海藻的综合利用

海藻的综合利用魏文杰学号201106021077食工学院济南大学科技园250353摘要：海藻生产过程在肥料、人工、机械等方面的成本也较陆地能源作物所需的成本要低。在当前能源危机频现，环境问题突出，土地储备剧减，农作物增产乏力，加大对海洋生物资源的利用尤其是对海藻的综合利用有重要的意义。关键词：海藻综合利用农业能源生化引言在占地球百分之七十的海洋中，海藻是当今世界上生物量最大、最古老的植物之一。海藻是制造氧气与食物的重要基础生产者，某些海藻还具有耐盐碱、耐pH、温度和压力等极端环境的卓越生存能力。通常只需日光、空气和海水，人们便可以周而复始地从浩翰的海洋中索取它。海藻可以净化水质，同时也是海洋生物栖息、产卵、觅食的地方，其对海洋生态之平衡与稳定，及资源之保育有不可抹灭的影响力。海藻生产过程在肥料、人工、机械等方面的成本也较陆地能源作物所需的成本要低。在当前能源危机频现，土地储备剧减，农作物增产乏力，加大对海洋生物资源的利用尤其是对海藻的综合利用有重要的意义。1海藻的生活特性1.1概述海藻通常固著于海底或某种固体结构上，是基础细胞所构成的单株或一长串的简单植物。大量出现时分不出茎或叶的水生植物。以海藻为名的生物囊括了很多种，这些形体差异巨大、横跨了多种生命体，共同点主要是生活在海水中，可以通过自身体内的色素体以及光合作用来合成有机物。最常见的大型海藻是海草，如︰绿藻、红藻和褐藻。1.2海藻的分类：常见的褐藻包括大型褐藻、马尾藻和墨角藻属。太平洋及南极地区的巨藻属和海囊藻属的某些种长度超过33公尺，是最大的藻。海带属在太平洋沿岸及不列颠群岛都很丰富。常见的红藻包括掌状红皮藻、紫菜、石花菜属、角叉菜属。北大西洋的掌状红皮藻淡紫红色，由扁平的单生或丛生的叶状体所构成，外表扇状，分成多数二叉型裂片。低潮时，大西洋岩石海岸潮间带的下半部，丛生著角叉菜属的各个种。春夏两季，不列颠群岛、日本及其他地方潮间带的高潮线下紫菜很多。石花菜属用于制造琼脂。海藻中绿藻较少，石蒓属便是其中之一。海藻具有重要经济价值，如紫菜、掌状红皮藻、马尾藻和石蒓在世界各地作为食物，褐藻常用作肥料。[1]2.农业应用2.1海藻肥海藻肥是一种使用海洋褐藻类生产加工或者是再配上一定数量的氮磷钾以及中微量元素加工出来的一种肥料。目前有多种形态，市场上主要是以液体跟粉末为主，很少一部分是颗粒状态。海洋褐藻含有很多种物质，海藻及海藻植物生长调节剂中已被研究的主要活性物质有以下几种：1细胞激动素2.生长素3.赤霉素4.脱落酸5.乙烯6.甜菜碱7多胺等.[2]近年来，我国的海藻肥料有了长足的发展，目前主要生产企业都集中在山东半岛地区：如中国海洋大学生物工程开发有限公司，青岛明月海藻集团有限公司，青岛聚大洋海藻集团等2.2水产养殖海藻在近海水产养殖中应用广泛，不仅能有效改善水生物的生活环境，提供生活空间，增加食物来源，也能降低养殖过程中对环境的影响。2.3饲料2.3.1家禽饲料在水产饲料和畜禽饲料中添加，能够改善饲料的营养结构，提高饲料利用率，调节养殖动物的机体代谢，提高免疫力与抗病力，促进生长，具有其它高蛋白饲料无法比似的特殊价值[3]。一、在奶牛日粮中添加5%海藻粉，可促进采食量和提高产奶量6%以上，奶中含碘量明显增加，提高了牛奶的营养价值，奶牛生殖疾病和乳房疾病明显减少，配种受胎率提高。二、在哺乳猪饲料中添加4%海藻粉，可提高产奶量8%以上，能提高产活仔猪率，使仔猪生长发育明显加快，断奶体重增加。在育肥猪日粮加入2%－3%海带粉，日增重可提高18%，节省精饲料2%－4%，料肉比达到3.2－3.1：1，可减少猪发病率。三、在肉用仔鸡日粮加入2%海藻粉，肉鸡生长速度可提高15%－20%，饲料转化率提高12.5%－15%，鸡率明显降低。在蛋鸡饲料中添加3%海藻粉，不仅能提高饲料转化率，而且能节约精料，可使鸡产蛋率提高7%，破蛋率减少约5%，并且可明显降低饲料成本，同时类胡萝卜素可增加蛋黄琢色度！