Algalif's photobioreators made of SCHOTT glass tubing, illuminated by blue light.

水族馆里的超级食物

随着可持续农业和素食产品逐步成为人类健康和福祉的重要方面,人们对微藻类等富含维生素、生态友好型 “超级食物 ”的兴趣日益高涨。专家认为,在特种玻璃制成的玻璃管中培养的这种单细胞生物可能关乎人类未来的健康和福祉。

Lea Kaiser, PR & Communications Manager at SCHOTT Julia Bayer, editor at campra

作者:Lea Kaiser, Julia Bayer

16 分钟

文章概况:微藻作为膳食补充剂可以帮助人们追求健康和福祉。

  • 由微藻制成的富含维生素且环保的超级食品在全球越来越受欢迎。
  • 冰岛藻类生产商 Algalif 培育微藻雨生红球藻,并从中提取天然抗氧化剂虾青素。
  • 在培养过程中,公司采用了肖特玻管进行藻类培养。

一根根长长的玻璃管从地板一直堆到天花板,一眼望去满屋子都是。在无数藻类培养用LED 灯照下,这些管子呈翠绿色,玻璃管内的水看起来似乎要临近沸点。然而,尽管数以万亿计的生物体在六米高的光生物反应器中不断繁衍,气氛仍是一派安静祥和。如果不是刚才穿过一幢平平无奇的生产厂房,你也许会认为是来到了火星上的某个生物技术实验室。 事实上你并没有穿越到未来世界,也不是身在外太空。这里是冰岛生产商 Algalif 的微藻农场。 

Algalif公司首席运营官(COO)特里格维·斯特范森(Tryggvi Stefánsson)说:“百闻不如一见,你必须亲自来这个地方好好参观一下,这里看起来有点超现实主义,真的难以形容。”十年来,这家生产商一直在雷雅内斯巴(Reykjanesbær)的小镇培育雨生红球藻( Haematococcus pluvialis)。小镇坐落于冰岛西南端的火山岛上。在使用肖特提供的玻璃管培养藻类后,Algalif 从中提取天然虾青素抗氧化剂,并销售给膳食补充剂等行业。 

岂止于藻类

藻类早已经成为我们日常生活中重要的一部分。每个人都会和它们打交道。当我们在湖中游泳时它们悄悄地在水下挠得你脚底直发痒,当我们在钟爱的日本料理店用餐时,它们是用来制作寿司卷的必备材料,当我们辛苦了一天,惬意地敷上绿色焕颜面膜放松时,它们就是这种面膜里的主要成份。

当然上述例子也告诉我们藻类有很多种。最简单的区别是体积的大小:大型藻类肉眼可见,长度从几毫米到 60 米不等。寿司店使用的藻类,称为紫菜藻。 

而微藻只能借助显微镜才能看见,它们大多都是单细胞生物。长期以来这些藻类一直被用于生产化妆品。 为人们所熟知的微藻包括螺旋藻和小球藻,它们被用于生产食品补充剂。 

藻类同陆地植物一样也能进行光合作用,能提供氧气同时又能作为海藻二氧化碳培养箱,对地球气候有至关重要的作用。然而相比陆地植物,藻类在咸水或淡水中都能迅速生长,且不占用种植用地、无需灌溉。例如,一公顷耕地每年可产出一吨油菜籽生物质,而一公顷藻类可生产同类产品二十吨。与陆地植物相比,藻类优势明显。为此,目前正在开展相关研究以确定是否可以通过针对性利用水生植物来减缓全球气候变化。 

View of algae plants under water.

