不同pH值條件下水溶性殼聚糖衍生物對(duì)微藻絮凝富集的影響

張躍群等

摘要：在不同pH值條件下，研究殼聚糖衍生物對(duì)綠色巴夫藻（Pavlova viridis Tseng，Chen et Zhang）、小球藻（Chloreiia spp.） 絮凝富集的影響。結(jié)果表明，終濃度為30 mg/L以上的殼寡糖、水溶性低分子量殼聚糖對(duì)2種藻類(lèi)具有顯著的促沉降效應(yīng)，在pH值大于7的堿性溶液中沉降效應(yīng)明顯提高。說(shuō)明水溶性殼聚糖衍生物可以用于微藻的大規(guī)模采收。

關(guān)鍵詞：殼寡糖；水溶性低分子量殼聚糖；微藻；絮凝富集

中圖分類(lèi)號(hào)： S968.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2014）03-0190-02

海洋、江河、湖泊中數(shù)量龐大的微藻是重要的生態(tài)類(lèi)群，參與地球的碳氧循環(huán)，一些微藻富含大量的蛋白質(zhì)、不飽和脂肪酸以及礦物質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、功能食品開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域[1]。微藻個(gè)體大小從幾微米到幾十微米不等，通過(guò)吸收水中的無(wú)機(jī)鹽進(jìn)行大量繁殖。有研究表明，微藻的采收成本占其養(yǎng)殖成本的20%～30%[2]。電場(chǎng)絮凝、超聲波等物理方法以及游離陽(yáng)離子等化學(xué)方法被廣泛用于微藻采收的預(yù)處理[3]。受場(chǎng)地及設(shè)備條件限制，研究人員開(kāi)始把目光轉(zhuǎn)向高分子聚合物。殼聚糖（chitooligosaccharde，COS）作為重要的直鏈高分子聚合物，據(jù)有電中和絮凝與吸附絮凝的雙重作用[4]。但因其水不（低）溶性，限制了其在微藻生產(chǎn)中的大規(guī)模應(yīng)用[5]。本研究在不同pH值條件下，研究殼聚糖衍生物對(duì)微藻富集的影響，旨在為開(kāi)發(fā)利用微藻資源提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 殼寡糖 參照楊宇民等的方法[5]制備殼寡糖。殼聚糖脫乙酰度90.5%，購(gòu)自江蘇省南通市興成生化廠。稱(chēng)取 20 g 殼聚糖放入1 L三頸瓶中，加入400 mL 2%雙氧水溶液，40～50 ℃下攪拌反應(yīng)2 h，反應(yīng)停止后在布氏漏斗上抽濾；將濾液在旋轉(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95%乙醇，析出白色沉淀，過(guò)濾；將沉淀用盡可能少的水溶解，再加入3倍體積的95%乙醇，過(guò)濾。重復(fù)操作3次，將沉淀用紅外線快速干燥器烘干，放入真空干燥器中干燥保存。

1.1.2 水溶性低分子量殼聚糖（water soluble low molecular weight chitosan，WSLC） 參照楊宇民等的方法[5]制備水溶性低分子量殼聚糖。將10 g殼聚糖與60 mL 20%磷酸放入三頸瓶中，控制溫度為80～90 ℃，攪拌反應(yīng)2 h后，加入乙醇 50 mL，攪拌回流2 h，過(guò)濾。用無(wú)水乙醇洗滌濾餅3次，烘干，得白色粉末，溶于水。

1.2 方法

1.2.1 微藻培養(yǎng) 綠色巴夫藻（Pavlova viridis Tseng，Chen et Zhang）、小球藻（Chloreiia spp.）取自江蘇省海洋水產(chǎn)研究所。參照陳明耀的方法[6]配制培養(yǎng)基。

1.2.2 沉降處理 將藻液稀釋至適宜濃度，取500 mL 藻液置于800 mL 燒杯中，置于攪拌器下，加一定體積的100 mg/L殼聚糖衍生物母液，以250 r/min攪拌1 min，再加入一定體積的5 mol/L HCl或5 mol/L NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值，繼續(xù)攪拌 1 min，再以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。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度殼聚糖衍生物對(duì)綠色巴夫藻、小球藻絮凝富集的影響

