“超級作物”微藻有望大規模進入飼料領域，動物口糧升級開啟百億級市場
了解微藻相關知識，培養專業人才，建立高效、工業化的微藻培育體系成為了未來產業發展關鍵。
文：謝慶霜
來源：35斗（ID：vcearth）
微藻是指在顯微鏡下才能辨別形態的微小藻類群體，通常存在于淡水和海洋系統中，部分則分布在陸地系統里。它們具有鈣、磷等多種礦物元素，富含多種維生素，可以用來生產蛋白質、油脂、色素等物質，鑒于這種特性，微藻可以應用于各行各業，包括食品、飼料、醫藥、化妝品、生物能源等等。在飼料行業里，將微藻添加到水產飼料、豬飼料、蛋禽飼料、反芻動物飼料之中，皆能產生積極的影響，有一些公司甚至將微藻添加到了寵物飼料中。然而，盡管其應用廣泛，大規模的微藻飼料應用卻很鮮見，更多是“摸著石頭過河”。為此，了解微藻相關知識，培養專業人才，建立高效、工業化的微藻培育體系成為了未來產業發展關鍵。根據市場研究公司Data Bridge的分析，全球微藻飼料應用在2021年價值為110億美元，預計到2029年將達到203億美元。而作為飼料大國、微藻大國，我國將有更多優勢打造“超級作物”微藻的產業化大國，假設微藻將能達到飼料產能的1/10，預計將創造百億級的增量市場。
資料顯示，被發現的微藻種類已經達到上萬種。在這之中，尋找能夠應用于實際生產的微藻成為了研究者共有的命題。在科學家孜孜不倦地試驗中，一些藻類脫穎而出，它們被認為穩定性高、具備產業化、規模化能力，能夠產生巨大的經濟價值，這些藻類包括螺旋藻、小球藻、雨生紅球藻等。其中，螺旋藻在我國飼料行業中的應用最為常見。鑒于不同藻類的成分、含量不盡相同，不同種屬的微藻在應用上也有所不同。以成分劃分，蛋白質、Omega-3、碳水化合物、維生素與礦物質等是微藻價值的關鍵體現。近年來，替代蛋白的概念正在逐漸興起以應對食物、飼料在未來30年中可能存在的短缺，在這之中，微藻出現在大眾視野，并被認為是前途光明，應用廣泛的蛋白替代品。在飼料應用中，因其富含蛋白而被廣泛應用的藻類包括小球藻、螺旋藻、杜氏鹽藻等。Omega-3也稱為ω-3，屬于不飽和脂肪酸，具有抗炎、預防心腦血管疾病、降低癡呆風險等作用，Omege-3通常來自深海魚、亞麻籽、海藻等等。將含有Omega-3的微藻添加到動物飼料中，能為動物提供更多有益脂肪酸，它可以分為長鏈和短鏈兩種類型，長鏈Omega-3為EPA(二十碳五烯酸)和DHA（二十二碳六烯酸），短鏈Omega-3為ALA（α-亞麻酸）。一些微藻被視為Omega-3的良好來源，例如等鞭藻、微擬球藻。微藻中的碳水化合物以淀粉、纖維素等形式存在于細胞質體內和細胞壁中，分為單糖和多糖，具有抗菌、抗病毒、抗氧化等作用。以螺旋藻為例，公開資料顯示，螺旋藻中碳水化合物含量可達12%－25%。微藻中富含維生素，如維生素A、維生素E、β-胡蘿卜素等等，其中有部分維生素具有抗氧化特性，典型的如蝦青素。蝦青素是一種類胡羅卜素，能夠作為很好的增色劑，當其作為飼料時，可以用于魚類的增色，從而在進行銷售時更容易被買家選中。在不同的微藻品類中，雨生紅球藻是常見的用于增色的微藻。擁有以上優勢的微藻，能夠應用于飼料行業的方方面面，其中以應用領域劃分，最常見的便是其在水產養殖中的作用。首先，是作為飼料。有關微藻作為飼料對于水產動物生長作用的研究不在少數。如2016年王磊、陳再忠等人發表的《飼料中添加雨生紅球藻對七彩神仙魚生長、體色及抗氧化力的影響》研究，研究結果表明該微藻能夠提高魚類增重率、提升皮膚蝦青素含量、增強機體抗氧化能力；2019年趙子續、張寶龍等人發表的《飼料中添加雨生紅球藻對紅白錦鯉生長、體色及抗氧化能力的影響》；陳倩伶、趙永貞等人發表的《不同微藻餌料對生物絮團育苗系統水質和凡納濱對蝦蝦苗生長的影響》，研究表明以鈍頂螺旋藻為植物餌料能夠有效提高出苗率，增加蝦苗體質量，諸如此類。