▲富含虾青素的雨生红球藻细胞。

▲培养雨生红球藻的光生物反应器。沼科所供图

■本报记者 李晨

“利用畜禽粪污沼液废水生产虾青素，有巨大的经济价值和社会效益，未来将成为一个重要的产业发展方向。”近日，《中国科学报》在农业农村部成都沼气科学研究所（以下简称沼科所）采访时了解到，该所研究员王文国带领团队研发的新技术可利用沼液养殖雨生红球藻，能够节省营养盐成本、碳源成本，并缩短生长周期，进而提高虾青素生产效率，养殖成本较现有技术降低40%以上。据悉，该技术已申请3项专利，目前进入中试阶段。

沼液与微藻的碰撞

虾青素是一种类胡萝卜素，具有非常强的抗氧化性，远超常见的抗氧化剂，如维生素E、茶多酚、花青素等。虾青素在清除自由基、抗衰老、抗肿瘤和免疫调节等方面显示出良好的生物活性，被广泛应用于功能性食品、医药以及化妆品领域。有研究表明，2025年天然虾青素市场将达到8300万美元。

王文国告诉《中国科学报》，目前，虾青素主要来源于人工化学合成和天然物提取。合成虾青素安全性差、难吸收，在应用方面受到了限制。

“但虾青素在生物体内含量低，仅存在于少数藻类、酵母和细菌中。虾青素的生物合成途径复杂，需要特定的条件和底物，从而导致天然虾青素难以获得。”王文国说。

研究显示，雨生红球藻中的虾青素含量极高，可达到1.5%~10%，显著高于其他天然虾青素来源。“雨生红球藻被看作是天然虾青素的‘浓缩品’，且雨生红球藻的虾青素积累速率较高，这使得其成为生产天然虾青素的理想生物。”王文国说，但培养雨生红球藻仍存在传统培养成本高、资源消耗大、大规模生产技术不成熟、微生物毒害等问题，限制了其大规模生产和应用。

王文国团队长期从事沼气工程研究。他们发现，沼液作为沼气工程的废弃物，后续的处理和资源化利用阻碍了沼气工程的可持续发展。这种富含大量氮、磷等营养盐、植物生长调节剂的沼液能不能实现废物再利用呢？

沼科所研究员、总工程师邓良伟告诉《中国科学报》，沼气技术与微藻技术的结合优势明显：沼液为微藻提供营养；含40%左右二氧化碳的沼气为微藻提供碳源；沼气燃烧作为热源对藻粉进行烘干。二者如果结合，一方面提高了沼液的利用价值，另一方面还能获得高价值的副产品。

探寻养藻新途径

“但是，沼液养藻存在一些问题，例如沼液中氨氮浓度过高会对微藻造成氨抑制，悬浮物浓度高影响透光性等。”王文国说。

微藻虽然可以有效处理沼液，但沼液存在不利于微藻生长的因素。沼液氨氮浓度过高超出微藻细胞耐受范围，将抑制微藻的正常生长；微藻的光合作用会引起体系pH值升高，使游离氨（NH3）的浓度增加，进一步对微藻造成伤害；沼液色度、浊度较高，大多呈黑褐色，并且含有大量的悬浮物和沼渣，导致沼液透光性差，影响藻细胞的光合作用。

目前常见的解决方法有离心、过滤、稀释等。邓良伟说，这些方法成本较高，难以规模化推广，因此仍需找到一种有效、低廉的沼液预处理方法，与后续的微藻培养结合起来。这样既能处理沼液，降低微藻培养成本，又可促进微藻的生长和生物质积累。

他们通过生物转化将沼液中的氨氮转化为硝态氮，去除了氨氮毒害，同时利用生物絮凝和膜过滤技术提升沼液的透光率，并去除微生物对微藻的影响。结果发现，将沼液硝态氮出水作为雨生红球藻的培养基，实现了沼液的高值化利用，降低了培养成本。经高光诱导后，虾青素在雨生红球藻中的含量和在沼液中的产量分别可达57毫克/克和150毫克/升，产量较传统培养基培养提高36%。

他们进一步构建了藻菌（有益菌）共生体系，使绿色培养期缩短40%，缩短虾青素收获周期。研究结果显示，每吨沼液膜生物反应器出水可以培养约2.6千克富含虾青素的雨生红球藻（干重），一个万头出栏规模的猪场产生的沼液养殖雨生红球藻，每年可带来超过300万元收入。

当前，随着虾青素市场需求量不断增长，价格也持续上涨。“利用沼液培养雨生红球藻的应用前景非常广阔。”沼科所研究员承磊说，雨生红球藻可以有效去除沼液中的氮、磷等营养物质，实现废水资源化利用，减少环境污染，降低雨生红球藻培养成本。

研究还发现，雨生红球藻是天然虾青素的主要来源，含蛋白质和多种营养元素；提取虾青素后藻渣可作为生物肥料，改善土壤肥力，提高作物产量。雨生红球藻高产虾青素，将减少对化学合成虾青素的依赖，提高虾青素产品的市场竞争力和消费者接受度。