微藻，玩跨界的典范
作者：Algaengineer【原创】
当今社会，大家喜欢玩跨界，为什么？因为跨界不受行业固有模式和思维方式的限制，可以迸发出更多想象力与创造力。在生物领域，如果还有一种生物横跨多个产业，玩跨界发展。微藻，非他莫属。
微藻，一种古老的生命体，地球演化过程中氧气的主要缔造者，高等植物进化过程中的共同原始祖先，地球生态系统中近90%的氧气制造者，初级生产力的主要贡献者，无处不在、“无所不能”、“脚踏”多个行业，玩跨界发展，神一样的存在。
l 什么是微藻
顾名思义，微藻就是微小的藻类。所谓“微小”，通常是指一般需要借助显微镜才能观察到个体形态。那么什么是藻类？藻类通常是指水生的，光合生长的低等“植物”。与植物一样，微藻具有光合色素（叶绿素等），可以进行光合作用，即利用阳光、二氧化碳和水合成生物质并进行生长，但微藻没有根、茎、叶的分化。根据矛盾的对立统一规律，有微藻，那必然有大藻，如大家比较熟悉的海带、紫菜等。
不同种类的藻类
微藻种类繁多，然而，目前实现商业化生产的微藻数量并不是很多，主要有螺旋藻、小球藻、雨生红球藻、杜式盐藻、寇式隐甲藻、微拟球藻等，还有一些海洋微藻，如球等鞭金藻、三角褐指藻、扁藻、角毛藻、海链藻等，这些海洋微藻主要作为生物饵料应用于水产行业。
微藻的功能
微藻的用途取决于微藻的功能或能力。简单来说，微藻的主要能力有以下两点：
l 高效的光合作用
微藻能高效地利用光能、二氧化碳和水进行光合作用，产生氧气并合成碳水化合物，通过进一步生化反应，合成蛋白质、油脂等多种营养物质。与其他植物相比（玉米、大豆等），微藻的生长速率更快，单位土地面积所产出的生物量更多。同时，微藻在生长过程中吸收大量的氮、磷等无机元素。因此，微藻可以作为食物，固碳、净化空气及处理废水。
l 合成生物活性物质
微藻除了能合成蛋白质等大众化的营养物质外，还能合成很多独特的生物活性物质、如不饱和脂肪酸（DHA、EPA、AA等）、类胡萝卜素（β-胡萝卜素、虾青素、叶黄素、玉米黄质等）、色素-蛋白复合体（藻蓝蛋白、藻红蛋白等）、多糖、活性多肽等。这些生物活性物质对人体非常有益，如不饱和脂肪酸（典型代表为号称”脑黄金”的DHA），具有调节血脂、预防心血管疾病、促进婴幼儿大脑细胞发育等功效。
微藻的用途
l 食品行业
食物与食品添加剂
微藻富含碳水化合物、蛋白质、维生素、矿物质等多种能量和营养物质，如螺旋藻和小球藻中蛋白质含量一般可以到达细胞干重的50~70%。目前，微藻常被认为是超级食物（Superfood）或未来食物(Foodof future)。实际上，非洲乍得湖附近的居民已经有上千年食用螺旋藻的历史。我国在60年代初，饥荒时期，曾掀起过全民养殖小球藻的风潮，作为食物充饥。当前，可作为食物的微藻主要有螺旋藻、小球藻、念珠藻（发菜、葛仙米）等。除了将螺旋藻和小球藻制成藻粉冲泡或压成片剂服用外，通常还可以将其添加到其他食品中，如做成微藻面条、微藻面包、微藻点心等。
l 食用油
在特定的培养条件下，某些微藻可以合成大量油脂，经提取及深加工后作为食用油。目前，美国已经成功开发出微藻食用油，与其他植物食用油相比，微藻食用油的不饱和脂肪酸含量更高（对人体益处多多），发烟点温度更高（即表示在一般的炒菜温度范围下，产生的油烟更少）。
l 生物医药大健康产业
营养补充剂
小球藻和螺旋藻，是目前市场上最常见的营养补充剂，其对人体主要起作用的是蛋白质、活性多肽、类胡萝卜素、维生素、矿物质等。
微藻中的生物活性物质，如虾青素，β-胡萝卜素、DHA、EPA等常被提取出来，精制后做成胶囊。虾青素被誉为“抗氧化剂之王”，具有清除人体内氧自由基的功效。
总体而言，食用微藻及微藻产品，具有补充人体营养、提高免疫力、增强体质、预防心血管等疾病发生的概率，但它们没有某些直销或会销所宣传“无所不能”的神奇功效。
l 水产行业
生物饵料
