全 文 ：　收稿日期:1999-09-08
＊基金项目:广东省自然科学基金资助项目(970486)
　作者简介:余若黔(1943-), 男 , 教授 , 主要从事发酵工程研究.
低氮异养小球藻对氨氮的去除及其成分变化＊
余若黔1 , 刘学铭2 , 梁世中1 , 陈维民3 , 汪兴良3 , 祝志清4
(1.华南理工大学 食品与生物工程学院 , 广东 广州 510640;2.广东省农科院蚕业研究所 , 广东 广州 510640;
3.开平味事达调味品公司 , 广东 开平 529300;4.珠海益力味精厂 , 广东 珠海 519125)
摘　要:低氮异养小球藻在经过一定时间的适应后可快速去除味精废水中的 NH+4 -N , 单位藻体
去除 NH+4 -N 比例为 47.5 mg·g-1.小球藻去除的氨氮全部转化为蛋白质 、 叶绿素等细胞含氮物
质 , 在味精废水中培养 13 h 后 , 藻体粗蛋白质由 13.8%上升到 43.5%, 叶绿素由 6.1 mg·g-1增
加到 24.7 mg·g-1.
关键词:小球藻;氨氮;味精废水;异养
中图分类号:Q 176　　文献标识码:A　　文章编号:1000-565X(2000)08-0011-05
向天然水体排放氮 、磷丰富的废水可导致水体的富营养化 , 引起严重的环境污染.过去
近五十年的研究表明 , 微藻能有效地去除废水中的氮 、磷等营养物 , 强化藻培养已作为废水
二级处理工艺用于去除废水中残留的无机化合物[ 1] .微藻在去除这些营养物的同时 , 可将它
们转化为藻体的组成成分 , 处理污水后的藻体含丰富的蛋白质 、矿物质 、维生素 、氨基酸等
营养成分 , 其营养价值可与鱼肉 、大豆相比 , 可作为高蛋白动物饲料[ 2] .如果用于处理一些
不含有毒物质的工业废水 , 生产的藻粉还可达到食用级标准.
文献报道的培养藻细胞浓度一般都很低 , 大多数为 0.15 ～ 0.20 g·L-1(干重), 即使是强
化藻培养或高浓度藻培养 , 藻浓度仍低于 3 g·L-1(干重)[ 3] , 因此去除的营养物较少 , 藻体
收获也较为困难.如果用固定化法生产藻类 , 则影响收获的藻粉质量.
最近几年 , 藻类异养培养是微藻生物技术的研究热点[ 4] , 通过异养培养技术可进行微藻
的高细胞密度培养 , 获得大量的藻生物量 , 为进一步开发利用微藻奠定了基础.通过异养培
养获得大量藻细胞以后 , 就可进行高浓度藻细胞培养去除营养物的试验 , 用于处理一些有害
无毒的工业废水 , 可以回收废水中的有用资源.作者用小球藻(Chlorel la vulgaris)的研究表
明 , 该小球藻能有效地去除味精废水中的氨氮等营养物 , 回收的藻体组成成分与人工基础培
养基培养的藻粉类似 , 达到了食用级藻粉的标准[ 5] .
藻类普遍存在对营养物的奢侈性吸收现象[ 6] , 通过限制藻种培养的某些营养物 , 更可诱
导出藻细胞对该种营养成分的奢侈性吸收 , 提高去除营养物的效率.我们将低氮异养小球藻
用于处理味精废水 , 发现该小球藻可快速去除味精废水中的氨氮等营养物 , 同时藻体的组成
成分也发生了巨大变化 , 现将实验报告如下.
华 南 理 工 大 学 学 报(自 然 科 学 版)
第 28 卷第 8 期 Jour nal of South China Universi ty of Technology Vol.28　 No.8
2000 年 8 月 (Natural Science Edition) August　2000
1　材料与方法
1.1　藻种及低氮异养小球藻的制备
小球藻种 Chlorella vulgaris 由香港大学陈峰博士惠赠 , 用基础培养基[ 7]制成的琼脂斜
面保存 , 实验用低氮异养小球藻是用低氮异养培养基培养而得.
低氮异养培养基为基础培养基中 C/N(葡萄糖:硝酸钾)调整为 100∶8培养而得 , 这种培
养基的C/N可以满足小球藻的正常异养生长 , 确保培养基的碳源和氮源均消耗完 , 同时又不
会使小球藻过度吸收氮源[ 8] .
1.2　味精废水
为广州某味精厂超滤除菌体-等电点提取谷氨酸后排出的母液.原废水 CODCr 10878
mg·L-1 , NH+4 -N 3001 mg·L-1 , TP 225 mg·L-1 , 不含菌体.使用前用 NaOH 调pH至 6.0.
