全 文 ：第 24卷增刊 大 连 水 产 学 院 学 报 Vol.24 Suppl.
2 0 0 9年 5月 JOURNALOFDALIANFISHERIESUNIVERSITY May2 0 0 9
单胞藻超滤浓缩技术研究与发展
周玮1、2 , 王国栋 1 , 梁忠德 1 , 苏延明 1
(1.大连水产学院 生命科学与技术学院 , 辽宁大连 116023;2.辽宁省高校海洋生物资源可持续利用重点实验室)
摘要:综述了单胞藻各种浓缩方法———自然沉降法 、 化学浓缩方法和离心浓缩方法的研究概况 , 详细评述
了近年来国内外采用超滤技术作为浓缩 、 分离过程的研究和应用进展 , 以及超滤作为膜分离技术已广泛应
用于单胞藻浓缩领域的发展趋势。
关键词:单胞藻;浓缩;超滤
中图分类号:S969.24 文献标识码:A
单细胞藻类 (简称单胞藻)又名微藻 (Mi-
croalgae), 广泛分布于水域环境中。因其具有利用
太阳能效率高 , 繁殖速度快 , 营养丰富等优点 , 越
来越受到广泛的重视 , 已广泛应用于水产养殖和食
品原料等方面[ 1] 。在水产动物育苗中 , 单胞藻的
投喂一般是以直接投喂新鲜藻液为主 , 即饵料培养
与生产同步进行 , 这样饵料培养的数量和供应时间
必须与育苗相结合。但是 , 在生产实践中 , 单胞藻
类培养经常受到季节变化 、 温度 、 光照等的影响 ,
往往出现饵料供应不足的现象 , 给生产造成极大的
损失。将鲜藻液浓缩成藻膏投喂水产动物 , 能减少
水质污染[ 2] , 且投喂方便 , 可保证全年对虾 、 扇
贝 、鲍鱼等苗种的饵料供应。因此 , 在藻类繁殖季
节大量培养饵料进行浓缩储备 , 将会缓解育苗生产
中对同步培养单胞藻饵料的依赖。
在其他方面 , 大规模生产小球藻或者其他藻类
作为食品 , 或者从藻类中提取活性物质等 [ 3-4] , 都
需要大量的高浓度藻液 , 而一般的藻类培养浓度满
足不了生产的需要 。因此 , 必须要对藻液进行浓
缩 , 而浓缩中又要求不能破坏藻细胞的成分和活
性 , 并兼顾效率 , 所以选择一种最佳的浓缩方法至
关重要 。
1 单胞藻浓缩方法的研究现状
常见的单胞藻浓缩方法主要有自然沉降法 、化
学浓缩法和离心浓缩法。
1.1 自然沉降法
自然沉降法是指在藻类培养过程中 , 藻细胞经
过一定时间的繁殖 , 在经历衰减期后 , 自然下沉完
全时对其采用底部收集的方法 [ 5] 。这种浓缩方法
是最原始的方法 , 因其依赖于藻类自身的繁殖规律
而沉淀 , 故浓缩时间较长 , 藻细胞易老化 、 密度偏
低 , 培养设施的利用率大大降低 。
1.2 化学浓缩法
化学浓缩法一般使用化学试剂作为絮凝剂 , 按
照一定的浓度投入藻类培养池 , 对单胞藻类进行浓
缩使其达到一定密度的方法 。蒋霞敏等 [ 6] 采用明
矾对新月菱形藻和三角褐指藻进行浓缩 , 结果表
明 , 明矾的适宜浓度为 10 ～ 100 mg/L, 明矾浓度
高于 200mg/L, 藻体变色死亡;明矾浓度低于 10
mg/L, 沉淀效果不佳 。王培磊等 [ 2]通过实验发现 ,
明矾对单胞藻沉淀速度快 , 对于小球藻 , 12 h沉
淀度为 90%, 明矾剂量超过 150 mg/L, 出现絮状
沉淀;对于球等鞭金藻 , 12 h沉淀度为 98%, 剂
量超过 180 mg/L出现结块 。用试剂浓缩藻液 , 沉
淀时间较短 , 见效快。关于单胞藻浓缩技术方面的
研究较为全面 , 但浓缩后常使浓缩物中含有大量灰
分 , 这些灰分即使用清水洗涤也难以去除 [ 7] , 并
且浓缩剂对藻类有一定的毒害作用[ 8] , 此外 , 絮
凝剂对单胞藻的沉淀效果也受诸多因素的影响 , 如
单胞藻的运动能力 、 大小 、 密度 、 藻的采收期
等[ 2] 。
1.3 离心浓缩法
离心浓缩法是利用离心机对藻细胞进行浓缩的
方法 , 它避免了自然沉淀法中细胞老化问题和化学
浓缩方法中化学试剂毒性问题。但是 , 使用离心机
进行浓缩 , 耗电量比较大 , 操作繁琐 , 每一次浓缩
后 , 需要打开机器清理黏附在离心机内部的藻细
收稿日期:2009-03-02
基金项目:大连市优秀人才基金资助项目 (2002031)
作者简介:周玮 (1963-), 男 , 教授。 E-mail:zhouwei@dlfu.edu.cn
DOI :10.16535/j.cnki.dlhyxb.2009.s1.036
胞 。因此 , 在生产上限制了其更广泛地使用。
综上所述 , 目前限制单胞藻浓缩产业发展的因
素主要有预期浓度问题 , 药剂与浓缩藻分离及毒害
问题 , 浓缩效率与是否可实现连续生产问题 , 以及
浓缩后细胞活性问题 。
2 超滤浓缩技术的研究与发展
膜分离作为一门新兴的多种学科交叉的新技
术 , 以其高效 、 低能耗 (功耗)、 设备操作维护方
便 、运行稳定 、 规模和处理能力范围大等优势 , 已
经成为工业上气体分离 、水溶液分离 、 化学产品和
生化产品的分离与浓缩的重要技术 , 广泛应用于食
品 、 饮料加工 、 水处理以及医药制品生产等领
域[ 9-11] 。超滤技术是膜分离技术中应用比较广泛
的一种技术 , 主要用于分离 、 澄清和浓缩液体溶
液 , 其原理是在压力作用下 , 溶液接触或流经超滤
