“微藻”與水產(chǎn)美味之間那些你不知道的事兒！

編者按：你一定知道，水是生命之源。你不一定知道，水里大有乾坤。中科院之聲與中國科學(xué)院水生生物研究所聯(lián)合開設(shè)“水經(jīng)新注”專欄，在這里，我們將一起暢游水世界，探尋水生生物的奧秘，共同守護綠水青山。

中國的美食講究一個“鮮”字。紀(jì)錄片《舌尖上的中國》在講述《五味的調(diào)和》時說道：“鮮”既在“五味”之內(nèi)，又超越了“五味”，成為中國飲食中最平常但又最玄妙的一種境界。而一提到“鮮”，你是不是不自覺地想到了魚、蝦、蟹、貝這些水產(chǎn)美味兒呢？

你多半不會把“鮮”與微藻聯(lián)系到一起吧？

說不定你甚至都還沒搞清楚這“微藻”到底是個啥！

其實，這小小的微藻與水產(chǎn)養(yǎng)殖的關(guān)系可大著咧！

今天，我們就來叭一叭微藻與水產(chǎn)養(yǎng)殖的那些事兒吧！

首先凡爾賽一下，看看中國的水產(chǎn)養(yǎng)殖到底有多強！中國是水產(chǎn)養(yǎng)殖大國，水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量占全球水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量的60%。據(jù)《2020中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒》統(tǒng)計，我國2019年漁業(yè)產(chǎn)值達到1.29萬億元，全國水產(chǎn)品總量為6480萬噸，其中78%來自于水產(chǎn)養(yǎng)殖。

隨著人民生活品質(zhì)的不斷提高，對優(yōu)質(zhì)水產(chǎn)品的需求也不斷增加。然而，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展也面臨著一些挑戰(zhàn)， 比如缺少高質(zhì)量的魚粉替代品等等。

魚粉是水產(chǎn)養(yǎng)殖飼料中主要的蛋白質(zhì)來源。隨著魚粉供給日趨緊張，價格不斷上漲，水產(chǎn)養(yǎng)殖成本逐年增加。而豆粕、玉米等植物來源的蛋白質(zhì)替代品飼料轉(zhuǎn)化率較低，且近年來價格也逐步攀升。因此，能否尋找到高品質(zhì)的魚粉替代品成為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展瓶頸。

我們做過一個有趣的計算：2019年中國水產(chǎn)飼料產(chǎn)量為2200萬噸，若按照優(yōu)化的水產(chǎn)養(yǎng)殖飼料轉(zhuǎn)化率1.5:1來算，那么這些飼料可以轉(zhuǎn)化成大約1500萬噸的水產(chǎn)動物。然而2019年中國的水產(chǎn)養(yǎng)殖總產(chǎn)量達到了5100萬噸！那么，這多出來的3600萬噸水產(chǎn)動物是吃什么長大的呢？

——我們認(rèn)為答案是：水體中的微藻和以微藻為食的浮游動物。也就是說微藻本來就直接或間接地?fù)?dān)當(dāng)了水產(chǎn)動物的主要天然食物來源。那么，讓我們正式來認(rèn)識一下微藻吧！

藻類，是一大類光合自養(yǎng)植物，對環(huán)境具有極強的適應(yīng)性，廣泛分布于各種水體環(huán)境中。其中微藻憑借體積小，生長快，結(jié)構(gòu)簡單，易于培養(yǎng)，富含蛋白質(zhì)、多糖、多不飽和脂肪酸和色素等多種營養(yǎng)物質(zhì)的優(yōu)勢，現(xiàn)已證實在飼料、食品和醫(yī)藥等領(lǐng)域具有很好的開發(fā)和應(yīng)用前景。微藻與水產(chǎn)養(yǎng)殖的關(guān)系可謂是千絲萬縷，我們可以先看看圖1，微藻在水產(chǎn)開口餌料、飼料添加劑、水質(zhì)調(diào)控和尾水綜合治理等方面都發(fā)揮著非常重要的作用呢！下面就從這四個方面來逐一介紹吧！

