富硒产品市场前景论文（富硒农产品市场需求）

葛仙米规模化培育及富硒培养技术综述

辛茂盛 逄勇 贾如辉

1 葛仙米

本文介绍了葛仙米的基础知识、应用价值、发展现状，同时着重阐述了规模化培育及富硒培养技术开发等相关工作实践情况，在此基础上对今后葛仙米产业发展做了科学合理的展望。

葛仙米(Nostoc sphaeroids kiitz)又称水耳子、天仙菜，是一种多细胞丝状蓝藻，与地木耳、发菜同属蓝藻门、蓝藻纲、段殖藻目、念珠藻科、念珠藻属[1]，是一种低等的单细胞蓝藻，其出现时间早于螺旋藻(Spirulina)[2]。

葛仙米藻体呈胶质状、球状或其他不规则形状，颜色为蓝绿色或黄褐色。在湿润状态下多呈绿色，干燥后呈灰黑色状[3]。形状为细胞球形，由多数细胞连成念珠状的群体，外面包有胶质[4-5]。异形胞位于丝体的细胞间，幼藻丝体常位于顶端[6]。葛仙米繁殖时多产生厚壁孢子，串生成链状，附生于水中沙石间或阴潮的泥土上[7]。在我国南方，葛仙米多生长于水田中，生长期从当年11月份到次年5月份。

全球范围内，葛仙米的分布非常稀少，产量甚微，产地平均亩产量为0.5公斤干藻[8]。国内主要产区分布地是湖北省鹤峰县走马坪，随着现代化耕作方式的推广及农药化肥的广泛使用，野生葛仙米产量大大降低，在个别原产地甚至已经濒临绝迹[9-10]。

目前国内外对葛仙米的研究较少,葛仙米的获取主要有野外养殖和人工培养两种方式。但是，无论野外养殖的葛仙米产量低、生长周期短、受季节影响大、营养成分含量低；人工培养的葛仙米培养装置复杂、建造成本高，培养规模受限。

2葛仙米的应用价值

葛仙米是我国传统的珍贵野生食药两用藻类，据记载已有1500多年的食用历史[11]。相传东晋时期，炼丹术家、医学家、道教理论家葛洪隐居南土，灾荒之年采葛仙米为食，方获晓其健体之功能；后葛洪入朝以葛仙米献于帝王，体弱之皇子食后病除体健，帝王感葛洪之功，遂亲赐名“葛仙米”，沿称至今[12]。《野菜博录》、《本草纲目》、《本草拾遗》等众多古籍中也对葛仙米有详细记载。《本草纲目》载，葛仙米有“明目益气，补肾”之功效；《本草拾遗》载葛仙米可用于“解热，清膈，利肠胃”；《药性考》载葛仙米“清神解热, 痰火能疗,且久服延年”[13]。

现代科学研究发现，葛仙米含18种氨基酸，包括人体必需的八种氨基酸，且干物质总蛋白高达56%左右，粗脂肪8.11%，碳水化合物12.69%，灰分10.88%，叶绿素30.98 mg/g，抗坏血酸5.50 mg/g，维生素C含量丰富，维生素B1、B2均高于一般菌藻类[14-16]。其矿物质含量也极为丰富，高达15种，最丰富的有磷、硫、钙、钾、铁等，较少的有铅、硅、镁、钡、锗等，微量元素有锌、铜、锰，还有淀粉和糖类[17]。含钙量高于一般蔬菜，是一种极好的天然富钙营养食品[18]。对葛仙米进行的成分分析表明[20]，葛仙米不仅是一种蛋白质含量极高的藻类，同时还含有丰富维生素C、维生素E和B族维生素。而且，葛仙米的脂肪含量低，含有不饱和脂肪酸，对肥胖以及糖尿病患者的身体改善具有极佳的功效，可以用于患者的日常食用[21]。

随着现代科学技术发展，科研配套设施的逐步完善，人们对葛仙米认知的不断深入，葛仙米的培育及研究的开发前景更加广阔。目前其主要应用于初级健康食品、日化产品的开发，少量用于糖尿病，心脑血管疾病等患者的日常膳食[19]。

