紅球藻

紅球藻(6張)

紅球藻是科學界發現的繼螺旋藻、小球藻之後，富含營養價值和藥用價值的藻類食品。該藻能大量累積蝦青素而呈現紅色，故名紅球藻 ^[1]  ，又稱雨生紅球藻。上世紀九十年代末期，由於紅球藻孢子富含蝦青素而一度成為繼螺旋藻、小球藻之後的另一種高價值的經濟微藻。

雨生紅球藻是一種主要生長在淡水中的單細胞綠藻，在海洋中分佈很少，但海水中的鹽度有利於藻體中蝦青素的累積。雨生紅球藻是公認的在自然界中生產天然蝦青素的最理想來源 ^[2]  ，蝦青素作為發現的一種最高效的純天然抗氧化劑 ^[1]  ，在清除自由基、抗衰老、抗腫瘤和免疫調節等方面顯示出良好的生物活性，被廣泛應用於功能性食品、醫藥以及化妝品領域，世界上現已有多家公司生產雨生紅球藻粉及其功能製品。國內外對該藻成分的研究多集中於蝦青素的研究和應用方面，而對其多糖的相關研究尚未見報道。

紅球藻在分類學上屬於綠藻門、綠藻綱、團藻目、紅球藻科、紅球藻屬 ^[1]  。

十九世紀法國探險家前往加拿大新斯科舍省探險時，來到了布雷頓角島上的布拉多爾湖。布拉多爾湖屬於寒帶天然鹹水湖，含鹽量極高，在如此惡劣的條件下，空中鳥無蹤，小魚絕跡任何生物都無法生存。但是讓探險科學家們驚奇的是，在這樣一個生物絕跡的湖中居然存活着一種紅色的小蟲子。到底是什麼神奇力量讓這種小蟲子在如此惡劣的條件下得以存活呢？這引起了探險科學家的興趣。

隨後，科學家們對這種神奇的紅色小蟲子進行深入研究，發現它們的奇蹟是紅色的體徵，經過化驗，紅色的體液確認是一種人體不能自行合成的天然抗氧化物質蝦青素。正是紅色的蝦青素保護了這種小蟲子，使其白天抗拒輻射、高鹽鹼，夜晚抗冰凍、耐嚴寒而得以生存下來。科學家們開展了使人類獲得紅色小蟲神奇力量的科學努力。

20世紀初，科學家們終於又發現了紅色蝦青素這一個更好的來源——雨生紅球藻。這種神奇的藻類的生命歷程與紅色小蟲有驚人的相似。紅球藻是蝦青素含量最高的微藻，也是所有已知的蝦青素合成生物體積累量最高的物種。這種神奇的藻類含有天然強抗氧化劑，是自然界迄今為止發現的最強的抗氧化劑，其抗氧化功效是天然ß-胡蘿蔔素的10倍、天然維生素E的550倍。掌握了紅球藻的科研權，為人類改寫時間函數創造了可能，保持年輕、延續尊貴再也不是白日夢。一場紅球藻研發的科研攻關戰在世界打響了，全世界生命科學的頂尖科學家從此開始了100年探索。

當前，雨生紅球藻被公認為自然界中生產天然蝦青素的最好生物，因此，利用這種微藻提取蝦青素無疑具有廣闊的發展前景，已成為近年來國際上天然蝦青素生產的研究熱點。

蝦青素是一種紅色素，可以賦予三文魚、蝦和火烈鳥粉紅的顏色。其化學結構類似於β - 胡蘿蔔素（存在於胡蘿蔔中）和維生素A。蝦青素是類胡蘿蔔組的一部分。蝦青素是由幾種藻類和浮游生物產生的。一些水生物種，包括蝦在內的甲殼類動物都食用這些藻類和浮游生物，然後把這種色素儲存在殼中，於是它們的外表呈現粉紅色。這些貝殼類動物又被魚（三文魚，鱒魚）和鳥（火烈鳥，朱鷺）捕食，然後把色素儲存在皮膚和脂肪組織中。這就是三文魚和其他一些動物呈現紅色的原因。蝦青素沒有被漂白，因此這些動物的體徵保留了紅色。

