微藻，未來生物科技的「綠色黃金」？

荷蘭在線特約專欄

文|石敬

在荷蘭阿姆斯特丹Nemo科技館的 「未來食物」展區中，有一組由透明的玻璃管道連接而成的裝置佔據了展區C位，在這些管道裡充滿了綠色的液體，而這個裝置有什麼神奇呢？

原來這些「高科技」管道由荷蘭公司LGem和瓦赫寧根大學聯合設計完成，名為「管式光合反應器」，管道中的綠色液體是培養液，裡面培養了無數直徑為幾微米的微生物。這種微生物名為「微藻」，英文名稱Microalgae。微藻中含有蛋白質、碳水化合物、脂類和多種人體所需的營養成分，可作為優質的食品原料和膳食添加劑。

那麼，微藻有什麼特別之處呢？

微藻居然有這麼多的用途！

大家所熟知的微藻有小球藻 (Chlorella) 和螺旋藻 (Spirulina)等。微藻與細菌一起構成了食物鏈的基礎，源源不斷地為上方營養層的物種提供食物來源。微藻的生物多樣性是巨大的，它們代表了一種幾乎未開發的資源。據估計，約存在200,000-800,000種微藻，其中有50,000種已經被科學家所證實。由此看來，在微生物界，微藻是一種尚未被大規模應用的微生物，其市場潛力巨大。

微藻作為原材料可以用來生產的產品範圍從精細化學品（例如不飽和脂肪酸、類胡蘿蔔素、葉黃素和天然色素等）到批量應用的產品（例如蛋白質、碳水化合物和脂質等）。近年來，在微藻中發現了超過15000種化合物，因此用微藻製成的產品列表也在穩步擴大。

譬如， 微藻含有多種天然色素，具有很強的著色能力，可以提取製成天然著色劑應用於食品市場。可口可樂的冷榨果汁公司Suja，就在2015年至2017年間連續推出了4款添加微藻的有機果蔬汁，將蘋果、羽衣甘藍、菠菜等食材與藻類融合，帶給消費者清新健康的體驗。

微藻的作用不僅限於此，它還有許多其他的用途，例如被製成藻類食品、動物飼料、生物燃料、天然肥料、生物塑料、化妝品和藥品等。此外，它們也可以用於汙水處理，微藻細胞可以用來去除汙水中富集的氮、磷等營養物質，並以有機物的形式將其儲存在藻細胞中，而汙水中的重金屬與藻細胞表面的負電荷反應點的結合發生吸附，達到修復重金屬汙染的水體的功能，具有高效、低耗能、環保的優勢。

微藻是單獨的、鏈狀的或者成組存在的單細胞物種，大小範圍可以從幾微米到幾百微米不等，通常存在於淡水和海洋系統中。它們可以吸收水中的營養物質和二氧化碳，然後轉化成有價值的生化產品和氧氣，而微藻進行這些化學反應只需要一個能量來源——光照，所產生的氧氣約佔地球總量的50%左右，因此也被稱為地球的「綠血球」。

荷蘭與微藻的淵源，微藻在荷蘭大放異彩

荷蘭與微藻的淵源要從代爾夫特理工大學的第一代傳奇教授馬丁努斯·威廉·拜耶林克（Martinus Willem Beijerinck，1851-1931）說起，他是荷蘭著名的微生物學家和植物學家，也是病毒學和環境微生物學的奠基人之一。他在1890年首次從代爾夫特的一個富營養化湖泊中取樣，並成功進行了小球藻 (Chlorella vulgaris) 的無菌分離和培養。這支小球藻，經過百年來不斷的培養，至今仍被眾多科學家和企業廣泛使用。

如今，微藻的科研與現代化應用在荷蘭廣泛展開，其中，瓦赫寧根大學藉助自身在現代化農業和環境技術方面的優勢，對微藻的利用進行了卓有成效的研究，並建立了大型的中試基地AlgaePARC用以研發微藻生物技術，填補了微藻基礎研究與大規模微藻生產之間的空白。

