螺旋藻(Spirulina)的蛋白质含量高达60以上,8种必须氨基酸的比例与联合国粮农组织(FAO)推荐的标准极为相似;含有一种特殊的色素蛋白—藻蓝蛋白,具有提高人体免疫力的作用;富含β-胡萝卜素和维生素,细胞中γ-亚麻酸的含量占不饱和脂肪酸的25%,含有人体必需的大量元素和微量元素,如钙(Ca)、镁(Mg)、铁(Fe)、钠(Na)、钾(K)、锌(Zn)、硒(Se)等,是目前发现的营养最丰富、最全面的超级营养品,是大自然赐予人类的绿色营养宝库,应用范围包括人类保健品、食品(添加剂和色素)、药品和化妆品,以及珍贵水产动物饵料添加剂。目前,在已经实现商业化生产的微藻中,螺旋藻的生产规模最大,应用范围最广。
我国对螺旋藻的研究开发始于上世纪80年代中期。中国科学院武汉植物研究所是国内最早开展螺旋藻研究和开发的科研单位之一。1986年,螺旋藻的研发列入国家“七五”科技攻关项目——“微藻饲料蛋白开发”,下设5个子课题:1.优良藻种的选育和培养条件研究;2.藻类大量培养技术研究; 3.藻类蛋白饲料工厂化生产中试; 4.藻类采收、干燥和加工技术; 5.藻类饲料的应用实验。中国科学院武汉植物研究所胡鸿钧研究员负责第一子课题,胡鸿钧研究员带领的武汉植物所研究团队承担螺旋藻优良藻种的选育和培养条件研究、螺旋藻大量培养技术研究两项任务。
螺旋藻喜高温、高光和高碱性的环境,墨西哥的Texcoco湖和非洲乍得湖的光温和水质条件符合螺旋藻的生理要求,这两个湖生长大量的天然螺旋藻,是当地居民Aztecs人(墨西哥)和Kanembu人(乍得)的食物。了解到螺旋藻的生理特性和螺旋藻在国外碱性湖泊中生长的情况,胡鸿钧研究员把目光投向了云南程海湖。程海湖位于滇西北永胜县境内,年日照时数2900小时,年均气温19℃,湖区全年无霜,湖水pH9.0-9.3,小苏打浓度1.0g/L左右,属天然半咸水湖。湖区光照充足,温度适宜,水质碱性,是发展螺旋藻生产的理想场所。1985年对程海湖进行实地考察,1986年,武汉植物研究所课题组来到程海湖畔,建成200m2的螺旋藻培养池,利用程海湖天然碱水配制培养基,进行螺旋藻大量培养技术研究。历时三年,近20名科研人员和后勤基建干部先后参与了课题研究,筛选出适合程海湖水和当地光温条件的螺旋藻优良藻种CH-1, 研究出利用程海湖水配制螺旋藻培养基配方,建立了开放式培养池大量培养螺旋藻的技术,利用程海水天然碱水培养螺旋藻取得成功。
“七五”科技攻关项目取得成功后,云南省科委对在程海地区发展螺旋藻生产给予高度重视和经费支持。1989年“云南程海螺旋藻工厂化生产中试”获得国家科委重点项目支持,科研经费60万元。中国科学院武汉植物研究所和云南省永胜县政府共同抽调人员,组成螺旋藻中试项目组。在胡鸿钧研究员的带领下,项目组综合利用程海湖地区适宜的光、温、地热和天然碱水资源大规模培养螺旋藻,建成了国内第一个螺旋藻工厂化生产中试基地,培养面积3000平米,年产5吨干藻粉。中试提供了适合当地情况的工厂化生产螺旋藻的全套工艺技术,以及在当地发展螺旋藻工厂化生产的科学依据。
中试的成功,为程海地区螺旋藻产业的兴起和发展奠定了基础。在云南省18生物资源开发工程项目“云南螺旋藻的研究和开发”(1808)的支持下,1992-1995年,综合利用程海湖地区充足的光照,适宜的温度,丰富的碱水资源,利用湖边荒滩和贫瘠的土地建厂,发展螺旋藻工业化生产,共建成螺旋藻培养池45万平方米,年产800-1000吨螺旋藻粉,成为当时世界上最大的螺旋藻生产基地。为了表彰中国科学院武汉植物研究所对云南螺旋藻产业的贡献,武汉植物研究所作为主要成果完成单位,获得云南省人民政府颁发的“云南18生物工程科技成果产业化特种奖”。
1991年,在武汉东湖高新技术开发区管委会的支持下,武汉植物研究所创立了专门从事螺旋藻生产和技术研发的高新技术企业-武汉蓝宝生物技术有限公司,在国家火炬计划项目“螺旋藻及其制品”的支持下,在咸宁温泉镇建成10000m2的螺旋藻生产基地,采用玻璃温室内跑道池半封闭培养系统,利用地热水对藻液升温,延长生产期;以二氧化碳为碳源培养螺旋藻,提高碳源利用率,提高产量、保证质量。武汉蓝宝公司生产的“金池”螺旋藻以品质优良著称,采用的各项先进技术为国内发展螺旋藻生产提供了新的模式。
1997年,“亚洲金融风暴”席卷我国,年轻的中国螺旋藻产业也受到冲击。当时,中国已经成为螺旋藻生产大国,产量占全球产量的一半左右,但是,技术相对落后,在激烈的国际市场竞争中,产品销路受阻,产量严重萎缩。如何提升我国螺旋藻产业的技术水平,提高其在国际市场上的竞争力,成为一个迫切需要解决的问题。在这种情况下,武汉植物研究所藻类研究团队毅然与国内螺旋藻龙头企业-云南绿A生物工程有限公司合作,重返程海,开展“云南程海螺旋藻大规模养殖关键技术优化研究”,获得云南省省院科技合作项目的支持。针对我国螺旋藻工厂化生产普遍存在的技术难题,以程海地区螺旋藻大规模养殖为突破口,开展优良品系选育、生长动力学、营养调控、碳源利用技术和污染防治技术研究,开发螺旋藻生产过程计算机辅助管理系统。胡鸿钧研究员和李夜光研究员从内蒙东胜市(现鄂尔多斯市)天然碱湖中采集到螺旋藻样品,由耿亚洪分离获得螺旋藻的单种培养,殷春涛研究证明这是一株富含DHA(二十二碳六稀酸)的螺旋藻,这是国内外首次获得产“脑黄金”的螺旋藻品系,并应用于生产。项目组发明了螺旋藻培养中污染的治理方法专利技术(专利号:ZL 98113428.9),解决了一个长期困扰螺旋藻生产厂家的技术难题;开发出螺旋藻生产过程计算机辅助管理系统,使螺旋藻生产过程的管理水平从经验型管理提高到科学、规范的管理;项目的实施全面提高了螺旋藻生产技术水平,项目成果在生产中应用,取得了良好的经济效益和社会效益。
胡鸿钧研究员分别于2002年和2003年出版了《螺旋藻-养殖原理、技术和应用》和《螺旋藻生物学及生物技术原理》两本专著,成为国内螺旋藻教学、科研和生产的重要参考书。
经过30年的研究、开发,中国科学院武汉植物园在螺旋藻优良藻种选育和生产技术优化方面取得了丰硕的成果,为我国螺旋藻产业的兴起和发展做出了突出的贡献,成为国内螺旋藻技术研发和产业化方面最具影响力的科研单位,先后获得国家科学技术进步奖二等奖,中国科学院科学技术进步奖二等奖,云南省人民政府“云南18生物工程科技成果产业化特种奖”和云南省科学技术进步奖三等奖。
(撰稿人:李夜光)