《食品科学》：江南大学杨海麟教授等：微藻破壁处理技术、生物活性及应用研究进展

微藻是一类重要的单细胞水生光合生物，在地球生态系统中发挥着关键作用。近年来，随着人类对资源可持续利用和健康生活需求的不断增长，微藻因其独特的生物合成能力和丰富的生物活性成分，逐渐成为生命科学和工业领域研究的热点。微藻不仅通过光合作用高效固定二氧化碳，具有良好的固碳能力，有助于缓解环境问题；还富含多种高附加值的功能性成分。这些成分因其在抗氧化、抗菌、免疫调节、抗肿瘤及代谢调控等方面的显著生物活性，在食品、医药、化妆品及其他功能性产品中的开发利用中具有广阔应用前景。

微藻资源的开发与应用离不开高效的成分提取与纯化技术。通过优化提取技术，不仅提高了目标成分的提取效率，还有效保护了其生物活性。

许多研究已证实微藻功能性成分具有显著的生物活性。这些研究不仅证明了微藻在保健食品和医药领域的开发价值，也为其在多领域的产业化应用奠定了理论基础。

江南大学生物工程学院的龚韧、杨海麟*和中国科学院水生生物研究所的金虎*等系统梳理微藻功能性资源的最新研究进展，重点探讨微藻破壁技术的发展与优化、功能性微藻资源的主要生物活性及其作用机制，以及功能性微藻在食品、医药和化妆品等领域的实际应用情况。同时，全面分析当前技术的不足与挑战，并提出了未来的发展方向。本综述旨在为功能型微藻资源的高效开发与多领域应用提供系统的理论依据与实践参考。

1 微藻破壁技术的发展与优化

微藻细胞中功能性成分的提取一般包括预处理、破壁、提取和分离纯化4 个阶段：预处理主要包括洗涤和干燥，用于去除杂质并准备细胞；破壁通过物理、化学或酶解等方式破坏细胞壁，释放内部活性成分；随后使用溶剂或其他手段提取目标物质；最后，通过离心、过滤或色谱纯化提取物（图1）。

在微藻功能性营养成分提取过程中，破壁技术作为核心环节直接决定了成分释放效率与提取性能。由于微藻细胞壁通常结构坚韧且复杂，直接影响着细胞内成分的释放效率。有效的破壁方法能够显著提升目标成分的提取率，确保微藻中蛋白质、油脂、色素、多糖等有价值物质得以最大限度地释放。因此，选择合适的破壁方法对提高提取效率、减少能耗、保持活性成分的稳定性至关重要。本文将聚焦于微藻破壁技术的发展趋势，系统评估各类方法在提取效率、适用性、经济性、环境友好性与产业化应用方面的优势与不足。

微藻细胞壁结构复杂且坚韧，对物理和化学处理均具有显著抗性。这种牢固的细胞壁既保护了微藻细胞中的营养物质和活性成分，也给提取过程带来了难度。因此，破壁处理成为微藻资源中功能性营养成分提取的关键步骤，能够有效释放细胞内的蛋白质、油脂、色素、多糖等目标成分。为了高效地提取这些成分，研究者们开发了机械、物理、化学和酶解等多种破壁方法，需结合目标成分特性与生产需求，科学选择并优化破壁方式（表1）。

1.1 机械破壁法

机械破壁法是一类通过施加外部物理力（如剪切力、冲击力或摩擦力）直接破坏微藻细胞壁结构的技术，常用于蛋白质、油脂等胞内功能成分的提取。该方法具有破壁效率高、处理速度快和工艺成熟等特点，特别适合连续化和工业化的大规模生产，是目前最常用的破壁技术之一。主要的机械破壁方法包括高压均质破壁、研磨破壁、珠磨破壁和切割挤压破壁等，每种方法在效率、成本和适用性上具有不同特点。总体而言，机械破壁法对温度不敏感的目标成分提取尤为高效，适用于产量要求高的场景，具备较好的适用性和经济性。然而，该方法通常伴随较高的能耗和设备磨损，需配置冷却系统以降低热积累，间接增加能源与资源消耗，因此在环境友好性方面相对逊色，不利于实现低碳绿色生产，未来可通过与物理或酶解法协同使用，可在保证效率的同时降低能耗、提高绿色性。

高压均质破壁法是其中一种常见的工业化应用技术，通过将微藻悬浮液置于高压环境中，通过微孔喷射产生的强剪切力破壁。该方法破壁效率高，细胞浆液分布均匀，有利于后续提取与分离步骤，适合大规模生产。然而，其能耗较高，设备成本昂贵，且高压产生的热量可能导致部分活性成分降解，因此更适用于热稳定性较高的目标成分（如蛋白质和脂溶性物质）的提取。Katsimichas等通过高压均质破壁法研究了蛋白核小球藻（

C. pyrenoidosa

）蛋白提取的动力学模型，将蛋白浓度与高压均质预处理条件及提取温度相关联，以优化提取过程。他们发现，采用800 bar的高压和4 次处理的破壁条件，能够显著提高蛋白质和碳水化合物的提取效率，从而验证了高压均质法在提升大分子蛋白质提取效率方面的有效性。

研磨破壁法则通过球磨机或珠磨机利用颗粒摩擦和撞击破坏细胞壁，适合小规模和中等规模提取。该方法灵活性高，可调节研磨介质的大小和速度以适应不同提取需求，但过程较慢，产生的摩擦热可能影响部分热敏成分的活性。珠磨破壁作为研磨法的变种，利用较小的玻璃珠等介质在高速旋转下进行细致破壁，具有较好的破壁效果，适合释放热敏成分且能保持其活性。然而，珠磨法的处理量较为有限，设备磨损较快，维护成本较高。Postma等通过不同尺寸的珠子（0.3～1 mm）在实验室珠磨机中对3 种微藻（小球藻、富油新绿藻和四爿藻）进行破壁处理，结果表明，较小的珠子（0.3～0.4 mm）在降低能耗的同时显著提升了破壁效率和蛋白质释放率。此外，在珠磨过程中，标记蛋白Rubisco的天然结构得以保留，进一步证实了该破壁过程的温和性。切割与挤压破壁法通过高速旋转刀片的剪切力和挤压力破坏细胞壁，适用于快速提取，能耗低且经济性高，但对细胞壁厚度不均的微藻效果可能不一致，适合对温度不敏感的成分的快速、高产量提取。

1.2 物理破壁法

物理破壁法是利用物理场能量（如声波、微波、电场等）作用于微藻细胞，从而破坏其细胞壁，释放内部功能性成分的技术。物理破壁法相比机械方法操作更温和，且无机械磨损，有利于保持活性成分的结构完整性，尤其适用于热敏性成分的处理。物理破壁法常见的几种方式包括超声波破壁、微波破壁和电场辅助破壁等。物理破壁法整体适用于蛋白质、多糖、色素等热敏性或高附加值成分的提取，破壁过程中对化学性质干扰较小，能够有效保留成分的生物活性。此外，该方法不依赖有机溶剂，绿色环保，设备运行过程中几乎无副产物释放，环境友好性较高。但其也存在一定局限，如超声和微波设备对处理体积有限，能效转化率偏低，部分设备成本较高且参数优化较复杂。该法适合中小规模应用，工业化推广受限于设备功率和能耗管理。

