第13讲 微藻培养与代谢产物生产

第13讲 微藻培养与代谢产物生产

太空农场太空农场(Space Farm),学名受控生态 生保系统(Controlled Ecological Life Support System, CELSS):在太 空依靠繁殖绿色植物(蔬 菜、藻类等)解决航天员 所需的食物、氧气和水等 最基本物资的供应，是实 现未来长期载人星际旅行、 移民的关键技术和难题之 一。

观赏鸟类与鱼类、水产养殖 食品、保健品、化妆品等雨生红球藻

虾青素是一种红色素，可以赋予火烈鸟、三文鱼、虾粉红颜色。

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本节主要内容 1.微藻特点与应用领域 2.微藻培养技术 3.微藻培养生产代谢产物应用举例 本节关键问题 1.微藻培养的光生物反应器特点 2.微藻培养生产代谢产物的相关工艺技术。

一 引言(一) 定义藻类分为原核藻类和真核藻类，含有叶绿 体，可以进行光合作用。 微藻(Microalgae)一般是指那些在显微 镜下才能辨别形态微小的藻类。

迄今已知的藻类约有30 000余种，其中微 藻约占70%。微藻细胞微小、形态多样、 适应强、分布广泛。

(二)分类 微藻有原核微藻和真核微藻两大类。

根据微藻生长环境可分为水生微藻、陆生微藻和气 生微藻三种生态类群。 水生微藻又有淡水生和海水生之分，根据分布又可 分为浮游微藻和底栖微藻。已工业化生产或有应用价值、能大量培养的种类分 别属于4个门：蓝藻门、绿藻门、金藻门和红藻门。

蓝藻门(Cyanophyta)

是能进行光合作用的原核生物，一般呈蓝色。有1 个纲――蓝藻纲和3个目。蓝藻门在大约35亿年前 就已在地球上出现。蓝藻和细菌在细胞结构与生物化学性质方面很类似， 结构简单，无真正的细胞核和细胞器，主要通过细 胞分裂进行增殖，能进行光合作用放出O2。

(三)在生命起源与进化中的作用

1.地球什么时候出现的？50亿年前2.最早的生命出现在什么时间？40亿年前 3.细菌、蓝细菌出现的时间？35亿年前 4.细胞核什么时间出现的？15亿年前 5.有性生殖最早出现的时间？10亿年前 6.多细胞生物是什么时间出现的？8亿年前 7.什么时候生物多样性开始变得非常丰富起来？6亿年前 8.人类出现时间？化石：680万年到720万年之间。

比较人类与黑猩猩的DNA后的最新研究提示约为540万前http://www.77cn.com.cn/kepu/show-4248-1.html

50亿年前地球出现，火山，温度非常高 40亿年前出现最早的生命形式：卢卡(Luca)——微粒： 有机物，外膜，吸收能量。因火山喷发-矿物质，水体有 机物，颗粒。 35亿年前细菌、蓝藻出现，进行光合作用，放出氧气。 之前，大气很稀薄，氢、一氧化碳等，各种气体于空中 形成一朵朵的卷云，氧

气很少，因无充足的大气层掩蔽， 整个地球曝露在强烈的紫外线之下。

蓝藻的作用：产生了氧气，改变了大气组成与特点，为 生物进化及高等生命诞生起了非常重要的作用。

最初的原始生命在无氧条件下，是通过分解氨基酸、糖类 及脂肪获取能量的(即进行无氧呼吸),或者依靠无机氧 化物的还原获取能量。氧气性大气的出现，导致了臭氧层 的形成和有氧呼吸的产生，这在生物进化史上具有十分重 要的意义。

臭氧层的形成：臭氧层的出现，阻止了紫外线对地面的直接辐射，保护了地球上的生命。

有氧呼吸的产生：在大气层中有了氧气以后，一些原始的生物逐步产生了进行有氧呼吸的生物类型。

真核生物：真核细胞才出现，之前都是厌氧的原核生物。“寒武纪爆炸”可能与当时空气中氧气含量的增加有关。

(四)微藻生产生物制品的特点利用太阳能和CO2通过光合作用生产有机物，生长 速度快、效率高、能耗低。可以利用贫瘠土地、盐碱地等极端环境。

微藻培养简单，容易产业化。微藻提取有效成分不需要复杂的前处理。

许多微藻可产生有生理活性的化合物。营养价值高。

(五)微藻应用领域微藻在能源、医药、食品、水产养殖、化工、环 保、农业及航天等领域有着重要的应用价值。保健品、功能食品：片剂、粉剂、添加剂

水产养殖：饵料航天：安保系统

转基因药物：可以食用能源：生物柴油、氢

(六)三大经济微藻1.螺旋藻Spirulina

存在35亿年。数百年前非洲一些部落就将螺旋藻制成藻饼食用。 螺旋藻是人类迄今为止所发现的最优秀的纯天然蛋白质食品源， 被联合国粮农组织和联合国世界食品协会推荐为“二十一世纪最 理想的食品”。 螺旋藻在降低胆固醇和血脂，抗癌，减肥，养胃护胃，治疗贫血 及微量元素缺乏，护肝，增进免疫，调整代谢机能等方面都有积 极作用。

蛋白质含量高达60~70%。鱼肉的3倍，鸡蛋的5倍。藻蓝蛋白能 增强人体免疫力。维生素及矿物质含量极为丰富：B1、B2、B6、B12、维生素E、维 生素K等，并含锌、铁、钾、钙、镁、磷、硒、碘等微量元素。 类胡萝卜素含量是胡萝卜的1.5倍，维生素B12含量是猪肝的4倍， 铁含量是菠菜的23倍，是铁含量最丰富的食物。