第三届中国营养产业高层论坛-国际螺旋藻营养论坛部分报告

人类最精美的潜力食物—螺旋藻 缪坚人 江西省技术开发研究中心 研究员     摘要     本文综述了螺旋藻的生命和生态发育史,其优越的营养成分,对于人类生命与健康的作用,以及其极高的光合效率和对于CO2吸收同化机制, 螺旋藻开发生产与环境的友好,是实现可持续发展战略的巨大希望所在。     关键词 螺旋藻营养 CO2吸收转化 可持续发展     一、天工开物 地球上最早的绿色生命     螺旋藻(Spirulina)是一种深青色的丝状微藻，这是一种在低倍显微镜下可以看清楚的,由多细胞单列构成的纤细螺旋状藻体。在生物学分类上,螺旋藻归属于蓝藻门、蓝藻纲、段殖体目、颤藻科、螺旋藻属。国际上也有许多专家根据其细胞生理结构类同于细菌而称之谓蓝细菌（Cyanobacterium）；也有人观其形态似地龙,而戏称为“蚯蚓藻”。这种奇妙的低等生物,是一种界乎动物与植物之间的一种生命形式。说它是动物,它恰似超级植物,能以其体内的叶绿素a     进行高出常规农作物光合效率10余倍的光合作用；说它是植物,每条藻丝体喜欢独立游离,并在它的培养液中微微扭转和作伸屈运动,而且用人工方法愈促进其运动,生长繁殖愈快。更为奇妙的是，螺旋藻的最佳生长环境温度与人的体温相接近,它持久保存的遗传基因组恰好是大自然为地球人提供的一切所需营养的关键之钥。     蓝藻螺旋藻在地球上首先以“绿色生物”出现并大量繁殖,至少已有36亿年的历史。20世纪70年代中期，科学家们在澳大利亚北部匹尔巴拉地区的考察中,发现了一些极古老的微体化石,经考证,这些化石是一群蓝细菌的遗迹。专家推证这是今日螺旋藻最早先祖的遗骸,其年代至少已有35亿年。这一发现,大大地扩展了人类关于地球上最早生命起源的知识。1993年7月,450名科学家在西班牙巴塞罗那召开的生命起源国际讨论会上，都持一种倾向性观点,认为地球上最早出现的绿色原始生命是一种能够自我复制无性繁殖的蓝细菌。从20世纪60年代初螺旋藻被发现以来，经过许多科学家从多方面的研究考证,被认定为这是地球上最早发生的一种生物有机体,或许这也是最早形成以DNA和RNA复制繁殖的绿色生命。     螺旋藻对于我们的这个蔚蓝色星球的开化,曾起到过重大作用。早在地球处于“混沌初开”的地质年代,大气呈现一片棕红色的帷幔,其中没有任何游离氧气,充满大气的只是氮气、二氧化碳（其浓度是今天的100倍）、氢气和甲烷气组成的弥雾；那时的海水仅只是含铁、硫元素和其它化合物的溶液。当时的地球就靠着这些物质吸收太阳的热幅射能。同时,这些大气物质和海水中的化学元素互相起着去氧与吸氧的化学反应,控制着任何游离氧气的出现。     尽管如此,大气中稠密的二氧化碳和甲烷气形成千百万年的“温室效应”毕竟助长了生命的滋生。终于在这种混沌的原始“培养汤”（碳酸盐和二氧化碳）环境中,首次越出了早先已以酶反应存在的氨基酸形式,出现了一种含有叶绿素、能进行光合自养的原核生物（无明显细胞核的生物）—蓝细菌(Cyanobacterium),和随后进化的蓝藻螺旋藻(Blue-green     Alga, Spirulina)。在这种亘古独特的环境条件下,蓝藻螺旋藻一俟出现,即以消耗周围环境中的无机盐为其营养食物,以其细胞色素捕获的太阳光能对吸收的二氧化碳和水分子进行还原,转化为糖原以及其它能量物质并释放出氧气。这些青青的生物具有了遗传信息物质,并通过细胞分裂而衍展其遗传物质。于是这些微生物在比较温热的适生环境中,迅速繁殖而得以世代衍续,并以其顽强的生命力开始占领并主宰陆地的表层和湖沼。在起初的地质年代,它们在光合反应中放出的氧气,很快被海洋中大量的吸氧物质(铁、硫等化学元素)吸收掉；随之,与之应运而生的甲烷细菌也开始滋生,它们的任务好象是生来就伺机把死亡的含碳素的蓝藻“噬食”掉,并重新转化成甲烷气和二氧化碳,这样,因蓝藻进行光合作用而消耗掉的二氧化碳，由于甲烷细菌对于蓝藻残体的噬食而向大气放还二氧化碳,于是形成了碳酸气的生物性循环。     科学家们的考证发现,蓝藻微生物是地球上从死物界到生物界发生并得以进化的最古老的链环。正是这种生物“放氧器”,在经过了多少亿年的辛勤“工作”后,才使得地球大气的氧气逐渐有了蓄积。大约又经过了10亿年的过程,海洋中一切能够吸氧的物质差不多殆尽(变成了氧化物),地球到了这一地质年代,大气中的氧气浓度才加快了蓄积进程而迅速上升。大约在23亿年以前，大气中的氧气浓度含量达到了1%,而此时的甲烷气,这种产生温室效应的气体,则从大气中逐渐消退,于是地球进入了从灼热逐渐变冷的阶段。     然而,地球在创造生命的进程中没有停步。这是因为生物的光合作用已经点燃了生命之火,光合作用的效率比酶的反应要高出20倍,地球上的生物效应变得更加热烈起来。经过生物自身为适应环境而不断的进化和随着大气中氧气的蓄积,有核细胞开始出现了。这种强大而复杂的生命形式真核生物—即微藻中的绿藻一经出现,即开始了以其原始的光合器进行光化学反应,这就是光合作用的基本单元     — 叶绿体。地球上一自叶绿体诞生，地球迅速变得美丽而富饶起来。地球从生物的光合作用中进一步得到了高浓度氧气的支持,生态环境随之发生了显著的变化。