超声波破壁法通过超声波产生的空化效应，在液体中形成微小气泡。当气泡破裂时，产生的冲击力可以有效破坏细胞壁，释放出细胞内的生物活性成分。该方法温和高效，尤其适合蛋白质、色素等热敏性物质的提取，因此广泛用于小规模和中等规模的微藻成分提取。此外，超声波的破壁机制不仅依赖于空化效应，还包括其产生的机械/物理效应（如剪切力、局部高温高压）以及化学效应（如自由基生成），这些综合作用进一步提升了破壁效果。然而，超声波技术在工业化应用中仍面临挑战，设备功率限制了其规模化，且高强度长期运行可能影响设备耐用性。

微波破壁法是一种利用微波辐射产生的热效应和电磁效应对微生物细胞壁进行高效破坏的技术，广泛应用于从微藻等生物体中提取功能性成分。在微波辐射作用下，细胞内部的极性分子（如水分子）高速极化并迅速反向，产生摩擦热，使细胞壁逐渐松弛并出现微孔。随着温度和处理时间的增加，微波辐射引起的高频分子振动逐步破坏细胞壁的纤维结构，显著增加细胞壁的厚度和孔径，使细胞内容物更易释放出来用于提取。在提取微藻脂质时，微波辐射还能诱导脂质成分的变化，增加短链和饱和脂肪酸的比例，而减少不饱和长链脂肪酸的含量。与传统的干燥研磨破壁法相比，微波破壁法具有较低的能耗和较高的破壁效率，已成为微藻等生物质脂质提取研究中的热点。马欣如以螺旋藻为原料，构建了微波辅助二段水热催化体系用于制备高品质生物油。通过响应面法优化反应参数（80 ℃预处理、80 ℃反应、3%硫酸环境），获得富含低碳酮类的中间产物。进一步采用Ni负载碱改性HZSM-5催化剂显著提升烃类含量，最高达48.1%。结合Aspen Plus模拟与㶲分析发现，该催化体系具有更高的能效（56.4%），展现出良好的工业应用潜力。

电场辅助破壁法（如脉冲电场）通过高强度脉冲电场改变细胞膜的电场分布，形成孔道以破壁。该方法能耗低、操作温和，适合保护热敏性成分，但设备要求高、成本较高，且在不同细胞类型上效果可能存在差异。物理破壁法在实验室和中等规模提取中具有优势，而其在大规模应用中的限制主要体现在设备成本和破壁一致性方面。

1.3 化学破壁法

化学破壁法通过使用化学试剂（如酸、碱、有机溶剂）与微藻细胞壁发生反应，降解或溶解细胞壁，从而释放出细胞内的功能性成分。在多糖或蛋白质含量高的微藻中，该方法可显著提高破壁与提取效率。该方法操作简便、反应迅速且成本低，适合用于粗提阶段或对成分稳定性要求不高的提取需求，尤其常用于脂质、多糖等非热敏性成分的提取。然而，化学破壁存在一定局限性，如酸碱处理过程可能导致部分活性成分结构破坏或变性，且化学残留需通过后续中和与纯化步骤去除，增加了操作复杂性。此外，有机溶剂可能对操作人员及环境造成潜在风险，不符合绿色可持续发展的要求。在经济性方面，该方法总体成本较低，适合大规模粗提工艺，但对高附加值成分的选择性较差。从环境友好性角度来看，化学试剂的使用和排放存在一定污染隐患，需结合绿色溶剂替代、反应条件优化等策略加以改善。

酸处理法利用酸性试剂（如盐酸、硫酸）降解细胞壁中的多糖和蛋白质，能够快速实现破壁并降低成本，适合于粗提取过程。然而，酸性环境可能损害热敏性或酸敏性成分的结构，需要在处理后充分中和去除酸残留，以确保产品的纯度和安全性。Wang Songmei等通过在高温条件下使用甲酸并辅助少量盐酸处理含水微藻生物质，以有效破坏细胞壁结构并释放细胞内脂质。该方法在微藻生物质含水量高达82%的条件下显著提升了提取效率，使小球藻（

C. protothecoides

）的脂质和脂肪酸甲酯产率分别达到了45.6%和85.8%的较高水平，并且适用于其他微藻种类。相比酸处理法，碱处理法则使用碱性试剂（如氢氧化钠）破坏细胞壁中蛋白质和纤维素的结构，在提取脂溶性成分时表现良好，但也可能导致部分活性成分的变性或功能损失，且需进行中和以去除碱残留。

有机溶剂法则是通过有机溶剂（如乙醇、甲醇）溶解细胞壁的脂质成分实现破壁，特别适合于脂溶性成分的提取。该方法具有较好的选择性，能够针对不同的极性成分优化溶剂，提升特定成分的提取率。然而，有机溶剂在使用后必须彻底去除，以避免对最终产品造成残留污染，并符合绿色生产的环保要求。

1.4 酶解破壁法

酶解破壁法是一种通过酶制剂降解微藻细胞壁成分，从而释放细胞内目标成分的温和破壁技术。该方法利用酶的特异性作用，根据微藻细胞壁的主要成分（如纤维素、蛋白质、多糖等），选择合适的酶制剂（如纤维素酶、溶菌酶、蛋白酶等）对细胞壁进行选择性降解，因而在保持细胞内热敏性活性物质（如蛋白质、色素、多糖等）结构完整性方面具有显著优势。酶解过程通常在低温、中性或微酸性条件下进行，操作条件温和，几乎无副产物产生，具备良好的环境友好性，特别适合用于高附加值、对结构敏感的生物活性成分提取。在应用适用性方面，酶解法适用于大多数细胞壁复杂、机械或化学手段难以有效处理的微藻品种，且通过不同酶制剂的协同作用（如纤维素酶与溶菌酶或蛋白酶的组合）可进一步增强对细胞壁复杂结构的降解能力，提高提取效率。Zhao Kangyu等研究了纤维素酶与漆酶协同处理微拟球藻（

Nannochloropsis oceanica

）对脂质提取的影响。研究表明，单独使用纤维素酶可显著提高脂质提取率，但当纤维素酶与漆酶组合使用时，其协同效应使脂质提取率达到最高。在优化条件下（pH 5.0、45～50 ℃）处理6 h后，脂质提取率达（26.9±0.2）%。刘浩文等以纤维素酶与木瓜蛋白酶（质量比1∶1）组成的复合酶体系提取栅藻多糖，并通过响应面法优化酶解条件。研究表明，最佳提取条件为pH 6.1、酶添加量5.35%、酶解温度53.1 ℃和酶解时间84.2 min，在此条件下多糖提取率达8.86%。该方法提取条件温和，效率较高，适用于栅藻类微藻的粗多糖制备。

然而，该方法也存在一定局限，如酶制剂成本较高、反应时间相对较长，且对温度、pH值、金属离子等反应环境较为敏感，在工业放大时需严格控制反应条件。从经济性角度看，酶解法更适合中小规模或高品质产品的开发，但随着酶制剂制备工艺的改进及酶工程技术的发展，其在工业化应用中的成本与效率有望进一步优化，未来在绿色高值提取方向具有广阔发展潜力。

