紫球藻规模化培养和天然胞外硫酸酯多糖开发利用

紫球藻是一种海产单细胞红藻，它利用天然的海水或人工海水，只需添加少量的无机盐作为营养，就能快速繁殖。紫球藻在生长过程中合成的藻红蛋白、高度不饱和脂肪酸（如花生四烯酸和二十碳五烯酸）以及细胞外硫酸酯多糖，具有重要的生理活性功能，因此引起了人们的广泛兴趣。

大鼠饲喂紫球藻胞外多糖或紫球藻藻体进行的试验表明，紫球藻胞外多糖能显著增加小肠和结肠的长度，同时增加空肠粘膜和肌层的横切面积，导致肌肉层增大。紫球藻藻体则能明显降低胃肠转运时间，降低血清胆固醇水平，增加粪便重量和胆酸的分泌。因此，紫球藻胞外多糖或藻体可作为改善胃肠道功能的保健食品。将紫球藻藻体添加到鸡饲料中，试验结果表明，紫球藻藻体能够显著降低鸡血清胆固醇水平，同时发现鸡蛋蛋黄中胆固醇水平有降低的趋势，且其中的亚麻酸和花生四烯酸含量得到增加。此外，由于鸡蛋蛋黄中类胡萝卜素含量的增加，使其颜色加深。

紫球藻胞外多糖是一种分子量极大（约7 × 10^6 Da）的杂聚硫酸酯多糖，它由大约10种单糖组成，其中木糖（40%）、半乳糖（18%）和葡萄糖（15%）是其主要成分，同时还含有糖醛酸和硫酸根，因此它是一个聚阴离子的多聚物。由于其结构和组成的复杂性，紫球藻胞外多糖表现出多种生理功能。研究发现，紫球藻胞外多糖对植物病毒和一些植物病原菌有较强的抗性，对疱疹病毒和水痘病毒有很强的抗性。通过噬菌斑测定，紫球藻胞外多糖浓度为1μg/ml时，可造成HSV感染的50%抑制。由于这一发现，瑞士的一家制药公司正在开发新的抗病毒药。此外，紫球藻胞外多糖对出血性败血病病毒和非洲猪热病毒有较强的抗性，并具有剂量依赖关系。对结肠癌和淋巴（腺）瘤有抑制作用，而对正常细胞无毒害。我们还研究发现紫球藻胞外多糖对血癌细胞有抑制作用，同时具有免疫调节活性。化学改构的紫球藻胞外多糖具有类似于肝素的抗凝活性。此外，它还具有抗炎症和润肤的作用以及较强的保水性，而被应用于化妆品中。

紫球藻藻红蛋白是一种水溶性色素蛋白，是光合系统中的捕光色素，在光合作用中起着捕获光能和传递能量的作用。由于藻红蛋白具有性质稳定、荧光量子产率高、背景干扰小、易与同生物素、抗体和糖蛋白等大分子交联等特点，作为新一代的荧光探针，在临床诊断、免疫学、细胞生物学、组织化学、分子生物学等方面可以代替同位素和酶作标记物，有着越来越广泛的用途。目前，我们研究发现紫球藻藻红蛋白对血癌细胞HL-60有明显的抑制作用。紫球藻藻体全营养成分分析表明，紫球藻含有丰富的可利用的碳水化合物和蛋白质，以及高含量的矿物质，而且缺乏有害成分，因此，紫球藻是一个新的可开发利用的营养保健品资源。

目前，国内的一些高校和科研单位也在进行另外两种紫球藻的实验室培养，胞外多糖和紫红蛋白的生理、生化研究，还没有真正进行有效的大规模培养和开发利用研究。为此，我们正在利用平板式光合生物反应器进行紫球藻规模化培养，从而获取大量的生物量，生产出足够量的干藻粉、胞外多糖和藻红蛋白，经深加工形成药品、营养保健品和化妆品，并进一步深入研究天然紫球藻胞外多糖和降解、分级纯化的紫球藻胞外多糖的生理功能。

（一）主要内容 1. 在控温温室内自然光条件下，使用玻璃光合生物反应器进行紫球藻的大量扩种培养。 2. 在室外高光强条件下，使用玻璃光合生物反应器进行紫球藻的大规模工业化培养，同时大量积累胞外硫酸酯多糖。 3. 收获紫球藻藻体和分离紫球藻胞外硫酸酯多糖。 4. 紫球藻藻体的干燥、包装和贮藏。 5. 紫球藻胞外硫酸酯多糖的纯化和干燥包装。

（二）项目技术路线 藻种→室内扩种→室外大规模工业化培养→紫球藻藻体固、液分离收获→喷雾干燥→真空包装（干藻粉成品）。 胞外硫酸酯多糖上清液→多糖沉淀→喷雾干燥→真空包装

项目经费投入： 1. 小型实验室（藻种培养，生理、生化检测）5万元 2. 控温光合温室（100m²）15万元 3. 光合生物反应器（1000L/组，50组）20万元 4. 空气压缩机（2台）10万元 5. 管道5万元 6. 二氧化碳钢瓶（100只）5万元 7. 藻体收获装置20万元 8. 冰柜2.5万元 9. 喷雾干燥器30万元 10. 产品包装车间20万元 11. 天然胞外硫酸酯多糖生产设备10万元 总计142.5万元

大规模生产的产量和效益计算： 紫球藻藻粉产量：50000L × 3.0g/L × 1.0次/月 × 6.5月 = 975kg/年 天然胞外硫酸酯多糖产量：50000 × 1.0g/L × 1.0次/月 × 6.5月 = 325kg 紫球藻藻粉售价大约为300元/kg，天然胞外硫酸酯多糖售价大约为5000-7000元/kg 藻粉收入：300 × 975 = 29.25万元；天然多糖收入：5000 × 325 = 162.5万元

