第一章 螺旋藻的历史和古老传说
本章内容提要:
一、素描,
二、身世;
三、发迹
四、 21 世纪人类营养食物最佳新资源;
五、食用螺旋藻的先驱国——日本
六、螺旋藻在我国发展状况
螺旋藻是微藻类中的一个大家庭。据藻类学分类,螺旋藻这个属已发现而有记载的计 35 种,其中钝顶螺旋藻 (Spirulina platensis) 和极大螺旋藻 (Spirulina maxima) 是最具有开发价值的品种,本书就以钝顶螺旋藻主要介绍对象。
一、素描
螺旋藻是肉眼难看见的微生物,老家大海,移民内陆,定居盐碱湖中,准确年代已无从考证,因为人们发现它有巨大的开发经济价值,科学家分析了它孽生环境的水体化学成分,仿真配成了适合于螺旋藻生长的培养液,乃得进入实验室以深入研究。下面让我们揭开这个被称为微营养宝库的美人面纱。
( 一 ) 光学显微镜所见
图 1-1 :在光镜下放大 40 倍,可明显看到单独分离的藻丝,
轮廓呈螺旋状,测微数据:螺旋宽 R=26~36 μ m ,
螺距: 43~57 μ m ,螺旋数 4~8 个不等,藻丝长 200~400 μ m 。
图 1-2 :在光镜下放大 400 倍 ( 油镜 ) ,可清晰看到多个单细胞串联成螺旋样丝状的整体,细胞膜间隔分明,胞浆中无完整的细胞核,有多个色素囊聚集成群,类似胞核,故与真核细胞有别,称为原核细胞。
( 二 ) 透射电镜下所见
图 1-3 :在透射电镜下放大 5000 倍,观察螺旋藻细胞内的细胞器亚微结构。
二、身世
螺旋藻的全身都是宝,但出身寒微。它是地球上最早以氨基酸结构合成有生命的单细胞生物之一。据天体学研究,地球在宇宙中迄今约有四十亿年;而地质考察,证明 35 亿年前这个地球上有螺旋藻的踪迹。在地球上螺旋藻是食物链的最初一级,她不仅以生命之躯养育了万物,更在繁殖期间通过光合作用分解出氧气,充实了地表的大气层,保证了嗜氧生物的生存繁衍,为这个地球的生物进化创造了最适宜的环境。
三、发迹
尽管地质学家从岩石分析中发现螺旋藻化石的踪迹,并推算出其存在年代已有 35 亿年,但最早辨别其形态,命名为螺旋藻 (Spirulina) 并归入颤藻科 (S.Oscillarioides) 者,是位德国生物学家 Turpin(1827 年 ) ,只因为当时他未进一步分析螺旋藻的营养成份,这个宝贝入典后不被人们重视,沉睡百年有余。
在荒漠的东非沙洲上,为数不多的湖泊也多是盐碱湖,这些高碱度的湖水中,鱼、虾及软体动物也难于生长繁衍。可是在湖畔却栖息着千万只体形硕大的巨鹳——火烈鸟 (Flaminges) ,它们何以为生?这就成为生物学家多年来要探索之谜。
图片 1-4 :栖止于非洲盐碱湖中的火烈鸟家族近照,其体型硕大而色彩舒丽。
( 资料来源: Fox,RD : Spirulina Production & Potential, P. 129, 1996)
图 1-5 :高空照片显示了栖息在盐湖畔数不清的庞大火烈鸟家族群体。每个小点是一只火烈鸟。
1931 年,探险家 Rich F. 发表了文章,提示这个庞大的水鸟家族主要捕食湖中的螺旋藻为生,并鉴定该藻种为钝顶螺旋藻 (Spirulina platensis) 。 1940 年, Dangeard 报导了乍得湖畔居民采集湖面螺旋藻群集结成的藻膜,滤去水分后铺在灼热的沙滩上晒干储备为粮食,并追溯这个民族世代均有食用螺旋藻的习惯。
图 1-6 :乍得湖畔居民将藻膜晒干为粮食示意图