1.5 联合破壁法

联合破壁法融合多种技术，发挥协同效应以提升效率，弥补单一方法的不足。常见的联合破壁技术包括机械-物理联合法、物理-化学联合法、酶解-物理联合法以及机械-化学联合法。例如，机械破壁（如珠磨或高压均质）与超声波结合，可利用机械力初步破坏细胞壁，再通过超声波的空化效应进一步提升破壁效率和成分释放率，从而实现协同增强。联合破壁法尤其适用于细胞壁结构复杂或目标成分多样的微藻样品，在蛋白质、多糖、色素和脂质等多目标成分的提取中表现出更高的适用性与灵活性。该方法不仅有助于提高提取效率和得率，还能在适当条件下降低能耗，并更好地保护热敏性成分，因此在绿色提取方面具有显著优势。然而，其工艺路径复杂，涉及多种设备或反应条件的协同配合，技术参数优化难度大，设备投入和运行成本相对较高，影响其经济性及工业化推广速度。因此，联合破壁法更适合中试或高附加值产品的开发，尤其适用于要求高效提取、活性保持和环境友好并重的提取工艺，在推动微藻资源高值化利用方面前景广阔。

Jian Cedric Sow等研究了联合高压均质和超声预处理对脱脂微拟球藻蛋白提取和功能特性的影响。研究发现，高压均质的高压剪切与空化效应能有效破碎细胞，3 次高压均质处理可显著减小颗粒体积粒径（由314.25 µm降至129.5 µm），提高蛋白表面疏水性与柔性，并增加二级结构中

-折叠相对含量至72%，从而显著提升乳化性能。超声通过空化作用在细胞表面形成孔洞，高振幅（40%）进一步减小颗粒体积（至78.22 µm）。联合使用这两种物理预处理技术，能够实现对蛋白结构与功能性的协同优化，为微藻蛋白在功能性食品中的开发提供了新思路和技术支持；而微波加热结合化学试剂（如酸、碱、有机溶剂、表面活性剂、离子液体或盐溶液）则能显著提高脂质和多糖的提取效率。

2 功能性微藻资源的生物活性

微藻资源作为天然生物活性物质的重要来源，近年来在营养、保健以及疾病防治等领域的应用研究取得了显著进展。微藻中的多种活性成分，如多酚类、胡萝卜素、藻蓝蛋白以及脂肪酸等，已被证明具有较强的抗氧化、抗肿瘤、免疫调节及抗菌等生物活性（图2、表2）。这些活性成分不仅在体外实验中展现了明显的生理作用，也为其在功能食品、膳食补充剂及药物开发中的应用提供了理论依据。

2.1 抗氧化活性

氧化应激是指体内自由基和反ROS过量积累，导致细胞损伤、炎症和功能紊乱的状态。氧化应激与多种慢性疾病的发生密切相关。抗氧化剂能够清除这些有害分子，保护细胞免受氧化损伤。微藻作为天然的抗氧化剂来源，富含多种能够有效清除自由基的活性成分，成为近年来广泛研究的对象。

微藻中主要的抗氧化成分包括多酚、类胡萝卜素和藻蓝蛋白，可显著减缓氧化应激并预防相关疾病。藻类多酚，尤其是小球藻中的多酚类化合物，如咖啡酸、绿原酸和槲皮素等，展现出强大的抗氧化能力。其分子中的酚羟基（—OH）能通过提供电子中和自由基，从而防止细胞氧化损伤。此外，酚羟基还能抑制氧化酶的活性，减少ROS的生成，降低氧化应激水平。藻类多酚还可通过激活细胞内抗氧化酶系统（如SOD和CAT），进一步清除ROS，增强细胞的抗氧化防御能力（图2）。因此，藻类多酚在缓解衰老、炎症及氧化应激相关的代谢性疾病（如心血管疾病、糖尿病和神经退行性疾病）中展现出显著的预防和治疗潜力。

微藻中的类胡萝卜素，特别是虾青素和

-胡萝卜素，是重要的天然抗氧化成分。类胡萝卜素通过共轭双键系统提供电子，中和自由基和ROS，发挥抗氧化作用。虾青素作为最强的天然抗氧化剂之一，不仅能有效清除体内的自由基，还能抑制过氧化脂质的生成。此外，虾青素还通过抑制ROS的生成，减轻氧化应激，进一步保护细胞免受氧化伤害。

-胡萝卜素同样通过减少自由基生成并清除ROS，发挥抗氧化作用，尤其在保护细胞免受氧化损伤和延缓衰老方面表现出显著效果。

微藻中的藻蓝蛋白（一种天然色素），尤其是在螺旋藻（

A. platensis

）等蓝藻中含量丰富，是一种天然的水溶性抗氧化剂。藻蓝蛋白的抗氧化作用主要通过分子结构中的开放四吡咯链实现。该结构可通过提供氢原子（位于四吡咯分子第10位碳）与过氧自由基反应，从而捕捉并中和氧自由基。此外，藻蓝蛋白还能够激活细胞的抗氧化酶系统，提高细胞的抗氧化能力，从而增强细胞的自我修复和防御机制。

除了多酚、类胡萝卜素和藻蓝蛋白，微藻中还含有如VE、谷胱甘肽和硒化物等抗氧化物质。VE通过清除自由基保护细胞膜，谷胱甘肽在细胞内作为主要的抗氧化分子，帮助中和自由基，而硒化物则通过增强抗氧化酶系统的活性发挥作用。这些物质共同构成了微藻中的抗氧化成分。

2.2 抗菌和抗病毒活性

抗生素耐药性和新型病毒频发对公共卫生构成挑战。细菌耐药性使得传统抗生素的治疗效果逐渐下降，而病毒感染则仍然是全球范围内致死率较高的疾病之一。因此，寻找和开发天然抗菌剂和抗病毒剂已成为当前药物研究的热点。微藻中有多种成分表现出显著的抗菌和抗病毒活性。

微藻中的一些藻类多糖已被证实具有抗病毒活性。自20世纪90年代首次报道螺旋藻产生的硫酸化多糖具有抗人类免疫缺陷病毒（HIV）作用以来，相关研究逐渐增多。微藻多糖可有效抑制HIV、流感病毒和SARS-CoV-2等包膜RNA病毒。这些多糖的抗病毒机制主要通过与病毒表面糖蛋白结合，抑制病毒与宿主细胞的结合，从而阻止病毒入侵宿主细胞。有研究表明，微藻在生物或非生物胁迫条件下可大量分泌多糖，这些多糖在病毒感染环境中能够有效抑制病毒复制。实验显示，雨生红球藻和盐藻提取物对单纯疱疹病毒1型（HSV-1）感染的Vero细胞具有显著抑制作用，其中雨生红球藻乙醇提取物在75 μg/mL质量浓度条件下的抑制率高达85%。该作用与提取物中多糖含量密切相关，富含多糖的组分展现出更强的抗病毒活性。此外，微藻多糖还通过增强宿主免疫反应抑制病毒感染的蔓延。这些多糖能激活免疫系统，促进免疫细胞的活化和增殖，并增强巨噬细胞的吞噬能力，提高白细胞分泌水平。同时，微藻多糖通过调节细胞因子分泌，改善免疫微环境，进一步增强抗病毒能力。

微藻中的脂质成分，特别是不饱和脂肪酸（如DHA、EPA），在抗菌活性方面展现出重要作用。微藻脂质通过破坏细菌膜结构，增加膜通透性，抑制细菌生长。Sukhikh等研究发现，小球藻和螺旋藻的脂质复合物具有显著的抗菌活性，能够抑制革兰氏阳性菌