其次，是提升水質。在20世紀50年代，我國就提出了利用微藻進行廢水處理，其可以處理的廢水包括城市污水、工業廢水、農業廢水等等，微藻的存在能夠去除這些有機廢水中的有毒、有害成分。在水產養殖中，水產廢水來源主要是水產動物代謝排放與餌料殘余，微藻能夠通過吸收有機碳、脫氮、除磷的方式凈化養殖廢水。水產之外，以飼料應用品種為劃分標準，微藻在飼料中的應用能夠有利于豬、蛋禽、肉禽、反芻動物等的生長。在豬飼料中添加微藻有利于仔豬生長，相關研究包括2017年盛清凱、劉雪等人發布的《螺旋藻對仔豬生長性能、免疫性能及糞便菌群的影響》，研究顯示，FMD（Foot-and-Mouth Disease，口蹄疫新型疫苗）疫苗免疫期間飼糧中添加0.5%的螺旋藻可以促進仔豬生長。在實際應用上，2017年，新奧集團旗下新奧科技發展有限公司（新奧能源研究院）與廣西巴馬原種香豬農牧實業有限公司達成戰略合作，用高營養微藻粉養殖微藻香豬。新奧副總經理錢為強表示，添加微藻飼養后，寧鄉花豬的EPA、DHA含量明顯提升，對于需要補充魚油的孕產婦、心血管存在健康問題的老年群體是很好的選擇。一些研究表明，相比于傳統飼料喂養的雞生產的雞蛋，在飼料中混合富含Omega-3脂肪酸的藻類原料，能使母雞雞蛋中含有更多有益的脂肪酸，這些脂肪酸具有抗炎作用，能夠促進大腦發育，預防心血管疾病。海外論述包括JM Bource的《Where to find omega-3 fatty acids and how feeding animals with diet enriched in omega-3 fatty acids to increase nutritional value of derived products for human》提到喂養藻類飼料能使雞蛋中的DHA含量增長至以往的六倍。國內相關研究包括2016年楊蕊、徐方華發表的《日糧中添加微藻DHA和ALA對蛋雞產蛋性能和蛋品質的影響》，該研究選取576只300日齡海蘭褐蛋雞，實驗表明在飼糧中添加微藻DHA和ALA能夠提高其產蛋性能和雞蛋品質。對于牛、羊而言，微藻在飼料中的應用能夠提升產奶的品質。Lamminen M等人發表的《Different microalgae species as a substitutive protein feed for soya bean meal in grass silage based dairy cow diets》研究表明微藻能夠替代奶牛日糧中的豆粕。2021年，中國農業科學院發表的《飼喂DHA微藻粉對山羊乳品質的影響》通過在奶山羊飼料中添加不同劑量的DHA微藻粉得出了最適宜提升羊乳營養品質的劑量結果。
從全球范圍看，微藻飼料的應用公司并不算多，這里，我以兩家老牌企業與兩家初創企業的案例為例進行說明。老牌企業做微藻飼料，有兩類原因，一是該公司深耕飼料行業多年，具備一定的研發能力，樂于在可持續發展上做嘗試，微藻飼料便是其可持續發展中的一環，這類公司的代表是BioMar。BioMar于1960年代早期在丹麥成立，該公司也是歐洲最早生產水產顆粒飼料的公司之一，在發展的過程中，BioMar一直注重發掘更環保、性能更優的飼料，其80至90年代開發的ECOLINE飼料被稱為世界上第一款環境友好型飼料。