AlgaePARC主要設有四個不同的光合生物反應器：一個開放式系統，兩種類型的管式反應器和一個塑料膜生物反應器，還有許多用於測試新技術的小系統。AlgaePARC的優勢和獨特性在於，它可以在相同條件下比較四個不同的大型微藻生產系統，測試小型新系統，同時獲得大規模生產的實踐經驗。

研究顯示，利用管式光合反應器生產一公斤某微藻（乾重，即去除水分後的淨重量）的成本約為40歐元，而該微藻產品在膳食補充劑和魚苗食品市場的價格約為400-500歐元。但是，如果生產批量應用的產品，如脂類用於生物燃料，生產過程還需要進一步優化，以降低成本。

此外，瓦赫寧根大學與歐洲卓越可持續水處理中心(Wetsus)合作，致力於利用汙水進行藻類培養，生產有價值產品的研究。例如，在近期完成一個項目中，研究人員利用稀釋的人類尿液培養藍綠藻 (Cyanobacteria)，合成藻青素顆粒多肽，這是一種可以應用在分散劑和生物塑料工業的原材料，同時合成藻膽蛋白，以應用在染料工業。雙方也合作研究了使用微藻生物膜清潔廢水的不同方案，並在萊瓦頓的汙水處理廠建造了一個實驗反應器。

中國在微藻應用上進行積極嘗試

中國微藻的應用歷史同樣很長，在食物匱乏的年代，微藻更一度成為替代蛋白質乃至糧食的優先選擇。進入21世紀後，中國也開始進行微藻生物科技的研發，並湧現出一些創新企業。

例如，綠倍生態科技利用微藻進行畜禽汙水的深度處理，以進一步去除氮和磷。這項技術避免了傳統氮磷處理造價高、汙泥量大的弊端。所產生的副產品微藻，是有經濟價值的生物產品，可以回收再利用，一方面，可作為畜禽飼料添加劑，實踐證明可改善畜禽亞健康狀態，並提高畜禽產出效益；另一方面，也可直接作為優質魚粉，其品質優於進口魚粉，從而真正實現了可循環經濟。

隨著微藻生物技術的蓬勃發展、微藻培養方式的根本性創新，中國已成為世界上規模最大的微藻生產國，微藻年產量達到1萬多噸（乾重），佔全球市場的60%以上。據Data Bridge Market Research分析，亞太地區由於食品行業經濟發展較快，預計在2020年至2027年間，微藻食品市場將實現較高的增長率。微藻作為素食主義、健康主義和環保主義者的友好型產品，符合可持續的流行趨勢，又具有額外的功能優勢。

中荷雙方對於微藻的共同重視也為雙方的合作奠定了基礎。2016年10月，北京建築大學、北京首創股份有限公司與荷蘭代爾夫特理工大學共同成立了「中—荷未來汙水處理技術研發中心」，籤署諒解備忘錄，旨在藉助荷蘭世界領先的理念與技術轉化能力，幫助中國實現國際先進技術的轉化與落地。

2019年11月，研究中心的三周年成果報告會在北京舉行，三方緊密合作，已經在研發、實戰、學術、人才培養等方面取得了諸多成果，其中就包括微藻厭氧消化產甲烷的研究，從產甲烷潛力入手,揭示了各類微藻生物質均具有良好的產甲烷潛力,普遍高於活性汙泥等典型生物質。雖轉化率較低，但開發的低溫熱處理是目前最具有經濟技術可行性的預處理辦法，該項研究也體現出微藻有望成為生物能源的巨大可能。

作為一種尚未被大規模應用的微生物，微藻是潛力巨大的「綠色黃金」，無論在精細化工領域，還是在批量應用領域都有廣泛的用途。隨著中荷雙方在微藻領域加深合作，相信在未來，更多微藻產品的問世會改善我們的生活。

作者|石敬

博士，環境技術諮詢師，自由撰稿人，旅居德國、荷蘭。