在水产育苗过程中，微藻，主要为硅藻和金藻，常作为贝类、虾类及鱼类幼体的开口饵料。同时，微藻也常用于动物性次级饵料（如轮虫、卤虫、枝角类等）的营养强化，主要提高动物性饵料的营养成分，尤其是不饱和脂肪酸的含量，然后投喂给水产幼苗。饵料微藻的使用可以显著提高水产幼苗的存活率、保障幼体正常的变态和发育，增强免疫力、促进幼苗的生长。
调水剂
微藻在水产养殖中常作为调水剂，即调节和控制养殖水质。微藻可以吸收养殖水体中氮、磷等无机盐、同时释放出氧气，提高水体中的溶解氧。此外，藻体还可以直接被浮游动物和某些鱼类食用。因此，微藻可以净化水质、提高溶氧、抑制有害微生物，保障养殖水体的稳定与健康。目前，作为调水剂的微藻主要有小球藻、硅藻等。
水产饲料
微藻中富含蛋白质、不饱和脂肪酸，因此可以替代水产饲料中鱼粉和鱼油。此外，水产饲料中添加微藻，可以显著地提高观赏鱼和虾的色泽。
水产疫苗
目前，有不少研究机构和企业正在开发利用藻细胞生产水产疫苗，然后将微藻直接投喂给水产动物，以预防和避免水产动物大规模病害的发生。
l 农业行业
动物饲料
微藻营养丰富，可以作为家禽畜牧饲料的添加剂，改善肉质、提高营养、增强家禽畜牧的免疫力、降低疾病发生概率。目前，已经有不少企业将微藻添加到鸡饲料中，生产出富含不饱和脂肪酸的高品质鸡蛋。
普通鸡蛋（左）和微藻鸡蛋（右）
生物肥料
微藻生物肥料，利用微藻建立土壤微生态系统，增强土壤营养，改善土质、从而促进植物生长，提高产量及农产品品质。目前，已经有商品化的微藻生物肥料。
未用微藻生物肥（左）和使用微藻生物肥（右）的芸豆植物
l 护肤和药妆品行业
护肤品
雨生红球藻中的虾青素由于强大的抗氧化性能，添加到护肤品，具有抗皱纹及皮肤老化、抗嗮、防紫外等作用。同时，微藻提取混合物，主要有蛋白、脂肪酸、胡萝卜素、多糖等也常作为护肤和药妆品的添加剂，具有清除老化皮肤细胞，保持皮肤健康的功能。目前，市场上已经有不少含有微藻活性成分的护肤和药妆品，如美国的商品名为“Alguronic Acid”的药妆产品。
l 材料行业
生物塑料
微藻藻体直接与树脂混合加工生成泡沫塑料，目前已经实现商业化生产，并生产出了微藻生物塑料产品。详见本公众号往期内容。
微藻塑料制成的鞋子
l 环保行业
生物固碳
利用微藻光合生长过程中吸收二氧化碳的能力，实现对工厂和燃煤电厂排出的二氧化碳进行生物固碳，实现碳减排和生物资源的循环利用。目前该技术应用属于热门话题，处于中试和示范阶段，尚未实现大规模应用和产业化。
德国水泥厂旁边的微藻固碳示范系统
废水治理
与微藻生物固碳一样，利用微藻进行废水处理，也是热门话题。利用微藻吸收废水中的有机物及氮磷元素的功能，可实现大幅度降低废水中的COD，总氮、总磷等含量。随着我国对环保的要求越来越严，高环保压力下将会极大地促进该技术的发展。目前，微藻处理废水技术处于示范和推广阶段。
l 能源行业
生物能源
利用微藻积累油脂的能力，可以将藻细胞内油脂提取后或整个藻体水热液化后，经进一步加工和精制可以生产生物柴油。此外，利用微藻体作为原料，经发酵可生产燃料乙醇，或经厌氧发酵生产甲烷，或燃烧进行生物质发电，还可以微藻产氢。利用微藻产生物质能源前景很好，但难度很大，主要是成本过高，目前处于中试和示范阶段，离商业化应用可能需要还有一段时间。
l 建筑与艺术行业
微藻建筑物
德国建成了世界上第一座结合微藻的建筑物。在建筑物的南面墙体表面嵌入了光生物反应器，用于培养微藻。微藻经采收后用于燃烧发热，给建筑供暖，同时燃烧产生的二氧化碳又返回给微藻作为碳源供微藻生长，实现碳的循环利用。同时，建筑物表面的微藻可以给房间遮阴，隔热及降低外界的噪音。
德国的微藻建筑物
l 航空航天行业
受控生态生命保障系统
受控生态生命保障系统(Controlledecologicallife support system，CELSS)，是人工建造的微型密闭生态系统，即在太空舱中实现物质的自主循环和自给自足，从而持续供应宇航员生存所需的食物、氧气和净水等。微藻光合作用产生的氧气可提供给宇航员呼吸、产生的二氧化碳重新被藻类吸收实现循环，同时微藻还可以作为食物供给宇航员食用。
l 微藻在各产业中应用所处的阶段