到了大约6亿年以前，地球进入到了她目前的这个状态,于是爆发了以真核生物为基础的多样化生物物种和它们的大量有性繁殖,它们需要在高浓度氧气环境中生存的条件此时已得到了满足。其时的氧气浓度已达到并稳定在21%，地球上的高等动植物逐渐进化,各种大生物如树木、恐龙开始出现,大自然的一切生机发生了,地球上的一切生命开始活跃起来。     螺旋藻以其顽强的太古基因在地球上持续生存与繁殖，在随后的地质年代和历史年代里,它曾经成为孕育地球人与古代文化的摇篮。玛雅文化考古学家发现,900多年前突然消逝的、曾经在中美洲繁荣约1000年的玛雅人,就是以螺旋藻和玉米为主食,他们不但留下了博南帕克神庙等伟大的建筑和辉煌的科学文化,还遗留下了许许多多密布的螺旋藻生产渠道。他们的邻居—墨西哥德克斯科科湖沼区的居民亦沿用螺旋藻作为食物。这一事实在400多年前入侵的西班牙殖民者的笔记中就已作了详细描述,早有了历史的注脚。     1960年,当一队由比利时组织的科学探险队,在深入非洲撒哈拉大沙漠来到乍得湖畔时,他们发现：在如此干旱燥热的地方,竟生息繁衍着一支健壮的坎纽布部落。他们见到当地人在季风来临时,从湖沼中捞来青色的“藻花”，被支放在沙地上晾干,再揉进花生粉,做成香喷喷的“地叶”(dihe')作为主食。有的家庭制作得多了甚至拿到集市上去交易。若干世纪以来,非洲乍得湖畔地区的居民即以此为食物。随队的一位名叫J?Leonard的植物学家,从湖沼中取样带回欧洲,样本经法国国家石油研究所G?Clement博士在实验室加以培养和分析,她（他）们惊奇地发现：世界上竟有如此神奇的生物,其蛋白质含量竟高达65%,而且其氨基酸组成十分有序合理,几乎包涵了人体所需要的各种必需氨基酸。更令人称奇的是：螺旋藻的维生素、多糖、不饱和脂肪及矿物质元素等营养物十分丰富,简直就象是大自然为人类早就准备好的一份“超级营养包”。这一发现一经报道,立即引起了世界微藻生物科学家和生物技术开发商的广泛兴趣和开发热情。一些国际权威机构的食品检验分析一致证明：螺旋藻的粗蛋白质含量高达68—72%,其氨基酸组成,基本上与联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）推荐的营养标准相符合。而且螺旋藻与以往所研究和开发的小球藻、栅列藻等绿藻类有显著的不同：其形成细胞壁结构的纤维素极少,不需要经过复杂的加工即可被人和动物直接消化吸收。1974年,联合国召开的世界食品会议正式宣布：螺旋藻是未来最好的食物。从这次会议以后,科学家们进一步研究发现：螺旋藻在作为医药、食品和重要的有机化工产品开发利用方面,具有十分广阔的开发前景。     20世纪70年代以来,美国、法国、德国、日本、以色列、意大利、印度等国的食品与化学开发研究机构,对螺旋藻的化学营养成分先后进行了全面的评价。联合国工业发展组织（UNIDO）出于食品安全的考虑,于1978—1980年,聘请G?Chamorro等专家,进行了为期100周的毒性学检测和试验,得出的结论是：“螺旋藻以10、20、30%的日粮水平,在所做的常规亚急性试验、慢性毒性学试验、繁殖与泌乳试验、诱变试验和畸胎发生试验中,均不产生任何生理参数方面的异常。在为期两年,历经三代试验动物的试验取得的繁殖与泌乳研究结果证明,在受胎、妊娠、幼仔生活力和授乳等方面均未见异常。”UNIDO公布的这一结论,实际上为全世界螺旋藻的生物技术开发利用大开了绿灯。所以螺旋藻得到了联合国工业发展组织（UNIDO）、联合国粮农组织（FAO）和世界食品协会一致的推荐。     二、大自然赐于人类的一个超级营养包     人工培养生产的优质螺旋藻比天然生长的纯净,在外观色泽上与其它鲜嫩绿色植物,如菠菜一样,呈深青色,无任何刺激性异味。经喷雾干燥的藻粉有如奶粉一般匀润,发散出香酥气味。无论是新鲜藻泥或藻粉,均可直接调制食用。     螺旋藻的营养价值,不同于一般食品那样仅含有某种单一的或某几种营养素,它是一种复方全价营养,并且与人体直接需要的营养成分相一致。特别是蛋白质、氨基酸、维生素、不饱和脂肪酸、矿物质等在螺旋藻藻体中天然配伍,浑然一体。所以说在人类的食物资源中,螺旋藻是一种能够综合提供人体基本生理功能和组织结构所需要的超级生物营养包。     螺旋藻的化学成份和营养学意义基本上可以归纳为以下几个方面：     人体极易消化吸收的优质水溶性蛋白质     到目前为止,世界上还没有一种可食生物能与螺旋藻蛋白质相媲美。首先是其含量高达68—72%，在人类的常规蛋白质食品中,牛肉、鱼类的蛋白含量仅不过18—20%；鸡蛋只含12%；大豆的粗蛋白质含量33%。至于常规食物大米、小麦的蛋白质只含7—12%。还有与众不同的是,螺旋藻的蛋白质基本上是水溶性的。据丹麦科学家B.O.依加姆博士等在印度所做的联合分析试验表明：水溶性的螺旋藻蛋白质,不但质量高,而且其真消化率TD值高达75%,生物学值BV达68%。特别有意义的是,螺旋藻蛋白质中含有较丰富的赖氨酸、苏氨酸和含硫氨基酸(蛋氨酸＋胱氨酸)等人和动物必需氨基酸,而这正是醇溶性的谷物蛋白质所缺乏的。