1.3　分析方法
1.3.1　藻生物量测定
藻生物量测定采用浊度法和干重法[ 9] .浊度法用 721 分光光度计测定培养样液在 540
nm处的吸光度(A 540).干重法为 10 ml 培养液离心洗涤 , 湿藻体沉淀在 80℃恒温干燥至恒
重来测定干藻体量.
1.3.2　叶绿素测定
采用丙酮提取比色法[ 9] .取1 mL藻培养液离心洗涤 , 在藻体沉淀中加入 80%丙酮 , 4 ℃冰
箱提取 24 h , 再离心分离丙酮提取液 , 分别测定其在 663 nm和 645 nm处的吸光度(A 663和
A 645), 根据公式:总叶绿素=8.02×A 663+20.2×A 645计算总叶绿素含量.
1.3.3　蛋白质测定
采用凯氏微量定氮法[ 10] .
1.3.4　NH +4 -N测定
采用微量凯氏定氮法的后半部分 , 即待测溶液加碱蒸馏 , 硼酸吸收 , 标准盐酸滴定.
1.3.5　CODCr的测定
采用重铬酸钾氧化比色法[ 11] .
2　结果与讨论
将低氮培养基制备的小球藻培养液用离心方法收集细胞 , 用经过预处理的味精废水稀释
成不同藻细胞浓度(干重分别为 5 , 10 , 15和 20 g·L-1), 250 ml三角瓶中装液量为 100 mL ,
然后放在 30 ℃、150 r·min-1旋转摇床暗培养 , 每隔一定时间取样检测味精废水中 NH+4 -
N 、小球藻生物量 、叶绿素和蛋白质含量的变化.
2.1　低氮异养小球藻对味精废水中 NH +4 -N 的去除
图1表示了不同浓度小球藻对味精废水中NH +4 -N的去除情况.从图 1中可以看出 , 小
球藻在味精废水中有一短时间的适应期 , 在适应期内去除的 NH +4 -N 的量较少 , 随后在9 h
的时间里呈指数形式去除 NH+4 -N , 到培养的第 12 h后进入平稳期 , 对 NH+4 -N的去除已
不明显.各个不同藻细胞浓度去除 NH+4 -N 的趋势相似 , 最终去除 NH +4 -N 的量随着小球
12　 华 南 理 工 大 学 学 报 第 28 卷　
图 1　不同浓度小球藻细胞对味精废水中 NH+4 -N
的去除　　　 　　 　　 　　　 　　
Fig.1　Removal of NH+4 -N in glutamic acid waste_
　　　water by dif ferent concentrations of C.vulgaris
藻生物量的增加而增加 , 去除的量基本上与
小球藻生物量呈正比 , 单位生物量去除的
NH
+
4 -N 约为 47.5 mg·g-1.说明每个藻细胞
去除 NH+4 -N的过程基本一致 , 与培养液中
的藻细胞浓度没有直接关系 , 最终的去除效
果是全体藻细胞作用的总和.但是 , 由于味精
废水中的 NH+4 -N 高达 3000 mg·L-1 , 因此
即使用高浓度(干重达 20 g·L-1)低氮异养小
球藻进行处理 , 去除的 NH +4 -N 总量也不到
味精废水中 NH+4 -N 总量的 1/3.假设低氮
异养小球藻的性能在超高浓度条件下不会改
变的话 , 理论上使用 60 g·L-1的小球藻可以
完全去除味精废水中的 NH+4 -N.
在培养过程中还检测了味精废水的 pH
值 , 发现其随着 NH+4 -N 的减少而下降 , 到达平稳期后 , 味精废水的 pH 值也不再发生变
化 , 说明是由于 NH+4 -N 的吸收使得 pH 值发生变化的.但到达平稳期的 pH 值仍有 4.9左
右 , 并没有达到抑制小球藻生长的程度[ 5] .
对小球藻处理前后味精废水的 COD 进行检测 , 发现小球藻对味精废水的 COD 也有一
定的去除.在 15 h的培养中各个不同浓度的小球藻对 COD的去除没有很大区别 , 均在 1 700
mg·L-1左右.说明味精废水中可被小球藻利用的有机物有限 , 或者由于培养时间较短 , 小球
藻不能有效地去除味精废水中的有机物 , 对这方面的情况有待进一步研究.
2.2　处理味精废水过程中低氮异养小球藻的变化
低氮异养小球藻在味精废水中培养时 , 一方面可去除味精废水中的 N 、 P 等多种营养成
分 , 另一方面细胞本身的组成成分也发生很大变化 , 尤其是叶绿素 、蛋白质和碳水化合物等
成分.
