太空螺旋藻的生物强化作用
摘要 介绍了太空搭载螺旋藻的生物强化作用，它的锌含量是普通螺旋藻粉的80倍，经过太空螺旋藻喂养后的蛋鸡所产蛋的铁含量比普通鸡蛋高出39.1%，表明太空螺旋藻有着较好的生物强化作用。除了微量营养素外，太空螺旋藻的蛋白质、叶绿素、藻蓝蛋白、β-胡萝卜素和亚麻酸的含量分别比普通螺旋藻高出10.8%、28.3%、38.5%、4.8%和16.4%，且螺旋藻鸡蛋的二十二碳六烯酸（DHA）、卵磷脂、β-胡萝卜素和亚麻酸的含量分别比普通鸡蛋高出31.8%、8.3%、305.3%和90.0%，表明它们更具营养价值，对人体健康有更佳的促进作用。
关键词 太空螺旋藻;太空螺旋藻鸡蛋;作物营养强化项目;生物强化
中图分类号 TS218文献标识码 A
文章编号 0517-6611（2019）04-0170-03
Abstract We introduced the biofortification effect of spaceshipcarried spirulina， its zinc content was 80 times higher than that of normal spirulina， and the egg layed by spaceshipcarried spirulinafeeded hens contained 39.1% higher of iron than normal egg， indicating the superior biofortification effect of spaceshipcarried spirulina. In addition to the trace elements， its contents of protein， chlorophyl， phycocyanin， βcarotene， linolenic acid were measured to be 10.8%，28.3%，38.5%，4.8% and 16.4% higher than those of normal spirulina， and the contents of DHA， ovolecithin， βcarotene， linolenic acid contents of spaceshipcarried spirulina egg were 31.8%，8.3%，305.3% and 90.0% higher than normal egg， showing that these products had more nutritive value， which could better improve human health.
Key words Spaceshipcarried spirulina;Spaceshipcarried spirulina egg;HarvestPlus China;Biofortification
根據国际食物政策研究所（The International Food Policy Research Institute，IFPRI）2016年发布的调研数据，1992—2016年，非洲、中东、南亚、拉丁美洲等地区的饥饿指数（global hunger index，GHI）持续下降，表明全球的农产品生产量持续提高，越来越多的人能获取日常生活所需能量，传统的饥荒已经得到较好的控制[1]。然而，“隐性饥饿”成为容易忽略的健康“杀手”，它是指身体缺乏微量营养物质的状态。为了保持健康，人体需摄入20余种矿物质和40余种营养元素，而人类的饮食中常常缺乏一种或多种营养物质，尤其是缺乏铁、锌、碘和维生素A[2]。约1/3的世界人口缺乏至少一种微量营养物质，孩童和孕妇尤其严重，约有30亿人缺锌、20亿人患有缺铁性贫血、20亿人缺碘、1.5亿人缺维生素A[3]。缺乏微量营养物质会导致一系列健康问题，如发育迟滞、对传染性疾病的抵抗力下降、身体损伤、认知障碍、失明和孕妇早产死亡率高等[4]。“隐性饥饿”造成的健康问题反过来会对社会的发展造成不良影响，据估算，缺铁、缺锌、缺碘和缺维生素A问题使发展中国家损失了5%的国民生产总值，其占社会总医疗负担的2.4%[3，5] 。因此，解决“隐性饥饿”问题显得极为重要。
总体来说有4种方法应对“隐性饥饿”，它们分别是膳食多样化、营养补充剂、工业食品强化和生物强化[6]。膳食多样化指的是食品中谷物、水果、蔬菜、肉类等搭配合理均衡，一般认为膳食多样化是解决由于微量营养元素缺乏导致的“隐性饥饿”的最佳方案，但一般水果、蔬菜、肉类等价格较高，欠发达地区的贫困人口无力购买。营养补充剂指的是专门食用某种营养制剂，它的针对性较强，但同样存在价格高、推广难等问题。剩余2种方法是针对食品本身性质进行改变的方法。第1种方法是工业食品强化，顾名思义，这种做法就是人为地往食品中添加所需要的微量营养物质[7]，它虽然快捷、方便，单位成本较低，但是每年都需要投入同样甚至更多的费用，无法保证全社会都采用统一的规范，难以分辨真伪，且存在运输等问题，是一个“治标”的方法。另1种方法是生物强化，它通过结合传统植物培育技术和现代生物技术来提高农作物中微量营养物质的含量，即通过遗传改良提高作物自身营养价值，是一项非常有前景的方法[8]。虽然该方法前期所需投入的研究成本较高，但从长远来看，它更具有经济节约性，一旦研发成功便可进行低成本大范围推广，并更容易惠及欠发达地区生活水平低下的人群，是一个“治本”的方法。中国的作物营养强化项目（HarvestPlus-China，HPC）于2004年启动，10多年来已育成多个富含铁、锌、维他命A的新品种并通过了品种鉴定[9]。