四、在鱼虾饲料中加入海藻粉，既富营养，又有凝结和防溃散作用。尤其是在矿物质和微量元素贫乏的水质中使用，对于虾的生长和病虫害防治也有明显的效果。2.3.2宠物美容配方一、美毛，增加色素沉积天然海藻粉促进皮肤细胞新陈代谢，延缓细胞老化，增强皮肤弹性，防止毛发干燥脱落，促进新毛发的生长，帮助毛发恢复到天然的色泽，帮助色素沉淀，有效保持鼻部黑色。二、保护皮肤健康天然海藻粉减少皮肤病发病率，改善皮肤过敏及瘙痒，加快皮肤病的愈合，促进伤口的恢复。三、增强体质天然海藻粉中蛋白质、氨基酸、碳水化合物、维生素和矿物质等大量营养物质可提高免疫系统，强壮骨骼，加强体能和耐力，抵抗疾病。3.海藻的食用价值3.1、蛋白质：海藻含有一种特殊的蛋白质称为亲糖蛋白，它对特定糖类具有亲和性而与之非共价结合。亲糖蛋白普遍存在于陆上动植物及微生物中，尤其在豆科植物种子里更是丰富。亲糖蛋白藉其辨识糖类的特性，在生物的防御、生长、生殖、营养储藏及生物共生上扮演重要角色。亲糖蛋白也可应用于血球分离检测，药物载体、免疫抗体的产生及抗癌药物的医药用途上。海藻亲糖蛋白能激活淋巴细胞，因而和免疫机能有密切关联。3.2褐藻的褐藻糖：是海藻的抗肿瘤及抗凝血活性成分中，研究得最多的一种化合物，实验结果显示此单糖可抗肿瘤及延长小老鼠寿命；许多种褐藻，如裙带菜及马尾藻的褐藻聚糖，同样能抑制肿瘤及增强老鼠的免疫抗体机能；褐藻酸是褐藻细胞壁的主要成分，其抗癌活性，和所含的甘露糖醛酸及古罗糖醛酸成分有关。3.3、食物纤维：食物纤维是具有多醣类结构的大分子，是构成海藻细胞壁的主要成分，也多分布在细胞间隙中。红藻及褐藻含有丰富又多种的食物纤维，且大部分是水溶性。纤维的含量及结构因海藻种类而有不同；绿藻的纤维成分和陆上植物大致相同，主要是纤维素，但红藻中是洋菜、角叉藻聚醣及布糊，褐藻中是褐藻酸、褐藻聚醣及海带醣。一般海藻的纤维量约为干重的30~65%，远大于豆类、五谷类、蔬菜类及水果类的平均含量。3.4、维他命：当人体某种维他命不足或缺乏时，就会引起代谢失调或疾病。海藻含有多种维他命，主要的有维他命B12、C及E、生物素及烟碱酸。人体维他命B12不足会导致长期疼痛、贫血及疲劳，甚至精神异常；这种维他命在海藻中的含量虽然不多，但广泛地分布在各种藻类中。烟碱酸亦广泛存在于各种海藻中，在治疗关节炎、偏头痛及失眠上有其用途。海藻也含有生物素，有助于调整脂肪的代谢作用。有些海藻还含有维他命B1、B2、D、A及K，这些微量维他命也有其特定功能。3.5、无机元素：海水含有45种以上的无机元素，而海藻生长在海水里，每天吸收无机元素作为营养成分，因此海藻会比陆上植物含有更多种及多量的天然无机元素，可以提供人体所需。3.6、胺基酸及脂肪酸：一些食用海藻如紫菜、掌藻、石莼及石发等有较多的蛋白质，约为藻体干重的20~39%。海藻含有二十余种人体必需的胺基酸，重要的是大部分种类都有含硫胺基酸，如牛磺酸、甲硫氨酸、胱氨酸及其衍生物，每一百克干重藻体的含量约在41~72毫克之间。除母奶、鸡蛋及豆类含多量的牛磺酸外，一般陆上食物蛋白质的含硫胺基酸大都不足或缺少，摄取不足时，会影响人体健康。4.海藻的医药价值4.1.1、海藻中含有大量的能明显降低血液中胆固醇含量的碘，常食有利于维持心血管系统的功能，使血管富有弹性，从而保障皮肤营养的正常供应。2、海藻中的蛋氨酸、胱氨酸含量丰富，能防止皮肤干燥，常食还可使干性皮肤富有光泽，油性皮肤可改善油脂分泌。3、海藻中所含维生素丰富，可维护上皮组织健康生长，减少色素斑点。4、抗病毒，防癌抗癌：海藻提取液蛋白多糖类可对抗各种病毒，其中包括艾滋病病毒和致癌的RNA病毒。5、预防白血病：藻胶酸可与放射性元素锶结合成不溶物排出体外，使锶不致在体内引起白血病等。6、降血压：较大剂量的海藻（0.75克/千克）对麻醉犬、免有明显持久的降压作用，水剂较酊剂为强，藻胶酸钠如大剂量也能使动物血压短暂下降（中等量则使血压短暂上升）。