如今,健康是福。 

无论是来自海洋的微藻还是这家冰岛企业生产的微藻,它们都被视作一种“超级食物”,并在全世界逐步成为健康潮流话题的焦点。如今人们的生活品质提高,也因此有了更多反思、自我优化、追求幸福和健康的空间。健康不再仅限于生理健康,而是生理和心理健康的良好结合,是更“全面 ”的身心健康。 

当然,实现这一目标的方法十分多元。有些方法源于流行和媒体: 正念、排毒、工作与生活的平衡、自我关爱和心理健康,这些都是人们对“大健康”认知中关注度较高的词汇。社交、运动或冥想也能帮助人们获得幸福感,不过几乎所有人都认为健康和可靠的营养摄入是健康生活方式的基础。这包括纯素食、可持续饮食、食用本地当季食物以及有机食物。这些标准也增强饮食的幸福感,因为人们可以通过饮食感受到了与环境的关联。 

为此,营养补充剂或 “超级食物”越来越被认为是健康饮食的必要和重要补充。“超级食物 ”这一术语被频繁使用,成为某些食物的特定代名词。这些食物往往富含内在价值和高度浓缩成份,对人体健康大有裨益。迄今为止,它们在许多行业竞争中胜出,成为顶级超级食物,但它们也并非完美无瑕。例如,营养丰富的牛油果经不起长途运输,超级食物制成的奶昔中可能隐含大量糖分,奇亚籽价格昂贵,而枸杞在生长过程中可能受到土壤污染的影响,连带被污染。 

微藻是超级食物家族一颗冉冉升起的新星。 

真正的多面手

地球大气中约 70% 的氧气来自藻类,这表明藻类在维持地球生命方面起到了至关重要的作用。不仅如此,专家们认为水生植物还具备尚未开发的潜力,因此针对它们开展了广泛的研究。

  • 藻类能源:随着替代能源的需求不断增加,微藻成为生物新能源的潜力正受到越来越多的关注。初步测试表明,微藻可以作为可持续的生物新能源,在更大范围内取代化石燃料。它们不仅能提供能源,而且不会像油菜籽或玉米那样在作为食物和生物能源两者之间顾此失彼。点击阅读
  • 藻类建造:丹麦的一位建筑技术专家正在研发一种可用于住宅隔热的环保型海藻板材。与此同时,慕尼黑工业大学的“藻类技术”(Algentechnikum)项目组正在研究碳中性二氧化碳替代品,以替代从微藻中提取的碳。传统上,这种纤维是从原油或天然气中提取的。点击阅读
  • 微藻肉:一家以色列初创公司正在研发一种紫球藻属(Porphyridium)的红色微藻,用于制作植物汉堡和牛排。这种配方可模仿动物肉类的红色汁液,用于植物肉类替代品,且无需人工色素添加剂。点击阅读
  • 藻类面料晚礼服:柏林的一家初创公司正与一位以色列藻类养殖户合作,通过研发藻类面料和藻类染料彻底改变纺织业。产品优势:避免使用塑料纤维,减少水密集型作物棉花的种植,且不会对皮肤造成化学伤害。点击阅读
  • 微藻制药: 藻类产业已有约 25 年的发展历史,然而它涉足制药领域的探索才刚开始。尽管如此,其指数级的市场增长(约 15%至 20%)已开始吸人眼球。来自冰岛生产商 Algalif 的专家们坚信,在未来几年内制药业将充分利用藻类产品的潜力,与此同时监管审批将成为最大障碍。 
Several petri dishes with green micro algae against white background.

从压力中走出的抗压明星 

回到冰岛,转化过程正在充满淡水的光生物反应器中开启。首席运营官(COO)特里格维(Tryggvi)和公司一支由 50 名员工组成的专业团队一起监督着数万亿微小的单细胞藻类的生长。当藻类达到预期的生长速度时,玻璃管内宁静的混乱局面戛然而止。 

生物学家尤利娅·伽马尼科(Julia Gamaniek)解释道:“生长周期的绿色阶段已经结束,进入下一个阶段,即饥饿阶段,在不利胁迫条件下,藻类无法获得养分。在这一阶段和接下来的红色阶段,小生物受到生长环境不利的压力。“这就是让它们积累产出虾青素的方法。”伽马尼科(Julia)继续说道。 

