连界创新 未来食品实验室 2022-03-16 

3月3日，由未来食品实验室（FFL）举办的“微藻基食品配料与功能性食品开发”为主题的科学家对谈线上系列直播活动在连界创新飞地举行，华南理工大学食品科学与工程学院魏东教授进行主题分享，阐述了藻类在地球生态系统中的地位、微藻生物技术的使命、科技创新与产业发展现状。

       以下为部分演讲摘录：

01 藻类在地球生态系统中的地位和作用

       在地球形成之初，原始大气中充满了一氧化碳、二氧化硫、硫化氢、氢气、二氧化碳等气体，没有生命存在。在若干年地质变化中，经过火山爆发、闪电、海底温泉等地质运动，在原始的海洋（“原始汤”）里面就合成了很多生物大分子，在大分子之间有逐步形成了一系列的连续的生化反应链，这些反应链聚集在一起，就形成了最原始的生命。这些原始生命的特征在于，能够利用阳光和二氧化碳合成了大量有机物，同时释放氧气。

大约在35亿年前，在地球上形成了这些最原始的生命称为蓝藻（蓝细菌），由此开辟了地球上崭新的地质年代。随后逐步进化为真核微藻，构成了整个生物圈的最底层，植物界也从低等的浮游植物慢慢地演变成高等植物。光合作用释放了大量氧气，同化了大量的二氧化碳，让地球的原始大气变成为富氧的大气结构，促使了好氧生命体的大爆发。直到今天，现在地球上88%的氧气基本上都由藻类来制造的，其中70%的氧气都是来自于海洋硅藻。因此，藻类是地球大气中氧气的主要产生者。同时，藻类也是地球上食物链的源头。我们都知道是大鱼吃小鱼、小鱼吃虾米，那么虾米吃什么？就要吃微藻了。因此，藻类是在食物链中处于底端，其被称为初级生产力，通过食物链把藻类合成的各种营养物质传递给了下游的各种动物，从低等动物到高等动物以及位于食物链顶端的人类。因此，藻类是地球的原力、是原始的营养来源。

02 微藻生物科技的使命、科技创新与产业发展现状

       目前已发现的微藻品种大概有20万种以上，有记录的大概6000种以上，实际生产生活中用到的大概只有几十种，因此还有大量的微藻资源未被研究、开发利用。这几十种资源中，大部分用做水产养殖的饵料、调水剂，在饲料和食品中应用的只有10种左右。因此，微藻生物科技的使命是激活地球的原力、激发生命的动力。谈到微藻生物科技，也是我近30年来一直从事的研究和开发工作，那么它的科学基础是什么？

 从这张图上可以看到，它的科学基础就在于这样一个反应式，即二氧化碳加氮加磷加硫等各种元素构成了微藻的生物质，每生产1吨微藻生物质可以固定1.83吨的二氧化碳，通过光合固碳能够解决碳排放问题。消耗二氧化碳的同时还需要氮、磷、硫、铁、钙和镁等元素。说明你要同化大量的碳，也需要氮、磷去辅助，因此光合固碳的过程也能够达到氮磷减排的目的。但利用有机碳进行微藻发酵，可以更高效地去除氮、磷，因此可以作为氮、磷减排的高效模式。光合作用同化二氧化碳、利用有机碳源进行发酵都是微藻的营养模式，简称为自养和异养。光自养产生氧气，而异养发酵会产生各种各样的有机物，同时又释放二氧化碳，释放的二氧化碳可以重新被光合作用利用，因此在光照下能够同时利用有机物和二氧化碳的营养模式，被称为混养（或兼养，光发酵）。无论是光合自养、混养还是异养发酵，细胞都会产生各种各样的营养素，包括蛋白质、油脂、天然色素、维生素等，都可以做成各种各样的产品满足人类社会需要。因此，微藻的人工培养和利用过程是直接和工农业生产相关联的，甚至和废弃物资源化利用相结合，它可以形成全新的产业链，具有良好的技术经济前景。

       微藻生物技术的使命就是发展应用科技、打通上下游的产业，服务于各种行业。因此它实际上是微藻+，类似互联网+、物联网+，未来可能是元宇宙+。围绕着碳减排碳中和，可以和工业系统相结合，为发酵、化肥、冶金、化工等行业碳减排相关联；也可以和农业系统氮磷减排结合，提供有机肥、土壤改良剂、饲料、功能性蛋白和油脂，以及水产养殖的生物饵料、调水剂等；更可以和未来食品、大健康产业结合，开发各种营养素、功能性食品、老年食品、乳品替代品、功能性化妆品等，用途非常广泛。不仅是对个人，对整个微藻界、甚至植物界、生物界，微藻的研究和开发实际上都值得去投入一生。

       微藻大健康食品，目前进入到中国新资源食品目录的、列入保健食品目录里的品种实际上是很有限的。比如，螺旋藻是高蛋白的，尤其是富含藻蓝蛋白；盐生杜氏藻富含β-胡萝卜素，雨生红球藻富含虾青素，小球藻主要富含蛋白质和小球藻生长因子（CGF）。它们不仅高营养，而且富含各种生物活性物质、维生素、矿物质，作为大健康食品的原料、功能食品的原料都非常有益。

围绕着高蛋白微藻，主要有两个品种，一个是小球藻，一个是螺旋藻，特征是营养全面、高蛋白。比如，小球藻蛋白质含量达到65%，而螺旋藻可高达70%以上，其他微藻的蛋白质含量也不低，基本上和目前主流的食品原料，比如肉、蛋、奶、大豆、玉米、小麦、鱼粉等相比，蛋白质含量都是最高的。从氨基酸组成来说，种类齐全、含量高，已经达到或超过了WHO/FAO标准，与肉蛋奶相比具有明显的氨基酸组成优势。另外，与菠菜、动物肝脏、酵母相比，维生素的种类齐全且含量高。目前在食品中，我们常见到的微藻主要是作为保健食品（片剂、胶囊），这些都是药品形态而非食品形态。日本市场上小球藻产品的丰富度远远超过了螺旋藻，小球藻都是一般都是破壁的，其营养消化吸收率经过破壁后会大大提高，甚至达85%以上。

 谈到替代蛋白，大家直观地会想到植物肉，目前投资端是非常热，但消费端还没有真正地热起来，我们期待包括植物肉在内的在植物基食品能够受到更多消费者的欢迎。我个人认为这里有两个痛点，第一个是普遍缺乏优质廉价的替代蛋白新资源。大宗植物蛋白除了大豆、豌豆来源的，其他来源的并不多。非养殖动物来源的蛋白最主要有两个来源，一个是发酵的微生物蛋白，比如真菌发酵的菌丝体蛋白、酵母蛋白、微藻发酵蛋白；另一个就是细胞培养肉。我国农业农村部在2021年底发布了支持细胞培养肉和未来食品发展的纲要，在今后将是国家一个重点支持方向。细胞培养肉这条路还是很漫长的，成本还是很高，但在国际上的融资是非常的旺盛。更加现实的、更加低成本的，实际上是微生物发酵蛋白，后面我们主要重点讲一下微藻的情况。