控制綠色巴夫藻與小球藻培養(yǎng)液中殼聚糖衍生物COS、WSLC濃度分別為0、10、20、30、40、50 mg/L，以50 r/min 慢速攪拌10 min，靜置沉淀0.5 h后，于燒杯底部上方約1/3處取樣進(jìn)行密度測(cè)定。當(dāng)COS濃度分別為0、10、20、30、40、50 mg/L時(shí)，綠色巴夫藻的密度分別為2.7×105、3.6×105、28.9×105、58.3×105、385.2×105、413.3×105個(gè)/mL，小球藻的密度分別為3.2×105、6.3×105、41.3×105、278.4×105、625.5×105、879.7×105個(gè)/mL（圖1）。當(dāng)WSLC濃度分別為0、10、20、30、40、50 mg/L時(shí)，綠色巴夫藻密度分別為4.1×105、7.2×105、47.6×105、63.3×105、318.1×105、598.0×105個(gè)/mL，小球藻的密度分別為6.9×105、17.2×105、48.1×105、189.2×105、560.4×105、743.4×105個(gè)/mL（圖2）。由此可知，當(dāng)COS、WSLC濃度大于30 mg/L時(shí)，對(duì)綠色巴夫藻、小球藻均有明顯的促沉降效果，并呈現(xiàn)出濃度依賴(lài)性。

2.2 不同pH值條件下COS對(duì)綠色巴夫藻、小球藻絮凝富集的影響

控制培養(yǎng)液中COS的濃度為40 mg/L，用5 mol/L HCl或

5 mol/L NaOH調(diào)節(jié)培養(yǎng)液使pH值分別為5、6、7、8、9。當(dāng)培養(yǎng)液pH值分別為5、6、7、8、9時(shí)，綠色巴夫藻的密度分別為789×105、218.3×105、412.6×105、627.4×105、1 125.5×105個(gè)/mL，小球藻的密度分別為155.2×105、283.8×105、397.6×105、750.7×105、992.2×105個(gè)/mL（圖3）。由此可知，pH值大于7的堿性COS溶液有利于微藻的沉降。

2.3 不同pH值條件下WSLC對(duì)綠色巴夫藻、小球藻絮凝富集的影響

控制培養(yǎng)液中WSLC濃度為40 mg/L，用5 mol/L HCl或5 mol/L NaOH調(diào)節(jié)培養(yǎng)液pH值分別為5、6、7、8、9。結(jié)果表明，當(dāng)培養(yǎng)液pH值分別為5、6、7、8、9時(shí)，綠色巴夫藻的密度分別為101.3×105、356.4×105、398.5×105、799.5×105、912.2×105個(gè)/mL，小球藻的密度分別為93.2×105、145.7×105、420.0×105、544.7×105、721.1×105個(gè)/mL（圖4）。由此可知，pH值大于7的堿性WSLC溶液促進(jìn)微藻的絮凝富集。

3 結(jié)論與討論

本研究制備了殼聚糖的2種衍生物COS、WSLC，并且探討了其在不同pH值條件下對(duì)綠色巴夫藻、小球藻絮凝富集的影響。結(jié)果表明，殼聚糖的水溶性降解產(chǎn)物對(duì)微藻具有絮凝富集效果，當(dāng)濃度超過(guò)30 mg/L時(shí)，絮凝富集效果更為明顯。研究表明，殼聚糖通過(guò)電中和、吸附和高分子的網(wǎng)捕效應(yīng)發(fā)揮對(duì)微藻的絮凝富集作用，COS、WSLC聚合度不同，但有相似的沉降效果，電中和、吸附可能是微藻絮凝富集的主要原因[4]。pH值可以影響殼聚糖的富集效果。有學(xué)者認(rèn)為，酸性條件可以促進(jìn)殼聚糖對(duì)微藻的絮凝[7]。趙培等認(rèn)為，堿性條件有利于微藻的絮凝沉降[8]。這可能是由于堿性條件可以促進(jìn)大分子構(gòu)象的改變，或是中和了微藻細(xì)胞表面的負(fù)電荷。本研究表明，殼聚糖的水溶性降解產(chǎn)物COS、WSLC在pH值大于7的培養(yǎng)液中能夠促進(jìn)微藻的絮凝。殼聚糖的降解產(chǎn)物安全無(wú)毒，與傳統(tǒng)無(wú)機(jī)鹽類(lèi)相比，不會(huì)對(duì)藻類(lèi)本身及后續(xù)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)影響，因此被認(rèn)為是環(huán)境友好、安全健康的微藻絮凝劑。殼聚糖及其降解產(chǎn)物來(lái)源廣泛、生產(chǎn)加工及基團(tuán)結(jié)構(gòu)改性方便，尤其是水溶性降解產(chǎn)物，還能增強(qiáng)動(dòng)物機(jī)體的免疫功能。因此，作為微藻采收的預(yù)處理劑應(yīng)用前景廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1]張躍群，王勇軍. 微藻的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及其應(yīng)用[J]. 生物學(xué)教學(xué)，2002，27（6）：42-44.

