生物工程技術(shù)在保健品中的應(yīng)用

1、生物工程技術(shù)在保健品中的應(yīng)用螺旋藻摘 要：螺旋藻是一種全天然、高蛋白、營養(yǎng)豐富而均衡、富含多種生理活性物 質(zhì)的功能性保健食品，具有極高的醫(yī)療保健價(jià)值，對許多疾病有防御作用.目前螺 旋藻在大量研究的基礎(chǔ)上形成了以工廠化養(yǎng)殖和深加工為主體的螺旋藻產(chǎn)業(yè)，應(yīng)用前景極其廣闊.本文從螺旋藻的生物學(xué)特性和食用歷史、化學(xué)組成和保健功能、 應(yīng)用潛力及前景、遺傳育種等幾個(gè)方面對其研究進(jìn)展加以綜合介紹.關(guān)鍵詞：螺旋 藻;有效成分；營養(yǎng)保?。贿z傳育種。螺旋藻是一類低等生物，原核生物，由單細(xì)胞或多細(xì)胞組成的絲狀體， 體長 200-500小成寬5-10小m圓柱形，呈疏松或緊密的有規(guī)則的螺旋旋形彎曲，形 如鐘表發(fā)條，故而得

2、名。具有減輕癌癥放療、化療的毒副反應(yīng)，提高免疫功能， 降低血脂等功效。目前國內(nèi)外均有大規(guī)模人工培育， 主要為鈍頂螺旋藻、極大螺 旋藻和印度螺旋藻三種?？墒秤?，營養(yǎng)豐富，蛋白質(zhì)含量高達(dá)60%-70%在自然水域，具大量繁殖會形成水華。螺旋藻的生物學(xué)特性及食用歷史螺旋藻是一種多細(xì)胞、微型、不分枝、無 異形胞的螺旋狀體，靠分裂增殖，光合自養(yǎng)生物，生長于熱帶高溫的堿性湖水中， 在地球上已有35億年的歷史，是現(xiàn)存最古老的植物之一.雖然螺旋藻有50多種， 而目前大規(guī)模培養(yǎng)的只有極大螺旋藻與鈍頂螺旋藻 .早在16世紀(jì)前，非洲乍得 和中美洲墨西哥的居民就已把螺旋藻作為他們的食物，他們大多長壽，體格健壯.1993

3、年在摩納哥首次舉行的螺旋藻世界大會一致認(rèn)為螺旋藻是人類未來理想的 食 品.目前美國、法國、日本等國家均用螺旋藻來補(bǔ)充日常營養(yǎng)，防治各種疾病.螺旋藻的化學(xué)組成和功能。在自然界中，螺旋藻是迄今為止發(fā)現(xiàn)的營養(yǎng)最豐富、最全面的綠色天然食品，其中必需氨基酸全面，同時(shí)含較多對人體有益的不 飽和脂肪酸和微量元素.螺旋藻的醫(yī)療保健價(jià)值 美國、日本和法國的科學(xué)家經(jīng)過 多次臨床實(shí)驗(yàn)證實(shí)螺旋藻對許多疾病具有預(yù)防作用，而又沒有任何副作用，這與螺旋藻所含的多種活性成分是分不開的.止匕外，豐富的維生素E和不飽和脂肪酸 具有抗衰老和美容的作用，螺旋藻多糖具有抗輻射功能，B-胡蘿卜素可轉(zhuǎn)化為維 生素A,對人的視覺有保護(hù)作用，

4、對青光眼、白內(nèi)障有一定效果.螺旋藻可加速傷 口的愈合與病人的康復(fù)，對于便秘、暗瘡、脫發(fā)、慢性胰腺炎、缺鋅癥、潰瘍、 機(jī)能代謝減弱、組織增生、角化等有輔助療效.由此可見，螺旋藻具有極高的醫(yī)療 保健功能.另有研究表明，螺旋藻具有較強(qiáng)的富集能力，富集了某些特殊微量元素的螺旋藻在保留原來所有營養(yǎng)及活性成分的基礎(chǔ)上，更加提高了營養(yǎng)及醫(yī)療 保健價(jià)值。螺旋藻的應(yīng)用潛力及前景1.食療與醫(yī)藥業(yè)。食療在我國已有悠久的歷史，我們的祖先早就懂得人體 的健康不是靠醫(yī)藥來維護(hù)的，而是靠均衡的營養(yǎng)來維持的.螺旋藻由于含有豐富 而均衡的營養(yǎng)，故即可治療營養(yǎng)不良又可作為食品添加劑提高谷物的生物效率和 蛋白質(zhì)的利用率.不少研究表

