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2024
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功能性佐夫色绿藻在食品保健及饲料中的应用
所属分类：
【概要描述】佐夫色绿藻近年来因其能产生大量的生物能源脂类和高价值抗氧化剂虾青素(astaxanthin)而变得极有商业价值。目前佐夫色绿藻被认为是大规模生产虾青素的潜在替代藻种。除虾青素外，还具有多种功能性生物质，如其他类胡萝卜素、脂类、多糖、维生素和酚类物质等，在医疗、食品、化妆品及饲料工业领域均有广泛应用前景。
一、什么是佐夫色绿藻？
佐夫色绿藻（Chromochloris或Chlorella zofingiensis）是一种淡水单细胞圆形绿藻，直径范围为2~15μm，通过产生孢子细胞进行繁殖。能够进行自养、异养和混养的多营养方式生长，积累多种高价值代谢产物，并且可以在现有微生物发酵装置中进行高密度培养。自20世纪70年代初发现C.zofingiensis以来，由于其特殊的营养特性，从制药到食品工业，它一直是众多研究关注的中心。
佐夫色绿藻的组成取决于营养条件、光照强度及状态、通风和温度等因素。在光养、营养条件比较优越的条件下细胞呈现绿色，但在特定的条件下，它能富集以虾青素为特征产物的多种类胡萝卜素，并产生其他有价值的生物商品，如脂质、淀粉、蛋白质、多酚和维生素等物质。
目前，佐夫色绿藻被认为是大规模生产虾青素的潜在替代藻种。相对于雨生红球藻，佐夫色绿藻具有生长速率快、细胞产率高、不易污染、细胞壁易破碎从而易于提取虾青素等优势，有望进一步降低天然虾青素的生产成本。除此之外，它还能够积累高水平的三酰基甘油（TAG），这是能量密度最高的脂质，是能够成为生物柴油的有前途的原料。
不仅如此，佐夫色绿藻丰富的功能性生物质使其可应用于多种领域。
二、佐夫色绿藻的市场及应用
综合C.zofingiensis中主要产品的含量、市场价值及应用，评选出了最有前途的产品，从高到低依次为类胡萝卜素>脂质>碳水化合物>蛋白质。
三、成分一：类胡萝卜素
C.zofingiensis是食品保健及医疗健康目的类胡萝卜素的潜在替代来源。
佐夫色绿藻积累类胡萝卜素，在细胞内可观察到初级和次级类胡萝卜素。类胡萝卜素是从黄色到红色的色素，属于一组各种类异戊二烯色素，其中大部分由双键共轭的40碳链形成。这些有色色素通过光合作用合成，是叶绿体的光捕获触角，有助于将能量转移到叶绿素。
与植物和其他藻类一样，佐夫色绿藻在叶绿体中合成并积累初级类胡萝卜素（如β-胡萝卜素、叶黄素和玉米黄质）。相反，次级类胡萝卜素如虾青素、角黄素和金盏花黄质，被发现在叶绿体外的脂质体中积累，次生类胡萝卜素的积累通常被认为与应激条件有关。例如，当生长在高光和缺氮条件下时，佐夫色绿藻主要产生次生类胡萝卜素，其中约70%是虾青素，主要以单酯和二酯的形式存在。
C.zofingiensis中的虾青素合成主要来源于玉米黄质的酮基化而非角黄素的羟基化，与雨生红球藻中的合成途径相反。
通过高效液相色谱检测发酵培养的佐夫色绿藻藻体中的色素发现，主要类胡萝卜素有新黄素、紫黄质、花药黄素、虾青素、金盏花黄质、叶黄素、玉米黄素、斑蝥黄素、β-隐黄素、α/β-胡萝卜素等。虾青素以自由及酯化物多种形式存在，其他含量高的类胡萝卜素有新黄素、叶黄素、玉米黄素、斑蝥黄素和金盏花黄质等种类。
C.zofingiensis中最显著的类胡萝卜素是叶黄素、虾青素、角黄质和玉米黄质。在食品和饲料工业中有着广泛的应用，类胡萝卜素可用作色素营养补充剂中的必需成分，例如人类食品和动物饲料中的天然色素添加剂。关于人类饮食，已经研究过C.zofingiensis色素在食品工业中用作着色剂和风味助剂。如玉米黄质含有食品添加剂色素E161h（黄红色素，欧盟认可的食用色素），广泛用于制药和食品工业。