B. subtilis

和革兰氏阴性菌

E. coli

的生长。在所有质量浓度条件下，小球藻脂质复合物对枯草芽孢杆菌的最大抑菌圈直径为（0.7±0.03）cm，螺旋藻脂质复合物对大肠杆菌的抑菌圈直径为2.0～3.0 cm。

藻蓝蛋白还展现出显著的抗病毒活性，这与其独特的分子结构和多重生物功能密切相关。其蛋白质部分由

亚基组成，通过与病毒包膜蛋白或宿主细胞受体的特异性结合，可有效阻断病毒的吸附与入侵过程。辅基藻胆色素（开链四吡咯结构）不仅具有卓越的抗氧化能力，可清除自由基并缓解病毒感染引发的氧化应激，还可能通过光敏反应进一步增强抗病毒效果。此外，藻蓝蛋白表面的糖基化修饰有助于提高其与病毒糖蛋白的结合能力，多聚体结构则赋予其更高的分子稳定性和活性。Shih等研究了别藻蓝蛋白对肠道病毒71型的抗病毒活性，发现其能够有效中和病毒诱导的人体横纹肌肉瘤细胞和非洲绿猴肾细胞的细胞病变作用。全藻蓝蛋白在病毒吸附前的处理效果优于吸附后，表现出较低的IC 50 （0.045 μmol/L），并能通过延迟病毒RNA的合成和抑制细胞凋亡抑制病毒感染。

微藻中还含有其他多种具有抗菌和抗病毒活性的典型物质，如类胡萝卜素、蛋白水解产物（如抗菌肽）以及酚类化合物。类胡萝卜素通过抑制自由基生成和破坏微生物细胞膜展现抗菌和抗病毒作用；抗菌肽是一类由微藻蛋白质水解产生的小分子肽，通过与细胞膜结合引发膜的穿孔或通透性变化抑制细菌和病毒；酚类化合物则能够通过与病毒表面蛋白结合或干扰病毒复制过程阻止感染。

2.3 免疫调节活性

免疫调节是维持机体健康、防御疾病的关键过程，通过调节免疫系统的活性，确保免疫反应适度平衡。免疫调节有助于预防感染、炎症及免疫紊乱。微藻富含多种具有免疫调节活性的天然成分，为促进健康和防治免疫相关疾病提供了重要资源。

藻蓝蛋白的免疫调节作用主要通过其对巨噬细胞、NK细胞和T细胞的激活实现。藻蓝蛋白能够通过增强巨噬细胞的吞噬功能，刺激其分泌细胞因子（如IL-1β、TNF-α、IL-6等），调节NF-κB和MAPK信号通路，从而提高机体的免疫反应。Grover等通过小鼠体内实验发现，藻蓝蛋白C（来源于螺旋藻）在巨噬细胞的炎症反应调控中发挥了重要作用。该研究表明，藻蓝蛋白C能够抑制由脂多糖刺激的巨噬细胞中COX-2和前列腺素E2的表达，表现出显著的抗炎特性。藻蓝蛋白C还通过增加抗氧化酶（如SOD和CAT）的活性，降低体内氧化应激水平，从而间接调控免疫系统的平衡。此外，其他研究表明，藻蓝蛋白通过促进Th1型免疫反应（增加IFN-γ的分泌）并抑制Th2型免疫反应（减少IL-4的分泌）调节免疫平衡，从而展现出对过敏性哮喘的潜在治疗作用（图2）。

微藻中的多糖，如硫化多糖、小球藻多糖具有强大的免疫调节功能。微藻多糖可激活巨噬细胞，促进IL-6、IL-10、TNF-α等因子分泌，提高免疫活性。在体内和体外研究中，提取自小球藻的多糖能够激活巨噬细胞并增强吞噬活性，而来自

Gyrodinium impudicum

Tribonema sp.

的硫酸化多糖则被发现能够提高细胞因子表达和巨噬细胞活力。Chen Xiaolin和Bahramzadeh等研究了从

Tribonema sp.

提取的硫酸化多糖对RAW264.7小鼠巨噬细胞的免疫刺激作用，使用的质量浓度分别为12.5～200 µg/mL和10～50 µg/mL。这两项独立研究的结果表明，硫酸化多糖能够刺激巨噬细胞活性，并在处理24 h后显著上调IL-6、IL-10和TNF-α的表达水平。

微藻中的多不饱和脂肪酸在免疫调节方面表现出显著作用。它们通过改变细胞膜的流动性和脂质组成，调节免疫细胞的功能。研究表明EPA能够通过激活巨噬细胞并促进IL-1β、IL-6、TNF-α和INF-γ等细胞因子的释放，增强先天免疫反应，这一过程涉及GPR120介导的Raf-MEK-ERK-NF-κB信号通路。DHA则通过上调过氧化物酶体增殖因子激活受体γ（PPARγ），调节树突状细胞（DC）的分化与功能，表现为成熟DC表面标志物CD36、CD83和CD86表达的增加，同时对IL-6、IL-10和IL-12的分泌具有抑制作用。此外，这些脂肪酸通过修饰脂肪酸代谢途径，促进前列腺素E3和白三烯B5等抗炎介质的合成，进一步减轻慢性炎症反应。汪博宇进一步验证了藻油（主要成分为DHA）在体内的免疫调节效应。其发现，来源于破囊壶藻（

Aurantiochytrium sp.

）的藻油可有效缓解慢性不可预知应激诱导的小鼠抑郁样行为，表现为挣扎时间延长和探索欲增强。机制研究表明，该作用与CRP和TNF-α水平的显著下调、IL-10A的上调密切相关，表明藻油具有良好的抗炎和神经保护作用。转录组分析显示，藻油干预显著调控多个与神经和免疫相关的信号通路。在免疫调节中，EPA和DHA也有助于抑制过度的免疫反应，维持免疫系统的耐受性和稳态，特别是在类风湿性关节炎、动脉粥样硬化等免疫介导性疾病的治疗中具有潜力。

微藻中的类胡萝卜素同样具有显著的免疫调节作用。虾青素能够增强NK细胞毒性，促进T细胞的增殖，并提高IL-2和INF-γ等细胞因子的水平，从而激活免疫系统。Park等通过随机双盲对照实验评估了虾青素的免疫调节效果。研究中，虾青素以2 mg/d或8 mg/d的剂量连续补充8 周。结果表明，虾青素增强了NK细胞的细胞毒性活性，并且增加了T细胞和B细胞的总亚群。此外，虾青素还在体外小鼠模型中促进了淋巴细胞的增殖，并提高了小鼠外源模型中IL-2和INF-γ的水平。还有研究在小鼠模型中测试了虾青素对幽门螺杆菌（

H. pylori

）接种后的免疫反应。治疗后小鼠脾细胞被分离，评估了与免疫反应相关的细胞因子的产生。结果显示，经过6 周治疗后，IL-2、IL-10和INF-γ的水平均有所增加。

微藻中，除了上述主要具有免疫调节作用的物质外，还含有其他具有免疫调节活性的物质，如蛋白质水解产物（如抗菌肽）、酚类化合物以及维生素（如VE和VD）。这些成分通过多种机制，调节免疫细胞活性、增强抗体生成、抑制炎症因子的分泌等，进一步增强机体的免疫防御功能。

2.4 降血脂活性

高血脂，特别是高胆固醇和TG水平，是动脉粥样硬化、心脏病和中风等疾病的主要风险因素。降低低密度脂蛋白（LDL）和TG水平有助于减少心血管疾病风险。因此，寻找天然的降血脂成分，成为了健康管理和疾病预防的重要研究方向。