因此,把螺旋藻用作食品,可以起到与其它植物性蛋白质的互补作用,尤其可以帮助克服人们通常食用的谷类蛋白质营养价值低的问题。此外,螺旋藻与其他生物不一般,其细胞壁是由多糖组成,几乎不含有纤维素。因此,螺旋藻被食用后,其包涵的营养物绝大部分可以被人体迅速消化和吸收。据消化试验测定：在18个小时内，85%的藻体蛋白质及其氨基酸和维生素类在人体内被消化吸收并得到转化利用。螺旋藻的可消化率达83—95%,净蛋白质利用率53—61%,相当于乳酪的85—92%。     其实,从人体消化生理学来说,人体直接需要的不是蛋白质本身,而是从蛋白质消化出来的各种氨基酸。螺旋藻含有人体需要的全部18种氨基酸,其中10种是人体必需氨基酸(当代WHO又增加了精氨酸和组氨酸2种为必需氨基酸),螺旋藻的各项必需氨基酸的指标均能达到联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织（WHO）的推荐标准。     氨基酸在人体内参与蛋白质、糖原（动物淀粉）的生成和能量的贮存。虽然许多常规食品中也包涵有某几种氨基酸营养成份,但在人体的生理合成代谢过程中,很难从常规食品中积攒到生成特定生命蛋白质的全部氨基酸,而且只要其中的某一种氨基酸缺失,机体所需要的特定蛋白质便不能被合成。人体中一些特殊的功能性蛋白质—酶类,在生成动物淀粉(糖原)以及在转化糖类以释放能量的活动过程中，亦取决于肝脏和肾脏中的某些色素和氨基酸的存量；氨基酸在大脑化学物质多肽和荷尔蒙的生成中也是十分重要的,它对于制造人体胰岛素的内分泌腺系统也具有重要的调节功能。在这方面,螺旋藻能满足人体对于各种氨基酸的基本需求。     螺旋藻还是天然色素藻蓝蛋白的宝库：每10克藻粉中就含藻蓝素1700毫克。藻蓝素及其伴生的其它色素有助于合成调节人体代谢的多种重要的酶。同时藻蓝蛋白对于抑制癌细胞生长和促进人体正常细胞的新生具有重要的调控作用。此外,螺旋藻的核糖核酸(RNA)占藻体总量的3.5%,去氧核糖核酸(DNA)占1%。所以螺旋藻包涵的蛋白质与核酸是一种优质、速效、安全、适合人体需要的完整蛋白质,这对于中老年人、贫血症患者以及胃肠功能衰退变弱的人来说,具有很重要的营养学意义。     浓缩人体必需的各种维生素     螺旋藻的维妙之处还在于它浓缩有满足人类生命活动最需要的多种重要的维生素。在螺旋藻重要的直接维生素中,首先是维生素B12的含量很高。在世界上迄今为止所发现的植物资源中，螺旋藻是天然维生素B12含量最丰富的一种生物,在每千克干藻中含有5毫克之多，而且其可利用率高达20%，远远超过一切其它资源的维生素B12。在藻体中其它重要的B族维生素还有VB1(硫胺素),每100克干藻中含5.5毫克；VB2(核黄素)4毫克,其含量水平分别达美国FDA和我国国家推荐标准的100%和80%；其它如B6(吡哆素或抗皮炎素)0.8毫克；此外,在每100克干藻中还含有尼克酸14.6毫克,肌醇35毫克,叶酸0.05毫克，d－Ca－泛酸1.1毫克。因此,身体状况正常成年人每日只需食用3克螺旋藻,这些B族维生素即可得到基本的满足。     众所周知,β－胡萝卜素(维生素A的前体)对于提高人体的免疫防御系统具有很大的功效。螺旋藻含有丰富的类胡萝卜素,在每公斤干藻中含有约4,000毫克,这一含量比天然胡萝卜高出18倍。其中以β－胡萝卜素对于人体健康最具有意义,其含量多达170毫克/100克干藻,即约94630国际单位。据世界卫生组织(WHO)研究人员测算,被体内消化吸收的β－胡萝卜素约有16%转化为维生素A，直接参与人体中重要的合成代谢和作为人体重要的抗氧化剂。在每20克螺旋藻中含有30毫克β－胡萝卜素,而等量的猪肝只含有16毫克，牛肝的含量只有它的1/4。所以成年人每天祗需食用2.5克螺旋藻,即可充分满足体内代谢的需要。近代医学证明,β－胡萝卜素是一种不可须臾缺乏的维生素，因为人与动物的机体自身不能制造胡萝卜素，所以它们在营养学上和对于人类的健康尤其具有特殊重要的作用。据美国《科学新闻》报导,哈佛大学医学院的迈克尔?冈察亚诺及其同事,经多年临床观察和研究发现：β－胡萝卜素对于防止和治疗动脉粥样硬化具有极好的效果。这种情形在我国也是一样,现在已有许多生活优裕或饮食习惯不良的人,由于过多地摄入低密度的脂蛋白食物,这种脂蛋白与血液的活性氧相互反应,对人体产生严重的危害—破坏血细胞的排列,加速血栓形成,即血栓症,这是心肌梗塞发生的主要因素。β－胡萝卜素的抗氧化特性主要是它能够防止特别有害的低密度脂蛋白的形成。所以食用螺旋藻,不但有强化血管的功能,并且能降低血清胆固醇,预防动脉硬化、血栓症、心肌梗塞等疾病。      含量丰富的天然不饱和脂肪酸－γ-亚麻酸     螺旋藻也是迄今发现的在自养生物中唯一含有丰富γ－亚麻酸的生物。在螺旋藻所含的类脂物中,差不多全是人体需要的重要的不饱和脂肪酸类,而其胆固醇含量极微。螺旋藻的聚不饱和脂肪酸(PUFA)的主要组成部分是γ－亚麻酸(18,3     GLA)和双聚γ－亚麻酸(DGLA)。在每千克藻粉中,γ－亚麻酸含量高达11970毫克,约占其干藻质量的1.25%,占藻体脂肪酸类的20—30%。     