[2]Molina G E，Belarbi E H，Acién Fernández F G，et al. Recovery of microalgal biomass and metabolites：process options and economics[J]. Biotechnology Advances，2003，20（7/8）：491-515.

[3]林 喆，匡亞莉，郭 進(jìn)，等. 微藻采收技術(shù)的進(jìn)展與展望[J]. 過(guò)程工程學(xué)報(bào)，2009，9（6）：1242-1248.

[4]李若慧，葉 曉，程艷玲.殼聚糖絮凝微藻富集的研究進(jìn)展[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，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(guó)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(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1995：33-71.

[7]翟 玥，楊 哲，安 陽(yáng)，等. 殼聚糖凝聚去除景觀水中微囊藻的研究[J]. 凈水技術(shù)，2009，28（6）：58-60，68.

[8]趙 培，王雪青，宋文軍，等. Isochrysis Galbana 8701的殼聚糖復(fù)配堿液自絮凝富集條件的選擇[J]. 天津師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，30（4）：59-62.

3 結(jié)論與討論

本研究制備了殼聚糖的2種衍生物COS、WSLC，并且探討了其在不同pH值條件下對(duì)綠色巴夫藻、小球藻絮凝富集的影響。結(jié)果表明，殼聚糖的水溶性降解產(chǎn)物對(duì)微藻具有絮凝富集效果，當(dāng)濃度超過(guò)30 mg/L時(shí)，絮凝富集效果更為明顯。研究表明，殼聚糖通過(guò)電中和、吸附和高分子的網(wǎng)捕效應(yīng)發(fā)揮對(duì)微藻的絮凝富集作用，COS、WSLC聚合度不同，但有相似的沉降效果，電中和、吸附可能是微藻絮凝富集的主要原因[4]。pH值可以影響殼聚糖的富集效果。有學(xué)者認(rèn)為，酸性條件可以促進(jìn)殼聚糖對(duì)微藻的絮凝[7]。趙培等認(rèn)為，堿性條件有利于微藻的絮凝沉降[8]。這可能是由于堿性條件可以促進(jìn)大分子構(gòu)象的改變，或是中和了微藻細(xì)胞表面的負(fù)電荷。本研究表明，殼聚糖的水溶性降解產(chǎn)物COS、WSLC在pH值大于7的培養(yǎng)液中能夠促進(jìn)微藻的絮凝。殼聚糖的降解產(chǎn)物安全無(wú)毒，與傳統(tǒng)無(wú)機(jī)鹽類(lèi)相比，不會(huì)對(duì)藻類(lèi)本身及后續(xù)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)影響，因此被認(rèn)為是環(huán)境友好、安全健康的微藻絮凝劑。殼聚糖及其降解產(chǎn)物來(lái)源廣泛、生產(chǎn)加工及基團(tuán)結(jié)構(gòu)改性方便，尤其是水溶性降解產(chǎn)物，還能增強(qiáng)動(dòng)物機(jī)體的免疫功能。因此，作為微藻采收的預(yù)處理劑應(yīng)用前景廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1]張躍群，王勇軍. 微藻的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及其應(yīng)用[J]. 生物學(xué)教學(xué)，2002，27（6）：42-44.

