光语带你认识微藻
第五篇——雨生红球藻
单位：上海光语生物科技有限公司
微信公众号：Leadingtec
作者：俞建中（微信号：Scophy117）
本篇只讲雨生红球藻及养殖模式，虾青素的内容另有介绍。
英文单词请外行继续忽略，内行早就忽略了。
本篇引用图片多数引自网络，我尽可能的加以标注出处。
雨生红球藻（Haematococcus pluvialis）这名字来源，猜测可能是一场雨后，一些低洼的地方形成积水，藻在水洼中生长繁殖，随着水的不断蒸发，盐度上升，藻细胞开始富集虾青素，变成了红色，由此而得名（如图1所示），拉丁文中雨的单词就是pluvia。（卖红球藻虾青素保健品的时候，绝对可以提下雨生红球藻乃雨神降福于人间的哏，如果真有人采用，请转账广告创意费至光语公账或老俞微信）
需要再重复下雨生红球藻的分类知识：它属于绿藻门(Chlorophata)、绿藻纲(Chlorophyceae)、 团藻目(Volvocales)、红球藻科(Haematococcaccae)、红球藻属(Haematococcus)。重申一些容易被误解的地方：（1）它是一种绿藻，不是红藻；（2）严格按照拉丁种名翻译，它应该叫雨生血球藻。（前面的篇幅已经上过红球藻的图了，如欲再看，烧香点蜡请度娘和谷哥吧）
生物学特性还得说，这是建立养殖模式的前提。
按着学界前辈的说法，雨生红球藻细胞可以分成四个阶段（或四种类型），英文分别叫macrozooids (or zoospores), microzooids, palmella, and hematocysts (or aplanospores)，按着这英文词，我都不知道用哪些中文词来对应。
首先，macrozooids 按字面就是“大孢子”的意思，又叫游动孢子(zoospores)，这个阶段的特征是，球形/椭球型/珍珠型的营养细胞（繁殖体），有两根鞭毛，杯状色素体，含有若干个淀粉核。在良好的营养及环境因子条件下，这类细胞占主体，如图2-A所示。
而当环境或培养条件趋向不利生长时，“大孢子”会失去鞭毛变成一个不会游动的“不定孢子，palmella”（如图2-B），而后成为“不动孢子，aplanospores”（如图2-C），细胞壁变得厚硬坚实，并可以进一步积累虾青素（如图2-D）。
雨生红球藻的繁殖以无性生殖（营养生殖）为主，有性繁殖较为少见。带鞭毛的游动孢子是快速动并具有繁殖力的细胞，能够分裂成2-8小细胞（甚至到16或32个），繁殖的过程参看图3，就不做具体解释了。刚从母体（配子母细胞）“出生”的雨生红球藻的小种子（配子细胞）被称为“小孢子”（microzooids），个头较小，游动快。
在逆境中，雨生红球藻细胞转变成不动孢子，同时伴随着类胡萝卜素的积累（尤其是虾青素），细胞变成红色。而当不动孢子重新又回到顺境时，它又能恢复成游动孢子，形成循环（如图4）
（from algaecan.com）
有必要指出的是：以游动孢子进行繁殖是雨生红球藻最适宜的方式，从不动孢子再恢复到游动孢子，是个“艰难漫长”的过程，拿不动孢子去做繁殖，妥妥的生产事故；另外，即使在游动孢子的阶段，细胞中也可能存在虾青素而略显红色，这个大家平时在网络上看到的图就有显示。
因为雨生红球藻这个生物学特性，对养殖生产来讲，最具优势的方式就是前期保持良好的繁殖培养条件，快速增加培养液中的细胞密度，然后制造逆境（比如增加光强、增加盐度、加入氧化物质等），让细胞富集虾青素，生产中所谓的两步法就是这概念（其实其他几个“步法”，不管是凌波微步、八步赶蝉还是魔族耶识步，走位再风骚也逃不开这些基本原理）。
雨生红球藻养殖模式，有以下的几类。
第一种是开放池模式，如位于美国夏威夷的Cynotech公司就采用这种方式，国内也有几家公司曾采用该模式。开放池建造与运行成本相对低廉，但是生产稳定性和产品中虾青素含量不稳定（1~3%），生产效率不高。
第二种模式是现在应用最普遍的管道式反应器，采用玻璃管道为养殖容器，采用这种模式有以色列的Algatech公司和我国云南石林的爱生行和云彩金可等许多公司。这种模式具有很大的优势，在云南等地区几乎可以实现全年不间断生产，而且藻粉产品中虾青素含量高（>4%）且稳定。在国内，雨生红球藻产业在最近几年发展迅猛，大小企业已有十多家，可以说是国内发展最快、技术水平最高的一个品种。（当然，有时老俞也奇怪，项目落地前，某些老板怎么不看看地点选的对不对？不预期一下市场未来发展？）
另外还有其他的一些模式，属于早期的有些设计。比如yamaha公司的室内管道系统，真心高大上，估计成本更加高大上（图8）；另外如富士公司的室内反应器，外观是一个罐子，内部什么结构未知（图9）；同样是富士公司做的反应器，像一口倒扣的锅，非常的有喜感。
雨生红球藻在上世纪八十年代的时候，即被日本科学家证实可以异养发酵，而后却一直没大的进展，也就最近三、四年的事，这项技术被中国的科学家突破，不仅可以高效实现游动孢子繁殖，并可以在发酵罐内就实现一定量的虾青素积累，而且！据说已经逐步进入生产应用了！
最后来谈谈采收加工的问题，采收加工总体而言，采用的多是成熟的化工或食品设备，偷懒就不上图了
采收而言，富集了虾青素的雨生红球藻不动孢子个头大密度也比较高，通过静置即可沉降下来，实现固液体分层；如果量比较大，用某些离心机就可以实现连续或者批次的规模采收，获得藻浆或湿藻泥。
相对来说，不动孢子细胞壁非常厚实，为了方便后续提取虾青素的需要，需要将湿藻泥进行破壁处理，利用高压均质等设备可实现。提取之前，一般需要对物料进行干燥，真空、喷雾和薄片干燥等技术均可根据需求采用。而提取虾青素，或者用传统的化学试剂提取法，也就是各种坛坛罐罐，或者用高大上的二氧化碳超临界法，还是坛坛罐罐，这块非老俞专长，就不多说了。
雨生红球藻养殖一度被认为是技术难度很高的工作，因此虾青素价格曾一度在2万美元每公斤左右或更高（按折纯品计算），而短短4-5年的功夫，价格几乎拦腰砍了！
我大中华果有昊天庇佑，凡国人上手的东西，总能做成白菜价，白菜也有白菜的好处，飞入寻常百姓家的必须是白菜。（感慨完毕，本篇结束！）
俞建中
2016年12月19日
俞建中博士系列藻类科普文章链接：
