因为微藻是植物,其基本生产程序与作物种植类似,只要有场地(水面)、水、无机盐 (肥)、CO2和光照就可生长。因此从理论上讲,微藻的生产应是简单和廉价的。但事实上,有许多决策,特别是技术问题,决定着微藻生产的效益乃至成败。
1.建场选址
不同的生产对象对生长的环境因子有不同的要求。养藻建场要选择有利于微藻生长的地方。国外螺旋藻生产场址几乎毫无例外的建在热带或亚热带不适于耕种的贫瘠地区,因为螺旋藻生长需要较高的温度(35℃左右)和较充足的光照。螺旋藻喜碱性,保持培养液高盐碱 (NaHC03一般约15克/升)是生产高质量产品的重要保证。生产场要远离农田,以尽量避免或减少生产用盐碱水对环境的污染。同时,也必须注意使微藻本身免受工业和市政等排放的废水、废气及有毒废弃物的污染。纵观我国现有60多家螺旋藻生产场的建场,发现有很大的不同。从纬度上看从北方到南方相当分散,内中还不乏改良田或山林为养藻田的例证,这是造成某些场成本高、经济效益低的原因之一。更为严重的是会造成水污染和土壤盐碱化。因此,我国的螺旋藻生产场应建在广东、海南等沿海一带不宜耕种的盐碱滩上,或建在西部沙漠、半沙漠地区(像美国和以色列那样〉
2.微藻生产方式简介
(1)叶轮混和跑道式开放养藻池这是目前国内外大量生产微藻特别是螺旋藻和盐藻的最常用方法。一般浅水塘(深10-30厘米)用塘堪或水泥板分割成联通的跑道式,以马达带动叶轮桨片推动培养液达到搅拌和混和的目的。池底以不漏水为原则,国外许多生产场甚 至就是原泥沙底或铺一层塑料膜衬底,国内则大多数是水泥底。这种方式的优点是投资少、见效快,缺点是生产受气候影响大,容易污染,产量受到一定的限制。但一般情况下夏季晴天生产螺旋藻产量可达10-15克(干粉,下同)/天·平方米。我国南方年产可达1吨/亩(按年 生产200天,日平均产6-8克/平方米计算)。虽然光合效率较低(仅1 %),但这种生产方式被国内外认为是目前生产用于健康食品、饲(饵)料等粗制品微藻的最经济可行的方法。
(2)封闭式光合反应器用玻璃或透明塑料管做成盘旋式或方格板式全封闭微藻生产 系统(仍主要以自然光为光源)。此类生产方法的优点是:部分理化环境因子可控制;扩大了 表面积/体积比,从而增加了光能利用率(约5%) ;更宜于防止污染。因此产量较开放塘式可高出数倍，质量提高更显著。但此法投资大、成本高，并有一些面要解决的技术问题，故目前只限于培种和生产特种用途的高值微藻产品使用,国内尚未用于生产。
(3)发酵罐异养培养部分微藻有异养性能,可像酵母、细菌那样利用有机物发酵生产。 台湾的部分小球藻外,对大多数微藻,此法仍处于实验室研究阶段,一旦获成功,可能是大量生产某些优质微藻的有效方法。
3.微藻生产中的几个问题
微藻大量生产中经常碰到的问题有多种,择其要者介绍如下:
(1)种的控制 品种至少应该是不(或极少)掺杂其他种类微藻的单种。一般情况下,许多门类的微藻由于存活条件的相似性或较强的适应性很难做到大面积单种培养。杂藻(生产品种以外的其它微藻)、微型动物以及细菌的污染往往严重地影响产品的产量和质量,甚至造成停产。这是迄今只有少数种类的微藻投入商品性生产的主要原因。螺旋藻和盐藻之所以能用于大量生产,主要在子这两种微藻分别喜爱其它微藻不太适应的特殊的高碱和高盐 环境,大面积生产较易控制。显然,生产中的单种保持、污染控制既是选择培养对象又是确定生产方式的重要因素。也是微藻开发研究中的一个重要课题。
(2)搅拌和充气微藻是在水体中培养生长的作物,为使细胞分布均匀,充分利用阳光 和进行气体交换,生产中必须不停地进行温和而均匀的搅拌,并导入适量CO2,才能保证生 长、提高产量。搅拌的速度(一般在10米/分)和方式(多采用叶轮式)以及CO2施用量,直接影响产量,是投资者在计算成本时经常考虑的问题之一。