時至今日，BioMar已經成為水產養殖業的領先飼料供應商之一，為全世界80多個國家、45種不同類型的魚蝦品種提供飼料。2016年，該公司第一批含有微藻的飼料上市，2021年9月，BioMar表示已經將100噸微藻Omega-3添加到了其飼料中。其全球可持續發展總監Vidar Gundersen表示，“這有助于減輕海洋的壓力，同時確保魚類獲得發展需要的最佳營養。”在發展的同時，BioMar也在積極尋找來自中國的合作伙伴。2015年，BioMar與通威股份簽訂戰略合作協議，2020年，BioMar宣布與通威合資飼料廠正式投產，年產量約5萬噸。另一類，其所在行業可能與飼料毫無關系，但在機緣巧合中接觸了微藻應用，并由此開啟新項目，這一點使得該公司在微藻的應用上更加開放和多元。Allmicroalgae的故事始于葡萄牙最大的水泥公司之一，1930年成立的Secil的一個聚焦于可持續發展的項目，該項目開啟于2007年，通過微藻實現水泥工業的固碳。2015年，Allmicroalgae正式成立，此后，公司不斷拓展其應用領域，開發更多的應用藻類，到了今天，Allmicroalage已經成為歐洲最大的微藻生產商之一。與其他專注于某一領域的微藻公司不同，Allmicroalage正如其名字“ALL”一般，致力于為全領域提供微藻，包括動物飼料、化妝品、人類營養、農業與園藝等等，其栽培微藻包括小球藻、螺旋藻、三角褐指藻等等。在應用層面，以飼料而言，Allmicroalgae旗下的ALLVITAE品牌專做飼料領域，已開發適合貓狗的寵物飼料、適合仔豬的飼料等等。這是經驗充足的老牌企業，當我們把目光投向初創公司，便會發現它們通常會選擇更新奇的切入角度，例如Inalve是從完全清潔的培養環境打造微藻，而MiAlgae則創造性地使用威士忌蒸餾副產品培養微藻。Inalve的微藻飼料聚焦于動物飼料和水產養殖領域，該公司成立于2016年，并于2019年獲得了160萬歐元的融資。表1.Inalve融資情況
為了更好地實現清潔、環保，Inalve僅使用水、陽光、二氧化碳、礦物質培養微藻，其產品不含轉基因、殺蟲劑、重金屬成分，并根據用戶的產品進行定制的解決方案。MiAlgae是一家總部位于英國的生物技術初創公司，該公司成立于2016年，由Douglas Martin在愛丁堡大學學習生物技術時創立。截至目前，該公司已在四輪融資中獲得了390萬英鎊的資金。
在發展初期，MiAlgae的產品應用集中在寵物食品領域，其微藻飼料能夠幫助寵物獲取所需的營養，隨著業務的拓展，MiAlgae將應用于水產養殖領域。通過生物技術，MiAlgae將食品飲料行業中的副產品作為原料培養富含omega-3的微藻，具體而言，是通過威士忌蒸餾過程中的副產品培養微藻。目前，整個水產養殖行業中omega-3的主要獲取來源是野生魚類，而MiAlgae估計，一噸微藻可以節省多達30噸野生魚類。“MiAlgae從一個行業獲取了副產品，并將其轉化為另一個行業的解決方案。通過生物技術的應用，MiAlgae正在尋找養活世界人口的解決方案，隨著全球水產養殖業的規模在未來十年內翻一番，這確實是一個非常有前途的業務。”MiAlgae投資者之一的高瓴集團的Andrew Vernon表示。