螺旋藻是一种高蛋白、低脂肪、低热量的药食同源营养保健食品，具有很高的营养、保健、医疗等价值，被联合国粮农组织（FAO）誉为“21世纪最佳理想食品”，也被世界卫生组织评为“21世纪的最佳保健品”[10]。鸡蛋是人们喜爱也是常食用的食品之一，它价格低廉、营养丰富、氨基酸吸收率高，而用螺旋藻喂养的蛋鸡所产的螺旋藻鸡蛋尤其令人期待。基因工程及技术是生物强化中重要的一环，而太空育种技术则为生物强化的一种有力表现形式。太空育种技术是指利用航天运载工具将生物材料带到200～400 km的高空，利用地面无法模拟的高真空、微重力、高能粒子、空间宇宙射线、宇宙磁场等特殊太空因素使生物材料发生诱变，再返回地面选育新品种的技术。通过与中国科学院、航天集团合作，于2004年将螺旋藻种搭载在我国第20颗返回式科学卫星上太空后返回，对搭载的藻种进行反复观察、培养后筛选出优质太空螺旋藻品种。为了评估其生物强化作用，测量了太空螺旋藻中的锌含量以及太空螺旋藻鸡蛋中的铁、β-胡萝卜素含量，并将它们与普通产品进行对比。为了进一步探寻其营养价值，还对比了其叶绿素、藻蓝蛋白、β-胡萝卜素、亚麻酸、二十二碳六烯酸（DHA）、卵磷脂等指标。
1 材料與方法
1.1 材料
太空螺旋藻粉（深圳绿得宝保健食品有限公司）、太空螺旋藻鸡蛋（深圳绿得宝保健食品有限公司）、市售普通鲜鸡蛋。色谱纯叶绿素、藻蓝蛋白、β-胡萝卜素、亚麻酸、DHA、卵磷脂试剂及相应溶剂购自美国SIGMA-ALDRICH公司。
1.2 方法
螺旋藻中锌的测定方法沿用标准《GB/T 5009.14—2003 食品中锌的测定》;蛋白质的测定方法沿用标准《GB 5009.5—2010 食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》;叶绿素、藻蓝蛋白的测定方法沿用标准《SN/T 1113—2002 进出口螺旋藻中藻蓝蛋白、叶绿素含量的测定方法》;β-胡萝卜素的测定方法沿用标准《GB 8821—2010食品安全国家标准 食品添加剂β-胡萝卜素》;亚麻酸的测定方法沿用标准《GB 28404—2012 食品安全国家标准 保健食品中α-亚麻酸、二十碳五烯酸、二十二碳五烯酸和二十二碳六烯酸的测定》。鸡蛋中铁的测定方法沿用标准《GB/T 5009.90—2003 食品中铁、镁、锰的测定》;卵磷脂的测定方法参考文献[11];β-胡萝卜素的测定方法沿用标准《GB 8821—2010食品安全国家标准 食品添加剂β-胡萝卜素》;DHA和亚麻酸的测定方法沿用标准《GB 28404—2012 食品安全国家标准 保健食品中α-亚麻酸、二十碳五烯酸、二十二碳五烯酸和二十二碳六烯酸的测定》。
2 结果与分析
2.1 生物强化作用评估
通过查阅文献并平均4份研究结果所得的普通螺旋藻锌含量为38.6 mg/kg[12-15]，而太空螺旋藻的锌含量经检测为3.1×103 mg/kg，是普通螺旋藻的80.2倍（图1）。锌是人体各种酶系统的重要组成成分，根据其功能，食用富锌太空螺旋藻能够改善蛋白质、脂肪、糖、核酸的代谢以及组织的呼吸作用，促进生殖器官及第二性征的发育，维持生殖能力，维持细胞结构和人体暗适应等重要生理功能，介导细胞免疫功能，提高人体免疫力，促进伤口和创伤的愈合等[16]。将太空螺旋藻作为蛋鸡的饲料添加剂，考察生产鸡蛋的生物强化作用。经检测，太空螺旋藻鸡蛋的铁含量（15 mg/kg）比普通鸡蛋（11 mg/kg）高出39.1%（图2）。铁元素是血红蛋白和人体各种重要化合物的组成部分，它具有高度的生物活性，食用富含铁元素的螺旋藻鸡蛋能更好地促进人体内氧的转运，交换和组织呼吸过程，维持正常的造血功能，使免疫细胞的杀菌能力保持正常，催化β-胡萝卜素转化为维生素A以及增强药物在肝脏中的解毒功能等[17]。 以上结果表明，太空螺旋藻有着很好的生物强化作用。
2.2 其他营养价值评估
除了HPC项目中涉及的微量元素，还检测了太空螺旋藻的蛋白质、叶绿素、藻蓝蛋白、β-胡萝卜素和亚麻酸的含量，以及太空螺旋藻鸡蛋中的DHA、卵磷脂、β-胡萝卜素和亚麻酸的含量，并将它们分别与普通产品进行对比，结果列于表1和表2。为了使数据更好地可视化，将每项数据分别进行缩放处理，具体做法是将每个数据除以该数据所在列的标准偏差值，结果列于图3中。由图3可知，太空螺旋藻的蛋白质、叶绿素、藻蓝蛋白、β-胡萝卜素和亚麻酸含量分别比普通螺旋藻高出10.8%、28.3%、385%、4.8%和16.4%，太空螺旋藻鸡蛋的DHA、卵磷脂、β-胡萝卜素和亚麻酸含量分别比普通鸡蛋高出31.8%、8.3%、305.3%和90.0%。蛋白质是人体基本组成成分之一，叶绿素能为人体血红蛋白的合成提供原料，藻蓝蛋白可抑制癌细胞的生长和促进正常细胞的再生，DHA是大脑和视网膜的重要组成成分，卵磷脂有保护心脏和延缓衰老的作用，β-胡萝卜素有很好的抗氧化和解毒作用，亚麻酸有降血脂的作用。其中2种鸡蛋的β-胡萝卜素含量差异最为明显（305.3%），这可直接从图4看出，太空螺旋藻鸡蛋黄的颜色比普通鸡蛋黄更深，原因即为含有更丰富的β-胡萝卜素[18]。富含这些营养物质的太空螺旋藻及太空螺旋藻鸡蛋，具有更好的营养价值以及保健功能。另外，如上所述，铁的存在能促进β-胡萝卜素转化为维生素A[17]，而维生素A亦为生物强化项目关注的重点，所以富含铁元素和β-胡萝卜素的太空螺旋藻鸡蛋能间接地提高人体维生素A的摄入量，具有更好的生物强化功能。