2.2.1　叶绿素含量的变化
图 2　处理味精废水过程中小球藻叶绿素含量变化
Fig.2　The change of chlorophyll content of C.vulgaris
　 　　dur ing the treatment of glutamic acid wastewater
低氮异养小球藻在处理味精废水过程中
的单位藻体叶绿素含量变化如图 2所示.
从图 2 可以看出 , 小球藻在处理味精废
水的过程中 , 本身的叶绿素含量发生了巨大
变化 , 变化的趋势与去除 NH +4 -N 的趋势基
本一致 , 说明小球藻吸收的部分 NH+4 -N 已
用于叶绿素的合成.有研究表明 , 叶绿体是异
养小球藻中的重要氮源储库之一 , 在氮源含
量丰富而缺乏碳源的条件下 , 异养小球藻可
过度吸收氮源 , 并将其合成蛋白质和叶绿素
而储藏在叶绿体中 , 在缺乏氮源的条件下又
可将叶绿体中的蛋白质和叶绿素降解 , 放出
　第 8 期 余若黔等:低氮异养小球藻对氨氮的去除及其成分变化 13　
氮源用于小球藻细胞的生长和增殖[ 8] .这与本研究中观察到的现象基本一致.
我们在实验过程中发现 , 经常取样的小球藻所含的叶绿素比培养中途没有取样的小球藻
要高.这很可能是在取样过程中给予了小球藻一定的光照 , 使小球藻合成的叶绿素增加所
致 , 有很多文献报导认为光照有利于小球藻叶绿素的合成[ 12] .有关光照对低氮异养小球藻在
味精废水中活动的具体影响有待于进一步研究.
2.2.2　蛋白质含量和小球藻生物量的变化
检测小球藻在处理味精废水前后的蛋白质含量时发现 , 处理后的藻体粗蛋白质含量比处
理前有了明显的提高 , 处理前为 13.8%, 处理后上升到 43.5%, 不同浓度组小球藻的蛋白质
含量基本一致.经过氮含量比较计算 , 发现小球藻吸收的 NH +4 -N均已转化为藻细胞含氮
物质 , 说明小球藻是通过将味精废水中的 NH+4 -N 同化为自身组成物质而起到去除 NH +4 -
N的目的 , 它不能通过其它机理将 NH+4 -N 释放到大气中.
尽管味精废水中存在一些还原糖 , 但检测处理前后小球藻的生物量发现 , 小球藻的生物
量并没有明显增加 , 相反还有一定的下降.Liu等[ 13]的研究发现该小球藻只能利用葡萄糖和
果糖进行较好的异养生长 , 对结构较为复杂的其它有机碳源都不能很好利用 , 这就决定了该
小球藻去除 COD 的能力非常有限.还有研究发现小球藻对外源性 NH+4 -N的吸收可诱导细
胞内淀粉的降解[ 14] .因此 , 本研究中小球藻在处理味精废水前后生物量的变化可能存在两方
面的原因 , 一是味精废水中的还原糖不能很好地被该小球藻利用 , 二是小球藻在吸收 NH+4
-N 的过程中利用了储藏在细胞内的能量.
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Removal of NH+4 _N by Heterotrophic Nitrogen_Starvation
Chlorella Vulgaris and the Change of its Components
YU Ruo_qian 1 , LIU Xue_ming2 , LIANG Shi_zhong1 , CHENG Wei_min 3 ,
WANG Xing_liang3 , Zhu Zhi_qing4
(1.College of Food Engineer ing &Biotechnology , South China University of Technology ,
Guangzhou 510640 , China;2.The Ser iculture Research Institute of Guangdong Academy
of Agr icultur al Sciences , Guangzhou 510640 , China;3.Kaiping Master Seasonings
Co.Ltd , Kaiping , Guangdong 529300 , China;4.Zhuhai Yi Li Gourmet Powde r Factory ,
Z huhai 519125 , China)
Abstract:Heterot rophic ni trogen_starvat ion Chlorella vulgaris could rapidly remove NH +4 _
N , the uni t uptake rate for nit rogen (NH +4 _N)was 47.5 mg·g-1.In the meantime , the
components of the alga also changed significant ly.The pr otein content changed f rom
13.8% to 43.5%, while the chlorophyll content f rom 6.1 mg·g-1 to 24.7 mg·g-1.
Key words:Chlorella V ulgaris ;NH+4 _N;glutamic acid wastewater;he terot rophy
　第 8 期 余若黔等:低氮异养小球藻对氨氮的去除及其成分变化 15