临床医学证明,不饱和脂肪酸在体内首先在δ－6－脱饱和酶的作用下转化成GLA(γ－亚麻酸),然后GLA又转化成DGLA,乃至生成PGE1,也就是前列腺素E1。前列腺素在人体内起到多种重要的调节功能,如调节血压，调节胆固醇合成,控制炎症发生以及细胞增殖等。尤其是γ－亚麻酸降低血浆胆固醇的作用比亚麻酸LA强170倍。由于许多疾病，如糖尿病、老年症、病毒感染和特异反应紊乱等,都会干扰人体内δ－6－酶的功能而限制GLA的生成。因此通过食用螺旋藻可以直接补充GLA,有助于改善心血管系统机能、生成人体荷尔蒙,对于中老年人恢复机体健康和增进体质具有显著的作用。     螺旋藻所含的不饱和脂肪酸花生四烯酸(20碳4烯酸)和22碳6烯酸能预防和治疗多种间质性硬化症,有对于血小板的抗凝聚作用和抑制钠盐引发的高血压等。所以服用螺旋藻最大的好处是可以减少动脉粥样硬化和冠状动脉血栓发生的风险。     生物性络合多种重要的矿物质元素     螺旋藻在其生长过程中需要吸收与络合它生理需要的各种矿物质和微量元素,因此在藻产品中的矿物质和微量元素约占其总量的9%。其中铁的含量为一般含铁食物的20倍。铁元素对于人体红细胞的生成具有决定性意义。缺铁性贫血是一种世界病,以妇女和儿童居多。螺旋藻的生物络合性铁,在人体中极易被消化吸收,其吸收率比从蔬菜和肉类获得的含铁量高2倍。通常食用10克螺旋藻,人体可以获得15毫克的有机铁—相当于美国推荐的补铁标准80%的量。除了铁之外,螺旋藻还含有强筋固骨的活性钙和提高肌肉神经传导性的活性镁。1978年至1980年,德国临床医学专家的研究结果已多次报导,螺旋藻经硒、锌剂富集处理后,硒、锌的含量可提高数十倍。这种富硒螺旋藻和富锌螺旋藻,对于防治儿童生长发育过程中该种矿物质和微量元素缺乏症,具有很好的临床医学意义。此外,螺旋藻对于碘的络合功能尤其强大,而且螺旋藻的生物性络合碘，其生理作用远超过无机碘盐且无任何毒副作用,它被人体吸收后直接存在于甲状腺荷尔蒙中,其中T4占52%,T3占18%。这对于促进青少年生长发育具有明显的作用。     人体的“爱国者导弹”—超氧化物歧化酶（SOD）     螺旋藻蛋白质因其主要是水溶性蛋白质,它含有比其它生物产品或制剂更多种重要的活性酶,其中最为重要的是超氧化物歧化酶,即SOD(superoxide     dismutase)。据美国厄斯赖思(螺旋藻)公司测定,每10克螺旋藻干物质中,含有10000至37000单位的活性SOD。     SOD是自然界动植物和好气微生物中普遍存在的一种重要的生命物质。这是一种活性金属元素蛋白质。这种活性酶能专门促使超氧自由基发生歧化反应,蜕变为无害的分子氧与过氧化氢。因此可以说SOD是自由基的克星。现代医学证实,人体的衰退变化是过氧化自由基直接损害人体蛋白质、核酸、细胞膜和细胞器的结果。因此,对于人类和一切好气生物来说,没有SOD的存在,生命就不存在,缺少SOD,生命就将受到严重的威胁。现代医学研究还证明,SOD是人体内的一种最重要的细胞保护酶,既能防辐射损伤,也能有效地抵抗过氧化自由基,延缓细胞衰老,调节机体代谢和提高人体的自身免疫功能。螺旋藻是供应人体必需SOD最理想的天然食品,而且螺旋藻SOD的分子量比作为食物的动物血液或肝脏的SOD更小,因此更容易被人体吸收,能更全面地调节人体的各种代谢机能。     强大的体能潜力—动物淀粉多糖类     水溶性的葡聚糖—多糖,是螺旋藻的碳水化合物存在的主要形式。螺旋藻的碳水化合物含量达14%,主要是动物淀粉性多糖,而其植物性淀粉含量极少。     螺旋藻的神奇之处在于其糖原能直接存贮于人体的肝脏与肌肉组织中,可随时调用,以供给人体代谢需要。螺旋藻糖原能促进血液循环,激活体内荷尔蒙的产生,尤其是肾上腺素与胰岛素的产生,提高神经系统的反应速度和促进肌肉增生。通过食用螺旋藻可以随时“现场”向肌肉提供糖原能量,产生爆发力和经久的耐力,既不增加胰腺的负担,又不会产生低血糖。这一优点对于运动员、演员和其他体能消耗量大的劳动者来说,具有十分重要的运动医学意义。近几年来,墨西哥和美国的奥林匹克运动员都把螺旋藻食品作为参赛前和参赛时的必备食物,取得了明显好的运动成绩。     补血造血的天然血红素资源—叶绿素a     螺旋藻是天然叶绿素a 的资源宝库,量多而质优。其叶绿素a 的含量约占藻体的1.1%,是大多数陆生植物的2—3倍。在每千克螺旋藻中，含有叶绿素a约7600毫克,这一点也是20世纪60年代开发的小球藻及其它绿色食品无法媲美的。在那类绿藻食品中虽然也含有叶绿素,但多半是无营养学意义的叶绿素b，远不能起到补血作用。只有螺旋藻叶绿素a     堪称是“绿色的血液”。研究发现,一般植物细胞的叶绿体仅限制在细胞中某个位置,而螺旋藻的叶绿素则广泛分布在细胞质中,它与血红蛋白在人体的血液中自由移动十分相似,而且叶绿素a与血红蛋白的结构也十分相似,叶绿素a     分子中卟啉的中心位置是活性镁离子,而血红蛋白的卟啉中心是铁离子,所以从叶绿素a到血红素的转变可以立刻到位。临床医学试验证明，螺旋藻以其丰富的叶绿素a和藻细胞里的铁离子,对于人体补血、造血和增强、活化组织细胞，具有显著的效果。     