玻璃管中的翠绿色变成了深棕红色,预示着收获即将到来。虾青素从生物质中提取出来,以葵花籽油为基油,进一步加工成油树脂溶剂。尽管生产过程繁琐,但这种溶剂能有效缓解人们的压力,起到抗氧化、促进新陈代谢平衡的作用。 

“研究表明,虾青素对人类大脑、眼睛、心血管和皮肤的健康有广泛益处,”Algalif 公司的市场部经理斯瓦瓦尔·哈尔多松(Svavar Halldorsson)说。虾青素的功效与作用他早已烂熟于心,他接着说:“虾青素有助于抗衰老和肌肉恢复。”他又补充道,自从三年前开始每天服用虾青素以来,自己的皮肤明显能更好地抵抗太阳紫外线的侵害。更重要的是,哈尔多松(Halldorsson)说医生已经注意到他整个人的身体状况有了显著改善。他笑着说:“我认为那些每天服用虾青素的人,他们的医疗保险都应该打折。” 

有人认为对人体重要的物质,比如虾青素,也可以通过正常营养吸收,因此不需要膳食补充剂。他举例反驳了这种观点:“虾青素的建议摄入剂量是每天8 毫克,为此你必须吃四条大鲑鱼。我的确喜欢吃鱼,但这也有点太多了。”

来自北欧的全球市场领跑者 

Algalif 成立于 2012 年,是世界上最大的天然虾青素生产商之一。虾青素是一种使鲑鱼和火烈鸟呈现粉红色的化合物。公司目前(2023 年夏季)计划将生产面积从 5500 平方米扩大到 12500 平方米。光生物反应器的玻璃管总长度将从 180 公里增加到 600 公里,水量约为一百万升。预计纯天然虾青素的产量将增加两倍多,达到每年 5,000 公斤,是2023 年初的三倍多。

https://algalif.is/ 

Algalif plant in Iceland against cloudy dark sky.

玻璃试管中的自然生态系统 

在成品藻类被送入加工厂或进入销售环节前会经历培养阶段。培养方法多种多样:有使用开放池在自然环境下以阳光为光源的开放式培养系统,也有封闭式培养系统,比如冰岛公司的光生物反应器。这种反应器类似于大管径玻璃试管,但完全不同于实验室培养。 

特里格维(Tryggvi)解释说:“公司的玻璃管中只有最纯净的冰岛淡水和我们的雨生红球藻。反应器可以是塑料或玻璃的。可以通过阳光甚至人造光源来调节藻类的光合作用。Algalif 选择的是肖特玻管和LED灯。

用光培养微藻

微藻的工业化培养是一种高效的大规模生产方法。由玻璃管制成的光生物反应器可提供理想的生长条件,培养出高产、稳定、高质且无污染的生物质。杜安®(DURAN®)硼硅酸盐玻璃管坚固耐用、具备出色的紫外线稳定透过率、良好的生物安全性和卓越的光透射率,非常适合各种光生物反应器技术。 杜安® / DURAN® 是 DWK Life Sciences GmbH 的注册商标。

用光培养微藻

“这与我们的需求完美契合,” 斯特范森(Stefánsson)说,“我们能把单细胞藻放在适量的水中、适度的光源下使其产出虾青素。” 

此外,封闭式培养系统还有另一个关键优势:“冰岛拥有世界上最清新的空气,但事实上无论空气环境如何,玻璃管中的藻类都不会受到影响,” 斯特范森(Stefánsson)的同事尤利娅(Julia)解释道:“这些藻类反而能吸收附近道路上的废气。” 

他说,归根结底,玻璃与塑料相比优势明显。它不会与管内的物质相互作用,且耐用、易于清洗。在 “培养周期的红色阶段 ”和收获期过后,冰岛生物技术飞船又将重新起航:水、藻类培养物,最终蜿蜒的玻璃管再一次散发出绿色光芒,充满生机。 

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