螺旋藻对微量元素的富集作用

王龙，刘慧，张少斌，*

（1.沈阳农业大学生物科学技术学院，辽宁沈阳110161；2.沈阳农业大学土地与环境学院，辽宁沈阳，110161）

螺旋藻对微量元素的富集作用

王龙1，刘慧2，张少斌1，*

（1.沈阳农业大学生物科学技术学院，辽宁沈阳110161；2.沈阳农业大学土地与环境学院，辽宁沈阳，110161）

综述了几种微量元素的生理功能以及螺旋藻对微量元素的富集作用，并对其应用进行了展望。

螺旋藻；微量元素；富集作用

螺旋藻属于蓝藻门、颤藻科、螺旋属，是一种多细胞型丝状微生物，螺旋形是螺旋藻属的特性。螺旋藻中含有丰富的生理营养成分如β-胡萝卜素、叶绿素、α，γ-亚麻酸、多糖、藻蓝蛋白、维生素、糖脂、微量元素等可调节人体的各项机能，促进细胞的新陈代谢，提高机体免疫力、抗衰老、抗氧化、抗辐射，对多种疾病如肿瘤、高血压、心脏病、糖尿病、艾滋病、肥胖、金属中毒等均有明显的功效[1]。它是迄今为止发现的营养最丰富、最全面均衡的一种功能性食品，藻体内含有多种生物活性成分，是一种极具开发潜力的水生生物资源[2]。同时，螺旋藻对于很多金属离子，特别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]，这些微量元素对儿童生长发育尤为重要，且对正常人群的健康有着不可估量的作用，人体一旦缺乏会导致一些病变。螺旋藻可以作为一种很好的补充微量元素的保健食品，通过螺旋藻富集作用，可以把有些无机的金属元素有效的转化为有机态，更利于人体的吸收。同时，一些微量元素也能够促进藻的生长，所以在功能性螺旋藻的培养过程中适当加入某些微量元素具有促进生长和增加特殊功能的双重意义。另外，随着工业的发展，重金属污染物向水体中的排放量日益增加，造成水体不同程度的污染，螺旋藻的生物富集作用可以吸收水体中的重金属元素，如Hg2+、Cd2+、Pb2+等[4]。在处理废水和治理污水方面可以进行广泛应用，对于环境保护有重要意义。

1 螺旋藻对Fe2+的富集作用

Fe是人体必需的微量元素，它是血红蛋白的重要组成部分，并能够有效的促进人的生长发育，体内缺少Fe会导致贫血，智力障碍，免疫力低下等诸多问题，所以适当的摄入一些含Fe量高的功能食品能够起到预防疾病的作用。研究表明，螺旋藻可以有效的富集铁，并把无机铁转换为有机铁，促进人体的吸收，其含铁量超过了其它已知的天然食品，是螺旋藻众多保健价值中最重要的因素，螺旋藻作为补铁产品将十分有效。

江娟[5]研究了不同铁离子浓度对螺旋藻有机铁含量的影响，结果表明，随着培养基中铁离子逐步增加，螺旋藻有机铁含量先明显增加，但随着铁离子浓度进一步增加，有机铁含量增加幅度明显降低，就有机铁绝对含量来说，Fe2+浓度为0.03g/L时达最高，为349 μg/g。李日强[6]等研究了螺旋藻对Fe2+的富集能力，结果表明当培养液中Fe2+的添加量在21.9 mg/L时，富集系数较大，生长率最高，每克干藻粉中约含铁2.7 mg，它可作为儿童补铁的最佳选择。

2 螺旋藻对Zn2+的富集作用

Zn是人体的一种必需微量元素，它是很多金属酶的有效组成成分，已知与Zn有关的酶已有200多种。我国饮食标准规定人体所需Zn量为：小孩约4 mg/d～5 mg/d，成人约10 mg/d。人体缺少Zn会导致发育迟缓，味觉出现障碍，伤口不易愈合等问题[7]。Zn对人体的智力发育非常重要，每日适当的补充一些身体容易吸收的Zn是必要的。螺旋藻可以通过富集作用，将无机锌转化为易于人体吸收的有机锌，从而可以作为一种非常好的补充锌的保健食品。

李日强等[6]研究了Zn2+浓度对螺旋藻生长率以及富集系数的影响，结果发现，当培养基中Zn2+的添加量在1.49 mg/L时，藻细胞的富集系数虽然不是最高，但相对生长率最大，而此时1 g干藻粉中含Zn2+为212 μg。陈必链等[8]研究了螺旋藻对Zn和Se的富集作用，结果表明，螺旋藻对锌的富集能力较强，当培养液Zn2+浓度为4 mg/L时，富集量最大为371.2 μg/g，为对照的33倍。当锌浓度为1 mg/L时，该藻对锌的富集系数最大，为137.0。

3 螺旋藻对Se的富集作用

硒是构成高等动物及人体生命代谢不可缺少的谷胱甘肽过氧化物酶的组成部分，在体内主要起抗氧化作用，它能够防止细胞损伤，维持细胞的正常功能，也能调节维生素A、D、E、K在体内的吸收与消耗等作用，具有重要的生理功能和药用价值[9]。而通过螺旋藻的富集作用可以把无机硒转化为利于人体吸收的有机硒，而有机硒具有更好的生物活性、安全性和补硒效果[10]。李志勇等[11]通过实验比较饲喂富硒螺旋藻和普通螺旋藻的小鼠的各项指标得出，富硒螺旋藻比普通螺旋藻有更好的抗疲劳以及增强机体免疫力的功效。