紫球藻是一种海产单细胞红藻，利用天然的海水或人工海水添加少量的无机盐为营养，即能快速繁殖。由于紫球藻在生长过程中合成的藻红蛋白、高度不饱和脂肪酸（花生四烯酸）和二十碳五烯酸和细胞外硫酸酯多糖具有重要的生理活性功能，从而引起了人们的广泛兴趣。 大鼠饲喂紫球藻胞外多糖或紫球藻藻体试验表明，紫球藻胞外多糖能明显增加小肠和结肠的长度，同时也增加了空肠粘膜和肌层的横切面积，造成肌肉层增大,紫球藻藻体能明显降低胃肠转运时间,降低血清胆固醇水平，明显增加粪便重量和胆酸的分泌。因此，紫球藻胞外多糖或藻体可作为改善胃肠道功能的保健食品。将紫球藻藻体添加到鸡饲料中，试验结果表明，紫球藻藻体能明显降低鸡血清胆固醇水平，同时发现鸡蛋蛋黄中胆固醇水平有降低的趋势，而且其中的亚麻酸和花生四烯酸含量得到增加。另外，由于鸡蛋蛋黄中类胡萝卜素含量的增加，从而使其颜色加深。 紫球藻胞外多糖是一个分子量极大（大约7 × 106 Da）的杂聚硫酸酯多糖，它大约由10种单糖组成，木糖（40%）、半乳糖（18%）和葡萄糖（15%）是其主要成分，同时还含有糖醛酸和硫酸根，因此，它是一个聚阴离子的多聚物。由于其结构和组成的复杂性，从而表现出多种生理功能。研究发现，紫球藻胞外多糖对植物病毒和一些植物病原菌有较强的抗性，对疱疹病毒和水痘病毒有很强的抗性。通过噬菌斑测定，紫球藻胞外多糖浓度为1μg/ml时，造成HSV 感染的50%抑制。由于这一发现，瑞士的一家制药公司正在开发新的抗病毒药。另外，紫球藻胞外多糖对出血性败血病病毒和非洲猪热病毒有较强的抗性，并具剂量依赖关系。对结肠癌和淋巴（腺）瘤有抑制作用，而对正常细胞无毒害。我们也研究发现紫球藻胞外多糖对血癌细胞有抑制作用，同时具有免疫调节活动。化学改构的紫球藻胞外多糖具有类似于肝素的抗凝活性。另外，它还具有抗炎症和润肤的作用以及较强的保水性，而被应用于化妆品中。 紫球藻藻红蛋白是一种水溶性色素蛋白，是光合系统中的捕光色素，在光合作用中起着捕获光能和传递能量的作用。由于藻红蛋白具有性质稳定、荧光量子产率高、背景干扰小、易与同生物素、抗体和糖蛋白等大分子交联等特点，作为新一代的荧光探针在临床诊断、免疫学、细胞生物学、组织化学、分子生物学等方面可以代替同位素和酶作标记物，有着越来越广泛的用途。目前，我们研究发现紫球藻藻红蛋白对血癌细胞HL—60有明显的抑制作用。紫球藻藻体全营养成分分析表明，紫球藻含有丰富的可利用的碳水化合物和蛋白质，以及高含量的矿物质，而且缺乏有害成分，因此，紫球藻是一个新的可开发利用的营养保健品资源。 目前，国内的一些高校和科研单位也在进行另外两种紫球藻的实验室培养，胞外多糖和紫红蛋白的生理、生化研究，还没有真正进行有效的大规模培养和开发利用研究。为此，我们正在利用平板式光合生物反应器进行紫球藻规模化培养，从而获取大量的生物量，生产出足够量的干藻粉、胞外多糖和藻红蛋白，经深加工形成药品、营养保健品和化妆品，并进一步深入研究天然紫球藻胞外多糖和降解、分级纯化的紫球藻胞外多糖的生理功能。 （一）主要内容 1．控温温室内自然光条件下，玻璃光合生物反应器中紫球藻大量扩种培养。 2．室外高光强条件下，玻璃光合生物反应器中大规模工业化培养紫球藻，同时大量积累胞外硫酸酯多糖。 3．紫球藻藻体收获和紫球藻胞外硫酸酯多糖的分离。 4．紫球藻藻体干燥包装和贮藏。 5．紫球藻胞外硫酸酯多糖纯化和干燥包装。 （二）项目技术路线 藻种→室内扩种→→室外大规模工业化培养→紫球藻藻体固、液分离收获→喷雾干燥→真空包装（干藻粉成品）。 胞外硫酸酯多糖上清液 多糖沉淀→喷雾干燥→真空包装 项目经费投入： 1．小型实验室（藻种培养，生理、生化检测） 5万元 2．控温光合温室 (100m2 ) 15万元 3．光合生物反应器（1000L/组，50组） 20万元 4．空气压缩机（2 台） 10万元 5．管道 5万元 6．二氧化碳钢瓶（100只） 5万元 7．藻体收获装置 20万元 8．冰柜 2.5万元 9．喷雾干燥器 30万元 10．产品包装车间 20万元 11．天然胞外硫酸酯多糖生产设备 10万元 总计 142.5万元 大规模生产的产量和效益计算： 紫球藻藻粉产量50000L×3.0g/L×1.0次/月×6.5月=975kg/年 天然胞外硫酸酯多糖产量=50000×1.0g/L×1.0次/月×6.5月=325kg 紫球藻藻粉售价大约为300元/kg，天然胞外硫酸酯多糖售价大约为5000-7000元/kg 藻粉收入=300×975=29.25万元；天然多糖收入=5000×325=162.5万元