5、明，成人每天服食8g螺旋藻即可獲得人體所需的全 部氨基酸與維生素.眾所周知，偏食是造成不健康的重要因素，過度加工的食物也 常失掉很多營養(yǎng)，缺乏一種營養(yǎng)也會連帶缺乏多種營養(yǎng).總之,營養(yǎng)充足而均衡也 可以減少醫(yī)藥的副作用。螺旋藻作為醫(yī)藥對某些疾病的預(yù)防機(jī)理。1.糖尿病、胃 病。螺旋藻為營養(yǎng)堿性食品，既可增加營養(yǎng)又可改善酸性體質(zhì)，調(diào)整新 陳代謝活 動(dòng)，消化率高達(dá)95%. 2.高血壓、心臟病。螺旋藻可降低人體所含的膽因醇 ，且鉀 的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鈉，另外,豐富的葉綠素可改善血紅素水平,提高血液循環(huán)系統(tǒng)的 功能3貧血病。螺旋藻含豐富的鐵質(zhì)和葉綠素4.肝病。螺旋藻能為患者提供高蛋白質(zhì)和維生素，從而使病人盡快

6、好轉(zhuǎn).5.腎臟病。不少金屬與藥物都對腎臟有 毒宣戰(zhàn)作用，螺旋藻可以消除由重金屬以及藥物引起的腎毒素，起清潔腎臟的作用.6風(fēng)濕病。螺旋藻所含的Y-次亞麻油酸(GLA)對于風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎很有幫助.7 癌癥。含豐富的天然 B-胡蘿卜素，以及其他植物罕有的藻青素，因此對各種癌癥 具有抑制作用.8.艾滋病。螺旋藻含有一種糖脂質(zhì)的硫酸指，美國國家癌癥組織 (NCI)經(jīng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明具有的艾滋病的作用.9.骨骼疏松癥。含豐富鈣質(zhì)的螺旋 藻，可起到補(bǔ)鈣的作用.美容與化妝品業(yè)。 螺旋藻由于營養(yǎng)豐富，有較好的護(hù)膚能力，不但有很好 的潤膚，護(hù)扶效果，同時(shí)由于螺旋藻有消除和抑制自由基的能力，故能起到防皺、 防曬、抗幅射、

7、祛斑、抗衰老的作用.臨床試用表明：螺旋藻營養(yǎng)液能提供皮膚 所需要的氨基酸、藻多糖、SOD等多種營養(yǎng)活性成分，有增加皮膚水彈性、潤膚 保濕、除皺、祛斑等功效，用時(shí)由于螺旋藻化妝品的透過性較好，能起到皮膚表面 和深層營養(yǎng)及護(hù)理作用，而且使用十分安全，對皮膚沒有刺激和致敏作用.由于化 妝品對色澤、氣味等有一定的特殊要求，故螺旋藻作化妝品應(yīng)用，應(yīng)經(jīng)過提取和脫 色，除腥等工藝過程，制成相應(yīng)的液劑.但不同的提取方法對螺旋藻營養(yǎng)液的成 分、功能有較大的影響.其中以不加酶或酸的超濾效果取好.廢水處理和環(huán)保業(yè)。把螺旋藻培養(yǎng)應(yīng)用于廢水處理是很有發(fā)展前景的. 因?yàn)榻z狀的螺旋藻比較容易從培養(yǎng)液中分離出來 ，是一種用于

8、廢水處理很有前途 的微藻.用各種來源的，經(jīng)過一定處理的污水培養(yǎng)螺旋藻，不但可以使污水得以凈 化，減少環(huán)境污染，還可以將得到的藻生物量用作飼料、肥料，甚至還可以用于生 產(chǎn)有用的化學(xué)物質(zhì).在這方面已作了許多研究工作.例如，利用城市污水、糖蜜發(fā) 酵廢水，動(dòng)物排泄物，以及綠絲廢水、制藥、釀造、制單等工業(yè)有機(jī)廢水 ，造紙廢 水、有機(jī)印染廢水、味精肌廢水等配制成培養(yǎng)基，用于養(yǎng)殖螺旋藻，這說明螺旋藻 應(yīng)用于上述廢水的二級處理是可行的.在用廢水養(yǎng)殖螺旋藻的過程中，螺旋藻始 終是優(yōu)勢藻類.它在稀釋廢水中的生長狀態(tài)、生理活性與自養(yǎng)時(shí)十分接近.它不僅 具有上浮性而且易于收獲，生長過程中還能分泌胞外生物絮凝劑，從而強(qiáng)

9、化了廢 水處理過程.收獲的藻粉是一種優(yōu)質(zhì)蛋白的來源，也為廢水處理工程帶來了效益， 開辟了利用廢水蛋白源的新途徑.細(xì)菌和藍(lán)藻是自然界生物圈中幾乎一切固定 氮的來源，而藍(lán)藻又是唯一具有光合作用產(chǎn)生氧氣，又具有固氮能力的生物.在水 稻田中培養(yǎng)螺旋藻，當(dāng)水田的水分排干后，藻體腐爛，便成為一種很好的氮肥而被 水稻利用.由于螺旋藻在養(yǎng)殖過程中能有效去除有機(jī)廢水中的營養(yǎng)源，因而明顯凈化了廢水.在傳統(tǒng)的三級處理相比，用螺旋藻處理廢水的過程，具有成本低，能 耗少、效益大的優(yōu)點(diǎn)，是一項(xiàng)非常有開發(fā)潛力的環(huán)保工程.當(dāng)然，還要結(jié)合篩選和馴化高效混合營養(yǎng)型的藻種，研究處理工藝，才能取得良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益.螺旋藻遺傳育種