3 结论
经过检测，太空螺旋藻的锌含量是普通螺旋藻的80.2倍，太空螺旋藻鸡蛋的铁含量和β-胡萝卜素含量分别比普通鸡蛋高39.1%和305.3%，能在体内大大促进维生素A的合成与吸收，说明太空螺旋藻及太空螺旋藻鸡蛋具有很高的生物强化效应，覆盖了作物营养强化项目的所有重点指标。另外，太空螺旋藻和太空螺旋藻鸡蛋中的蛋白质、叶绿素、藻蓝蛋白、亚麻酸、DHA、卵磷脂等指标都不同程度地比对应的普通产品要高，表明太空螺旋藻系列产品具有更高的营养价值，对人体健康有着更好的作用。
参考文献
[1] VON GREBMER K，BERNSTEIN J，NABARRO D，et al.Global hunger index：Getting to zero hunger[R].Intl Food Policy Res Inst，2016.
[2] PFEIFFER W H，MCCLAFFERTY B.HarvestPlus：Breeding crops for better nutrition[J].Crop science，2007，47：88-105.
[3] STEIN A J，QAIM M.The human and economic cost of hidden hunger[J].Food and nutrition bulletin，2007，28（2）：125-134.
[4] DE VALENA A，BAKE A，BROUWER I，et al.Agronomic biofortification of crops to fight hidden hunger in subSaharan Africa[J].Global food security，2017，12：8-14.
[5] BHANDARI S，BANJARA M R.Micronutrients deficiency，a hidden hunger in Nepal：Prevalence，causes，consequences，and solutions[J].International scholarly research notices，2015：1-9.
[6] 郝元峰，张勇，何中虎.作物锌生物强化研究进展[J].生命科学，2015，27（8）：1047-1054.
[7] GHARIBZAHEDI S M T，JAFARI S M.The importance of minerals in human nutrition：Bioavailability，food fortification，processing effects and nanoencapsulation[J].Trends in food science & technology，2017，62：119-132.
[8] SHARMA P，AGGARWAL P，KAUR A.Biofortification：A new approach to eradicate hidden hunger[J].Food reviews international，2017，33（1）：1-21.
[9] 邵丹青，王霰，于跃波，等.微量营养素强化作物食品及消費需求研究[J].中国粮油学报，2017，32（11）：186-190.
[10] 张文，吴清平，吴军林.螺旋藻营养保健价值及开发应用进展[J].食品与发酵科技，2013，49（3）：89-92.
[11] 章慧芳，陆娅.大豆磷脂中卵磷脂检测方法的研究[J].中国油脂，2007，32（7）：70-73.
[12] 马安德，李俊诗.螺旋藻中钙锌铁的测定[J].广东微量元素科学，1999，6（7）：62-63.
[13] 曹晔，曹泮香，胡文祥.微波密封罐消解AAS法测定螺旋藻中金属元素含量[J].现代科学仪器，2000（5）：47-36.
[14] 董育红，封涛，张振兰，等.螺旋藻的营养成分分析[J].食品研究与开发，2003，24（3）：70-71.
[15] 王佳妮，张晗，洪子肖，等.X射线荧光光谱法测定螺旋藻中23种微量元素[J].分析试验室，2016，35（2）：130-134.
[16] 胡焰，韩光宇，王健.微量元素锌与人体健康初探[J].当代医学，2011，17（31）：152-153.
[17] 徐素萍.微量元素铁与人体健康的关系[J].中国食物与营养，2007（12）：51-54.
[18] 白建，杜京旗，张润帅，等.分散饲养与集约化笼养对鸡蛋品质及主要营养成分的影响[J].畜牧与兽医，2014，46（5）：46-48.