三、实现可持续发展战略的巨大希望所在     当今世界日益紧迫的人口、资源与环境问题已成为困扰人类生存与发展的共同话题。我们在21世纪除了在常规农业中挖掘潜力,进一步提高复种指数和单产水平之外,只有继续进行绿色革命,开辟可持续发展的非常规农业之路,以寻求人类食物营养的全面解决方案。在这方面可供选择的是,大力采用生物技术,发展微生物农业,使人类的食品与营养资源获得新的突破性的发展。     其实,生物学家们早就认识到,在自然界的绿色宝库里,还深深蕴藏着人类营养需求的重大基因组资源。早在1949年,Spoehr     氏和 Milner 氏等生物科学家就曾建议,开发微生物与藻类蛋白质资源,将是一条走出常规农业困境,帮助克服全球性营养不足的光辉道路。上世纪80—90年代,全世界曾有众多的生物科学工作者,不约而同地奔向藻类王国—这一高光效、高营养质量的低等生物界。他们认为,许多单细胞生物尤其是微藻类的粗蛋白质含量都在30－50％,     甚或更高,祇要人们的生物技术运用得当,完全可以做到生物质(Biomass)的年收获产量超出25吨/公顷,可以比常规农业单位面积的产量高出3－5倍,甚至更多。国内外生物科技工作者最近20年的开发研究证明：螺旋藻是一种最佳资源节约型的食物生产体系,首先是螺旋藻所使用的是最简单的投入物—水,可以反复利用；最廉价的投入物是太阳辐射能和地球环境中最丰富的二氧化碳,除此之外的投入物祗是少量作为氮源的尿素或硝酸盐,以及钾盐等其它极少量的盐类,从而可以生产出高产率和优质的蛋白质营养物而无任何副产物。当代我国许多地方如绿A等已经建立的螺旋藻产业,整个生产实现了工业化过程，而且不产生废气、废水与废物,对于周围环境无污染之虞。国内许多地方开办的螺旋藻产业企业多年的生产实践证明,螺旋藻的大规模生产达到每日每亩培养池面积7－8千克干藻的生物产率，已是在近代生产技术条件下普遍可以达到的收获水平。以此计算的年生物产量（以实际生产6个月计）可以达到18－20吨干藻/公顷。也就是说,从每公顷土地上约可收获蛋白质12吨左右,这一数字与常规农业相比,已十分令人鼓舞。     我们进一步从人类的生存环境发展来考虑,微藻螺旋藻的开发利用具有极为深远的意义。因为人类未来赖以进行食物生产的最大的自然资源仍然是太阳辐射能和愈来愈浓厚的大气二氧化碳。科学家计算,地球表面每年接受的太阳辐射能大约为5.5×1023卡,或100千卡/cm2?年。众所周知,光合作用是地球上最宏大的化学反应,但整个地球的绿色植物实际利用太阳辐射能的效率却祇有万分之几。即便如此,地球上的绿色植物每年进行的光合作用,仍将200亿吨的碳从大气CO2直接转化成碳水化合物(植物性糖类)。人类近百年来由于工业化活动的结果,使大气中的CO2含量增长了25%。有人测算,全球二氧化碳一年的排放量超过65亿吨,到2100年CO2的年排放量将会达到300亿吨。那时,CO2在大气中的含量将要增加2倍多。一些科学家主张把二氧化碳吃掉是不失为一种好的解决办法。因为这种高浓度的大气CO2对于微藻螺旋藻植物来说却是一种良好的"气肥"。螺旋藻正是这样一种具有极高光能转化率和CO2同化机制的微藻生物。经研究测定,螺旋藻的光能转化率高达18％,而一般农作物中最高的C4作物(如玉米、高粱、甘蔗等)祇能达到3－5％。而且,螺旋藻有比任何C3植物如水稻、小麦等更高的CO2同化机制,能大量吸收利用周围环境中的CO2和氨氮,转化生成糖原,进而在细胞内转化成蛋白质。经农业部原螺旋藻协作组研究测算,生产100公斤螺旋藻蛋白,约要吸收转化185公斤二氧化碳。螺旋藻的这种超高光能转化率和超强吸收转化二氧化碳的特点,正是人类进一步利用太阳能来制造食物的巨大潜力所在。     参考文献 Herskowitz,Irwin H. 1977,(专著) Principles of Genetics,2nd ,3-4 USA     纳那西玛 D.L.R.和文卡他拉门巴G.S.等,1982,钝顶螺旋藻(Spirulina     platensis Geitler) 蛋白质的营养质量,缪坚人译,1983,转载于农业部螺旋藻协作组螺旋藻开发利用生物技术(资料汇编),1985     Venkataraman,L.V. 1982, Algae – a     Future Food Source,Science Reporter      (India).     Becker,E.W.and Venkataraman,L.V. 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Spiruline,algae de vie, 49-57,France 缪坚人(主编) 21世纪生命之光--螺旋藻,中国农业科技出版社,北京,1997.   螺旋藻的补充对运动能力的影响 熊正英,李　峰 (陕西师范大学体育学院暨运动生物学研究所)     摘　要:螺旋藻是蓝藻门的一种海藻,通常所说的螺旋藻指形体较大的纯顶螺旋藻(Sirulina platensis) 和巨人螺旋藻(Spirulina maxima)。