( 摘自: Spirulina-Food for A Hnngry World, P21-22,1982)
图 1-7 :湖畔 Aztecs 居民食用螺旋藻示意图
( 摘自: Spirulina-Food for A Hungry world P21-22,1982)
无独有偶,在地球另一端的中美洲,墨西哥 Texcoco 湖畔的土著居民阿兹特斯 (Aztecs) 人,也是食用该盐碱中孳长的蓝绿藻,经鉴定其品种与钝顶螺旋藻基本相同,命名为极大螺旋藻 (Spirulina.axima) ,这个部族人身体非常好,且有惊人的体能表现,说明他们食用螺旋藻有良好保健意义。当地有段很动人的故事:
“蒙特祖马二世 (Montexuma Ⅱ ) 是印第安人阿兹特斯族的至高无上统治者,他酷爱食海鲜,特设驿站令壮汉从 250 公里 外的海滨用背篓将鲜鱼逐站跑递送上高山的帝都提诺其铁兰 (Tenochtitlan) 来。有人计算过,即使是今天创纪录的奥林匹克接力跑,要跑完 250 公里 也需 6.95 小时,何况是背重物上山?在那个时代没有冰冻保鲜技术,要保证这些海鱼上至皇帝餐桌仍新鲜,那就要在 12 小时内完成任务,可见其体力消耗是巨大的。是以什么食物为动力来支持这些长跑掮夫呢?据说那时阿兹特斯人有食 Tecuitatl 的习惯,后经考证 Tecuitatl 就是螺旋藻。
图 1-8 “背篓登山独夫笑,无人知是海鲜来”
驿站中的印第安人和他们运输用的背篓
1967 年有两位科学家, Clement 和 Leonard 几乎同时发表了螺旋藻营养分析研究的文章,其中蛋白质含量高达 62% 以上,还有多种丰富的微营养素,才引起世人的关注,螺旋藻由此发迹,研究开发事业乃进入高潮。
四、 21 世纪人类营养食物最佳新资源
民以食为天,人类在生存斗争中,食物不可缺少。当今世界人口猛增,而传统的粮食单位产量已面临接近极限,可耕种的土地因城市扩大,工业和交通发展而被占用,面积日益减少,可以预见地球人口爆发和粮食缺乏时,将会带来怎样毁灭性的灾难!面对现实,近百年来科学者为寻找食物资源而绞尽脑汁。酵母和小球藻的营养较高,产量可观,首先被选为培养对象。可是酵母培养要耗费粮食,得不偿失;小球藻体积太小不易收获,更因他的细胞膜厚实,食下胃肠后不易消化吸收。于是人们对开发这两种微生物为食物新资源失去了兴趣。最后人们选中了螺旋藻为 21 世纪的人类营养食物最佳新资源。得到联合国粮农组织的确认,其主要依据是:
( 一 ) 营养价值高:仅蛋白质的含量一项指标,螺旋藻已为各种天然食物之冠,列表比较如下:
表 1-1 八种高蛋白食物的三大营养素组成 (%)
样 品 | 水 份 | 蛋白质 | 碳水化合物 | 脂 肪 | 灰 份 |
螺旋藻干粉 | 5~7 | 56~77 | 10~18 | 9~14 | 4~5 |
小球藻粉 | 4~7 | 40~56 | 10~25 | 10~30 | 6~9 |
全蛋粉 | 4~8 | 43~47 | 3~4 | 35~40 | 3~8 |
黄豆 | 7~10 | 34~40 | 19~39 | 16~20 | 4~6 |
名牌奶粉 | 3~5 | 13~22 | 52~56 | 19~26 | 3~5 |
豆腐 | 84~86 | 7~11 | 2~4 | 1~2 | 0.9~1.0 |
牛肉 | 64~70 | 16~20 | 2~4 | 6~10 | 1.1~1.4 |
