殼寡糖及其復合聚合氯化鋁絮凝微藻富集的研究

張躍群　閆生榮　王小紅　呂峰　陸德祥

摘要[目的] 為了找到可以加速微藻富集的合適絮凝劑。[方法] 制備了殼聚糖的降解產(chǎn)物殼寡糖，用于綠色巴夫藻（Pavlovaviridis Tseng， Chen et Zhang）和小球藻（Chloreiia spp.） 絮凝富集。[結(jié)果] 終濃度為30 mg/L以上的殼寡糖溶液對2種藻類具有顯著的促沉降效應。當殼寡糖與6 mg/L聚合氯化鋁混合使用時，殼寡糖/聚合氯化鋁促沉降效應明顯提高。[結(jié)論] 殼寡糖可以用于微藻大規(guī)模生產(chǎn)的采收。

關(guān)鍵詞殼寡糖； 聚合氯化鋁；微藻；沉降

中圖分類號S931.1文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）07-01905-02

基金項目江蘇省“333工程”科研資助項目（BRA2012066）；江蘇省高校科研成果產(chǎn)業(yè)化推進項目（JHB2011C71）；南通市農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化項目（HL2012017）。

作者簡介張躍群（1968-） ，女，江蘇如皋人，教授，碩士，從事植物生理學的教學與科研工作。

收稿日期20140211水體中的微藻又稱單細胞藻類，個體大小從幾微米到幾十微米。除了調(diào)節(jié)海洋和江河湖泊的碳、氧循環(huán)外，這一龐大的、種類繁多的微小植物組成的生態(tài)類群中一些種類還具有極其重要的營養(yǎng)價值[1]。因而，微藻被廣泛用于水產(chǎn)經(jīng)濟動物的（開口）餌料以及人類的功能食品[2]，甚至被作為有潛力完全取代石油用于生產(chǎn)運輸用燃料的生物質(zhì)資源[3]。大規(guī)模生產(chǎn)微藻仍需解決采收的難題。傳統(tǒng)過濾和離心法大大增加了生產(chǎn)成本和生產(chǎn)周期，因此采用合適的絮凝劑加速微藻的富集越來越受到人們的關(guān)注。

與無機鹽如聚合氯化鋁、三氯化鐵以及黏土凝聚法相比，殼聚糖絮凝采收微藻具有用量少、效率高、無毒等特點[4]。然而，由于殼聚糖是高分子化合物，分子量通常在幾十萬至上百萬，且分子結(jié)構(gòu)緊密，不能溶于水，從而限制其應用。開發(fā)水溶性的、高活性的殼聚糖降解產(chǎn)物殼寡糖（Chitooligosaccharde），并用于微藻的絮凝富集，將大大改善其實際的應用效果。筆者通過制備殼寡糖，采用不同濃度的殼寡糖及其復合聚合氯化鋁富集微藻。

1 材料與方法

1.1殼寡糖制備 參照楊宇民等[5]的方法。供試殼聚糖脫乙酰度90.5%，購自南通興成生化有限公司。準確稱取20 g 殼聚糖于1 L 三頸瓶中，加入400 ml濃度2%的雙氧水溶液，40～50 ℃下攪拌反應2 h。停止反應后，在布氏漏斗上抽濾。濾液在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上減壓蒸餾，濃縮到一定程度后，加入3 倍體積的濃度95%乙醇，析出白色沉淀，過濾。將沉淀以盡可能少的水溶解，再加入3 倍體積的濃度95%乙醇，過濾。操作重復3次。將沉淀用紅外線快速干燥器烘干，在真空干燥器中干燥保存。

1.2微藻的培養(yǎng)供試綠色巴夫藻（Pavlovaviridis Tseng，Chen et Zhang）和小球藻（Chloreiia spp.）由江蘇省海洋水產(chǎn)研究所提供。培養(yǎng)基配方和培養(yǎng)方法參照陳明耀[6]方法。

1.3試驗方法 將藻液稀釋到適宜濃度，取500 ml 于800 ml 燒杯中，置于攪拌器下，加一定體積的100 mg/L殼寡糖母液，以250 r/min攪拌1 min，再加一定體積的100 mg/L聚合氯化鋁溶液（PAC，中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心提供），繼續(xù)攪拌1 min后，以50 r/min慢速攪拌10 min，靜置沉淀0.5 h，于燒杯底部上方約1/3處取樣，測定密度。

2 結(jié)果與分析

2.1不同濃度的殼寡糖對綠色巴夫藻和小球藻絮凝富集的影響由圖1可知，加入殼寡糖至終濃度為0、10、20、30、40、50 mg/L，沉降0.5 h后，燒杯底部上方1/3處綠色巴夫藻的密度分別為4.2×105、4.9×105、3.8×106、6.8×106、4.3×107和4.6×107個/ml；加入殼寡糖至終濃度為0、10、20、30、40、50 mg/L，沉降0.5 h后，燒杯底部上方1/3處小球藻的密度分別為5.7×105、1.0×106、7.4×106、2.9×107、7.3×107和1.0×108個/ml。這表明高濃度的殼寡糖對綠色巴夫藻和小球藻有明顯的促沉降作用。

