经过多年各种媒体的宣传，螺旋藻作为人类的一种优良保健品已逐渐被我国消费者接受。但是目前市场上的售价偏高，质量不稳定，甚到出现假冒伪劣产品，同时，尽管螺旋藻产业在我国建立和发展已有近十年的历史，而产品的形式仍较单调，除藻粉、片剂、胶囊外，其他适合中国消费者口味而又能保持螺旋藻保健功能的多样化加工产品不多。产品质量、成本，以及产品的多样化是我国螺旋藻产业发燕尾服必须尽快解决的关键问题。
一、降低成本
决定商品成本的环节很多，从科学技术的角度讲主是要是直接生产成本，所谓直接生产成本主要包括土地征购、厂房、藻池建设的各种机械和干燥设备、管道铺设，以及必要的测试仪器的购买和藻种的培养、扩大，大池培养、收藻、干燥等所需的原材料，人工、水电等所花费的费用，除前几项固定资产投资外，其他费用的高低在很大程度上由生产工艺技术方式和水平决定。以国外4个不同国家的螺旋藻工厂生产成本为例，每千克藻粉的成本差别很大。墨西哥的Sosa-Texcoco产品的成品最低，而以色列的生产成本最高，据了解该工厂开工不久就关闭了。
造成生产成本差别悬殊的主要原因：①生产规模；②年产量的高低；③干燥方式；④工厂所在地区（主要是光、温、淡水资源等）。此外，就同一工厂而言由于改进生产技术，单位面积产量的提高，从而降低成本取得明显的经济效益。Siam Algae地处热带，单位面积产量高，生产成本比Earthrise Farms的低，几年后前者生产技术稍作修改，产量有所提高，生产成本由原来每吨1万美元降到6000-7000美元，又经过不长的时间，生产技术又进一步改进，到1992年单位面积产量提高了20%-30%，生产成本降到约5000美元/吨。
据分析，国外螺旋藻的生产成本中劳动力工资占20%-30%，培养基化肥，特别是碳源占成本的15%-20%，电能在多数情况下占成本的15%，其他为固定资产的折旧等费用。国外露天跑道式的螺旋藻工厂年产量每公顷25-50吨。我国螺旋藻每公顷年产量多少？现在没有准确的统计，但是有一点是可以肯定的，工厂所处地理位置不同，各工厂技术水平的高低，年产量有显著的差异，每公顷年产量能够达到15吨就不错了。即使每公顷能达到22.5吨/年，平均每天、每平方米低于10克，也就是说净光合作用效率略高于1%，可见露天跑道式生产螺旋藻的光合作用效率是低的，同时这个事实也充分证明提高或改进生产工艺水平降低生产成本的潜力是很大的。Sosa Texcoco用日光或鼓风式便宜的干燥方式，加之用以生产的培养基是提取小苏打后的废水，所以每千克藻粉成本最低（5-8美元）。那么从哪些方面提高和改进生产技术可以达到降低生产成本的目的？较理想的生产成本每千克多少市可以接受？关于后一问题有人曾提出，每千克2-3美元在市场上有竞争优势，这是作者10多年前，根据国外消费市场情况提出来的，因此这个数字只能作为参考。降低生产成本最关键的是如何提高单位面积产量。培育高产品系也是降低生产本的重要措施之一，我们将放在下一节做详缰论述。如何提高单位面积产量首先要了解哪些因素影响产量的提高。
1.温度与光照强度 特别对露天培养大池来说, 温度的影响是决定产量高低的重要原因之一。钝顶螺旋藻最适生长水温为30 ～ 35℃，不仅不同地区(纬度) 不同季节的气温变化(直接决定水温)很大,即使同一 地区和季节,每天的温度也有变化,一般情况下,午后 1 ～ 2 (13 ～ 14)时才达到最高值,此时藻类的生长最高速率迅速上升,在夏天可以持续到下午8 ～ 9时,然后随着日落温度迅速降低生长速率骤然下降。
与温度相似,螺旋藻的生长繁殖依赖于光照强度, 但在户外露天培养池光强与相对生长速率并不完全都是线形关系O所谓相对生长速率是指每小时增加干重和光 密度减去初始干重除以初始浓度的每小时增长率,即(x1-x0)·x-10·h-1。为初始干重和光密度,x1为1小时后的浓度, h-1为小时。
在夏季早上5时太阳升起到下午20时日落,太阳辐射逐渐增强,在14时辐射能最强,然后逐渐减少。
