-小球藻在食品中的应用研究进展

1小球藻在食品中的应用研究进展王宝贝1,2，蔡舒琳1，李丽婷1，戴聪杰1,2，卢英华3(1.泉州师范学院海洋与食品学院，福建泉州362000；2.福建省海洋藻类活性物质制备与功能开发重点实验室，福建泉州362000；3.厦门大学化学化工学院化学工程与生物工程系，福建厦门361005)摘要：现代食品工业正朝着绿色健康、便利的方向发展，具有保健功能的天然产物将是今后新型食品的一个重要发展方向。小球藻因高蛋白、富含类胡萝卜素、维生素等特点，具有多种保健功能，可作为功能性食品或保健品应用于食品行业中。本文综述了近年来小球藻在保健食品、功能性食品中的研究和应用进展，着重介绍了小球藻在保健食品及主食、副食、饮料等功能性食品中的具体应用和国内外研究进展，以期为今后小球藻在食品行业中的应用提供参考。关键词：小球藻，功能性食品，保健食品，食品工业ApplicationsofChlorellainfoodindustryAbstract：Modernfoodindustryaimedatgreen,healthyandmoreconvenientfoods.Theuseofnaturalingredientswithfunctionalactivitywasanattractivewaytodesignnewfoods.Duetoitshighinproteincontentandrichnessincarotenoidsandvitamins,Chlorellahadmanyhealthcarefunctionsandcouldbeusedinfoodindustryasafunctionalfoodandnutritionenhancingagent.ResearchprogressontheapplicationsofChlorellainhealthfoodandfunctionalfoodsinrecentyears,especiallyinstaplefood,bakedfood,andbeverage,wasreviewedinthispaperinordertoprovidevaluableinformationforthefurtherapplicationofChlorellainfoodindustry.Keywords:Chlorella;functionalfood;healthfood;foodindustry中图分类号:TS202.3现代食品工业正朝着绿色健康、便利的方向发展，具有保健功能的天然产物是今后新型食品的一个重要发展方向。小球藻（Chlorella）是一种单细胞绿藻，含有丰富的蛋白质、多糖、类胡萝卜素、维生素等营养成分，具有提高免疫力、抗肿瘤、降血糖和血脂等功能[1-4]，在医药、食品及饲料中均有很好的应用前景[5]。其最先是作为一种单细胞蛋白资源被加以开发利用，之后又在此基础上转向开发生产价值更高的保健品、美容食品和食品添加剂。时至今日，小球藻已被世界各地广泛用作健康食品添加剂和动物饲料，美国、日本、以色列和我收稿日期：作者简介：王宝贝(1982-)，女，博士，讲师，研究方向：微藻资源化利用,E.mail:[e-mail]基金项目：国家自然科学基金(41606177)；福建省高校产学合作项目(2015N5006)；福建省教育厅中青年教师教育科研项目(JA15393)；泉州市科技局校地协同创新项目(2016N056)。2017-05-2617:44:08国台湾地区将小球藻粉作为优良饲料添加剂已有30多年的历史[6]。其中，小球藻在家禽、水产养殖饲料中的应用已取得较好的成果。本文综述了近年来小球藻在保健食品、功能性食品中的应用及研究现状，在此基础上提出小球藻在食品行业应用中存在的亟待解决的问题，以期为今后小球藻在食品行业中的应用提供参考。