微藻中的多不饱和脂肪酸（EPA、DHA和

-亚麻酸）是其最具降血脂活性的成分之一。DHA和EPA通过减少VLDL的生成和提高TG清除效率，从而显著降低血脂水平。DHA和EPA通过促进肝脏脂肪酸氧化，减少肝内脂肪含量，从而降低VLDL-TG的生成率，这可能与减少肝脏脂质合成及增强脂质代谢有关。其次，两者通过增强脂蛋白脂酶的活性，加速乳糜微粒和VLDL-TG的水解和清除，特别是在餐后状态下表现出更强的清除能力。此外，DHA主要酯化为TG，EPA则分布更广，使DHA在某些情况下降脂效果优于EPA。两者的降脂机制还包括通过降低血浆载脂蛋白CIII（apoCIII）水平，间接减弱对脂蛋白脂酶活性的抑制作用，以及通过减少VLDL颗粒数量和尺寸，增强其向中密度脂蛋白和低密度脂蛋白的转化效率。马晓敏等通过构建高脂饮食诱导的大鼠高血脂模型，系统评估了微藻油（主要成分为DHA）的调脂作用。研究表明，微藻油中、高剂量干预（600、1 800 mg/kg）可显著降低血清TC、TG和低密度脂蛋白胆固醇水平，并提高高密度脂蛋白胆固醇（

P

＜0.05）。同时，肝肾功能指标如丙氨酸氨基转移酶、天冬氨酸氨基转移酶、血尿素氮和肌酐均明显改善，肝脏脂肪变性和肾组织损伤亦有所缓解。综上，DHA和EPA通过多种协同机制显著改善血脂代谢，是重要的降脂活性成分。

-亚麻酸是螺旋藻中一种重要的多不饱和脂肪酸（omega-6），因其卓越的降血脂活性而备受关注。研究表明，

-亚麻酸通过调节脂质代谢途径显著降低TC、低密度脂蛋白胆固醇和TG的水平，同时增加高密度脂蛋白胆固醇。

微藻中的类胡萝卜素（虾青素）也有降血脂活性。Mimoun-Benarroch等通过研究饮食诱导的高脂血症小鼠模型，探讨了游离形式虾青素的降血脂活性，发现补充0.03%或0.06%虾青素显著降低了血浆TG水平（降低幅度达35%～45%）（

P

＜0.05），但未观察到对胆固醇水平显著影响。此外，他们发现虾青素通过调节脂质转运相关基因（如

Abca1

）、胰岛素依赖性葡萄糖转运基因（如

Glut4

）和核受体相关基因（如

Rxra

）的表达，促进脂质代谢的调控作用，同时抑制肝脏PPARγ的表达并上调固醇调节元件结合蛋白1和乙酰辅酶A胆固醇乙酰转移酶2的表达，从而优化了脂质代谢功能。

源自螺旋藻的藻蓝蛋白C也具有显著的降血脂作用。研究表明，藻蓝蛋白通过抑制胰脂肪酶活性和胆固醇吸收，能够显著降低血液中的TG、TC及低密度脂蛋白胆固醇水平，同时提高高密度脂蛋白胆固醇的浓度。这种作用主要与其对脂质代谢的调节以及抑制脂质过氧化和炎症相关。此外，动物和临床研究均证实，长期摄入螺旋藻富含的藻蓝蛋白能够有效改善高脂血症患者的血脂异常状况，为其在心血管疾病预防和辅助治疗中的应用提供了理论依据。

2.5 抗糖尿病活性

糖尿病是一种常见的慢性代谢性疾病，其特征为持续的高血糖状态。它通常由胰岛素分泌不足或胰岛素作用受阻引起，导致葡萄糖代谢异常。糖尿病分为1型和2型，1型糖尿病通常是由于胰岛β细胞被破坏，导致胰岛素分泌不足；2型糖尿病则与胰岛素抵抗和胰岛素分泌不足有关。糖尿病的高发率及其引发的心血管疾病、肾病和视力问题等并发症，使其成为全球健康的重大挑战。微藻中的一些生物活性成分，如多不饱和脂肪酸、微藻多酚和类胡萝卜素，已被证明具有显著的抗糖尿病作用。

微藻中的多不饱和脂肪酸（EPA和DHA）是最具抗糖尿病效果的成分之一。研究表明，EPA通过激活PPARγ和抑制NF-κB的活性，从而降低炎症反应（如TNF-α和IL-6的分泌）并改善胰岛素敏感性。此外，摄入富含DHA/EPA的饮食显著降低了糖尿病患者的空腹血糖和糖化血红蛋白水平，同时减少了炎症因子和氧化应激标志物（如单核细胞趋化蛋白-1和8-羟基脱氧鸟嘌呤）。虽然EPA在改善血糖代谢方面的作用更为显著，但DHA可能通过协同机制增强EPA的代谢调节效应。

微藻中的多酚类化合物在糖尿病防治中展现出显著的活性，主要通过抑制糖代谢关键酶

-淀粉酶和

-葡萄糖苷酶的活性，延缓淀粉和双糖的分解，从而降低血糖水平。Deepa等研究发现，微拟球藻的乙酸乙酯提取物（主要包括酚类化合物、黄酮类化合物）在1 mg/mL质量浓度下对

-淀粉酶的抑制率达到78.52%，对

-葡萄糖苷酶的抑制率达到80.42%，其IC 50 值分别为121.96 µg/mL和178.53 µg/mL，表明其对糖代谢酶具有较强的抑制能力。此外，黄酮类通过抑制酶活性和抗氧化作用，降低餐后高血糖与并发症风险。

微藻中的类胡萝卜素（虾青素）通过多种机制展现出显著的抗糖尿病潜力。虾青素通过减轻胰岛β细胞的氧化应激损伤，保护其功能并促进胰岛素分泌，从而降低血糖水平。此外，虾青素能够显著改善胰岛素抵抗，其机制包括激活磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/Akt信号通路以增强葡萄糖摄取，调控AMP活化蛋白激酶/PPARγ共激活因子-1α通路以促进线粒体功能和脂肪酸代谢，同时抑制c-Jun氨基末端激酶信号通路以降低胰岛素受体底物-1的丝氨酸磷酸化水平。针对糖尿病并发症，虾青素通过减少晚期糖基化终产物的形成和积累、抑制NF-κB信号及其相关的炎症因子（如TNF-α和IL-6）表达，显著改善糖尿病视网膜病变和糖尿病肾病的病理进程。

2.6 抗肿瘤

随着癌症发病率的持续上升，寻找有效且低副作用的抗肿瘤疗法变得尤为重要。传统的抗肿瘤治疗方法，如化疗、放疗和手术，虽然在癌症治疗中取得了一定成效，但常常伴随有较大的副作用和耐药性问题。因此，天然产物因其低毒性和多靶点优势，成为抗肿瘤研究热点。微藻作为一种天然资源，含有多种具有抗肿瘤活性的生物活性成分，越来越成为抗肿瘤研究中的重要方向。