它含有丰富的蛋白质、氨基酸、多糖、多种维生素和微量元素,具有抗氧化、抗衰老、抗疲劳、降血脂、增强免疫力、增强记忆、提高运动能力等多种功效。本综述通过对螺旋藻的营养价值评价及其对有关运动指标的影响,从而认识螺旋藻的补充对运动能力的促进作用,为开发运动员营养补剂提供一定的理论科学依据。     关键词:螺旋藻;补充;运动能力　 The Influence of Algae Supplement on Sports Ability XIONG Zheng-ying，LI Feng (Shanxi Normal University ,Xipan ,710062 ,China) Abstract：The Spirulina ( SP) is a kind of algal of cyanophyta , SP is Spirulina Platensis and Spirulina Maxinca. Itcontains aboundant protein ,amino acid ,much candies ,many kinds of vitamin and trace element . It has antioxidant ,antiageing ,resisting tired ,lowing fat of blood , strengthens immunity and memory ,improves sports ability,etc. This article makes a survey about the influence of SP to the ability of sports and can offer certain scientific theory basis for the development of athlete nutritional pharmaceutical. Keywords：spirulina；supplement；ability of sports 　　螺旋藻营养价值丰富,含有人体所需的多种营养素,联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)的专家认为螺旋藻是21世纪理想的食品,我国已将螺旋藻列为“七五”和“八五”推广项目。科学地补充螺旋藻将对运动能力的提高、延缓运动性疲劳及促进疲劳恢复有一定的促进作用。     1螺旋藻的营养价值     螺旋藻是至今为止世界上最丰富、最全面的天然食物[1]。几乎含有人体所需的全部营养素,被近代科学誉为“微型营养库”,其蛋白质含量高达60%～70% ,可以说是目前各种食物中最高的。动物试验表明螺旋藻的功效比可达2.2～2.6 ,是标准蛋白质的74 %～78 %;净蛋白利用率为53 %～61 % ,是标准酪蛋白的85 %～92 % ,其消化率也高达75 % ,生物学价值为68 % ,它的必须氨基酸模式全面、平衡，符合FAO(联合国粮农组织) 蛋白质咨询组织确定模式。螺旋藻维生素含量也高,尤其是具有抗氧化作用的胡萝卜素、维生素E 和维生素C含量高;此外,螺旋藻还含有普通食物所罕见的牛磺酸及新陈代谢酶;螺旋藻的矿物质和微量元素含量丰富,相对于一般的陆生植物来说其硒的含量尤其高;另外螺旋藻属于低脂食品,总脂含量约为蛋白质的10 % ,但其脂肪组成以不饱和脂肪酸为主,尤其必需脂肪酸含量丰富;螺旋藻含碳水化合物约为13 %～15 % ,含有机体所需的多种糖类,在运动中可以迅速分解,为机体提供能量。 2 螺旋藻的营养补充对运动能力的影响 2. 1 螺旋藻对耐力的影响 体能是人体对体力活动和运动的适应能力[2] ,机体的耐力取决于能量代谢的调节和协调过程、酸碱平衡等因素,就能量供应物质而言,肌糖原的含量、脂肪酸的氧化速率对机体的耐力水平有着重要的影响。另外,螺旋藻含有丰富的天门冬氨基酸,具有直接的抗疲劳作用。 2. 1. 1 螺旋藻中的糖原对耐力的影响 肌肉活动主要靠肌肉细胞ATP 迅速分解提供能量,而ATP 的补充主要靠糖原、葡萄糖的无氧酵解生成乳酸的过程中释放能量和有氧情况下线粒体内糖、脂肪酸及氨基酸氧化分解时产生能量合成,另外一部分靠肌肉中的CP 分解合成。因为机体运动主要靠糖原酵解来获取能量,当糖原被大量消耗时机体的运动能力就会降低。在消耗肌糖原的同时从血液中摄取血糖,而血糖可以由肝糖原分解加以补充以维持血糖水平,一旦肌糖原、肝糖原大量被消耗,则血糖下降可导致中枢神经系统供能不足,从而导致全身性疲劳的发生,使运动能力下降。有实验表明[ 3 ] ,在小鼠的饲料中加入一定量的螺旋藻可以增加肌糖原的储备量,从而为机体提供更多的能量,具有增进体能、增加耐力的作用。 2. 1. 2 螺旋藻中脂肪组成对耐力的影响 机体在进行长时间耐力运动时,尤其是在进行60 %最大摄氧量运动的后期,主要靠脂肪的氧化功能。螺旋藻的脂肪酸组成主要以不饱和脂肪酸为主,尤其是必需脂肪酸含量高。有实验表明,服用螺旋藻可延缓运动性疲劳的发生,使运动后血红蛋白不易下降。上世纪70 年代墨西哥和古巴运动员都服用螺旋藻,证明对增强体质和恢复体力,提高耐力有很好的效果;另据报道[4] ,海藻淀粉硫酸酯能降低饲用高脂大鼠血液凝固性,促进血液循环,从而使机体获得更多的氧气,保证运动时机体供氧的充足。 