四、成分二：脂质
生物柴油是通过植物油或动物脂肪的酯交换（酯交换反应）获得的脂肪酸烷基酯的混合物。
藻类衍生的脂质被认为用于生物燃料生产优于植物油，被认为是下一代生物柴油原料，并且越来越受到关注。C.zofingiensis具有生产脂质的巨大潜力，特别是TAG，是制造生物柴油的理想前体。
来自C.zofingiensis培养物的脂质主要含有油酸（C18:1）、亚油酸（C18:2）和棕榈酸（C16:0)。细胞中的脂肪酸主要包括16-18个碳，最大不饱和度为3。这种特性使其适合用于生物柴油用途。C18:1是主要脂肪酸，高达总脂肪酸的52%，被认为有利于生物柴油的质量 。
佐夫色绿藻中的脂肪含量能够达到干重的52%，其中甘油三酯含量占72%。佐夫色绿藻的甘油三酯含量(约占干重的48%)、产量(约为20.4g/L)和生产力(1.4g/L·day)，总体上与其他常见的和潜在的产脂藻类(如小球藻、珊藻、拟球藻等)相当甚至更高。
目前已有大量的研究确定并报道了佐夫色绿藻的脂肪酸谱。佐夫色绿藻藻油中不饱和脂肪酸的比例高，而且链长集中在C16～C18，其中包含必需脂肪酸亚油酸和α-亚麻酸，可将其转化为对人体有益的DHA和EPA等。多不饱和脂肪酸有利于身体健康，可以降血压、降血脂以及抗动脉粥样硬化等。
此外，C. zofingiensis已被研究用于废水处理，表现出更高的氮负荷和磷负荷。利用微藻处理废水具有高效去除营养物质和高油脂生产率的目的，可以同时处理废水和生产生物燃料。
结合微藻在胁迫下的光合效率，C.zofingiensis是处理真实废水最有前途的选择。
五、成分三：多糖
1、胞外多糖
佐夫色绿藻的EPS，由11种不同的糖和衍生物组成，其中甘露糖(43.44%)、半乳糖(30.08%)和葡萄糖(17.42%)占主要成分。平均分子量为2.66×104Da，经培养后最终产量为208.4mg/L，具有抗氧化和一定的抗肿瘤作用。
2、胞内多糖
从C.zofingiensis中分离纯化了一种水溶性杂多糖CZIP-S3，在功能性食品补充剂中具有潜在的应用前景。
✔酸性多糖，分子量767.63kDa。主要由甘露糖、葡萄糖、半乳糖和鼠李糖组成，同时存在β型和α型糖苷键。
✔不会在口腔、胃和小肠中被消化，但它可以被肠道菌群利用，降解为分子量较小的小片段，显著增加SCFAs的产生。
✔具有和菊粉相同的调节肠道微生物群的组成和丰度的功能，促进有益菌群的生长，并具有益生元活性，增强人类消化系统的适应性。
六、成分四：维生素
C.zofingiensis富含多种营养物质，但多数研究集中在类胡萝卜素和脂质，关于维生素的文献报道较少。
生育酚仅由光合生物合成，需经营养吸收。除应用于膳食补充剂，在动物饲料补充生育酚可提高动物的抗逆性和活力。α-生育酚（维生素E）在人类中具有最高的丰度和最高的抗氧化能力。有研究发现，C. zofingiensis SAG 221–2在稳定生长阶段的α-生育酚含量为182.2µg/g DW，在氮限制下稳定生长期的含量为343.32µg/g。
七、成分五：酚类物质
常见于植物和微藻中的酚类化合物是最重要的抗氧化剂之一，能够提供一个氢原子或一个电子来形成稳定的自由基中间体。
光自养条件下的总酚含量高于混合营养条件下的总酚含量。C. zofingiensis在光自养和混合营养条件下总酚含量分别为40.8µg GAE mg−1 和15.10µg GAE mg−1，其抗氧化活性分别为13%和14%，铁还原抗氧化能力分别为9.29µM AAE/mg（抗坏血酸当量）和1µM AAE/mg。
佐夫色绿藻C.zofingiensis因其特殊的营养特性而备受关注，富有多种营养物质的功能性佐夫色绿藻有望在食品保健及饲料领域中大放异彩。
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