膜表面时 , 溶液中溶质和水的分子量小于膜孔时 ,
可透过膜成为透过液 , 大于膜孔的溶质被截留在原
液内 , 循环经过膜面部分被称为浓缩液被回收
(图 1)。
图 1 超滤分离原理示意图
Fig.1 Thediagramofprincipleofultrafiltration
超滤可分离相对分子质量从上千万到数百万的
可溶性大分子物质 , 对应孔径约 2 ～ 100nm[ 12] , 而
单胞藻细胞大小为 2 ～ 24 μm不等 , 因此采用超滤
法完全能够截留海水中的藻细胞。分离过程中 , 没
有加热 、冷却工艺 , 不会产生相变;无需使用化学
药品或添加剂即可获得高浓度的产品或有效成分;
可连续生产 , 容易实现自动化控制。朱卫兵等 [ 13]
认为 , 利用超滤膜不但可以实现浓缩过程连续作
业 , 还可以通过控制操作压力 , 保证被浓缩的生物
材料不受损伤。在利用超滤膜浓缩青霉素酰化酶试
验中发现 , 在小于 0.03 MPa的压力下进行超滤浓
缩 , 可以保持酶的正常形态不被损伤;同时在适当
的浓缩时间内添加稀释料液可实现脱盐纯化 , 连续
生产。宫庆礼 [ 14]等用平板式超滤器浓缩小球藻 ,
浓缩后的藻液中小球藻数量可达 24 ×108cel/mL,
3个月后 , 对小球藻中脂肪酸的组分及含量进行分
析 , 并再接种培养和成活率检测 , 结果良好。梁德
海等[ 15]用超滤法收集的藻泥在相同时间内 (4℃ ,
4个月), 无论是在指数生长期还是在静止生长
期 , 再活化率比高速离心法高 2% ～ 10%。周玮
等 [ 16]用中空纤维超滤浓缩机浓缩湛江等鞭金藻 ,
结果表明:在操作压力为 0.10 MPa下 , 经不同时
间浓缩的金藻再培养后 , 其生长曲线与常规培养无
明显差别 , 藻细胞具有活性 , 能够繁殖 。
3 超滤膜技术的发展前景
近年来 , 随着单胞藻在食品 、保健品 、 医药以
及水产育苗中的广泛应用 , 对单胞藻的需求日益增
加。然而 , 单胞藻的培养一般容易受到季节 、天气
变化 、技术水平等因素的影响 , 往往出现供不应求
或供大于求的局面 。单胞藻供应不足 , 致使很多企
业中断生产 , 严重的影响了企业的经济效益;生产
过剩又将造成资源浪费 , 而单胞藻浓缩是解决上述
矛盾的有效途径。
国内一些学者曾做过一些单胞藻浓缩试验研
究 , 但大多还是采用上世纪 90年代的方法。这些
方法都有其各自的缺点 , 未能在实际生产中得到广
泛应用。超滤浓缩因其操作简便 、费用低 、 分离不
产生相变等优点 , 已广泛应用于医药 、 水处理 、 食
品等领域 , 然而关于超滤技术在单胞藻浓缩应用方
面却鲜为报道 。
超滤技术的优点是显而易见的 , 但在使用上还
128 大 连 水 产 学 院 学 报 第 24卷
有其局限性 , 主要问题是膜的通量和寿命较低 , 设
备和操作费用较高。随着科学技术的迅猛发展 , 其
局限性正在被迅速消除。事实表明 , 膜分离技术在
水产行业等领域的应用有着十分光明的前景。根据
膜分离技术的现有应用状况以及科技水平来看 , 膜
分离技术的发展趋势将是:有待开发能实现不同细
胞大小藻种分离的膜元件;开发出能减少操作中产
生的膜浓差极化 、 凝胶极化 , 从而提高膜的通量 、
分离性能和操作周期的更经济的分离方法;改进和
完善膜装置本身的结构及配套件 , 研究并采用最佳
的操作参数;发展超滤水再接种培养单胞藻的循环
利用技术 , 以经济 、 方便地达到高效培养的要求 ,
并扩大其使用范围。由于其高填装密度和易于在线
反洗 , 且不毒害藻类 、成本低 、效率高 , 在饵料浓
缩领域更具应用潜力 。
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Currentresearchstatusandprospectsofultrafiltrationasatreatment
formarineone-celedalgacondensation
ZHOUWei1, 2 , WANGGuo-dong1 , LIANGZhong-de1 , SUYan-ming1
(1.SchoolofLifeScienceandTechnology, DalianFisheriesUniv., Dalian116023, China;2.KeyLaboratoryofMarineBio-resourses
SustainableUtilizationinLiaoningProvincsUniversity, DalianFisheriesUniv., Dalian116023, China)
Abstract:Curentresearchstatusofone-celedalgacondensationissummarizedandtheprospectsoftheultrafil-
trationascondensationandseparationprocessforone-celedalgaearediscussedinaquaculture.
Keywords:one-celedalga;concentration;ultrafiltration
129增刊 周玮 ,等:单胞藻超滤浓缩技术研究与发展