2.光抑制和氧饱和已被研究过的藻类(包括螺旋藻)完全(即无云晴天)光强的33%就达到光合作 用的饱和点,而在大多数情况不,完全光强的60%～70%就出现光抑制现象,这时藻类的光合作用就停止 了,许多藻类由于长时间在高光强下产生光氧化死亡 (phot∞xi dative death)。培养池中溶氧的含量过高也会影响藻类的生长繁殖。溶氧是光合作用的产物 (O2) ,显然其含量多寡与光合作用强弱直接相关。不仅如此,与水温也有明显的相关性(图6-3)。中度溶氧含量约为15～17毫克/升,相当于200%饱和度。 通常工厂化生产的钝顶螺旋藻品系一般在300%氧饱和 时藻类生长就会停止,在夏季溶氧能达到30~33毫克/ 升,即接近500%氧饱和度。
3.高渗透压在荒漠地区露天跑道式的培养池每 天蒸发率为1~2厘米。通常藻池培养液深15~20厘 米,经过2个月连续循环搅拌,由于蒸发作用,培养液的总盐含量将是原来浓度的2倍,渗透压大大增高,尽 管螺旋藻在高渗透压下对光合作用氧的释放没有影响,但是在高渗透压下暗呼吸活性提高,从而减少了生物量。
4.菌、杂藻、浮游动物以及昆虫幼女的污染这个问题在我国比较突出,原因各工厂不尽相同。一般情 况下,污染的生物种类因地区、季节的不同而变化。春夏两季以菌的污染最严重。但全年常见的杂藻主要是小 球藻(αlorella )、卵囊藻( Oocystis )、硅藻( Diaωm) ,春天以变形虫、轮虫以及某些昆虫的幼虫污染为主。控制污染以预防为主。严重污染的藻池必须全部 放干,彻底清洗,重新换新培养基培养,既影响产量还增加成本。
那么提高单位面积产量应采取哪些措施呢?
1.藻种接种浓度适宜：有的工厂为了节约藻种,接到大池的藻种量偏低,大池里的藻生长很慢,从接种到收获需要10天到2周,其结果单产较低。每次接种 的量太大,固然藻在大池里生长较快,但培养藻种所需 的开支较大,在经济上也不划算。那么,多大浓度的接 种量比较经济合算?根据我们的实验,一般情况下,以 大池起始浓度OD值0.1为宜O当然这里说的单位面积 产量是指一年内300天(或者280天)计算的平均产量 而不是以实际有效生产天数计算,即某工厂某个月实际 有效生产时间为20天,但平均产量则应以30天计算, 因为只有这样的计算方式对工厂(公司)有实际意义。 举个例子,如果某工厂每年实际生产时间只有150天, 以每天每平方米10克计算,该工厂的培养面积若为 10000米2,那么这个工厂螺旋藻的年产量为15吨;如 果另一工厂培养面积同样也是10000米2,每年实际有 效天数为280天计,单位面积产量为每天7克/米2 (以 300天计算) ,这个工厂的单产量虽比前一个厂的低, 但年总产量可达19.6吨,地区、气候、季节、接种时 的天气不同,接种浓度可作适当调整,但不宜太大,特别是天阴、下雨最好不要接种。另外,接种浓度低,藻 浓度成为优势种群的时间较长,在此期间杂菌、杂藻及 浮游动物易于滋生,造成污染。
2.收获的浓度和时间恰当从：理论上讲收获时期以对数生长期晚期为宜,这一点对多数工厂比较容易做到的。因为每天测定生长量就可以得到相应的生长曲 线,从而能够比较准确地掌握生长状态。我们主张在对 数生长末期收获,这是因为藻在大池生长经过旺盛期时 已是强弩之末,在此之后生长速率会明显下降,虽总的 浓度还会有所增加,但与所花的时间相比总产量增加不多。对数末期收获后及时补充适量的营养物质,藻在大 池中又会很快恢复旺盛生长状态,达到对数生长期,如此有规律地收获和补充营养物质就可以较长时间保持大 池藻的良好生长和繁殖状况,维持大池的稳产高产。图 6-4表明不仅在夏季,其他季节也是如此,即每天下午8~9时生物量最大,即相当于对数生长期,因此,采 收时间以傍晚或清晨最好,因螺旋藻的暗呼吸强度不 大。采集时间与温度(即季节)有密切的关系。
3.采收量：这里所说的是每口养殖池每次的采收量。如上所述,当大池藻生长到一定的浓度时就要采 收,每次每口大池采收多少体积藻液,常因气候、藻的 生长状况灵活掌握,尽管如此,一个基本原则是应该遵 循的,即采收后,补充一定的淡水和营养元素,该培养池藻的浓度(OD值)不能低于0.08,能维持在OD值 0.1最好。如果一次采收量大,可以得到较高的产量,但就一 口池一年的总产量不会高,这不仅仅是由于采收后大池 里的藻浓度低,藻浓度达到下一个采收时间间隔长,还 可能由于藻的浓度低,容易使杂菌、杂藻或其他浮游动 物乃至昆虫幼体的滋生,严重时这些杂生的水生生物将 成为优势种群,螺旋藻生长所需营养物质被"掠夺", 而且还可能被变形虫、轮虫等较大型的浮游动物吞噬, 这种状况如得不到有效控制,被严重污染的藻池只能被 倒掉,重新彻底消毒、清洗,再接种重新培养,这样损失的不仅仅是一口池的螺旋藻,还有清池、重新培养所 浪费的时间,其结果是可想而知的O这里还必须强调一 点,即使培养池的螺旋藻达到了应该采收的浓度,也要选 择风和日丽的好天气,一般情况下不宜在阴雨天收藻。