微藻中的多酚类化合物因其显著的抗肿瘤活性而备受关注。微藻中的槲皮素、芦丁、儿茶素等多酚化合物通过多种机制发挥抗肿瘤作用，例如诱导细胞凋亡（通过上调Bax和下调Bcl-2蛋白表达）、抑制癌细胞增殖（阻滞细胞周期于G2/M期）、诱导自噬以及调控信号通路（如PI3K/Akt和酪氨酸激酶/信号转导和转录激活因子通路）。Lee等研究发现，槲皮素能够抑制白血病U937细胞的增殖，其机制包括诱导细胞发生G2/M期阻滞和Caspase依赖的凋亡。研究表明，槲皮素处理会上调细胞周期蛋白B表达，同时下调Cyclin D和Cyclin E的表达，这主要与转录水平的抑制有关。此外，在氧化应激下，微藻多酚积累增强，抗氧化与抗肿瘤活性显著提升。

微藻中的多糖在抗癌研究中表现出显著的生物活性。研究表明，褐藻细胞壁中的硫化多糖，如褐藻多糖，通过激活Caspase-3和线粒体凋亡通路，显著诱导肿瘤细胞凋亡，并抑制特定蛋白激酶（如Akt和ERK通路）的活性，阻断癌细胞的增殖信号传导。此外，褐藻多糖还能通过下调VEGF的表达，抑制肿瘤血管生成，从而限制癌细胞的营养供给和扩散能力（图2）。同时，其免疫调节作用通过激活巨噬细胞和NK细胞，增强细胞因子（如TNF-α和IL-2）的分泌，显著提高免疫系统对肿瘤细胞的清除效率。这些作用机制使褐藻多糖在包括结肠癌、肝癌和淋巴瘤等多种癌症模型中展现了强效的抗肿瘤活性。

藻蓝蛋白具有显著的抗癌活性。研究显示，在4T1乳腺肿瘤小鼠模型中，藻蓝蛋白C每日腹腔注射（50 mg/kg，持续20 d）显著抑制了肿瘤体积的增长，使肿瘤体积减少到原来的1/3。此外，藻蓝蛋白C显著降低了肝脏、肺部和脾脏的转移病灶，减轻了转移相关器官的质量，同时显著延长了肿瘤小鼠的平均生存期（增加约22 d）。机制研究表明，藻蓝蛋白C通过抑制COX-2表达以及基质金属蛋白酶（基质金属蛋白酶（MMP）-2和MMP-9的活性，抑制了肿瘤细胞的侵袭和转移能力；同时，通过诱导细胞凋亡、促进细胞周期阻滞（G0/G1期），并抑制受体相互作用蛋白激酶1/NF-κB信号通路，实现了对肿瘤细胞增殖和转移的有效抑制。

3 功能性微藻资源的应用

微藻因其丰富的功能性成分和多样化的生物活性，展现出在食品与营养、医药与保健以及化妆品领域的巨大应用潜力（图3）。作为一种可持续的生物资源，微藻的蛋白质、不饱和脂肪酸、类胡萝卜素、多糖等功能性成分在提升营养价值、增强健康功能以及改善产品性能方面具有显著优势。

3.1 食品与营养

微藻作为一种高效可持续的营养资源，在食品和营养领域展现出广泛的应用潜力。微藻制品在商业化生产中常以粉末、片剂、胶囊或提取物等形式出现，并被广泛应用于多种食品中，如酸奶、饮料、饼干、冰淇淋、果冻等，不仅提供营养价值，也作为天然色素发挥着重要作用。

微藻蛋白因含量高、氨基酸组成均衡而受到关注。其中，螺旋藻和小球藻的蛋白质含量可达干质量的50%～70%，富含赖氨酸、亮氨酸等必需氨基酸。虽然微藻蛋白中蛋氨酸和胱氨酸含量相对较低，但其整体氨基酸组成均衡，蛋白质量仍可媲美传统食品蛋白。微藻蛋白还表现出乳化、凝胶和发泡等功能性特性，可增强食品的加工性能，广泛应用于面条、面包和饼干的营养强化。值得一提的是，藻蓝蛋白作为天然蓝色着色剂，已获得欧美及亚洲多个国家的食品添加剂批准，具有较强的抗氧化能力及广阔的市场前景，预计到2030年全球市场规模将达2.796亿 美元，年均增长率达28.1%。

微藻脂类富含EPA和DHA，是鱼油的优质替代品，广泛用于婴儿奶粉和植物性功能食品中。研究表明，通过氮限制等培养条件优化，可显著提升微藻中脂类或蛋白质的含量，从而满足不同的营养需求。

微藻还以其色素成分（如

-胡萝卜素、虾青素、叶黄素和藻蓝蛋白）在功能性食品中占据重要地位。这些色素不仅是天然色素，适用于乳制品、饮料和糖果中，还具有抗氧化、抗炎和抗癌等功能。例如，虾青素和

-胡萝卜素的抗氧化活性被证明可预防心血管疾病和癌症。螺旋藻和小球藻也被广泛应用于酸奶、冰淇淋、零食和饼干等食品中，用以提升营养价值和感官特性。微藻色素和脂类在加工过程中具备良好的热稳定性，有利于其在多种食品中的广泛应用。然而，微藻的高浓度添加可能带来腥味或质地变化，尤其是在除鱼类风味以外的食品中，这限制了其应用浓度。因此，未来的研究应聚焦于改善微藻与食品基质的相互作用，优化加工条件以保持其功能成分的活性，同时提升食品的感官接受度。

3.2 医药与保健

微藻以其丰富的生物活性成分在医药与保健领域展现出显著的应用潜力。盐藻中

-胡萝卜素含量极高，是天然抗氧化剂的重要来源，已被证明具有防癌、抗衰老以及增强免疫力的作用。雨生红球藻富含虾青素（约占干质量15%），是一种强效抗氧化剂，具备抗炎、抗感染等功能，广泛用于抗衰老与免疫增强产品。蛋白核小球藻是一种高蛋白、低糖、低脂的营养来源。从中提取的藻多糖和藻蛋白已被证明具有抗肿瘤、抗病毒感染以及增强免疫力的作用。此外，裸藻中富含的多糖被发现具有良好的抗氧化特性，为慢性疾病的预防提供了潜在的治疗途径。

在保健品领域，基于微藻活性成分的产品已实现多样化应用。盐藻中β-胡萝卜素常用于天然着色剂和保健胶囊的生产，而雨生红球藻的虾青素则是高端抗衰老产品的主要成分。小球藻因其细胞内的生物活性物质“绿藻精”（一种植物性生长因子）被用于制作营养口服液，展现了优良的保健功效和市场前景。此外，微藻提取物已被研究用于功能性饮品和药食同源的健康食品中，例如通过木瓜蛋白酶和中性蛋白酶水解小球藻蛋白制成的饮品和功能性食品。依托微藻活性物质开发的保健产品，因其高效、环保与多重药理功能，正引领医药保健品的绿色发展趋势。未来，通过优化微藻活性成分提取技术和实现规模化生产，微藻资源在功能性保健品领域的应用潜力将进一步扩大。