葛仙米在药用方向上应用前景广阔。葛仙米中的多糖含量也极为丰富[22]，且其所含多糖具有多项生物活性，在防癌，抗癌，提高免疫力方面有独特的功效。现有相关研究均以基础性研究为主，在临床方面的研究实践较少。但根据已有研究确定的葛仙米具有的改善人类健康水平的功能，可以预见葛仙米中的多种营养物质在未来治疗肿瘤，艾滋病，糖尿病等疾病的临床应用前景非常开阔。国外报道表明,葛仙米能够降低小鼠血浆中总胆固醇和三酰甘油含量,其作用途径涉及到抑制胆固醇吸收、提高脂肪酸氧化以及上调羟甲基戊二酰辅酶Ａ、还原酶和低密度脂蛋白受体的表达[23-24]。高血脂诱发的动脉粥样硬化是许多心血管疾病的主要病理特征之一,降低高血脂对预防动脉粥样硬化和保护心血管具有重要意义[25]

葛仙米具有保健、抗衰老方面的应用价值。葛仙米营养全面而且含量十分丰富 ,在改善人体衰老方面也具有很好的功效[26]。葛仙米中含有的多种的氨基酸、藻多糖及超氧化物歧化酶(SOD)等在提高免疫力、延缓衰老、改善肤质等方面具有不错的效果。葛仙米中含有的维生素、蛋白质以及多糖可以还原体内多余的活性氧自由基。现代生物学表明，过量活性氧自由基产生的氧化胁迫会加速人体机体衰老，机体衰老就会降低人体的免疫系统活力，容易引发癌症、心脑血管疾病等多种疾病[27]。因此，减轻活性氧自由基的氧化胁迫对延缓衰老和缓解衰老引发的病症有极大的促进作用。

葛仙米可广泛应用于缓解、抵抗人体炎症。炎症是人体在应对炎症细胞因子、活性氧自由基、脂多糖等炎性介质刺激时所产生的机体防御反应。长期、急性的炎症反应与心血管疾病、神经退行性疾病、关节炎等多种疾病的发生发展密切相关，因此减轻炎症胁迫是缓解相关病状的有效手段[28]。研究显示，葛仙米中的多糖类、色素类和萜类等成分能够抑制多种炎性介质的细胞毒性和致炎作用[29]。

从野外养殖来说，葛仙米的广泛培养对土壤改良、环境固碳具有潜在意义。葛仙米是一种土壤微藻,唐东山[30]等研究发现,土壤微藻对于贫瘠土地具有改良作用。藻类的光合作用及其它代谢活动能改良土壤的pH值和增加有机质含量,为植物生长提供必需营养物质。土壤微藻可以为其它微生物的生存提供条件，增加土壤的磷元素含量和改善土地缺磷的状态。研究表明，葛仙米具有特殊的“二氧化碳浓缩机制”，具有强大的无机碳利用和减轻光抑制功能[31]。此外, 在农业生产及水土保持、防沙治沙等综合治理活动中 ,葛仙米也具有重要的作用。

3产业发展状况

从20世纪70年代开始, 中国科学院水生生物研究所就开始了对葛仙米的研究[32],黎尚豪院士将葛仙米作为一种潜在的可供利用的稻田固氮蓝藻, 并在人工条件下进行了初步的培养[33]。后来在许多研究人员的共同努力下, 葛仙米的培养取得了较大的进展。 刘永定[34]及其团队在开发葛仙米培养技术时,根据所掌握的实验数据首次全面地介绍了葛仙米的培养方法。陈超等对葛仙米的生长和繁殖条件作了简要的探讨，确定了葛仙米生长所需的最适温度以及土壤酸碱度[35]。中国科学院水生生物研究所已经成功地实现了葛仙米室内和室外培养, 其人工养殖技术通过了湖北省科技厅组织的科技成果鉴定。2003年，由中科院水生生物研究所研究员胡征宇博士领导的学科小组开展对“葛仙米的人工养殖研究”项目的研究[36]，并成功实现了葛仙米的人工养殖，成为世界首家，为葛仙米的产业化生产提供了技术路线，达到了国际先进水平[37]。