圖1 微藻在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的四個重要用途

微藻是水產(chǎn)動物的天然餌料

在魚蝦貝類等主要水產(chǎn)養(yǎng)殖品種的育苗階段，都需要大量的活藻作為開口餌料。甚至，在牡蠣、蛤、蚌、扇貝等貝類的整個生長過程中，微藻都是無可取代的。用于餌料的微藻多為角毛藻屬（Chaetoceros spp.）、海鏈藻屬（Thalassiosira spp.）、卵囊藻屬（Oocystisspp.）、湛江等邊金藻（Isochrysis zhangjiangensis）等。2019年我國的魚苗、蝦苗和貝類育苗產(chǎn)量分別為12631億尾、18121億尾和25222億粒，據(jù)計算，這些水產(chǎn)苗種全年要吃掉大約1.6萬噸的微藻。

目前我國水產(chǎn)育苗場的微藻培養(yǎng)系統(tǒng)還是小作坊式生產(chǎn)模式（圖2）。這種培養(yǎng)模式的缺點顯而易見：效率低、易污染、難以擴大培養(yǎng)；同時很多企業(yè)工廠缺乏專業(yè)的藻類培養(yǎng)人員，更不具備細(xì)胞組分改良的技術(shù)和能力。這些問題嚴(yán)重制約微藻在水產(chǎn)餌料應(yīng)用上的經(jīng)濟效益和長足發(fā)展。因此，亟待建立餌料微藻規(guī)?；?、工業(yè)化高效培養(yǎng)流程及標(biāo)準(zhǔn)化微藻餌料產(chǎn)品的開發(fā)工業(yè)，以提高我國水產(chǎn)育種的效率。

圖2 現(xiàn)階段我國水產(chǎn)育苗場常用的微藻培養(yǎng)體系（攝于國內(nèi)的多個育苗場）

微藻是優(yōu)秀的水產(chǎn)飼料原料

與傳統(tǒng)的水產(chǎn)飼料原料（玉米和大豆等）相比，微藻優(yōu)勢明顯，比如生長周期短、不占耕地、可高密度培養(yǎng)等，且受季節(jié)、氣候、種植區(qū)域的影響較小。同時，微藻蛋白質(zhì)含量高、氨基酸種類齊全，可與魚粉媲美。如蛋白質(zhì)含量方面，魚腥藻為干重的40~50%，小球藻、柵藻和衣藻為50~60%，螺旋藻、微囊藻、隱藻和裸藻中甚至可達60~70%。微藻中的必需氨基酸含量與魚粉相當(dāng)甚至更優(yōu)，如蛋白核小球藻和鈍頂螺旋藻中的亮氨酸和苯丙氨酸含量，微小色球藻中多種氨基酸含量均超過魚粉，具體參數(shù)見表1。

表1 部分微藻與魚粉的必需氨基酸含量對比

微藻中不僅含有豐富的蛋白質(zhì)，其脂肪酸組成也與魚油相似（如微擬球藻、裂壺藻等海洋微藻），是替代魚油最理想的脂肪源。另外，水產(chǎn)動物生長所必需的另一類重要物質(zhì)——碳水化合物，在微藻中的含量也非?？捎^。如螺旋藻中碳水化合物含量為12%－25%。有些微藻還富含多不飽和脂肪酸、蝦青素、類胡蘿卜素等功能性成分，這些成分是水產(chǎn)動物生長發(fā)育所必需而它們自身又不能合成的。水產(chǎn)飼料中添加富含這些活性成分的微藻，能顯著提升水產(chǎn)品品質(zhì)。我們的一項動物實驗結(jié)果顯示，在飼料中添加了5%的黃絲藻后，顯著增加了虹鱒魚的攝食率和增重率，同時肌肉中POA、EPA和DHA的含量也得到顯著提升，魚肉品質(zhì)得到較大的提升。此外，黃絲藻飼喂的虹鱒魚的多項免疫指標(biāo)均有提升，抗病能力也有所增強。