2. 2 螺旋藻的抗疲劳作用 机体的疲劳受许多因素的影响,其中肌糖原耗竭、乳酸堆积、自由基损伤等是导致运动性疲劳的重要因素。 2. 2. 1 螺旋藻对乳酸的影响 乳酸在功能体系中占有重要的地位,它是糖酵解供能系统的终产物,又是有氧代谢功能体系的重要氧化基质,还可在肝内经糖异生途径转化为糖,但乳酸过多对机体的酸碱平衡的影响又成为负面效应,导致疲劳的发生。其含量的变化可说明在无氧条件下体内糖酵解的程度,是评价机体疲劳常用的生化指标。有人通过研究高温下螺旋藻对小鼠血乳酸的影响实验得出[3] , 饲料添加0.5 %螺旋藻+ 0.1 %L- Asp +0.3 %L-Tyr 和单纯添加2.5 %螺旋藻都能明显降低血乳酸的生成量,增加有氧代谢能力。另外螺旋藻作为一种碱性食品,有中和疲劳状态下酸性体制的作用和保持人体健康的弱碱性体质,从而达到抗疲劳的目的。 2. 2. 2 螺旋藻对糖原含量的影响 糖原是机体能量供应的主要物质,肌糖原耗竭在很大程度上将会导致疲劳的发生,降低运动能力。螺旋藻所含碳水化合物为13 %～16 % ,其中包含机体运动所需的多种糖类,这些糖类易于消化吸收,且只需极少量胰岛素参与,所以使用螺旋藻不加重胰岛素的负担,可迅速地为人体提供糖原作为能量需要,从而具有提高体能、抗疲劳作用。实验表明,小鼠食用螺旋藻31d 后,实验组的肝糖原含量比对照组增加了3倍,肌糖原增加了18 % ,说明螺旋藻具有提高机体糖原储备、抗疲劳的作用。 2. 2. 3 螺旋藻对自由基代谢的影响 自由基指那些最外层电子轨道上不配对的电子的原子、离子或分子。自由基有多种,如氧化自由基,羟自由基等。在正常生理条件下体内自由基保持一种低浓度平衡状态。运动作为一种生理应激,使机体骨骼肌产生的自由基已被许多实验所证明[5 ,6] ,自由基的异常增多引起肌细胞伤害,使骨骼肌受损,进而影响运动能力。抗氧化系统中重要的抗氧化酶是SOD 和GSH - Px ,它们阻断了自由基链式反应,从而可防止自由基对细胞及亚细胞器如线立体的损伤[7] ,而研究表明[8],在研究螺旋藻对运动小鼠自由基代谢的影响发现,螺旋藻及其复方能明显提高运动小鼠红细胞SOD 活性和降低红细胞丙二醛(MDA) 的含量,提示螺旋藻可通过提高SOD 等抗氧化酶活性,清除氧自由基,减轻氧自由基及其引发的脂质过氧化物质对红细膜结构的损伤,从而达到保护细胞的目的。另外有研究表明[8] ,服用螺旋藻31 d 后,实验小鼠游泳到衰竭的时间比对照组增加了2 h ,说明螺旋藻具有明显的抗疲劳作用。 2. 2. 4 螺旋藻对血尿素的影响 血尿素是评定运动员机能状态的重要指标,血尿素含量的变化可说明体内含氮物质分解代谢的情况,与运动负荷量关系较负荷强度密切。通过测定运动员在长时间运动时尿素的生成和恢复期的变化,对了解运动时蛋白质和氨基酸的供能及恢复时的代谢情况有重要意义。罗海吉等通过对高温条件下螺旋藻对小鼠血尿素的研究证明[3] ,添加螺旋藻的实验组血尿素含量明显低于非添加组,说明一定量的螺旋藻能降低机体内含氮物质的分解,从而增加机体负荷耐受能力,具有良好的抗疲劳作用。 3 螺旋藻对运动员的健康保护作用 3. 1 螺旋藻对机体免疫功能的影响 螺旋藻能提高巨噬细胞的吞噬功能,促进淋巴细胞的转化,增加淋巴细胞的数目,增强其活性;能增加胸腺和脾脏重量;螺旋藻能促进血清蛋白合成,提高血清溶血素的含量;螺旋藻多糖能解除由免疫抑制剂引起的动物胸腺、脾脏萎缩、T淋巴细胞减少和血清蛋白溶血素降低等症状。藻兰蛋白是一种捕光色素复合蛋白,含量很高,约占干重的20 %左右。有研究表明,藻兰蛋白能提高淋巴细胞的活性,通过淋巴系统提高机体免疫功能,全面增强机体防病、抗病能力[ 9 ]。 有学者通过制备富硒藻兰蛋白而注射小鼠得出[10],富硒藻兰蛋白在实验剂量范围内离体实验可提高淋巴细胞的转化率,在体实验可提高机体细胞免疫和体液免疫功能。另外,海藻多糖硫酸酯是天然的类肝素物质,能够提高人体免疫力,具有抗肿瘤的功效[1]。β-胡萝卜素是有效的自由基清除剂之一,它在螺旋藻内的含量为200～400 mg/ 100 g ,近年来研究发现β-胡萝卜素在体内具有明显的抗氧化和提高机体免疫力的作用,它通过粹灭单线态氧和其活性氧形式,促进免疫功能的增强,主要表现在其能保护吞噬细胞免受自身的氧化损伤,促进T、B淋巴细胞的增殖,增强T 细胞的功能,促进某些白介素的产生。 3. 2 螺旋藻的抗氧化作用 细胞膜是细胞内部与外部进行物质交换的场所,细胞膜的完整性保证了物质交换的正常进行,若细胞膜被氧化则会造成物质交换受阻,细胞内含物外流对红细胞来讲会出现溶血,而藻兰蛋白对机体SOD 酶活性有提高作用,对机体的SOD和GSH-Px 活性都有显著提高,特别是对肝脏GSP -Px 具有明显的保护作用。SOD和GSH-Px 活性升高将对保护细胞膜、防止氧化有很好的保护作用。 3. 3 防止缺铁性贫血 缺铁性贫血( IOA) 是最常见的营养缺乏症之一,而运动性贫血的实质即是缺铁性贫血,对于运动员来说,缺铁性贫血将会很大程度上影响比赛成绩。