3.3 化妆品

随着绿色科技的发展和消费者对天然成分需求的增加，微藻因其独特的生物活性成分在化妆品领域得到了广泛关注。微藻中富含类胡萝卜素、多糖、维生素和多肽等活性物质，这些成分具有显著的抗氧化、抗衰老、保湿和美白等功效。在保湿和抗衰老方面，小球藻提取物表现出优异的保湿和调理性能，其次级代谢产物可有效提高皮肤含水量，并维持皮肤的水油平衡。例如，结合小球藻提取物的“Nutritious Microalgae”系列护肤品由雅诗兰黛推出，其富含小球藻提取物的化妆水和精华液显著改善皮肤保湿性能并调节水油平衡。雪藻提取物在抗衰老领域表现突出，其通过减少成纤维细胞中胶原蛋白的流失来显著增强皮肤水合能力并改善鱼尾纹，已被知名品牌La Prairie用于其“Cellular Swiss Ice Crystal”抗衰老精华中。其他如Voolga品牌的虾青素修复面膜也通过利用高纯度虾青素提取物实现皮肤修复和亮白的功效。

在防晒和美白领域，微藻来源的活性成分同样展示了巨大的潜力。叶黄素和虾青素等类胡萝卜素成分能够高效吸收紫外线并中和自由基，提供天然的光保护作用。Astalift公司研发的虾青素美白精华采用乳化技术将虾青素稳定结合到配方中，经过4 周使用后可显著改善色斑面积和密度。Dr.Ci:Labo的防晒喷雾中添加了小球藻提取物和叶黄素，不仅增强了产品的抗紫外线能力，还提供了额外的抗氧化保护。岩藻黄素是海洋褐藻及硅藻中特有的类胡萝卜素，其结构中含有环氧基、烯键、羟基和羰基等多种功能基团，赋予其显著的生物活性。有研究表明岩藻黄素可显著缓解紫外线引起的皮肤损伤。在细胞及动物模型中，其可促进丝聚蛋白生成，减轻表皮肥厚，并降低VEGF与MMP-13等与光老化相关基因的表达水平。同时，岩藻黄素能抑制黑色素生成相关蛋白（如酪氨酸酶相关蛋白），改善紫外线引起的色素沉着。当其以5 g/L剂量添加于防晒产品中时，可使紫外线吸收效率提升72%，并在光降解范围内保持良好稳定性。

尽管微藻成分在化妆品中展现出显著优势，但其产业化仍面临临床验证不足、安全性争议与成本高等挑战。大部分研究停留在实验室阶段，缺乏临床试验支持；微藻可能具有一定生物毒性，其安全性需要进一步验证；此外，生产成本较高，缺乏成熟的产业链规划。优化提取技术和降低生产成本是未来发展的关键。

3.4 环境保护

微藻在环境保护领域展现出重要应用潜力，特别是在废水处理和碳减排方面。得益于其高效的光合作用能力，微藻能够在吸收CO2的同时合成大量有机质，成为碳捕集与资源化利用的重要生物载体。在废水处理中，微藻不仅能有效去除氮、磷等营养盐，还可协同去除重金属离子和有机污染物。研究表明，一些微藻在城市和农业污水中具有良好的去除效率，其氮磷去除率可分别超过80%和90%。此外，微藻-细菌协同系统（被广泛用于构建生态友好的污水净化体系，可在无须外加碳源的条件下完成高效脱氮除磷，为低碳化水处理提供新路径。

微藻在重金属修复中的应用亦受到广泛关注。某些微藻种类具有高度亲和重金属的细胞壁结构，能够通过吸附、络合或生物转化机制富集镉、铅、铜等有毒金属离子，广泛应用于矿区废水及工业排放水的原位修复。与此同时，微藻残渣还可作为制备生物炭、活性炭或吸附剂的原料，用于环境污染物的进一步吸附与去除，实现资源的闭环利用。此外，微藻在土壤修复中的潜力逐渐被挖掘，如通过与植物联合构建“微藻-植物修复系统”改善土壤理化性质和微生物群落结构。未来，结合微藻培养系统的智能化控制与废弃物资源化策略，有望推动其在污染治理与生态修复中的规模化应用。

3.5 能源开发

微藻作为第3代生物质能源的重要代表，其在可再生能源领域的应用潜力日益凸显。与陆地植物相比，微藻具有生长周期短、光合效率高、单位面积产油量大等优势，尤其适用于高密度、低成本的生物柴油生产。多种微藻（如小球藻、裂壶藻、栅藻等）能在特定胁迫条件下积累大量中性脂类（TG），成为理想的生物柴油原料来源。通过优化营养限制（如氮、磷匮乏）及光照、CO2供给等培养参数，可显著提升油脂积累效率。此外，微藻油脂的脂肪酸组成以C16～C18为主，具有较好的燃烧性能和稳定性，能够与传统柴油兼容或直接替代。

除了生物柴油，微藻还可用于制备生物氢、生物甲烷和生物乙醇等多种能源形式。部分蓝藻和绿藻（如念珠藻、团藻）具备光合产氢能力，能够在特定条件下通过氢化酶催化释放氢气，作为绿色氢能开发的潜在路径。微藻生物质在厌氧发酵条件下可高效转化为生物甲烷，适用于沼气工程与分布式能源系统。此外，微藻中富含的多糖和纤维素亦可通过酶解与糖化技术转化为发酵底物，用于生产生物乙醇。为提升能源转化效率，当前研究逐渐向多联产系统发展，如“生物柴油-沼气-残渣再利用”一体化流程，可实现能源与资源的最大化利用。随着微藻遗传改良和培养系统工程技术的持续进展，其在绿色能源开发中的规模化应用前景广阔。

4 功能性微藻资源产业化面临的关键技术挑战

微藻的规模化培养仍面临较高的技术与经济成本。封闭式光生物反应器虽然具备较强的环境控制能力，能有效提高产物积累效率，但设备投资大，运行过程中需维持恒温与光照，需配置冷却系统与温控装置，导致能耗高、维护费用大。而开放式池塘因暴露于自然环境中，易受微生物污染、温度波动、光照不足等因素干扰，产量与质量不稳定，难以满足高标准工业化需求。在收获与后处理环节，由于微藻细胞体积小（直径通常为2～20 μm）、培养液中质量浓度低（一般不超过0.5 g/L），需采用离心、膜过滤或气浮等方式进行浓缩，但这些方法普遍存在能耗高、通量低、设备易堵塞等问题。后续的干燥（如喷雾干燥、冷冻干燥）和细胞破壁（如高压均质、超声、珠磨）过程亦能耗高、操作繁琐，既降低了目标成分的活性，又拉高了整体生产成本。

在活性成分提取方面，微藻中所含的虾青素、叶绿素、藻蓝蛋白、多不饱和脂肪酸等功能性物质极易受光、热和氧气降解。传统有机溶剂提取或高温处理工艺难以保障其稳定性和生物活性，且存在溶剂残留和环境负担问题。目前工业上缺乏适用于不同微藻种类和目标成分的绿色、高效、低能耗提取技术。近年来，超临界CO2萃取、亚临界水提取、酶法提取、脉冲电场辅助提取、超声波辅助提取等被认为是更具潜力的绿色提取手段，这些方法能够在较温和条件下有效提高提取效率，减少营养成分损失。然而，这些先进技术普遍存在设备投资大、运行成本高、技术参数难以统一的问题，尚难满足微藻产业对规模化、连续化和成本控制的要求，导致其大多仍停留在中试或实验室研究阶段，难以实现商业化落地。此外，提取产物的纯度、批间一致性和保存稳定性仍面临技术难点，进一步限制了其应用拓展。