鲜鸡蛋 | 70~71 | 12~15 | 1~2 | 12~15 | 1.1~1.2 |
螺旋藻蛋白质中八种人体必需氨基酸俱全而且结构合理,甚易消化吸收,故被誉为优质全蛋白,是最理想的蛋白补品。除此之外,它还有多种具有特殊生理功能的微营养素,含量非常丰富。包括具有抗过氧化作用的维生素 E 、类胡萝卜素、多糖和硒、锌、铜、铁等微量元素,可以增强机体免疫调节功能,防止各种传染病的侵袭,预防机体组织过早衰老,延年益寿;β - 胡萝卜素在体内可转化为维生素 A ,还可以防治 夜 盲症,保护呼吸道的上皮组织健全,防治白内障等;螺旋藻有丰富的亚油酸和亚麻酸,可以降低血脂而有效地保护心血管;藻体中的铁元素属于有机铁,对缺铁性贫血的防治效果最好。螺旋藻色素很丰富,具有防癌和治疗消化性溃疡的功效。有关螺旋藻的营养成份,联合国实验室曾进行了全面的化验分析,得到重要的科学依据。
( 二 ) 繁殖力强而高产,经济价值高:螺旋藻以细胞裂殖方式进行繁殖,并以阳光为能源,通过叶绿素光合作用生长十分迅速。据国内外报导数据,在户外培养池中,每平方米的池面积每天可生产干藻粉 8~ 35 克 ,若按日产 10 克 算,则每亩池面年产可达 1~1.4 吨,有人将螺旋藻和四种常规农作物的产量和蛋白质换算成收获量作比较如下表 1-2 ,更突出螺旋藻的高度营养和经济价值。
表 1-2 五种作物的产量和蛋白质收获量估计比较
作物品种 | 年产量 ( 公斤 / 亩 ) | 与 Sp... 比值 | 蛋白质 (%) | 蛋白质收获量 ( 公斤 / 亩 ) | 比值 |
小麦 | 460 | 1:2.6~3.0 | 9.5 | 43 | 1:18~21 |
玉米 | 930 | 1:1.3~1.5 | 7.4 | 69 | 1:11~13 |
水稻 | 530 | 1:2.3~2.6 | 7.1 | 36 | 1:22~25 |
大豆 | 270 | 1:4.4~5.2 | 35.0 | 95 | 1:8~10 |
螺旋藻干粉 | 1200~1400 | 1:1 | 65.0 | 780~910 | 1:1 |
( 三 ) 安全食用。经考证在非洲和中美洲的各大盐碱湖畔,广大士著居民世代相传食用螺旋藻,未曾发现过中毒事件,医学观察也未发现与食用螺旋藻有关的基因遗传疾患。在基督的圣经上有这样一段有趣的故事:“在摩西的率领下,成千上万以色列人离开了面临饥荒的废虚西奈 (Sinai) ,逃亡至埃及,在饥寒交迫的严峻时刻奇迹发生了,有一天早上他们发现帐蓬外大地铺满了似霜一样的东西,摩西告诉那些饥饿的群众说,那是上帝从天上送下来拯救他们的面包。这些奇怪食物很似圣饼,味道鲜美,以色列人就称它作“吗哪” (manna) ,他们还将这些 manna 储藏起来备用,度过了四十多年的艰苦跋涉”。现在人们考证,那些所谓 manna 的奇怪食物,很可能就是沙漠中盐碱湖畔干燥的螺旋藻片。
图 1-9 :摩西率领逃难的子民,在埃及的荒漠 大地上拾着上帝赐给他们的 manna ,摩西高举双手向上苍祷谢。
转摘自 Spirulina-Food for A Hunagry Word.p.172,1982
近年来各国科学家对螺旋藻进行了无数次的毒理实验,结论是无毒而可食用。人们还可以用以配制饲料、饵料以饲培养经济价值高的禽鸟、虾苗、鲍鱼及观赏鱼。效果甚佳。可见螺旋藻被选为今后人类食物新资源,无论从营养价值、经济效益、开发技术、土地资源和安全食用等多方面考虑,都是可行的,其发展前途可观。
