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。
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。 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,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Sosa Texcoco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%。 表1 几种微生物藻类资源在不同国家地区的使用状况 美国Cyanothech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700t,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 GB 19643- -2016《食品安全国家标准藻类及其制品》中藻类的定义为: -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,适合素食住义者食用。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。 表2 藻类保健食品原料使用依据及明细 2.1总体技术落后,高附加值产品少 虽然从总星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。 2.2生产成本高限制了微藻的推广利用 微生物藻类产业发展主要瓶颈在于生产F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(3-30μm),培养液中培养密度比较低(开放池一般<0.6g/L，光反应器一般<3g/L) ,藻细胞表面带有负电荷(-7.5-40mV)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。 2.3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。 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254%，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 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w-3 PUFAs与鱼油相当,具有极佳的w-3与w-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、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纤始了临床探索(见浙大周民老师介绍, https. //person. zju. edu cn/mi)。 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 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60%;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。 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%)J。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。 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 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。 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 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。 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： 4.1微生物藻类在大健康产业中标准体系的建立 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。 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。 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。 文章来源： 澎湃新闻 仅作科普 侵删