天然蝦青素的生物來源一般有3種：

水產品加工工業的廢棄物、紅髮夫酵母(Phaffiarhodozyma)和微藻(雨生紅球藻)。

其中，廢棄物中蝦青素含量較低，且提取費用較高，不適於進行大規模生產。天然的紅髮夫酵母中蝦青素平均含量也僅為0.40%。相比之下，雨生紅球藻中蝦青素含量為1.5%～10.0%，被看作是天然蝦青素的“濃縮品”。

大量研究表明，雨生紅球藻對蝦青素的積累速率較高，而且所含蝦青素及其酯類的配比(約70%的單酯，25%的雙酯及5%的單體)與水產養殖動物自身配比極為相似。這是通過化學合成和利用紅髮夫酵母等提取的蝦青素所不具備的優勢。此外，雨生紅球藻中蝦青素的結構以3S一3S型為主，與鮭魚等水產生物體內蝦青素結構基本一致；而紅髮夫酵母中蝦青素結構則為3R一3R型。

蝦青素作為一種最高效的純天然抗氧化劑，最主要的功能是清除自由基，提高人體抗衰老能力。

在人體內，當氧跟複雜的新陳代謝分子結合時就會生成自由基。自由基是極不穩定的分子，可以隨時與任何可以反應的東西結合。當它們發生反應時，就產生了“氧化”。氧化過程一旦開始，就會引起連鎖反應，生成更多的自由基。

如果讓自由基任意滋生，我們的體內也會像氧化的蘋果一樣。不管是在體內或是體外都會發生氧化作用並受到自由基的傷害，在體外它們會讓我們的皮膚老化－起皺紋、皮膚乾燥－甚至引起皮膚癌。隨着我們年齡的增長，自由基會損害我們肌肉的力量和彈性。

天然蝦青素能夠穿透血腦屏障、血胰腺屏障、血睾丸屏障這三大人類主 要屏障，並且是唯一能穿透血腦屏障的類胡蘿蔔素，因此是可能作用於 腦細胞和眼球視網膜唯一一種類胡蘿蔔素。

生物體細胞膜是由磷脂雙分子層構成的，天然蝦青素能跨越細胞膜的磷脂雙分子層，防止磷脂分子被氧化損害，很好的保障了細胞膜的穩定性，從而顯著延長細胞的壽命。

由於蝦青素分子量小596.8，即使加上兩端的酯基也不到1000道爾頓，極易被人體吸收，能夠快速到達人體各器官。

大量研究表明，蝦青素對人體各系統均具有一定的功能改善作用。如對於人體的神經系統、心腦血管系統類疾病有很好的治療效果；能延緩肌膚衰老、阻止皮膚老化；能減少關節氧化損害、提高肌肉耐受力，迅速恢復運動疲勞；能有效抑制腫瘤，對癌細胞的生長有直接抑制作用等。

蝦青素能通過血腦屏障，有效防止視網膜的氧化和感光器細胞的損傷，説明蝦青素在預防和治療“年齡相關性黃斑變性”、改善視網膜功能方面具有良好效果；蝦青素具有保護中樞神經系統的能力，尤其是大腦和脊柱，能有效治療缺血性的重複灌注損傷、脊髓損傷、帕金森氏綜合症、阿茲海莫氏綜合症等中樞神經系統損傷。

蝦青素的強抗氧化活性可作為潛在的光保護劑，用於阻止皮膚的光老化。蝦青素能夠有效清除計算機輻射、環境污染、吸煙而引起的皮膚老化的自由基，延緩肌膚衰老，保護細胞膜和線粒體膜免受氧化損傷，從而防止細胞受氧化反應的危害。

蝦青素能顯著抑制化學物誘導的初期癌變，對暴露於致癌物質中的上皮細胞具有抗增殖作用和強化免疫功能的作用，如抑制膀胱癌、口腔癌、結腸癌、胃癌和乳腺癌的生長。蝦青素還能降低黃麴黴毒素的致癌性，對減少黃麴黴毒素誘導的肝腫瘤細胞的數量和體積效果良好。