7、抗甲状腺功能亢进（甲亢）海藻中所含的碘可用来纠正因铁碘而引起的甲状腺功能不足，同时也可暂时抑制甲亢的新陈代谢率而减轻症状，但不能持久，仅作为手术前的准备。5.化工用途以海藻为原料制成的化工产品。1670年日本发现了用红藻生产琼胶的方法，并开始海藻胶的生产。20世纪50年代末中国进行了从海带提取褐藻胶、甘露醇和碘的综合利用研究，60年代末投入工业性生产。海藻加工产品主要有红藻胶质制品与褐藻化工产品两类。5.1卡拉胶红藻胶质制品，红藻胶质的基本化学成分是由半乳糖组成的半乳糖胶。不同种类红藻所含胶质中半乳糖的构型和构象以及所含硫酸基的数量与结合位置不同，各种制品的性质也有不同。主要制品有：①琼胶。②卡拉胶。③叉红藻胶。从帚状叉红藻中以热水提取出的多糖。此种藻类多产于大西洋北部。叉红藻胶的主要化学结构类似K-卡拉胶。用途和卡拉胶相似，绝大部分用于食品工业。④海萝胶。海萝属红藻所含的胶质。海萝加热水搅拌提取，滤液与染料可直接配成印花浆使用。[4]5.2甘露醇褐藻化工产品主要有褐藻胶、碘和甘露醇等。褐藻胶是从海带等褐藻经加碱提取出的一种水溶性高粘度胶体，是所有褐藻所共有的细胞间多糖。褐藻胶包括水溶性褐藻酸的铵、钠、钾盐，以及不溶于水的褐藻酸及其钙、铁等两价以上的金属盐类。6.海藻的新能源开发6.1海藻炼油微藻是指一些微观的单细胞群体，是最低等的、自养的释氧植物。它是低等植物中种类繁多、分布极其广泛的一个类群。无论是在海洋、淡水湖泊等水域，或在潮湿的土壤、树干等处，几乎在有光和潮湿的任何地方，微藻都能生存。微藻制油是通过光合作用，将二氧化碳转化为微藻自身的生物质，从而固定了碳元素，待微藻自身的碳物质转化为油脂后，进而利用物理和化学方法把微藻细胞内的油脂转化到细胞外，提炼加工后生产出生物柴油。相关研究资料显示，每培养1吨微藻，可实现2吨二氧化碳减排量，而藻类由于含有大量生物油脂，单位面积产油量理论值大大高于其他植物；在每公顷土地上，玉米的年产油量只有120升；大豆为440升，藻类可以达1.5万至8万升。[5]6.2海藻乙醇美国能源部的一项研究显示，在理想条件下，海藻能够生产的乙醇是甘蔗生产乙醇的两倍，是玉米乙醇的五倍。从环境保护的角度来看，海藻还可以吸收农业用水、市政用水中的富氧成分和污染物，有利于水域的清理。所以，海藻一直是生物燃料研究者醉心的对象。6.3海藻发电国外科学正在海洋上建立海藻园新能源基地，采用生物工程技术进行人工种植栽培，形成海藻规模生长，以满足发电站的燃料需求。据专家计算一块56平方公里的海藻园种植海藻发电，其电力即可满足英国的供电需求。试验表明，海藻发电的成本比核能发电便宜得多，与使用煤炭、石油、天然气相比发电成本大抵相当。而海藻在燃烧过程中产生的二氧化碳，可通过光合作，用循环用于海藻的生长，因此不会向空中释放可使气温升高的温室气体，对保护环境有重要意义。据称海洋藻类中储备的有机物十分惊人，等于陆地植物的4—5倍。不言而喻，在21世纪的植物能源中，海藻发电将大有可为，前景诱人。[6]7海藻治污7.1海藻解决空气污染加拿大安大略省正在帮助Pond生物燃料公司开发空气净化技术。在政府的支持下，Pond公司正在圣玛丽斯水泥厂试运行一套全新的高科技二氧化碳吸收系统。新系统通过吸收烟囱排放的污浊气体，将其用于培育海藻，从而达到减排温室气体的目的。培育而成的海藻可用于生产石油或转换成为生物柴油和生物塑料。Pond公司预计于2014年底前在圣玛丽斯地区将该套系统全面商业化。[7]7.2海藻治理水污染海藻生长快，环境适应能力强，繁殖迅速，能高效利用水体中的养分进行光合作用进行新陈代谢，积累有机化合物，可以利用海藻的这些特性，来治理水体污染。当海水受到污染富营养化时，可将大型海藻浒苔种植水面，然后将其收集起来，转化成生物油，从而达到治污的目的。自工业革命以来，人类大量使用煤、石油、天然气等化石燃料，促使工业快速发展，世界经济也因此大幅度成长。然而毫无节制地开发与使用化石能源却逐渐引发各种问题，其中又以能源耗竭、环境危机和温室效应最为严重。008年初，国际