資料顯示，中國微藻的產業化要從20世紀80年代算起，也是這一時期，我國將螺旋藻、鹽藻的研究列入了“八五”國家攻關計劃。在幾十年的發展中，中國成為了全球第一大微藻生產國，年產量超萬噸，其中螺旋藻、小球藻、雨生紅球藻是我國重點開發的經濟藻。除了是微藻生產大國，我國也是全球水產養殖大國、飼料生產大國。2021年，時任農業農村部漁業漁政管理局局長劉新中在農業農村部新聞發布會上介紹，2020年中國水產品總量達6549萬，其中養殖產品占比79.8%，而中國養殖水產品占世界水產品養殖總產量60%以上。以飼料而言，作為全球第一大飼料生產國，2021年全國工業飼料總產量達29344.3萬噸，同比增長16.1%，創下有史以來的產量最高值。與此同時，微藻在飼料中的高價值很早就被提了出來，相關的研究可追溯至上個世紀。然而，在具體的應用層面還發展較緩。主要有以下3點原因。以全球范圍來看，不同微藻種類的應用規則不同。根據Senthil Nagappan等學者統計，美國食品藥品監督管理局和歐洲食品安全局已經認定一些微藻是安全的，如小球藻、杜氏鹽藻的油脂提取物通過GRAS認證，部分小球藻可用于新食品目錄下的食品成分。在國內，也有相關統計，三大應用微藻中，螺旋藻于1990年被國家衛生部批準為新資源食品，雨生紅球藻于2010年被批準為新資源食品，小球藻中的蛋白核小球藻則于2012年被批準為新資源食品。在這之外，還有更多的微藻類型等待批準，判定更多的微藻種類安全并可用于飼料需要企業與相關機構共同努力。業內對于微藻的普遍看法是價格太高，然而這一說法似乎過于武斷。提出這一看法的人通常是將微藻與魚粉進行相比，認為購買幾萬1噸的微藻相比于幾千1噸的魚粉是得不償失，然而，當我們看向國內微藻的歷史應用，就會發現微藻的價格相對于80年代已經下降了好幾倍。同時，不同的微藻在飼料中的添加用量也不盡相同，這就涉及到了下一個問題，即技術適應性問題，如何判斷使用何種微藻，用量如何添加，還需要配合使用哪些物質。在探討如何將微藻的利用價值發揮得更好的同時，微藻成分與動物之間是否適應也需要不斷探索。例如，有資料顯示，微藻中的細胞壁難以被單胃動物消化，為此，開發相應的技術以提高微藻成分的利用效率成了飼料行業需要面臨的挑戰。技術性問題也造成了一些飼料企業在應用微藻時常常摸不著頭腦。根據“中科院之聲”的報道，目前我國水產育苗場微藻培養系統仍是小作坊生產，效率低、易污染，同時，很多水產企業都缺乏專業的微藻人才，如此一來就會導致微藻營養成分不平衡、供應不穩定，導致未能實現微藻對于養殖的促進作用。因此，普及微藻相關知識，培養專業人才，建立高效、工業化的微藻培育體系成為了未來產業發展關鍵。目前，我國微藻飼料的應用還處于摸著石頭過河，這就需要更多的科研機構投入，與此同時，也需要大型飼料公司做好榜樣作用，引領中小企業進行微藻的良性運用。公開資料顯示，一些大型企業正在嘗試這一新鮮的解決方案。以前面提到的通威為例，2021年3月，通威就曾拜訪專做EPA藻油產業化創業的小藻科技，并表示對與小藻科技在EPA微藻產品于水產行業領域達成合作的期待；2021年6月，海大集團投資8億建設的汕尾魚蝦貝藻水產種業園正式開工，通過藻類產品的集中養殖實現整體化效益；2022年，國投生物則與福建省投資開發集團有限公司旗下福建閩投碳資產投資有限公司簽訂協議，計劃同福建投資集團的水產養殖公司聯合推動微藻在水產養殖中的應用。放眼全球，對于水產養殖業而言，尋找魚粉、魚油的替代物是從業者使用微藻的直接原因。作為水產養殖飼料中的主要蛋白質來源，魚粉供給日益緊張，同時豆粕、玉米等蛋白質替代品飼料轉化率較低，尋找替代品成為了必然。在以微藻作為飼料替代品之外，尋求更可持續的養殖方式也是從業者選擇微藻的原因之一。在營養健康的趨勢之下，微藻在飼料中的優越性將逐漸凸顯，隨著技術的不斷更新，微藻在產業中的作用逐漸普及，我國飼料行業將迎來一次新的產業升級。
