王龍，劉慧，張少斌，*

（1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，遼寧沈陽110161；2.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院，遼寧沈陽，110161）

螺旋藻對微量元素的富集作用

王龍1，劉慧2，張少斌1，*

（1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，遼寧沈陽110161；2.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院，遼寧沈陽，110161）

綜述了幾種微量元素的生理功能以及螺旋藻對微量元素的富集作用，并對其應(yīng)用進(jìn)行了展望。

螺旋藻；微量元素；富集作用

螺旋藻屬于藍(lán)藻門、顫藻科、螺旋屬，是一種多細(xì)胞型絲狀微生物，螺旋形是螺旋藻屬的特性。螺旋藻中含有豐富的生理營養(yǎng)成分如β-胡蘿卜素、葉綠素、α，γ-亞麻酸、多糖、藻藍(lán)蛋白、維生素、糖脂、微量元素等可調(diào)節(jié)人體的各項機能，促進(jìn)細(xì)胞的新陳代謝，提高機體免疫力、抗衰老、抗氧化、抗輻射，對多種疾病如腫瘤、高血壓、心臟病、糖尿病、艾滋病、肥胖、金屬中毒等均有明顯的功效[1]。它是迄今為止發(fā)現(xiàn)的營養(yǎng)最豐富、最全面均衡的一種功能性食品，藻體內(nèi)含有多種生物活性成分，是一種極具開發(fā)潛力的水生生物資源[2]。同時，螺旋藻對于很多金屬離子，特別是一些具有重要生理活性的微量元素具有良好的富集作用，如Fe2+、Zn2+、Se等[3]，這些微量元素對兒童生長發(fā)育尤為重要，且對正常人群的健康有著不可估量的作用，人體一旦缺乏會導(dǎo)致一些病變。螺旋藻可以作為一種很好的補充微量元素的保健食品，通過螺旋藻富集作用，可以把有些無機的金屬元素有效的轉(zhuǎn)化為有機態(tài)，更利于人體的吸收。同時，一些微量元素也能夠促進(jìn)藻的生長，所以在功能性螺旋藻的培養(yǎng)過程中適當(dāng)加入某些微量元素具有促進(jìn)生長和增加特殊功能的雙重意義。另外，隨著工業(yè)的發(fā)展，重金屬污染物向水體中的排放量日益增加，造成水體不同程度的污染，螺旋藻的生物富集作用可以吸收水體中的重金屬元素，如Hg2+、Cd2+、Pb2+等[4]。在處理廢水和治理污水方面可以進(jìn)行廣泛應(yīng)用，對于環(huán)境保護(hù)有重要意義。

1 螺旋藻對Fe2+的富集作用

Fe是人體必需的微量元素，它是血紅蛋白的重要組成部分，并能夠有效的促進(jìn)人的生長發(fā)育，體內(nèi)缺少Fe會導(dǎo)致貧血，智力障礙，免疫力低下等諸多問題，所以適當(dāng)?shù)臄z入一些含F(xiàn)e量高的功能食品能夠起到預(yù)防疾病的作用。研究表明，螺旋藻可以有效的富集鐵，并把無機鐵轉(zhuǎn)換為有機鐵，促進(jìn)人體的吸收，其含鐵量超過了其它已知的天然食品，是螺旋藻眾多保健價值中最重要的因素，螺旋藻作為補鐵產(chǎn)品將十分有效。

江娟[5]研究了不同鐵離子濃度對螺旋藻有機鐵含量的影響，結(jié)果表明，隨著培養(yǎng)基中鐵離子逐步增加，螺旋藻有機鐵含量先明顯增加，但隨著鐵離子濃度進(jìn)一步增加，有機鐵含量增加幅度明顯降低，就有機鐵絕對含量來說，F(xiàn)e2+濃度為0.03g/L時達(dá)最高，為349 μg/g。李日強[6]等研究了螺旋藻對Fe2+的富集能力，結(jié)果表明當(dāng)培養(yǎng)液中Fe2+的添加量在21.9 mg/L時，富集系數(shù)較大，生長率最高，每克干藻粉中約含鐵2.7 mg，它可作為兒童補鐵的最佳選擇。

2 螺旋藻對Zn2+的富集作用

Zn是人體的一種必需微量元素，它是很多金屬酶的有效組成成分，已知與Zn有關(guān)的酶已有200多種。我國飲食標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定人體所需Zn量為：小孩約4 mg/d～5 mg/d，成人約10 mg/d。人體缺少Zn會導(dǎo)致發(fā)育遲緩，味覺出現(xiàn)障礙，傷口不易愈合等問題[7]。Zn對人體的智力發(fā)育非常重要，每日適當(dāng)?shù)难a充一些身體容易吸收的Zn是必要的。螺旋藻可以通過富集作用，將無機鋅轉(zhuǎn)化為易于人體吸收的有機鋅，從而可以作為一種非常好的補充鋅的保健食品。