2014年由青岛英豪海洋科技集团与中科院海洋所合作的“葛仙米规模化培育及富硒培养技术”项目开始在青岛浩然海洋科技有限公司的实验基地内进行。2016年，项目已取得重大突破，各项技术指标已形成标准，产品在指标人工控制下已做到稳产稳收。为提高葛仙米的规模化培育产量，目前藻种培养室与养殖池建设面积超过4000㎡，鲜藻年产量已达到50t。2017年开始，青岛英豪海洋科技集团有限公司联合多家高校院所，共同开展了葛仙米在“食药”及“日化”精深加工产品研发工作，目前已取得初步进展，申请国家专利3项。

4葛仙米规模化培育实践

葛仙米的规模化培育技术就是利用念珠藻属独特的增殖方式，以天然葛仙米为培养材料，通过纯化、改良，使单根藻丝在适宜的条件下进行分裂[38]，人工控制光照、温度、营养组成、通气量等条件，调控其生长状态，使藻丝形成球状[39]，直径达到5毫米以上，最大可达2厘米。

青岛浩然海洋科技有限公司葛仙米藻种采集于湖北鹤峰，藻种经消毒、洗涤处理后，通过研磨、离心得到丝状藻体和藻殖段溶液，去除杂藻，获得纯化后的藻种，最后转移到培养容器中培养。再经过几代的筛选，选择优势藻种进行继续扩大培养。公司采用改良的藻种培养基，培养基中营养液的主要成分有:硝酸钠、磷酸氢二钾、柠檬酸铁铵、硅酸钠、乙二酸四乙酸二钠盐等。在整个溶液的配制过程中均采用纯净水溶解、定容；培养所用的容器用紫外线消毒处理12h，培养液的PH值为7.8-8.0。

在确保其他条件适宜的情况下，充足的光照强度是藻体生长的关键,得到体积大、营养丰富的理想藻株的前提是进行科学合理的分级培养。

一般选择采光好、水源方便的地方作为培养场地。在整个培养过程中，分三级逐次进行。将处理纯化后的藻株作为接种物，培养缸里充入充足的二氧化氯。一级、二级培养的藻种颗粒比较小，对培养条件的要求又比较苛刻，故一般选择在玻璃温室内安装光生物反应器来保证生长环境的合理性及可控性。三级培养的藻种粒径较大，对反应器的容积、光照要求比较高，故选择在温室大棚中安装定制的大容积反应器来保证藻体生长所需的空间。

在实践过程中，一级培养容器中培养25-35天，纯化后的藻种由丝状生长为细微颗粒状，培养容器中的培养液逐渐变成深色；二级培养容器继续培养一个月，一级藻株生长成细微圆柱状，培养液颜色继续变深；在三级培养容器中再培养一个月，共经过3个月左右的三级扩大培养可以得到颗粒直径7-10毫米的葛仙米鲜藻。在整个培养反应过程中，温度维持在22-25℃，光照在1000lux和全日照光强之间，每天定时检查充气装置是否正常工作，以保证葛仙米颗粒不沉淀、不着壁。

图4-2 自制全透明大容积培养容器的主视图：1：培养容器；2：铁丝；3：铁链

图4-3自制全透明大容积培养容器实物图

最后进行收获和初加工处理，选择直径为5mm的不锈钢筛子，将收获的培养物进行过筛处理，将筛下来的小直径葛仙米群体和培养液经处理后放到反应器中继续培养至收获。过筛后直径超5mm的葛仙米球形体。为避免收获后的藻体发生黏连、破碎而造成腐败、变质、细菌滋生、营养流失，要对其及时的做干燥处理。干燥过程中，把藻体放在绢布或丝网上，通过自然风干和机械脱水相结合的方式使其脱水干燥。

开展葛仙米的规模化培育，通过人工控制生长环境，可保证一年四季均有产出和收获，极大地提高了葛仙米的年产量，给后续食药及各相关功能产品的深入研究与开发提供了有力的保障。同时，人工培养可做到节约土地、环境可控、资源再利用，提升单位面积产能的同时降低了重金属富集、农药残留及微生物污染的风险。总之，葛仙米的规模化培育m能够在最大程度上满足越来越大的市场需求的同时保证产出品质量稳定、安全绿色。