10、研究進(jìn)展近年來螺旋藻在大量研究的基礎(chǔ)上形成了工廠化養(yǎng)殖和深加工為主體的螺 旋藻產(chǎn)業(yè)，如何進(jìn)一步降低養(yǎng)殖成本和開發(fā)多種適合市場需求的產(chǎn)品，是目前螺旋藻產(chǎn)業(yè)發(fā)展中急需解決的重要問題.利用現(xiàn)代生物技術(shù)選育品性兼優(yōu)的新藻種 是解決上述問題的有效途徑，也是當(dāng)前國際螺旋藻領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一.1原生質(zhì)球的制備與再生植物原生質(zhì)體是遺傳操作的有力工具，是育種工作中利用基因工程和誘發(fā)突 變等現(xiàn)代生物技術(shù)對種質(zhì)進(jìn)行遺傳改良的理想材料.因此，制備高質(zhì)量且具再生 能力的螺旋藻原生質(zhì)球，對開展螺旋藻的分子遺傳學(xué)和育種研究都是至關(guān)重要。 1996年彭國宏等做了多次實(shí)驗(yàn)未在上述條件下分離出原生質(zhì)球，而對上述有關(guān)螺旋藻原生質(zhì)球

11、的分離報(bào)道產(chǎn)生了懷疑.此后,他們又嘗試了其他方法但最終也未報(bào)道其再生率.此外，秦松等用超聲波處理Splatrnsis藻絲制得了原生質(zhì)球并再生成功，但也因此法原生質(zhì)球的深離太低而難以應(yīng)用于遺傳育種研究.總之,國內(nèi)外在螺旋藻原生質(zhì)球的制備和再生方面雖然作了一些工作，但到目前為止，尚不能可靠地制備出質(zhì)量高且具再生能力的螺施藻原生質(zhì)球，供育種所需.2基因工程育種基因工程是改良和創(chuàng)建生物技術(shù)良種的有力武器.有關(guān)螺旋藻的基因識別和 克隆研究方面已取得了不少有意義的結(jié)果.光合作用過程中固定CO2的關(guān)鍵酶一 核酮糖一 1,5二磷酸大亞單位和小亞單位的基因已成功地從S.platensis 中克隆出來，并在E.C

12、oli中獲得表達(dá)；秦松等已從螺旋藻中分離出別藻藍(lán)蛋白基 因,并實(shí)現(xiàn)了其在E.Coli中的高效表達(dá).同時(shí)，在螺旋藻質(zhì)粒研究方面也取得了 一些進(jìn)展，秦松等已分別從 SplatrnsisS6 和F3藻株中分離到2.4kb和1.78kb 的CCC共介閉合環(huán)狀)質(zhì)粒.然而，至今還不能像高等植物那樣，將基因工程這一 先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于螺旋藻的品種改良，是因?yàn)槔没蚬こ碳夹g(shù)創(chuàng)建螺旋藻生物技 術(shù)良種的基礎(chǔ)研究工作不夠深入，造成目前尚不能解決的困難:(1)螺旋藻完整的 基因圖譜尚未構(gòu)建，對其整個(gè)基因組尚缺乏系統(tǒng)認(rèn)識;(2)還沒有找到合適的限制 性內(nèi)切酶來對所發(fā)現(xiàn)的 CCC質(zhì)粒進(jìn)行深入研究，也未發(fā)現(xiàn)該質(zhì)粒的功能(隱

13、秘型 質(zhì)粒），更未構(gòu)建出理想的轉(zhuǎn)基因載體；（3）雖然在外源DNA導(dǎo)入螺旋藻細(xì)胞方法 上已取得了一些有意義的結(jié)果，但尚不能制備出外源DNAM導(dǎo)入且具再生能力的 原生質(zhì)球.3誘變育種誘發(fā)突變技術(shù)及相關(guān)生物技術(shù)是改良和創(chuàng)建生物技術(shù)良種的另一重要手段.國內(nèi)外在螺旋藻誘變良種方面進(jìn)行了較深入的研究，并已獲得了一些有價(jià)值的突 變體.物理誘變因子（丫一射線、紫外線等）和化學(xué)誘變因子（EMS MNN密）均能 使螺旋藻藻絲或細(xì)胞發(fā)生變異，產(chǎn)生高產(chǎn)，耐低溫、耐鹽、富含某些氨基酸或藻藍(lán) 蛋白及藻絲超長等突變體.這些突變體不僅是基礎(chǔ)理論研究的好材料 ，而且也是 應(yīng)用于螺旋藻養(yǎng)殖和深加工的理想品系.選擇適宜的誘變材料和誘變因子及其劑量是誘變育種成敗的關(guān)鍵?？傊?，螺旋藻育種雖然起步較晚，但已有一個(gè)