基于微藻的“綠水”技術(shù)能有效改善養(yǎng)殖水體質(zhì)量

“綠水”技術(shù)是指通過向水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境中添加微藻，進行水質(zhì)調(diào)節(jié)的方法。其主要原理是：利用微藻去除水體中的氮、增加水體中的氧氣，從而改變水質(zhì)，同時作為餌料可直接或間接（通過浮游動物的富集或生物絮團形成）為水產(chǎn)動物幼體提供營養(yǎng)，并為濾食性攝食動物（如鰱魚、鳙魚、羅非魚、卡特拉魚等）提供天然餌料。微藻本身具有的抗菌及抗病毒特性也能夠進一步提高養(yǎng)殖水體的安全性?！熬G水”體系是一種低成本、容易管理、環(huán)境友好的處理方法，并能減少抗生素和化學(xué)試劑的使用。據(jù)研究者計算，每增加1%的“綠水”生物質(zhì)生產(chǎn)率，可使世界水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量增加10萬噸。

微藻還可以用于養(yǎng)殖尾水處理以及營養(yǎng)再利用

養(yǎng)殖尾水中含有大量的廢棄營養(yǎng)鹽，包括NH3, NO2-, NO3-, PO43-, COD等等，而這些成分都可以作為微藻生長的營養(yǎng)來源。因此利用微藻對養(yǎng)殖尾水進行再利用，不僅可達到凈水的目的，而且為微藻生長提供了營養(yǎng)來源，可謂是一舉兩得。

目前很多種類的微藻都已經(jīng)實現(xiàn)多種形式的大規(guī)模培養(yǎng)，如在開放式跑道池和封閉式管道系統(tǒng)中通過光合作用進行自養(yǎng)培養(yǎng)（圖3）和在發(fā)酵罐中進行高密度異養(yǎng)培養(yǎng)（圖4）等。培養(yǎng)的微藻可制成濃縮藻液或藻泥直接投入生產(chǎn)，也可以進一步干燥制成藻粉（圖5），方便保存運輸及后續(xù)使用。

圖3 在管道中對微藻進行大規(guī)模自養(yǎng)培養(yǎng)（攝于國投微藻生物科技中心）

圖4 在發(fā)酵罐中對微藻進行大規(guī)模異養(yǎng)培養(yǎng)（攝于國投微藻生物科技中心）

圖5藻粉（從左到右依次為金藻、螺旋藻、佐夫色小球藻，攝于中國科學(xué)院水生生物研究所實驗室）

微藻不僅能夠成為水產(chǎn)動物優(yōu)質(zhì)的營養(yǎng)來源，還可以作為調(diào)節(jié)水體生態(tài)環(huán)境的重要手段。將微藻加入水產(chǎn)養(yǎng)殖體系，特別是工業(yè)化設(shè)計的水產(chǎn)養(yǎng)殖體系中，構(gòu)建微藻培養(yǎng)-水產(chǎn)養(yǎng)殖-微生物處理的綠色高效循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖模式（圖6），將大大提高水產(chǎn)養(yǎng)殖的密度和效率，加速我國工業(yè)化水產(chǎn)養(yǎng)殖模式的建立和發(fā)展。

圖6 微藻培養(yǎng)+水產(chǎn)養(yǎng)殖=綠色高效循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖模式

隨著我國對環(huán)境保護的加強和控制碳排放的戰(zhàn)略需求，綠色養(yǎng)殖模式會逐步替代傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖模式，微藻將會在水產(chǎn)養(yǎng)殖中發(fā)揮更大的作用，相信微藻跟水產(chǎn)養(yǎng)殖未來還會發(fā)生更多有趣的事兒，讓我們翹首以待吧！

來源：中國科學(xué)院水生生物研究所