在产业推广层面，微藻产品面临安全性数据不足与法规支持缺乏的问题。尽管部分微藻已被列入一般安全名单，但对其功能成分的长期摄入安全性、体内代谢路径、潜在毒性作用仍研究不足，影响消费者信任和市场认可度。此外，目前缺乏针对微藻功能成分的统一质量标准、检测方法及行业规范，使得产品审批流程缓慢、国际贸易受限。另一方面，公众对“吃藻”“用藻”仍持保留态度，消费心理存在偏见，尤其是在功能食品和个护产品中的接受度较低，当前的市场教育和科普宣传远远不能满足产业发展需要。

5 结语

微藻作为一种可持续的生物资源，因其丰富的功能性成分和多样化的生物活性，在食品、医药、化妆品、环保和能源领域等领域展现了广泛的应用潜力。随着破壁技术和绿色提取工艺的发展，微藻功能性成分的提取效率显著提高，生物活性得以更好地保留。微藻在抗氧化、抗菌、免疫调节等方面的作用机制研究不断深入，为其在疾病预防和健康促进中的应用提供了坚实的理论基础。此外，微藻功能性成分在传统食品和功能食品中的营养强化价值，以及在保健品和药物中的应用潜力，逐渐得到认可。然而，目前的研究和应用仍面临一些关键挑战，如细胞壁结构复杂性对破壁工艺优化的影响、功能性成分在提取和加工过程中的活性损失，以及工业化规模生产的经济性和技术可行性问题。

未来研究应进一步聚焦于以下几个方向：深化微藻细胞壁结构与功能性成分分布的研究，为高效、定向破壁提供基础数据支持；开发、优化更加高效、绿色和经济可行的提取技术，以最大程度保留微藻功能性成分的活性；加强对微藻生物活性作用机制的系统性研究，特别是其在代谢调控、疾病干预和慢性病防治中的潜在作用，为功能性微藻资源的精准应用提供更多理论依据。与此同时，推动多领域应用的产业化进程，通过优化生产工艺、降低成本并提升产品质量，实现功能性微藻资源从实验室研究到实际应用的转化。

值得注意的是，分子生物学和合成生物学的快速发展为微藻功能性物质的定向合成提供了新机遇。通过基因编辑、代谢工程和分子改造等手段，可以优化微藻代谢通路，实现目标功能性成分（如类胡萝卜素、不饱和脂肪酸、多糖和多酚等）的高效合成。例如，通过CRISPR/Cas9技术或RNA干扰技术，可增强特定代谢通路的活性，抑制竞争性代谢支路，从而提高目标物质的产量。此外，利用异源表达技术，可将微藻改造成合成其他高附加值功能性物质的平台，如医药活性分子、天然抗氧化剂或免疫调节剂。未来，应结合系统生物学和多组学数据，通过代谢网络重构和智能化代谢优化，将微藻开发为高效的功能性物质生物工厂，从而突破传统培养方法的产量和效率瓶颈。

微藻资源的开发与应用仍具有巨大的研究空间和发展潜力。未来，通过学术界与产业界的紧密合作，结合现代生物技术和工程技术，将进一步推动微藻资源在健康、食品、医药、环保和能源领域的创新发展，为全球可持续发展和人类健康提供重要支持。

通信作者：

杨海麟 教授

杨海麟，男，教授，博士生导师，江南大学生物工程学院，2022年国家重点研发首席科学家、泰山产业领军人才（创新类），长期从事发酵工程，发酵过程优化与控制的研究，主要针对化学品、能源、海洋、环境等领域的生物生产数字化智能化改造。主要承担《生化工程》、《生物经济与技术产业发展》、《发酵工程课程设计》课程的讲授工作。近年来共发表高水平研究论文50余篇，累计影响因子达300，出版专著（或教材）3部；申请发明专利50余项，授权国家发明专利30余项；主持包括重点研发专项（首席科学家）、国家自然科学基金面上项目、 “2025中国制造”和“863”计划等在内的省部级科研项目10余项；2002 年在国内首次提出基于复杂系统的发酵专家系统概念，编制了“发酵专家控制与优化系统”软件，《数字化发酵技术与控制关键技术的研究》获得中国商业联合会特等奖1 项，中国轻工业联合会科技进步二等奖1 项（2014，1/8），中国石油与化学工业协会科技进步二等奖1项（2014，1/8）, 指导学生获得大学生创业挑战杯全国金奖。现为中国生物工程学会会员、中国氨基酸产业技术创新战略联盟会员单位组织者、中国发酵工业协会会员、中国食品与包装机械工业协会会员

金虎 高级工程师

金虎，男，中国科学院水生生物研究所藻类与生物制造研究中心高级工程师，加拿大曼尼托巴大学高级访问学者，中国藻业学会微藻分会会员。从事微藻高密度培养技术开发和资源化利用研究，研究重点包括：1）微藻发酵过程优化与控制技术；2）微藻异养培养规模化放大技术；3）微藻蛋白、色素、多不饱和脂肪酸等高附加值产品的高效积累与调控技术。获湖北省科技进步二等奖一项，以第一或（共同）通信作者在

Biotechnology Bioengineering、Bioresource Technology、Harmful Algae

等国际期刊发表论文20余篇，撰写英文专著1 章，以第一完成人申请国家发明专利9 项（授权5 项），先后主持完成国家重点研发计划项目子课题、企业委托、开放课题等项目。担任

Aquaculture、Archives of Microbiology、Algal Research、Applied Phycology

等多个期刊审稿人。

第一作者：

龚韧 博士研究生

龚韧，男，博士研究生，发酵工程专业，山东天骄生物技术股份有限公司技术总工，长期从事微生物油脂（花生四烯酸ARA、二十二碳六烯酸DHA藻油，二十碳五烯酸EPA藻油）发酵、提取、精炼、微囊化包埋的研究。主要针对ω-3油脂产业化生产放大、工厂建设、产品应用等有深入研究。近年来参与制定GB 26400-2011 食品安全国家标准 食品添加剂 二十二碳六烯酸油脂（发酵法）和GB 26401-2011 食品安全国家标准 食品添加剂 花生四烯酸油脂（ARA-发酵法）两项国家标准；参与制定《粉末油脂》《中长链甘油三酯食用油》两项团体标准；申请专利10余项；发表研究论文5 篇；作为团队核心成员参与研究国家863项目《多不饱和脂肪酸ARA和DHA高强度发酵生产技术研究》；作为团队核心成员参与《山东省泰山产业领军人才项目》研发。

引文格式：

龚韧, 金虎, 李海岭, 等. 微藻破壁处理技术、生物活性及应用研究进展[J]. 食品科学, 2025, 46(17): 299-313. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250120-148.

GONG Ren, JIN Hu, LI Hailing, et al. Research progress on microalgae: cell disruption technologies, bioactivity and application[J]. Food Science, 2025, 46(17): 299-313. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250120-148.

实习编辑：林安琪；责任编辑：张睿梅。点击下方 阅读原文 即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

为汇聚全球智慧共探产业变革方向，搭建跨学科、跨国界的协同创新平台，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、国家市场监督管理总局技术创新中心（动物替代蛋白）、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，西南大学、 重庆市农业科学院、 重庆市农产品加工业技术创新联盟、重庆工商大学、重庆三峡学院、西华大学、成都大学、四川旅游学院、北京联合大学、 中国-匈牙利食品科学“一带一路”联合实验室（筹） 共同主办 的“ 第三届大食物观·未来食品科技创新国际研讨会 ”， 将于2026年4月25-26日 （4月24日全天报到） 在中国 重庆召开。

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