1小球藻的营养成分及其功能小球藻细胞内含有丰富的蛋白质、必需氨基酸、多糖、色素、脂肪酸，并富含多种维生素、矿物元素等营养成分，具有全面而均衡的营养价值和保健功能。1.1蛋白质及氨基酸小球藻细胞内的蛋白质含量可达55%~65%，是丰富的单细胞蛋白来源，可作为蛋白营养强化剂应用于食品产业中[7]。食品蛋白质的营养价值不仅取决于蛋白质含量的高低，还与其中氨基酸的种类密切相关。研究表明，小球藻中氨基酸种类多达18种，以谷氨酸、天冬氨酸、亮氨酸含量最高，其中必需氨基酸的含量占总氨基酸含量的42%，达细胞干重的20%以上[8-9]。此外，小球藻蛋白质还具有清除超氧阴离子自由基、羟自由基[10]和提高免疫力的功效[11]。小球藻蛋白作为免疫激活剂，其抗肿瘤的机制可能为抑制致癌物的诱变性和基因毒性、增生核细胞、与宿主或受体一起作用、通过抗原专一性免疫、使T细胞增殖和活化等[11]。1.2多糖多糖在小球藻中的含量仅次于蛋白质，约为细胞干重的25%~35%[12-13]，具体因藻株和培养方式的不同略有区别。小球藻多糖具有调节机体免疫、抗肿瘤、抗病毒和抗辐射、减轻铜离子等重金属对机体的毒害等多种生物学活性[14]。一般认为小球藻多糖通过促进细胞因子产生，提高人类白细胞抗原(HLA)以及巨噬细胞共刺激分子的表达，增强巨噬细胞吞噬功能，从而达到增强机体免疫力的功能[15]。Hsu等[16]对蛋白核小球藻的水溶性多糖进行分析，发现其主要由乳糖（31.8%）、葡萄糖（20.42%）、半乳糖（10.28%）、甘露糖（5.23%）和木糖（1.27%）等单糖构成。小球藻可溶性多糖通过Toll样受体-4（Toll-likereceptor4，TLR4）介导的蛋白激酶信号通道诱导巨噬细胞中炎症细胞因子1L-1β的分泌。1.3多不饱和脂肪酸小球藻在高光、缺氮等条件下会积累大量的脂肪酸，其中不饱和脂肪酸含量十分丰富。多不饱和脂肪酸具有调节血脂、降血黏、提高集体免疫力等功效[17]。不同小球藻藻株中脂肪酸的种类和含量略有不同，此外培养方式也会影响细胞中脂肪酸的含量及组成。郑雪红等3[18]对一株小球藻的脂肪酸组成进行分析，鉴定出C14:0,C16:2,C16:1,C16:0,C18:2,C18:1,C18:3,C18:0，C20:0共9种脂肪酸，其中不饱和脂肪酸占总脂肪酸的65%。肖艳[19]等采用GC-MS对一株海水小球藻的脂肪酸进行分析，亦从中鉴定出9种脂肪酸，且碳链长度多集中在C16-C18之间。其中，十六烷酸（C16:0）含量最高，十六烷烯酸（C16:1）次之，二十碳五烯酸（eicosapentaenoicacid，EPA）第三；其含量分别占脂肪酸总量的24.88%、24.10%和18.45%。张玲等[13]对ChlorellasorokinianaC74进行营养分析，发现其不饱和脂肪酸含量高达总脂肪酸的72%，而且以亚油酸和亚麻酸含量最多，分别为22.73%和14.87%。亚油酸、亚麻酸和EPA是人体常用必需的ω-3不饱和脂肪酸，人体内无法合成，必须通过食物摄入来补充。因此，可将小球藻作为人体多不饱和脂肪酸的来源应用于食品中。1.4色素、维生素等小球藻细胞内含有叶绿素、叶黄素、β-胡萝卜素等色素。叶绿素具有吸附毒素、排除体内化学毒素和重金属的作用，可用于清除肠、肾、肺血液中的有害物质[20]，能有效保护肝、肾等重要排毒器官[21]。叶黄素和β-胡萝卜素均具有很强的抗氧化能力，可以有效清除机体新陈代谢产生的各种自由基[22]。其中，叶黄素在保护视力[23]、防治动脉粥样硬化[24-25]和糖尿病视网膜病变[26]等慢性疾病方面具有良好功效。β-胡萝卜素不仅能预防机体老化和衰老引起的多种退化性疾病，还是维生素A的间接来源，对防止夜盲症具有重要意义[14]。维生素是维持身体健康所必需的一类有机化合物，其中维生素B1不仅具有保护神经系统的作用，还能促进肠胃蠕动，增加食欲；维生素B3能促进血液循环、预防和缓解严重的偏头痛；维生素C和维生素E具有强的抗氧化能力，具有提高免疫力和美容的效果[13]。