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

關鍵詞：殼寡糖；水溶性低分子量殼聚糖；微藻；絮凝富集

中圖分類號： S968.4 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2014）03-0190-02

海洋、江河、湖泊中數量龐大的微藻是重要的生態類群，參與地球的碳氧循環，一些微藻富含大量的蛋白質、不飽和脂肪酸以及礦物質，被廣泛應用于水產養殖業、功能食品開發等領域[1]。微藻個體大小從幾微米到幾十微米不等，通過吸收水中的無機鹽進行大量繁殖。有研究表明，微藻的采收成本占其養殖成本的20%～30%[2]。電場絮凝、超聲波等物理方法以及游離陽離子等化學方法被廣泛用于微藻采收的預處理[3]。受場地及設備條件限制，研究人員開始把目光轉向高分子聚合物。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中的大規模應用[5]。本研究在不同pH值條件下，研究殼聚糖衍生物對微藻富集的影響，旨在為開發利用微藻資源提供依據。

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%，購自江蘇省南通市興成生化廠。稱取 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2 h，反應停止后在布氏漏斗上抽濾；將濾液在旋轉蒸發儀上減壓蒸餾，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，過濾。重復操作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2 h后，加入乙醇 50 mL，攪拌回流2 h，過濾。用無水乙醇洗滌濾餅3次，烘干，得白色粉末，溶于水。

1.2 方法

1.2.1 微藻培養 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研究所。參照陳明耀的方法[6]配制培養基。

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調節溶液pH值，繼續攪拌 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 結果與分析

2.1 不同濃度殼聚糖衍生物對綠色巴夫藻、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處取樣進行密度測定。當COS濃度分別為0、10、20、30、40、50 mg/L時，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/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/mL（圖1）。當WSLC濃度分別為0、10、20、30、40、50 mg/L時，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/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/mL（圖2）。由此可知，當COS、WSLC濃度大于30 mg/L時，對綠色巴夫藻、小球藻均有明顯的促沉降效果，并呈現出濃度依賴性。

2.2 不同pH值條件下COS對綠色巴夫藻、小球藻絮凝富集的影響

控制培養液中COS的濃度為40 mg/L，用5 mol/L HCl或

5 mol/L NaOH調節培養液使pH值分別為5、6、7、8、9。當培養液pH值分別為5、6、7、8、9時，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/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/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對綠色巴夫藻、小球藻絮凝富集的影響

控制培養液中WSLC濃度為40 mg/L，用5 mol/L HCl或5 mol/L NaOH調節培養液pH值分別為5、6、7、8、9。結果表明，當培養液pH值分別為5、6、7、8、9時，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/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/mL（圖4）。由此可知，pH值大于7的堿性WSLC溶液促進微藻的絮凝富集。

3 結論與討論

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值條件下對綠色巴夫藻、小球藻絮凝富集的影響。結果表明，殼聚糖的水溶性降解產物對微藻具有絮凝富集效果，當濃度超過30 mg/L時，絮凝富集效果更為明顯。研究表明，殼聚糖通過電中和、吸附和高分子的網捕效應發揮對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。有學者認為，酸性條件可以促進殼聚糖對微藻的絮凝[7]。趙培等認為，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大分子構象的改變，或是中和了微藻細胞表面的負電荷。本研究表明，殼聚糖的水溶性降解產物COS、WSLC在pH值大于7的培養液中能夠促進微藻的絮凝。殼聚糖的降解產物安全無毒，與傳統無機鹽類相比，不會對藻類本身及后續產業帶來影響，因此被認為是環境友好、安全健康的微藻絮凝劑。殼聚糖及其降解產物來源廣泛、生產加工及基團結構改性方便，尤其是水溶性降解產物，還能增強動物機體的免疫功能。因此，作為微藻采收的預處理劑應用前景廣闊。

參考文獻：

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

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[3]林 喆，匡亞莉，郭 進，等. 微藻采收技術的進展與展望[J]. 過程工程學報，2009，9（6）：1242-1248.

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[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]. 中國公共衛生，2005，21（9）：1080-1081.

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

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

3 結論與討論

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值條件下對綠色巴夫藻、小球藻絮凝富集的影響。結果表明，殼聚糖的水溶性降解產物對微藻具有絮凝富集效果，當濃度超過30 mg/L時，絮凝富集效果更為明顯。研究表明，殼聚糖通過電中和、吸附和高分子的網捕效應發揮對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。有學者認為，酸性條件可以促進殼聚糖對微藻的絮凝[7]。趙培等認為，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大分子構象的改變，或是中和了微藻細胞表面的負電荷。本研究表明，殼聚糖的水溶性降解產物COS、WSLC在pH值大于7的培養液中能夠促進微藻的絮凝。殼聚糖的降解產物安全無毒，與傳統無機鹽類相比，不會對藻類本身及后續產業帶來影響，因此被認為是環境友好、安全健康的微藻絮凝劑。殼聚糖及其降解產物來源廣泛、生產加工及基團結構改性方便，尤其是水溶性降解產物，還能增強動物機體的免疫功能。因此，作為微藻采收的預處理劑應用前景廣闊。

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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值條件下對綠色巴夫藻、小球藻絮凝富集的影響。結果表明，殼聚糖的水溶性降解產物對微藻具有絮凝富集效果，當濃度超過30 mg/L時，絮凝富集效果更為明顯。研究表明，殼聚糖通過電中和、吸附和高分子的網捕效應發揮對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。有學者認為，酸性條件可以促進殼聚糖對微藻的絮凝[7]。趙培等認為，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大分子構象的改變，或是中和了微藻細胞表面的負電荷。本研究表明，殼聚糖的水溶性降解產物COS、WSLC在pH值大于7的培養液中能夠促進微藻的絮凝。殼聚糖的降解產物安全無毒，與傳統無機鹽類相比，不會對藻類本身及后續產業帶來影響，因此被認為是環境友好、安全健康的微藻絮凝劑。殼聚糖及其降解產物來源廣泛、生產加工及基團結構改性方便，尤其是水溶性降解產物，還能增強動物機體的免疫功能。因此，作為微藻采收的預處理劑應用前景廣闊。

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