抗炎特性 ：蝦青素強有力的抗氧化特性可以幫助抑制自由基，減少對關節的氧化損害。

蝦青素還可以增加肌肉力量以及肌肉耐受力，迅速恢復運動疲勞，減輕劇烈運動後產生的遲發性肌肉疼痛（DOMs）。

蝦青素在體內具有顯著升高高密度脂蛋白(HDL)和降低LDL的功效,蝦青素能減輕載脂蛋白的氧化，可用做預防動脈硬化、冠心病和缺血性腦損傷的製劑。

近年來，雨生紅球藻被認為是生產蝦青素最佳原料之一。蝦青素具有比類胡蘿蔔素及維生素E更高的抗氧化活性。研究表明，其抗氧化性是類胡蘿蔔素的10倍、維生素E的550倍，被譽為“超級抗氧化劑”。國外一些研究機構曾設想把蝦青素作為高價值的藥品原料、保健食品原料等。但目前僅從水產品廢棄物中提取蝦青素普遍存在蝦青素含量低、提取費用高的缺點。而且由於資源限制，尚不能滿足西歐鮭魚養殖的需求；另一方面，由於紅球藻養殖條件難以控制、蝦青素的提取費用較高，以及紅球藻本身藥用和保健價值較螺旋藻和小球藻低的原因，影響了紅球藻的進一步開發。

PH值：紅球藻生活的環境為淡水，對pH緩衝能力比較弱。在培養過程中，隨着營養鹽的吸收利用溶液的pH會很快升高，pH常>10。pH成為紅球藻生長的限制因子。控制pH是解決紅球藻生長速度慢的關鍵之一。雨生紅球藻尤其是它的綠色遊動細胞對環境pH值的改變較敏感，其生長狀況與培養液的pH穩定性關係密切。

光照強度：藻類對光照的需求有一個適宜範圍(即補償光照強度和飽和光照強度之間)。在此光範圍內，光照強度增加，光合作用加快，從而有利於藻羣生物量的增加。當達到光飽和強度之後，光合作用反而減弱以至受到抑制。

温度：雨生紅球藻生長的趨勢是隨着温度的升高生長量也隨着升高。當温度升到27 ℃時，反而生長變慢。細胞由遊動變為不動，不利於雨生紅球藻的生長。所以，雨生紅球藻在温度超過27 ℃的條件下培養是無法長得好的。

紅球藻光合自養的最適温度為20~28℃ ^[2]  。高於30℃的温度就會抑制紅球藻的生長。在混合營養或異養生長時,較高的温度(如30℃)有利於紅球藻利用有機碳源，對蝦青素的合成也更有利。紅球藻的生長還受温差的影響,較低的晚間温度對藻的生長沒有不利影響。

紅球藻生長的最適pH為中性至微鹼性(7.8)。由於生活在淡水中,對pH的緩衝能力比較弱，隨着紅球藻的培養,pH會很快升高，常常成為生長的限制因子 ^[2]  。較低的溶解氧有利於紅球藻自養生長，而飽和的溶解氧有利於藻進行異養生長。鹽度增加不利於紅球藻的生長，但有利於蝦青素的積累。過快的攪拌速度(過高的切變力)，會阻礙紅球藻的生長，但促進蝦青素的合成。

國外一些研究機構，如美國的Aquasearch公司、法國的Confidence未來食品研究所、瑞典的AstaCarotene AB公司等，曾嘗試室內或管道養殖紅球藻。但因陽光缺少而極大的減少其蝦青素的含量，而暫告停止。

直至1994年美國的Cynotech，日本的富士化工才培殖成功紅球藻。2008年雲南綠A生物工程有限公司向衞生部提交了雨生紅球藻粉新資源食品申請，並獲得0001號評審結論通知書，對中國紅球藻產業發展具有重大意義。有能力商業化養殖雨生紅球藻，生產天然蝦青素的只有5個國家的7家公司（日本FUJI化學集團<控制瑞典、夏威夷兩家工廠>、YAMAHA集團、Biogenic公司、美國Cyanotech公司、雲南綠A生物工程有限公司、雲南愛爾發天然蝦青素生物技術有限公司、荊州市天然蝦青素有限公司、印度Bioprex公司、以色列Algatech公司），其餘一些國家和企業大都處於研發階段。紅球藻在全國的最大生產基地在雲南麗江程海湖上。 ^[4-5]