小球藻细胞含有维生素B1、维生素B3、维生素C等多种维生素。张玲等[13]对一株蛋白核小球藻的营养成分进行分析，发现其维生素B1、维生素B3是淀粉和瘦牛肉的3.75倍和2.43倍；维生素A和维生素E则是鸡蛋黄的1.35倍和1.75倍。小球藻细胞中的维生素种类齐全，含量丰富，加工成食品或保健品对改善维生素缺乏的人群的身体健康状况具有重要的意义。1.5小球藻生长因子小球藻生长因子(Chlorellagrowthfactor，CGF)是小球藻的热水提取物，主要成分为蛋白质、氨基酸、多糖、维生素等。它具有显著的促进细胞生长的功能[27]，可使乳酸菌呈4倍增殖[28-29]。此外，CGF还具有激活淋巴细胞、增强机体免疫能力、促进伤口愈合的作用，还能预防胃溃疡、高血压和心血管等疾病[14]，其在保健食品中的应用前景十分可观。韩世群[30]等发现，CGF具有增强小鼠免疫调节的生理活性，对造血功能受损的小鼠有恢复作用，4并具有增强小鼠单核巨噬细胞的吞噬功能。进而，刘海琴等[31]连续给小鼠喂食不同剂量的CGF30天发现，每天喂食150、450mg/(kgd)剂量的CGF可以增强二硝基氟苯(DNFB)引起的小鼠迟发性超敏反应，对造血功能受损的小鼠具有恢复作用，同时还可以提高小鼠单核-巨噬细胞吞噬功能，可以增强小鼠免疫能力。2小球藻在保健食品中的应用随着海洋湖泊资源开发受到广泛关注，小球藻因其全面而丰富的营养价值，在家禽、水产养殖饲料及食品中已取得较好的应用成果。研究表明，在家禽日粮中添加0.2%和0.3%小球藻能提高饲料的摄取率、减少家禽的死亡率[32-33]，Köhler等[34]在母猪和仔猪饲料中添加1%小球藻，试验组的成活数量提高50%。将其用于水产饲料不仅能作为鱼虾蟹等的开口饵料及饲料营养强化剂，还能在一定程度上改善水产品品质及养殖水域的水质[35-36]。小球藻还可作为食品添加剂，用于面食、酿酒、发酵食品等食品的品质改良和调味[37]，并能利用其生产叶绿素、脯氨酸、油脂等能为食品起到增色添香和提高营养作用的副产品。日本已在2003年研发出以小球藻的热水抽提液为主要原料，辅以多种调味料制成的小球藻食品添加剂[38]。同时，生物技术的迅猛发展，推动了小球藻产业化迅速发展，研究小球藻的营养保健和功能作用对开发新的保健功能食品具有重要的意义[39]。目前，小球藻保健食品的形式主要以小球藻片、小球藻粉、小球藻胶囊、小球藻颗粒及小球藻保健饮料为主[40]。2.1小球藻单一成分的保健品概况日本开发的小球藻片以破壁的小球藻粉和大豆磷脂为主要原料配制而成，其采用独特的细胞破壁专利技术使产品的有效成分更容易被人体消化吸收。我国台湾地区某公司研制出一种荣获卫生署健康食品（调节免疫功能）认证的绿藻片及绿藻粉，是我国小球藻健康食品的代表之一。目前国内藻类保健食品大多以藻片、藻粉为主，其中藻粉又有破壁与否之分。由于小球藻细胞被较为坚韧的细胞壁所包裹，营养物质大多存在于藻体细胞内，不易为机体吸收。因此，食品加工过程中会将小球藻粉进行破壁预处理以提高人体对藻细胞营养成分的吸收利用率。目前，应用于食品工业中的小球藻常采用研磨法、高压匀浆法、超声波破碎法等较为温和、无毒的物理破壁方法[41]。液氮研磨的小球藻破壁率理想，但该方法效率低、成本高，不适合大规模生产[42]。相比之下，采用球磨机更适用于工业上破碎藻体细胞。鲁龙等[43]采用星式球磨机破碎小球藻细胞，并对工艺参数进行优化，发现当藻液浓度为150g/L、破碎时间为2.5h、球磨机转速为400r/min、藻液与钢珠的质量比为3:4时，小球藻的破壁5效果理想，油脂得率为46.89%。高压匀浆法常用于破碎藻类细胞提取藻蛋白，细胞破碎率随着压力的增大、时间的延长而增加[44]。鲁龙等[45]以小球藻发酵液为原料，对其高压均质工艺参数进行优化，发现当藻液浓度