五、食用螺旋藻的先驱国——日本
日本的国土较小,人口多,很多物资依靠国外进口,对粮食缺乏更有紧迫感,他们的科学家在致力研究粮食产量提高的同时,还努力寻找食物新资源。日本人素有食用海藻的习惯,著名学者 Hiroshi Nakamura 博士早在上世纪六十年代就致力于开发小球藻为食物新资源的研究, 1967 年转攻螺旋藻,促进了螺旋藻产业在日本迅速发展起来,日本油墨化学股份有限公司 (DIC) 一举成为世界上投资螺旋藻产业最大的公司,在日本许多医院大夫应用螺旋藻片于临床辅助治疗,报告有效的计有缺铁性贫血、糖尿病、肝炎、肝硬化、胃炎和胃溃疡、胰腺炎、白内障和降血脂等。东京国立医科和齿科大学教授 Tadaya Takeuchi 博士十分推荐螺旋藻高营养对保护肝功能的价值,因为慢性肝炎在日本流行严重,有些学者预言到了二十一世纪,慢性肝炎将演变成为日本的国病, Takeuchi 则建议以螺旋藻为“国食”去防治“国病”——慢性肝炎。这并非戏言, 20 世纪末日本就将螺旋藻列为健康食品,允许厂家向市场宣传其保健功能以推广应用。日本人的平均寿命现在已达 80 岁以上,高居世界各国的首位,专家认为除了他们的医学保健工作好之外,多食海藻与长寿可能有关。说来有人不信,日本有位老哲学家 Dr.Tou Matsui 家居箱根,他将自己的粪便无害化处理后,用以培养螺旋藻供自己食用,有时还鲜食,历时 15 年; 1977 年他到东京交流时已 85 岁,健康状况良好。他自称要继续食用下去,直到全世界都推广螺旋藻而不再有饥荒为止,精神可嘉。
六、螺旋藻在我国发展状况
1935 年我国曾呈奎院士在青岛已发现螺旋藻,经鉴定为 (S.subtillisma kutz) 。上世纪七十年代后,南京大学生物系和中国科学院武汉水生生物研究所先后从国外引进了螺旋藻进行实验性培养,随后农牧渔业部组织了螺旋藻研究协作组,有计划地开展研究,并正式列为国家科研《七五》攻关和《八五》推广项目。 1985 年我国科学工作者发现云南永胜程海湖为重碳酸盐碱湖,后经武汉植物研究所胡鸿钧教授引进螺旋藻 ( 钝顶螺旋藻 ) ,并指导利用该湖水配制培养基以生产比较廉价的螺旋藻产品获得成功,成为我国首先利用天然盐碱湖水生产钝顶螺旋藻的公司; 1988 年广西医学院结合农村推广 6m 3 小型沼气池事业,利用其富含氨氮和 CO 2 的上层发酵液,经砂滤、漂白粉消毒后,配成培养液在户外小池实验生产螺旋藻成功; 1995 年中国科学院农村技术开发中心成立了中国螺旋藻产业协会筹委会,更加速了我国螺旋藻事业发展。据统计, 1996 年全国已有 14 个省市发展螺旋藻事业,大小公司逾百家,不少大学和科研单位亦参加了螺旋藻的营养分析、保健功能、药用价值,以及供人食用和调配饲、饵料用的开发研究; 1997 年,我国卫生部食品卫生审评委员会根据各地生产公司送审资料组织专家评审,确认螺旋藻对人体有特殊保健功能,并给部分厂家生产已符合我国保健食品规定条件的优质产品颁发了卫食健字号产品证书。如广西北海绿仙牌螺旋藻即于当年获得卫食健字 [1997] 第 407 号批准文件,广西北海市康福保健食品有限公司亦先后两年获国家卫生部批准的卫食健字 [1999] 0407 号 (2001)0109 号两个批文,并获得了广大用户的喜爱和市场的认可。由此可见,尽管我国螺旋藻研究起步较晚,但在党和政府重视扶植下,已开始赶上世界前列。可以预见 21 世纪我国将成为螺旋藻科技和产业大国。