铁制剂和铁剂强化食品常用来防止缺铁性贫血,但铁剂对胃肠道刺激大,吸收利用率低,而螺旋藻为天然食物,蛋白质含量高,还含有丰富的铁质和维生素[11]。其中铁质是以铁蛋白的形式存在,最易消化吸收,另一方面螺旋藻色素的化学结构为卟啉环,与人体血色素形态基本相同,不难想象,螺旋藻所含丰富的铁质、卟啉环结构的色素和优质高蛋白,正是构成血红蛋白的3 大要素,经吸收后只要机体造血系统功能正常,则运动机体会迅速地得到大量新生血红蛋白的补充,从而防止缺铁性贫血的发生。据报道,用螺旋藻防止营养性贫血效果显著[12] 。梁江明等用低铁饮食复制缺铁性贫血模之后,用螺旋藻进行恢复试验表明,服用一定含量的螺旋藻能加快对缺铁性贫血的恢复速度,促进铁的吸收,使血浆蛋白升高[24] ,另外有实验表明[13] ,以纯种大鼠复制缺铁性贫血模型,随后用硫酸亚铁30 mg/ kg 和3 种不同剂量的螺旋藻掺入饲料中喂养观察,结果显示,3 种剂量螺旋藻喂养组血红蛋白、红细胞计数、细胞压积和血清蛋白均明显上升,其中饲料含螺旋藻组8 %以上的2 组疗效水平与硫酸亚铁治疗对照组相同,而体质量恢复较佳。螺旋藻能提高运动大鼠和失血小鼠红细胞和血红蛋白浓度,提高红细胞钠- 钾ATP 酶的活性,降低红细胞的渗透脆性,减缓红细胞破坏,有效纠正运动性贫血[ 14 ,15 ] 。 3. 4 保护骨骼肌、防止损伤 力竭运动可使肌体骨骼肌线立体脂质过氧化物反应加强,氧自由基生成增多,抗氧化酶SOD 活性下降,造成骨骼肌功能和结构损伤。而黄立新[16]通过观察螺旋藻对大鼠力竭运动后自由基代谢及肌肉损伤标志酶的影响发现,螺旋藻能使力竭运动后骨骼肌线立体自由基生成量减少,抗氧化酶活性增强,使血清中肌肉损伤标志酶水平降低,显示螺旋藻对运动性骨骼肌损伤有显著的保护作用,是较为理想的的运动营养补剂。 3. 5 对红细胞及血红蛋白的影响 红细胞形态的变化,一方面影响其携氧机能,导致运动能力下降,另一方面也会影响其变形能力,导致微循环损伤。而血红蛋白是红细胞载氧和二氧化碳的重要载体,其含量的变化将会在很大程度上影响红细胞的携氧能力,是运动性疲劳发生的重要因素之一,并且红细胞形态变化还会影响其流变 性,易在网状组织内皮系统滞留而被破坏,严重者出现血管内溶血,导致运动性疲劳的发生,故寻找有效的方法抵抗大强度训练所致的红细胞损伤意义重大。朱梅菊[17]等通过实验研究螺旋藻对小鼠红细胞形态的影响得出,在大强度训练导致机体红细胞形态异常的情况下,螺旋藻及其复方可明显降低大强度训练小鼠红细胞的畸形率,从而具有明显的保护红细胞的作用。另外,还有实验表明[18] ,给运动员口服螺旋藻胶囊后可提高血液中血红蛋白的含量,并且一定剂量的螺旋藻对大鼠心脏人工失血造成的血红蛋白下降有明显的保护作用。 3. 6 降低心血管疾病的发生 临床试验表明,螺旋藻具有降低血清胆固醇的作用[ 19] 。李向红[20 ]等通过研究螺旋藻对摄食高脂大鼠血脂水平的影响试验得出,螺旋藻能降低饲用高脂饲料大鼠血清中的甘油三脂( TG) 和血清胆固醇( TC) 的作用,表明螺旋藻对高脂饲料诱导血清中TC 和TG的升高具有抑制作用。另外螺旋藻中含有丰富的亚油酸和λ- 亚麻酸,这些物质具有良好的降血脂、降胆固醇、减少血液粘稠度、改善组织血液循环、保持血管弹性、防止动脉硬化和心血管疾病的功效。另外,有报道证实,维生素E 能降低血清胆因醇值,防止动脉硬化的发生、发展的作用[ 21 ] 。此外,螺旋藻中富含多种人体所需的微量元素如铜、硒等,这在降脂机制中可能也有一定的作用。 4 小结与展望 蛋白质的数量和质量是衡量食品质量的主要指标之一,讨论螺旋藻的营养价值和开发应用价值,最主要的还是螺旋藻的蛋白质,螺旋藻作为一种含优质高蛋白的全然营养物质,其氨基酸种类齐全,尤其是必须氨基酸丰富,易于被机体消化吸收,促进机体生长,有效地增强体质[ 22 ]。对于运动员来说,如何提高机体耐力,消除疲劳是取得良好运动成绩的关键。研究得出[ 23 ] ,增加VB1、VB2 和Vc 的供给可提高神经系统在运动过程中的灵敏性和耐久性,使运动成绩提高,不良状况得到改善;另外,螺旋藻所含丰富的无机盐、微量元素,能保持运动员水盐代谢的平衡,防止体液偏酸或延缓运动性疲劳的发生。导致运动性疲劳的重要因素是糖原耗竭和乳酸的生成,螺旋藻作为一种均衡营养的碱性食品,其含有丰富的矿物质可以碱化酸性血液,以中和体内过多的乳酸,达到抗疲劳的目的,另外螺旋藻中丰富的天门冬氨酸,具有直接的抗疲劳的作用。另外螺旋藻中富含多种人体所需的微量元素如铜、硒等,且比例适当[2] ,这在降脂机制中可能也有一定的作用[ 24 ,25 ]。但螺旋藻的降血脂作用是否与其所含的上述成分有关,仍尚需进一步探讨。螺旋藻具有明显的抗氧化及纠正自由基代谢失衡的作用[ 23 ] ,对骨骼肌线粒体有明显的保护作用,作为运动员补剂极具开发价值。 参考文献: [1] 郑建仙. 功能性食品(第2 卷) [ M] . 北京: 中国轻工业出版社,1999 :553～554. 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