(3)收获和干燥微藻在水体中生长,个体小(3-30微米)、浓度低 500毫克干重/升) ,造成收获和干燥投资高、难度大,也是多年来微藻生产中科技人员致力解决的重要技术问题之一。事实证明,离心法和化学凝絮法从经济考虑大多不够理想。由于个体相对比较大,螺旋藻生产中主要采用过滤法收获,收获的藻糊(10~15%的干重)需尽快干燥以免变质。对螺旋藻而言,干燥比收获所需的技资和成本更高,虽然可用多种干燥方法,但目前最常 用的还是喷雾干燥。赵果用流水线式生产无细胞提取物(如藻蓝素) ,则可省掉耗资较大的干燥工序。上述三个方面的问题,特别是(1)和(3),往往是一些微藻生产场(厂)投资和规模已经到位、达标,但产量和质量都达不到预期的主要原因。
效益和市场浅析
如果把微藻生产流程简化为:培育和接种、生产培养、收获干燥这连续三大程序,以开放 池式生产螺旋藻为例进行大略的经济核算,其投入至少包括: (1)固定资产,如土地、建筑、设 备、实验室装备等费用。(2)运转投入的水、电、原料(主要是营养盐和CO2)、劳务(含技术服 务)等。(3)间接投入(运行管理、设备保养和广告宣传等)的费用。(4)其它开支,如事故、环 保、社会保险和纳税等。
据悉,目前我国生产螺旋藻的成本(即投入)约10万元/吨干燥粉,其中上述4项的投入 比大致分别为20~30% (不包括征购土地费用)、50~60%、10~20%和5~10%。所产干燥粉主要供出口.达标产品售价约在16~20万元/吨,利润约在100 % ,经济效益可谓显著。值得注意的是.国际上同类螺旋藻产品的成本大致合5~10美元/公斤,按国际市场同样售价汁算.其利润较我国产品高10~20%。这和我国的微藻生产技术较差,部分场址选择不当〈小而分散)和管理较差有关。
如果说生产螺旋藻经济效益显著,那么加工螺旋藻成片剂或胶囊作为保健品出售则可以说是爆利。如按其主成分-螺旋藻的含量计算，有的价格高达约1000万元/吨（如每片 O. 25克,100片,售价300元) ,一般也在500万元/吨左右,其效用成分-螺旋藻本身的成本价只占其中1~4%,即使去掉添充剂(如果有的话)、加工和包装费,其利润亦高得惊人。 螺旋藻的市场有多大,前景如何?这是个非常复杂的问题。80年代后期,据报道国际上的生产和需求相对持平,约2000吨左右,谓之"作为健康食品,市场基本饱和"。然而近两年 的现实是,我国的螺旋藻干粉产品绝大多数被外商买走,且似供不应求。是螺旋藻的国际市 场短期内迅速扩大了吗?在作结论之前,尚有几个问题需要考虑: (1)世界上最大的、年产300余吨的墨西哥天然苏打湖螺旋藻生产场近年因故停产,这 导致原本供需平衡的国际市场因突然减少约20%的供货而造成需方的缺口。虽然我国目前号称有60多家生产场,但实产也只是100多吨/年,即使全部出口仍填不上300吨的空缺。 (2)建场生产是固定投资并需要一定的时间,参考(1) ,不能排除投机商借机有意误导、 哄抬物价、制造假象、促我上马、另有企图的可能性。(3)外商购得我国藻粉产品稍经加工成片剂或胶囊即又转回,在我国内市场高价推销, 获取巨额利润。(4)国际上对螺旋藻及其制品又有新的认识或发现了新用途。 显然,前三种原因中的任何一种的可能性都足以令我们保持清醒的头脑。我们当然希望 第四种情况是事实,遗憾的是至今未见有关新的、足以引起市场震动的突破性研究的报道。 为此,承认并密切注视螺旋藻国际市场的波动,有足够的风险意识是必要的。 作为螺旋藻生产场(厂)家的产品一一干藻粉,如前所述,主要供出口,国内市场并不大。 但干藻粉经简单加工而成的螺旋藻片、胶囊等形式的螺旋藻保健品(市场上有"药准"和"食准"两 种批号)的国内市场却正在悄然兴起,甚至有展开一场包括美国产品在内的市场大战之势。 我国保健食品或药品的品种和数量堪称世界第一,国人自古以来似对此类产品情有独钟,螺 旋藻挤占一席之地也并不奇怪。几年前还在螺旋藻国际市场基本饱和的时候,国外已有人在 研究将其制品打入我国的可能性和方法。看来,随着"泊来品"的"引进",螺旋藻保健品的走 势趋升,近一二年市场看好,但能否维持,最终还是因价格和实用效果的相符与否由消费者 定。对螺旋藻产业界来说,更重要的倒是在积极开拓的同时,精心保护这个市场。
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