4.大池培养液更换周期： 我国目前大多数螺旋藻工厂采用的是露天跑道式的培养系统,受外界环境的影 响很大,风雨、灰沙、残枝败叶及纸片、塑料薄膜等废 弃物通过不同方式飞入大池,到一定时间将会严重影响大池培养液的质量。同时,由于螺旋藻在生长繁殖过程 中分泌一些有机物质,培养的时间越长,养殖池中的这些物质的积累越多,更容易滋生细菌、原生动物等其他 水生动植物。此外,在培养过程中,每天蒸发一定量的水分(我国大多数工厂平均蒸发量1~2厘米) ,不断增 加营养元素使藻池的总含盐量逐渐增加,而且所增加的营养物质大多数都是化工产品,任何一种化工产品都含 有少量的杂质,其中许多杂质是不溶于水的,添加这些营养物质次数越多,养殖池中的杂质也就越多O由于这 些原因,螺旋藻在养殖池生长速率会随着培养时间的延 长,产量逐步下降。因此,养殖池中的培养液每年必须 更换几次。国外,如美国的Earthrise Farms每年更换 2~3次。很显然每年每口养殖池更换培养液的次数多势 必增加生产成本;一个管理得好的养殖厂每年有效生产 时间为250~280天,根据我国实际情况,大池培养液 理想的年更换周期以3~4次在经济上比较合算。
5.降低光抑制和氧饱和的影响：上面已讨论过露 天跑道式养殖池在夏季光照强、温度高时藻在大池里生 长不好,产量反而较低,从生物学角度看主要原因是光照强度抑制了光合作用O养殖池培养液中的溶氧超过 300%也会因氧饱和抑制了光合作用O严重时藻细胞还 会引起光氧化死亡。光抑制和氧饱和虽都是由光强引 起,但其生理机制是不同的O如何降低或减少宅们对螺 旋藻生长的影响,钝顶螺旋藻因品系的不同,有的敏 感,有的不太敏感;对溶氧也有抗和不抗品系的区别。 因此,筛选培育抗氧饱和,对光抑制不敏感的品系是解 决这个问题的有效措施。此外,在高光强时将藻池遮盖 一部分减少阳光照射也可以提高光合作用活性。 图6-5是钝顶螺旋藻对光抑制敏感品系(SP-RB) 和较不敏感品系(SP-G)两个品系遮盖不同比例(百分数)光照时对光合作用活性的影响O从图6-5可见, 两个品系由于遮盖一定比例光照光合作用活性均有明显提高O而敏感品系(SP-RB)效果更明显。为了及时有 效地排除藻池中的溶氧,增加搅拌速度也是一种重要措 施。目前我国大多数工厂的搅拌速度都较慢(10 ~ 15 厘米/秒) ,最好能提到20~25厘米/秒。
6.计算机管理应用：计算机对生产过程进行管理, 既可以精干员工又可提高工作效率,实现现代化管理的企业、工厂无不使用计算机作为公司、工厂高效运转的有力工具,微藻在封闭式(close system)中试中用计算 机调控已有报道。在以色列近红海的艾拉特一家生产基地,用计算机监测露天大池中杜氏藻(盐藻)细胞的密 度,自-胡萝卡素,叶绿素a以及培养液中碳飞氮、磷的 含量,技术人员根据测得的数据,决定是否采收,采收 多少,补充多少营养元素,等等O但是国内外户外螺旋藻工厂尚未见到用计算机进行监控的报道。中国科学研究院武汉植物所与云南施普瑞公司合作开发了一种用于半封闭养殖的计算机管理系统,用于指导生产有明显的效果。
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产业化发展趋势之选育优良品系…
国内外用于工厂化生产的螺旋藻，主要有两种：钝顶螺旋藻和极大螺旋藻。这致命伤中不仅形态上容易发生变异，在生理和生化组成上也可以采用物理、化学的方法使其发生变异，从中筛选出具有优良品质或特性的新品系。
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采收和干燥技术…
一、采收技术
由于螺旋藻藻丝较长，通常200-300微米，用250-300目筛网过滤是一种简便经济的方法。国内外常用的是斜面过滤的方式，这种方式又有两种，一种为单级斜面滤床，另一种是多级（常为5-