李日強等[6]研究了Zn2+濃度對螺旋藻生長率以及富集系數(shù)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)培養(yǎng)基中Zn2+的添加量在1.49 mg/L時，藻細(xì)胞的富集系數(shù)雖然不是最高，但相對生長率最大，而此時1 g干藻粉中含Zn2+為212 μg。陳必鏈等[8]研究了螺旋藻對Zn和Se的富集作用，結(jié)果表明，螺旋藻對鋅的富集能力較強，當(dāng)培養(yǎng)液Zn2+濃度為4 mg/L時，富集量最大為371.2 μg/g，為對照的33倍。當(dāng)鋅濃度為1 mg/L時，該藻對鋅的富集系數(shù)最大，為137.0。

3 螺旋藻對Se的富集作用

硒是構(gòu)成高等動物及人體生命代謝不可缺少的谷胱甘肽過氧化物酶的組成部分，在體內(nèi)主要起抗氧化作用，它能夠防止細(xì)胞損傷，維持細(xì)胞的正常功能，也能調(diào)節(jié)維生素A、D、E、K在體內(nèi)的吸收與消耗等作用，具有重要的生理功能和藥用價值[9]。而通過螺旋藻的富集作用可以把無機硒轉(zhuǎn)化為利于人體吸收的有機硒，而有機硒具有更好的生物活性、安全性和補硒效果[10]。李志勇等[11]通過實驗比較飼喂富硒螺旋藻和普通螺旋藻的小鼠的各項指標(biāo)得出，富硒螺旋藻比普通螺旋藻有更好的抗疲勞以及增強機體免疫力的功效。

陳必鏈等[8]的實驗研究結(jié)果顯示，藻對硒的耐受力較強，當(dāng)硒濃度小于400 mg/L時，藻細(xì)胞富集系數(shù)隨濃度上升而增大。當(dāng)培養(yǎng)液硒濃度為200 mg/L時，富集量最大，為752.7 μg/g，是對照的1 214倍。當(dāng)硒濃度為100 mg/L時，該藻對硒的富集系數(shù)最大，為4.1。李日強等[7]實驗研究了不同的Se濃度對螺旋藻生長率的影響，得出當(dāng)硒濃度達(dá)到250 mg/L時，藻細(xì)胞生長率明顯下降，當(dāng)硒的含量在100 mg/L左右的培養(yǎng)液中，螺旋藻的生長率最高，為1.6。楊瑩瑩等[12]在研究最佳螺旋藻最佳富集Se的方案中得出，當(dāng)加硒量為800 μg/mL時，單位干藻粉的有機硒含量最高，達(dá)971.836 μg/g，有機硒比率也達(dá)到最高，為97.44%。添加800 μg/mL的硒，雖抑制了螺旋藻的生長，但能夠得到較多的有機硒和質(zhì)量好的富硒螺旋藻，因此確定此方法為收獲高質(zhì)量的富硒極大螺旋藻的最佳條件。

4 螺旋藻對Cr（III）的富集作用

Cr（III）是人體必需的微量元素，是正常糖脂代謝所不可缺少的。Schwarz和Mertz于1959年首次從啤酒酵母中提取出含有鉻的葡萄糖耐量因子（GTF），并證實Cr（Ⅲ）是GTF的重要活性成分。Cr（III）通過GTF協(xié)同和增強胰島素的作用來影響糖類、脂類、蛋白質(zhì)及核酸代謝[13-14]。國內(nèi)外科技工作者進(jìn)行的動物實驗及臨床研究表明，缺鉻會引起胰島素作用降低、糖的利用受阻，導(dǎo)致糖尿病，同時引起血內(nèi)脂肪尤其是膽固醇增高，造成高脂蛋白血癥，并與動脈粥樣硬化發(fā)病有關(guān)[15]。有研究發(fā)現(xiàn)富鉻螺旋藻作為補鉻制劑應(yīng)用于糖尿病的治療上，鉻的吸收率和生物利用度遠(yuǎn)高于無機鉻。無機鉻不但毒性大，且吸收水平極低為0.4%～3%；而有機鉻的吸收迅速且安全，吸收率為10%～25%[16]。