[2]Molina G E，Belarbi E H，Acién Fernández F G，et al. Recovery of microalgal biomass and metabolites：process options and economics[J]. Biotechnology Advances，2003，20（7/8）：491-515.

[3]林 喆，匡亞莉，郭 進(jìn)，等. 微藻采收技術(shù)的進(jìn)展與展望[J]. 過(guò)程工程學(xué)報(bào)，2009，9（6）：1242-1248.

[4]李若慧，葉 曉，程艷玲.殼聚糖絮凝微藻富集的研究進(jìn)展[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，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(guó)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(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1995：33-71.

[7]翟 玥，楊 哲，安 陽(yáng)，等. 殼聚糖凝聚去除景觀水中微囊藻的研究[J]. 凈水技術(shù)，2009，28（6）：58-60，68.

[8]趙 培，王雪青，宋文軍，等. Isochrysis Galbana 8701的殼聚糖復(fù)配堿液自絮凝富集條件的選擇[J]. 天津師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，30（4）：59-62.

3 結(jié)論與討論

本研究制備了殼聚糖的2種衍生物COS、WSLC，并且探討了其在不同pH值條件下對(duì)綠色巴夫藻、小球藻絮凝富集的影響。結(jié)果表明，殼聚糖的水溶性降解產(chǎn)物對(duì)微藻具有絮凝富集效果，當(dāng)濃度超過(guò)30 mg/L時(shí)，絮凝富集效果更為明顯。研究表明，殼聚糖通過(guò)電中和、吸附和高分子的網(wǎng)捕效應(yīng)發(fā)揮對(duì)微藻的絮凝富集作用，COS、WSLC聚合度不同，但有相似的沉降效果，電中和、吸附可能是微藻絮凝富集的主要原因[4]。pH值可以影響殼聚糖的富集效果。有學(xué)者認(rèn)為，酸性條件可以促進(jìn)殼聚糖對(duì)微藻的絮凝[7]。趙培等認(rèn)為，堿性條件有利于微藻的絮凝沉降[8]。這可能是由于堿性條件可以促進(jìn)大分子構(gòu)象的改變，或是中和了微藻細(xì)胞表面的負(fù)電荷。本研究表明，殼聚糖的水溶性降解產(chǎn)物COS、WSLC在pH值大于7的培養(yǎng)液中能夠促進(jìn)微藻的絮凝。殼聚糖的降解產(chǎn)物安全無(wú)毒，與傳統(tǒng)無(wú)機(jī)鹽類(lèi)相比，不會(huì)對(duì)藻類(lèi)本身及后續(xù)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)影響，因此被認(rèn)為是環(huán)境友好、安全健康的微藻絮凝劑。殼聚糖及其降解產(chǎn)物來(lái)源廣泛、生產(chǎn)加工及基團(tuán)結(jié)構(gòu)改性方便，尤其是水溶性降解產(chǎn)物，還能增強(qiáng)動(dòng)物機(jī)體的免疫功能。因此，作為微藻采收的預(yù)處理劑應(yīng)用前景廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1]張躍群，王勇軍. 微藻的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及其應(yīng)用[J]. 生物學(xué)教學(xué)，2002，27（6）：42-44.

[2]Molina G E，Belarbi E H，Acién Fernández F G，et al. Recovery of microalgal biomass and metabolites：process options and economics[J]. Biotechnology Advances，2003，20（7/8）：491-515.

[3]林 喆，匡亞莉，郭 進(jìn)，等. 微藻采收技術(shù)的進(jìn)展與展望[J]. 過(guò)程工程學(xué)報(bào)，2009，9（6）：1242-1248.

[4]李若慧，葉 曉，程艷玲.殼聚糖絮凝微藻富集的研究進(jìn)展[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，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(guó)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(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1995：33-71.

[7]翟 玥，楊 哲，安 陽(yáng)，等. 殼聚糖凝聚去除景觀水中微囊藻的研究[J]. 凈水技術(shù)，2009，28（6）：58-60，68.

[8]趙 培，王雪青，宋文軍，等. Isochrysis Galbana 8701的殼聚糖復(fù)配堿液自絮凝富集條件的選擇[J]. 天津師范大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，30（4）：59-62.