索罗金小球藻中的蛋白质：当前挑战与机遇的综述

《Algal Research》：Protein from Chlorella sorokiniana: A critical review of current challenges and opportunities

　　

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  索罗金小球藻是一种高产且可持续的替代蛋白来源。
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  其氨基酸组成可与传统动物蛋白相媲美甚至更优。
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  通过优化培养条件（尤其是营养供给），可大幅提升蛋白质含量。
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  较高的生产成本以及消费者接受度问题制约了其大规模商业化应用。

引言

21世纪的全球食品体系面临着一个根本性矛盾：一方面需要为不断增长的人口提供食物，另一方面这样的生产方式又会带来不可持续的环境代价。据预测，到2050年全球人口将达到98亿[1]，而目前的食品生产方式已经占据了人类活动产生的温室气体排放量的21%至37%[2]，显然这种发展模式是不可持续的。其中，动物蛋白的生产是造成环境负担的重要因素，因为相较于植物蛋白，动物蛋白的生产需要更多的土地、水和化石燃料[3][4]。随着全球对蛋白质需求的持续增加，转向既富有营养又具有生态可持续性的蛋白来源不仅有益，更是保障地球和人类健康所必需的。

虽然植物蛋白已经是比动物蛋白更为可持续的替代品，但微藻因其更高的生物效率及更优的资源利用特性，提供了更为出色的解决方案。这一优势源于微藻的独特生物学特性：与陆地植物不同，微藻无需合成木质纤维素这类能耗较高的结构分子，因此可以将更多能量用于生成蛋白质等有价值的生物大分子[5]。再加上微藻的光合作用效率可高达5%，远高于大多数陆地植物的1.5%左右，这使得微藻的蛋白质产量可达每公顷4到15吨/年，是大豆或小麦产量的数倍[6][7]。此外，许多微藻物种能够在非耕地且含盐的水域中生长，从而避免了传统农业对大量淡水及土地的需求[7][8][9]。正是凭借如此高的生产力与极小的生态足迹，微藻成为满足未来蛋白质需求的首选候选者。

在数千种微藻中，索罗金小球藻因其极高的蛋白质含量而尤为突出，其干重中的蛋白质含量介于42%到50%之间[10]。该藻类蛋白质的营养价值，尤其是其氨基酸构成，一直备受关注。研究表明，索罗金小球藻中所含的必需氨基酸，如异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、缬氨酸和组氨酸，其浓度与鸡蛋、牛奶和牛肉等传统高蛋白食物相当甚至更高[11]。除了良好的氨基酸组成外，索罗金小球藻还富含具有显著抗氧化作用的生物活性肽，尤其在DPPH试验中表现突出，这为其在营养品领域的应用奠定了基础[12]。

尽管具备这些优异特性，但要将索罗金小球藻从极具潜力的候选物种发展为主流蛋白来源，仍面临诸多挑战。其蛋白质含量及整体生物量产出对培养条件极为敏感，易出现波动，从而影响商业化的可行性。此外，目前的生产方法成本较高，尤其是细胞破碎和蛋白质提取等高能耗步骤，也为该产品的市场推广设置了巨大障碍。因此，本文对机械法、物理法和酶解法进行了系统比较，分析了这三种方法的提取效率、能耗情况以及规模化应用的可行性。

除此之外，产品口感和气味等消费者接受度问题也是阻碍其市场推广的重要因素[13][14][15]。在养殖过程中使用废水这一做法也引发了伦理争议，尽管它具有可持续性优势，但仍可能面临公众的反对[16]。本文对有关索罗金小球藻的研究进行了全面梳理，既总结了目前已取得的成果，也指出了其在发展成实用蛋白来源过程中所面临的种种挑战。

章节节选

菌株背景

小球藻属属于绿藻门特雷布克西藻科，1919年，德国细胞生理学家奥托·H·瓦尔堡首次将其作为光合作用研究的实验生物加以利用[17]。由于人们对小球藻种类的兴趣日益浓厚，1953年索罗金发现了索罗金小球藻，最初人们认为它只是球形褐藻的一种耐热突变体。直到20世纪80年代末和90年代初，人们才完成了对其叶绿体16S

碳源

微藻的培养可分为四种主要的代谢途径：光能自养型、异养型、混合营养型和光异养型[58]。如表4所示，每种途径在微藻生产中都有各自的优点。

通常情况下，微藻以光能自养的方式生长，通过光合作用固定无机碳（二氧化碳）并利用太阳能，这一过程与陆地植物类似[59]。不过，也有一些微藻属于异养型，它们会利用

市场分析：索罗金小球藻蛋白的商业发展前景

关于现有数据的说明：虽然本文主要研究的是索罗金小球藻，但许多现有的商业及安全性数据实际上来自研究更为广泛的普通小球藻。鉴于二者在分类学上的密切关联以及相似的核心特性，本文在探讨索罗金小球藻的市场潜力与面临挑战时，会以普通小球藻的数据作为参考，只有在有该物种的特定数据时才会加以区分。

结论

索罗金小球藻是一种优质的蛋白来源，其应用范围涵盖食品、动物饲料、营养品等多个领域。凭借其较高的蛋白质产量、均衡的氨基酸组成以及适应多种培养条件的能力，它完全有潜力推动替代蛋白产业的发展。通过改进各种培养策略，并有针对性地调控生长条件，有望进一步提升微藻的生物量产量

作者贡献声明

赛义德·埃桑·穆萨维：论文撰写与编辑、初稿撰写、项目管理、方法设计、实验研究、数据分析、概念构建。穆罕默德·阿明·法泽尔：论文撰写与编辑、初稿撰写、数据可视化、结果验证、方法设计、实验研究、概念构建。赛义德·阿尔希亚·阿塔里：论文撰写与编辑、初稿撰写、方法设计、实验研究、概念构建。卡斯拉·达拉比：论文撰写与编辑、项目监督。

关于写作过程中生成式AI及AI辅助技术的声明

在撰写本文时，作者仅使用了AI辅助工具来提升手稿的可读性和语言表达水平。在使用这些工具后，作者对内容进行了必要的审阅和修改，并对最终发表的文章内容承担全部责任。

资金来源

本研究未获得任何公共部门、商业机构或非营利组织提供的资助。

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人利益关联。

致谢

特别感谢伊朗国家藻类培养中心（INACC）为支持本研究所提供的各类重要设施与资源。

赛义德·埃桑·穆萨维|穆罕默德·阿明·法泽尔|赛义德·阿尔希亚·阿塔里|卡斯拉·达拉比|穆罕默德·萨德格·巴尔扎德|奥米德·塔瓦科利