5葛仙米富硒培养技术开发进展

随着科学技术的发展，硒已被证实是生命活动中所必需的一种微量元素，是构成人体及动物生命代谢不可缺少的谷胱甘肽过氧化物酶的组成部分，因而它具有维持正常生理功能、提高机体免疫功能、抑制致癌物活力及抵抗有毒物质等重要作用。由于硒在现代医学和营养学中的重要作用，近年来国内外十分重视富硒产品的研究[40]，目前富硒食品的研究主要集中在利用生物工程手段来定向培育富硒生物，特别是植物。随着人们对硒在人体中的生理功能的不断了解，补充硒元素也逐渐受到广大消费者的重视，各种富硒产品也纷纷出现在国内外的市场[41]。国内外富硒食品主要是陆地植物（如西兰花、蘑菇、大蒜、红薯）、鸡蛋、酵母等。但是，陆地动植物的富硒技术方面也存在不可避免的问题，及高浓度的无机硒会对土壤及水源产生毒害作用。所以形成更加完善的富硒新技术的一个关键环节是选择更加适合的生物材料。自2017年初，青岛浩然海洋科技有限公司院士专家工作站便开始以葛仙米作为硒的生物载体，开展“一种葛仙米的富硒培养”技术攻关，并陆续取得了一定的技术成果，为生产出集高蛋白与富含有机硒为一体的医药、食品原料提供了基础条件。

葛仙米对生存环境中的酸碱度、化学物质含量的变化极为敏感[42]，因此可以通过逐步改变葛仙米的外部生长环境（水环境），在一定时间内选育适应环境变化的藻种，以此来达到驯化目的。正是基于这样的理论基础，青岛浩然海洋科技有限公司在经历多次尝试后获得了相对稳定的，具有耐受高硒环境及富集硒能力的葛仙米藻株。

图5-1富硒葛仙米

富硒葛仙米培养的核心技术是藻株的驯化及规模化培养，在葛仙米培养液中加入一定量的硒元素，使葛仙米在生长繁殖过程中逐步吸收硒盐，通过生物学反应，使硒元素结合藻体内的胱氨酸和蛋氨酸，进而使无机硒转化成真正的有机硒。

富硒葛仙米可用于保健食品、饮料和医药的生产原料及添加剂，具有清火、明目、抗衰老、抗感染等医用功效，对癌症、心脏病、克山病、白内障、动脉粥样硬化等均有一定的预防和辅助疗效。

6产业发展展望

综上所述，葛仙米具有极大的食用、药用、保健价值，在食药、保健品及化妆品领域有着巨大的市场需求潜力。也正是基于这样的市场前景考量，项目团队在总结前人研究的基础上研发改良了葛仙米的规模化培育及富硒培养技术，为相关产业的快速深入发展奠定了基础。

在之后的生产实践及产学研转化过程中，我们应当更多的着眼于葛仙米的活性物质提取及精深加工，快速在全国范围内打造葛仙米全产业链，使其实现真正意义上的产业化。

首先，要大力挖掘葛仙米食药及保健价值，全力推动基于藻蛋白、多糖等物质提取的食品、药品、保健品、特医食品研发工作，全方位的满足人民健康需求，为我国新时代的大健康事业做出贡献；

其次，要兼顾日化产品领域，通过相关护肤品、化妆品的研发，发挥其防晒抗辐射、祛斑、抗衰老、抗氧化等作用，更好的满足各年龄段消费群体对日化产品的需求。

再次，要继续推动葛仙米培育技术的升级改造，不断提升生产效率及安全性的同时实现整个生产过程的规模化、工业化、信息化，满足日益增长的市场对葛仙米产量及质量的要求。

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作者介绍——

辛茂盛1*逄勇2贾如辉1

1 青岛英豪海洋科技集团有限公司蓝色经济事业部，青岛，266400

2 青岛浩然海洋科技有限公司院士专家工作站，青岛，266400