陈必链等[8]的实验研究结果显示，藻对硒的耐受力较强，当硒浓度小于400 mg/L时，藻细胞富集系数随浓度上升而增大。当培养液硒浓度为200 mg/L时，富集量最大，为752.7 μg/g，是对照的1 214倍。当硒浓度为100 mg/L时，该藻对硒的富集系数最大，为4.1。李日强等[7]实验研究了不同的Se浓度对螺旋藻生长率的影响，得出当硒浓度达到250 mg/L时，藻细胞生长率明显下降，当硒的含量在100 mg/L左右的培养液中，螺旋藻的生长率最高，为1.6。杨莹莹等[12]在研究最佳螺旋藻最佳富集Se的方案中得出，当加硒量为800 μg/mL时，单位干藻粉的有机硒含量最高，达971.836 μg/g，有机硒比率也达到最高，为97.44%。添加800 μg/mL的硒，虽抑制了螺旋藻的生长，但能够得到较多的有机硒和质量好的富硒螺旋藻，因此确定此方法为收获高质量的富硒极大螺旋藻的最佳条件。

4 螺旋藻对Cr（III）的富集作用

Cr（III）是人体必需的微量元素，是正常糖脂代谢所不可缺少的。Schwarz和Mertz于1959年首次从啤酒酵母中提取出含有铬的葡萄糖耐量因子（GTF），并证实Cr（Ⅲ）是GTF的重要活性成分。Cr（III）通过GTF协同和增强胰岛素的作用来影响糖类、脂类、蛋白质及核酸代谢[13-14]。国内外科技工作者进行的动物实验及临床研究表明，缺铬会引起胰岛素作用降低、糖的利用受阻，导致糖尿病，同时引起血内脂肪尤其是胆固醇增高，造成高脂蛋白血症，并与动脉粥样硬化发病有关[15]。有研究发现富铬螺旋藻作为补铬制剂应用于糖尿病的治疗上，铬的吸收率和生物利用度远高于无机铬。无机铬不但毒性大，且吸收水平极低为0.4%～3%；而有机铬的吸收迅速且安全，吸收率为10%～25%[16]。

许文涛等[17]研究了螺旋藻对Cr（III）的富集能力，结果表明，随着螺旋藻中Cr（III）添加浓度的增加，藻粉的富铬浓度也提高。螺旋藻对Cr（III）具有良好的富集和生物转化能力，当培养液中Cr（III）浓度为468.75 μg/g时，螺旋藻总铬富集量可达到173.17 mg/g，有机化程度可高达96.99%。何颖敏等[18]研究了钝顶螺旋藻对Cr（III）的吸收及其有机化程度，得出结论，当螺旋藻培养液中Cr3+的添加浓度为300 mg/L，螺旋藻总铬富集量可达到3.30 mg/g，有机化程度为70.2%。

5 螺旋藻对I的富集作用

被称为“智慧之泉”的碘是人体必需的一种微量元素，它参与甲状腺激素的合成，对于人类的健康具有相当重要的作用，碘的缺乏（IDD）将会引起甲状腺肿大症，是导致人类智力障碍的主要原因[19]。然而，以无机形式存在的碘不易被人体吸收，有时还会产生毒副作用，因此只有当无机形式的碘转化成有机形式的碘时才具有普遍的食用价值。通过螺旋藻的的富集和转化作用生产天然有机碘制品是一种很好的方式。杨心宁等[20]研究了碘化钾（KI）对螺旋藻生长的影响以及碘在细胞中的富集作用，结果表明，KI浓度在较低范围内，随着KI的含量的升高，对藻细胞的生长越为有利。而当KI含量在5 000 mg/dm3以上时，螺旋藻的生长开始受到抑制。当KI添加量为900 mg/dm3时，富集效果最佳，螺旋藻的收获量为277.17 mg/dm3，藻细胞碘含量为0.331×10-2（m/m）。何腊平[21]研究了培养螺旋藻对碘、锌同时富集，结果发现碘、锌浓度较低时，对螺旋藻的生长起促进作用；而浓度较高时，抑制螺旋藻生长，跟单独添加碘或锌的富集规律一致，同时还发现螺旋藻对锌和碘的富集基本上不相互干扰，不相互抑制，对锌的富集系数为60.7，对碘的富集率为1.06%。

6 前景与展望

微量元素在人体内含量甚微，但在人体的生理生化过程中却具有非常重要的功能。然而，微量元素在自然界主要以无机态存在，难以被人体直接利用，而一般动植物食品中活性微量元素含量甚微，难以满足人体需求。因此，生物富集就成为人类开发富含微量元素食品的重要手段。藻类是一类重要的具有优良生物富集作用的食品原料，已受到世界很多国家的重视。目前研究较多的可作为生物富集原料的藻类是螺旋藻，并且已开发出许多功能性产品以及保健品，对适于大规模养殖的小球藻和盐藻研究较少，其他的一些经济藻类也可通过培养条件的优化来实现藻类对微量活性元素的富集，以期获得更多的高附加值产品。人体摄取养分的主要途径是通过饮食，而人体所必需常量、微量元素一旦缺乏，可导致一系列的病变，通过利用螺旋藻对有益元素的富集可以提高螺旋藻的营养保健价值，广泛应用于食品添加剂中，必将为食品工业注入全新的内容。可望应用于新型的活性饵料或饲料、保健食品、饮品、药品及化妆品等的添加剂。

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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

辽宁省自然科学基金（2013020072）

王龙（1989—），女（汉），硕士研究生，主要研究方向：藻类生物技术。

*通信作者