許文濤等[17]研究了螺旋藻對Cr（III）的富集能力，結(jié)果表明，隨著螺旋藻中Cr（III）添加濃度的增加，藻粉的富鉻濃度也提高。螺旋藻對Cr（III）具有良好的富集和生物轉(zhuǎn)化能力，當(dāng)培養(yǎng)液中Cr（III）濃度為468.75 μg/g時，螺旋藻總鉻富集量可達(dá)到173.17 mg/g，有機化程度可高達(dá)96.99%。何穎敏等[18]研究了鈍頂螺旋藻對Cr（III）的吸收及其有機化程度，得出結(jié)論，當(dāng)螺旋藻培養(yǎng)液中Cr3+的添加濃度為300 mg/L，螺旋藻總鉻富集量可達(dá)到3.30 mg/g，有機化程度為70.2%。

5 螺旋藻對I的富集作用

被稱為“智慧之泉”的碘是人體必需的一種微量元素，它參與甲狀腺激素的合成，對于人類的健康具有相當(dāng)重要的作用，碘的缺乏（IDD）將會引起甲狀腺腫大癥，是導(dǎo)致人類智力障礙的主要原因[19]。然而，以無機形式存在的碘不易被人體吸收，有時還會產(chǎn)生毒副作用，因此只有當(dāng)無機形式的碘轉(zhuǎn)化成有機形式的碘時才具有普遍的食用價值。通過螺旋藻的的富集和轉(zhuǎn)化作用生產(chǎn)天然有機碘制品是一種很好的方式。楊心寧等[20]研究了碘化鉀（KI）對螺旋藻生長的影響以及碘在細(xì)胞中的富集作用，結(jié)果表明，KI濃度在較低范圍內(nèi)，隨著KI的含量的升高，對藻細(xì)胞的生長越為有利。而當(dāng)KI含量在5 000 mg/dm3以上時，螺旋藻的生長開始受到抑制。當(dāng)KI添加量為900 mg/dm3時，富集效果最佳，螺旋藻的收獲量為277.17 mg/dm3，藻細(xì)胞碘含量為0.331×10-2（m/m）。何臘平[21]研究了培養(yǎng)螺旋藻對碘、鋅同時富集，結(jié)果發(fā)現(xiàn)碘、鋅濃度較低時，對螺旋藻的生長起促進(jìn)作用；而濃度較高時，抑制螺旋藻生長，跟單獨添加碘或鋅的富集規(guī)律一致，同時還發(fā)現(xiàn)螺旋藻對鋅和碘的富集基本上不相互干擾，不相互抑制，對鋅的富集系數(shù)為60.7，對碘的富集率為1.06%。

6 前景與展望

微量元素在人體內(nèi)含量甚微，但在人體的生理生化過程中卻具有非常重要的功能。然而，微量元素在自然界主要以無機態(tài)存在，難以被人體直接利用，而一般動植物食品中活性微量元素含量甚微，難以滿足人體需求。因此，生物富集就成為人類開發(fā)富含微量元素食品的重要手段。藻類是一類重要的具有優(yōu)良生物富集作用的食品原料，已受到世界很多國家的重視。目前研究較多的可作為生物富集原料的藻類是螺旋藻，并且已開發(fā)出許多功能性產(chǎn)品以及保健品，對適于大規(guī)模養(yǎng)殖的小球藻和鹽藻研究較少，其他的一些經(jīng)濟藻類也可通過培養(yǎng)條件的優(yōu)化來實現(xiàn)藻類對微量活性元素的富集，以期獲得更多的高附加值產(chǎn)品。人體攝取養(yǎng)分的主要途徑是通過飲食，而人體所必需常量、微量元素一旦缺乏，可導(dǎo)致一系列的病變，通過利用螺旋藻對有益元素的富集可以提高螺旋藻的營養(yǎng)保健價值，廣泛應(yīng)用于食品添加劑中，必將為食品工業(yè)注入全新的內(nèi)容。可望應(yīng)用于新型的活性餌料或飼料、保健食品、飲品、藥品及化妝品等的添加劑。

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Bio-accumulation of Trace Elements in Spirulina

WANG Long1，LIU Hui2，ZHANG Shao-bin1，*
（1.College of Land and Environment，Shenyang 110161，Liaoning，China；2.College of Biological Science and Technology，Shenyang Agricultural University，Shenyang 110161，Liaoning，China）

The physiological functions of trace elements and bio-accumulation of trace elements in Spirulina were reviewed，as well as its application was proposed.

Spirulina；trace elements；accumulation

2013-09-02

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.02.035

遼寧省自然科學(xué)基金（2013020072）

王龍（1989—），女（漢），碩士研究生，主要研究方向：藻類生物技術(shù)。

*通信作者