等,螺旋藻中维生素B1、B2和尼克酸含量都较其他品种为高。除此以外还有叶酸、类胡萝卜素等,可见螺旋藻是一种丰富的维生素源。4.螺旋藻中的矿物质螺旋藻中矿物质含量也很丰富,各种矿质元素含量为(mg/100g):300～700;钙100～400;钠450～500;镁100～200;铁30～50。这些矿物质对维持人体健康,特别是对促进儿童生长发育有重要作用。所以,螺旋藻又是一种很好的矿质元素供应源。三、药用价值螺旋藻不仅具有极高的营养价值,而且由于含有藻多糖、г-亚油酸等不饱和脂肪酸,多种维生素及酶类,微量元素等,在医疗保健方面也有很大用值目前认为螺旋藻具有多种生物学作用:(1)提高机体免疫力功能;(2)抗癌防癌作用;(3)抗辐射作用;(4)改善过量金属对人体的有害影响;(5)对皮肤和外伤的愈合及抗菌作用;(6)抗疲劳、抗衰老作用;(7)助长体内乳酸杆菌的生长。据国内外一些报导表明,螺旋藻及其提取物在防治青光眼、白内障;预防心脑血管疾病;减肥、治疗胃及十二指肠溃疡、缺铁性贫血等方面有着极其显著的功能[8]。1.提高机体免疫力功螺旋藻多糖不但能提高机体非特异性的细胞免疫功能,7 美术与设计学院环艺3班09518374胡凤兰而且能促进机体特异性的体液免疫功能。它的作用机理与螺旋藻多糖增强骨髓细胞增殖能力,促进胸腺、脾等免疫器官的生长和促进血清蛋白的生物合成有关;同时还与其能消除免疫抑制剂(环磷酰胺)对机体免疫系统的抑制作用有关。2.抗癌防癌作用刘力生等报道[9],螺旋藻多糖具有对体外癌细胞的抑制作用。该多糖在大剂量时对肉瘤S180和腹水型肝癌细胞DNA合成的抑制率较高,而对白血病L7712细胞的DNA合成的抑制较低。同时还观察了螺旋藻多(200mg/kg)对腹水型肝癌细胞的小鼠的影响,结果表明,该多糖对体内移植性癌细胞有显著的抑制作用。3.抗辐射作用螺旋藻的一个重要生物学特征是对紫外线和各类电离辐射有很强的抗性。实验也证明了螺旋藻对г-射线确有很强的抗性,用其提取物螺旋藻多糖作辐射前与辐射后的处理,均能显著减轻辐射所产生的遗传损伤。4.改善过量金属对人体的有害影响螺旋藻可以减轻汞及药物对肾的毒性。通过螺旋藻对老鼠的汞和药物的肾中毒影响实验表明,当老鼠饮食中添加了螺旋藻后,用血液尿氮和血清肌酸作为试验指标,发现这两个指标水平大幅下降[11]。5.对皮肤和外伤的愈合及抗菌作用[11]法国的研究指出,以螺旋藻为主配料的药物能加速外伤的愈合;日本的研究表明,含螺旋藻的化妆品及其水解酶能促进皮肤新陈代谢,减少疤痕。螺旋藻的提取物还能抑止细菌的生长,有药用价值。6.抗疲劳、抗衰老作用7 美术与设计学院环艺3班09518374胡凤兰螺旋藻所含的烟碱酸、维生素B6和钙化葡萄糖酸盐混合物,可辅助运动运动,增强荷尔蒙的活力和神经系统的功能,维持体内肌糖原的储存,发挥抗疲劳作用[7.助长体内乳酸杆菌的生长日本曾经做过食用螺旋藻的试验,老鼠喂养5%螺旋藻100天,结果盲肠重量增加了13%,乳酸杆菌增加了27%,在盲肠内的维生素B1增加了43%。这个试验指出,食用螺旋藻可以使人体的乳酸杆菌增多并使人体从整个饮食中吸收更多的维生素B1和其他维生素。四、能源价值由于世界能源消耗急增和地球上贮存化石能源的局限性,从战略上考虑提出了寻找新能源和更有效利用太阳能转换的问题。生物能源由于清洁、无污染可再生等特点而倍受青睐,尤其是生物氢能的制备。氢能具有重量轻燃烧热值高、清洁可再生、利用形式多样化等特点,被认为是未来社会最具潜力的“含能体能源”。而在螺旋藻生长或养殖过程中,发现它能以放氢的形式转化太阳能为氢能,而且相对于其他生物放氢的材料看,具有较高的光合作用效率,生长快,氢酶活性高,持续放氢时间长,是研究生物放氢的理想材料之一。而从目前已有的文献看,虽然在作为氢能源的研究和开发方面还仅限于基础性探讨,但是,现有的研究却昭示着螺旋藻不仅作为食品、药品具有美好的开发前景,而且在能源开发的生物制氢技术的研究领域也具有诱人的应用前景五、环境保护功能螺旋藻作为食物和饲料可减少对粮食的需求量,7 美术与设计学院环艺3班09518374胡凤兰从而可减轻由生产粮食而带来的污染。这本身对环境保护是一种贡献。更为重要的是,螺旋藻在生长繁殖过程中需要吸取大量营养__物质,并且具有生长繁殖快、高光效、适应性强的特点。利用螺旋藻的这些特性,可以将其用于污染物净化,具有直接的环境意义。可以用来处理有机废水[13];防止由于氮、磷超标引起的水体富营养化;除去回收污水中的重金属;通过进行光合作用,吸收空中的二氧化碳,合成有机物,并放出氧气,促进了空气中“温室气体”的转化,维持了大气中的氧平衡,具有不可忽视的生态意义。通过以上对螺旋藻的生物特性、营养和药用价值以及在能源和环保领域的介绍,从而阐明旋藻作为一种新的资源,具有很高的开发利用价值,其开发前景和应用前景都十分广阔。因此加快对螺旋藻的开发研究具有十分重要理论意义和深远实际应用价值。胡凤兰095183747