圖1 不同濃度的殼寡糖對綠色巴夫藻和小球藻絮凝富集的影響2.2不同濃度的聚合氯化鋁對綠色巴夫藻和小球藻絮凝富集的影響聚合氯化鋁被廣泛用于水體除藻[7]。為了研究它對綠色巴夫藻和小球藻絮凝富集的影響，加入聚合氯化鋁至終濃度為0、3、6、9、12、15 mg/L，沉降0.5 h。由圖2可知，燒杯底部上方1/3處綠色巴夫藻的密度分別為2.9×105、3.4×105、1.0×107、1.6×107、1.5×106和1.7×107個/ml；燒杯底部上方1/3處小球藻的密度分別為1.0×106、1.4×106、8.0×106、1.1×107、1.3×107和1.3×107個/ml。研究表明，6 mg/L聚合氯化鋁可以有效地促進微藻絮凝。

圖2不同濃度的聚合氯化鋁對綠色巴夫藻和小球藻絮凝富集的影響2.3殼寡糖/聚合氯化鋁混合劑對綠色巴夫藻和小球藻絮凝富集的影響微藻培養(yǎng)液中加入殼寡糖至終濃度為0、10、20、30、40、50 mg/L后，攪拌1 min，分別加入聚合氯化鋁至終濃度為6 mg/L，沉降0.5 h。由圖3可知，燒杯底部上方1/3處綠色巴夫藻的密度分別為1.3×107、2.9×107、3.7×107、8.2×107、1.2×108、1.4×108個/ml；小球藻的密度分別為9.9×106、4.2×107、5.1×107、9.8×107、1.1×108、1.4×108個/ml。殼寡糖/聚合氯化鋁混合劑對綠色巴夫藻和小球藻絮凝富集具有協(xié)同效應。

圖3殼寡糖/聚合氯化鋁混合劑對綠色巴夫藻和小球藻絮凝富集的影響3 討論

采用絮凝方法富集水體中的微藻已越來越受到人們的重視。常用的絮凝劑包括各種鐵鹽、鋁鹽、高嶺土以及各種黏土礦物質(zhì)等。有研究表明，不同濃度的絮凝劑對微藻的沉降都具有一定的效果[4，8-9]。但是，這些方法均用于水質(zhì)凈化，沒有考慮對藻類存活、葉綠素含量、營養(yǎng)物質(zhì)含量的影響以及后續(xù)的使用效果。因此，采用高效、安全、無毒的微藻絮凝劑用于促進微藻的沉降和采收，一直是水產(chǎn)養(yǎng)殖、藻類功能食品的開發(fā)等產(chǎn)業(yè)亟需解決的問題。

微藻在生長過程中分泌一些酸性物質(zhì)，因而細胞表面帶有負電荷。雖然與普通的陽離子型高分子絮凝劑相比，殼聚糖屬于弱陽離子型，但是具有很強的促絮凝效應[10]。殼聚糖安全無毒，具有非常好的生物相容性，但水不（低）溶性限制其大規(guī)模的使用。有研究表明，低分子量的解聚的水溶性殼聚糖及其衍生物具有更強的生物活性[5]。研究表明，殼聚糖的降解產(chǎn)物殼寡糖仍保持促進微藻沉降的性質(zhì)。這為微藻在水產(chǎn)養(yǎng)殖、藻類功能食品的大規(guī)模養(yǎng)殖采收提供重要的參考依據(jù)。

研究還表明，殼聚糖和聚合氯化鋁的混合使用可以極大地改善微藻的沉降效果。有研究表明，聚合氯化鋁和其他無機鹽或紅土的聯(lián)合使用可以促進微藻的絮凝[9]。這與該研究結(jié)果相一致。殼聚糖和聚合氯化鋁在微藻沉降中的協(xié)同效應，可能與它們都帶有正電荷、增加藻類與陽離子的結(jié)合機率相關(guān)。該研究結(jié)果尚需進一步證實。但是，殼聚糖和少量聚合氯化鋁搭配使用，可以大大地避免聚合氯化鋁試劑過度使用所帶來的負面影響。

參考文獻

[1] 張躍群，王勇軍.微藻的營養(yǎng)價值及其應用[J].生物學教學，2002，27（6）：42-44.

[2] HEMAISWARYA S，RAJA R，RAVI KUMAR R，et al. Microalgae：a sustainable feed source for aquaculture[J].World Journal of Microbiology and Biotechnology，2011，27（8）：1737-1746.

[3] YUSUF CHISTI. Biodiesel from microalgae[J].Biotechnology Advances，2007，25（3）：294-306.

[4] 李若慧，葉曉，程艷玲.殼聚糖絮凝微藻富集的研究進展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2012，40（3）：1626-1628.

[5] 楊宇民，馬振祥，尹繼成，等.系列水溶性殼聚糖衍生物的抑菌性能研究[J].中國公共衛(wèi)生，2005，21（9）：1080-1081.

[6] 陳明耀.生物餌料培養(yǎng)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1995：33-71.

[7] 高健，趙春祿.傳統(tǒng)PAC混凝除藻方法的改進[J].青島科技大學學報，2005，26（2）：120-123.

[8] 羅岳平，施周，王仕匯，等.用粘土作助凝劑提高聚合氯化鋁除藻效果的研究[J].中國給水排水，2007，23（17）：61-65.

[9] 何維，朱毅，肖強華，等.紅土復合聚合氯化鋁以及三氯化鐵去除水華藻類的研究[J].生態(tài)環(huán)境學報，2010，19（3）：550-555.

[10] 蔣挺大.殼聚糖[M].2版.北京：化學工業(yè)出版社，2007：248-249.安徽農(nóng)業(yè)科學，Journal