全 文 ： 2012, Vol. 33, No. 03 食品科学 ※营养卫生232
异养小球藻主要营养成分及氨基酸组成分析
董黎明，汪 苹，李金穗，孙 阳
(北京工商大学 食品添加剂与配料北京高校工程研究中心，北京市食品风味化学重点实验室，北京 100048)
摘 要：测定来自不同产地的 4株蛋白核小球藻和 2株椭圆小球藻异养培养后的主要营养成分和氨基酸组成，对其
营养进行评价，并利用聚类和主成分分析探讨异养小球藻在营养成分和氨基酸含量上的差异。结果显示：异养小
球藻主要营养成分均低于文献报导的自养小球藻，4株异养蛋白核小球藻和 2株椭圆小球藻必需氨基酸占氨基酸总量
的比例分别为 34.94%～37.45%和 37.70%～38.32%，必需氨基酸指数分别为 37.50～49.52和 131.89～135.77。影响
异养蛋白核小球藻营养品质的限制性氨基酸为色氨酸、苏氨酸和异亮氨酸。聚类分析将 4株异养蛋白核小球藻和 2
株异养椭圆小球藻各归为一类。主成分分析提取出两个主成分因子，主成分 1和主成分 2的贡献率分别为 76.23%和
17.80%，累积贡献率达 94.03%。
关键词：异养小球藻；营养成分；氨基酸；聚类分析；主成分分析
Analysis of Nutritional Components and Amino Acid Composition of Heterotrophic Chlorella sp.
DONG Li-ming，WANG Ping，LI Jin-sui，SUN Yang
(Beijing Key Laboratory of Food Flavor Chemistry, Beijing Higher Institution Engineering Research Center of Food Additives and
Ingredients, Beijing Technology and Business University, Beijing 100048, China)
Abstract ：Four strains of Chlorella pyrenoidosa and 2 strains of Chlorella ellipsoidea under heterotrophic culture were analyzed
for nutritional components and amino acid composition. Cluster analysis and principle component analysis were conducted to
distinguish the differences among the heterotrophic strains of Chlorella sp.. The results showed that the contents of main nutritional
components of the heterotrophic strains of Chlorella sp. were lower than previously reported results for autotrophic Chlorella
sp.. The ratios of essential to total amino acids of the strains of Chlorella pyrenoidosa and Chlorella ellipsoidea were 34.94%－
37.45% and 37.70%－ 38.32%, and the essential amino acid indexes 37.50－ 49.52 and 131.89－ 135.77, respectively. The
limiting amino acids affecting the nutritional quality of 4 strains of Chlorella pyrenoidosa were Trp, Thr and Ile. The results of
cluster analysis indicated that 4 strains of Chlorella pyrenoidosa and 2 strains of Chlorella ellipsoidea could be assigned to two
different clusters according to the contents of nutritional components and amino acids. Two principal components were
extracted to reveal a contribution rate of 76.23% for the first principle component and 17.80% for the second principle
component. The cumulative contribution rate of the principal components was up to 94.03%.
Key words：heterotrophic Chlorella sp；nutritional components；amino acid；cluster analysis； principal component
analysis
中图分类号：Q517 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2012)03-0232-06
收稿日期：2011-10-25
基金项目：环境保护部环保公益性项目(200909029)
作者简介：董黎明(1974—)，男，讲师，博士，研究方向为环境微生物。E-mail：donglm@btbu.edu .cn
小球藻(Chlorella)属绿藻门(Chlorophyta)、绿藻
纲、小球藻属，是一种普生性单细胞绿藻。我国常见
的种类有蛋白核小球藻、椭圆小球藻和普通小球藻等。
小球藻是一种高蛋白、高多糖、低脂肪、富含多种维生
素及矿物质的单细胞藻类，具有多种营养保健功能[1-4]。其
分布广，生物量大，生长繁殖速度快，不仅能利用光
能自养，还能进行异养高密度培养。异养培养可不受
光照和温度的影响，单位体积收获量可达自养藻的 10倍[1]，
这为工业化大规模生产及其广泛应用提供了可能[5-8]。
目前国内外在小球藻的分子生物学[9]、生长因子的
提取及其生理效应[10-12]、油脂提取及生物柴油制备[13-16]、
培养方式与条件优化[17]及其在食品、医药和环境中的应
用[18]都已经开展了大量研究。小球藻中营养成分的分析
是众多研究的基础，魏文志等[19]运用聚类和主成分分析
233※营养卫生 食品科学 2012, Vol. 33, No. 03
对 7种不同自养小球藻氨基酸组成及含量进行了差异性
分析，而目前对不同种异养小球藻主要营养成分和氨基
酸组成差异的研究鲜有报道。本实验以 6株异养培养来
自不同产地的蛋白核小球藻和椭圆小球藻为研究对象，
通过分析其主要营养成分及氨基酸组成，运用聚类分析
和主成分分析方法，结合文献报导的自养小球藻营养组
成及含量，进行综合比较分析，旨在为异养小球藻的
营养评价、分类及应用提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 材料
6株异养小球藻的名称、来源和产地见表 1。其中
CE2 实验室分离自北京玉渊潭公园八一湖，经 DNA提
取、PC R 扩增产物测序后经同源性分析后确定。
编号 小球藻名称 藻种来源 藻种产地
CP1 蛋白核小球藻Chlorella pyrenoidosa 中国科学院武汉水生生物研究所 武汉
CP2 蛋白核小球藻Chlorella pyrenoidosa 中国科学院武汉水生生物研究所 武汉
CP3 蛋白核小球藻Chlorella pyrenoidosa 中国科学院武汉水生生物研究所 美国
CP4 蛋白核小球藻Chlorella pyrenoidosa 中国科学院武汉水生生物研究所 美国
CE1 椭圆小球藻Chlorella ellipsoidea 中国科学院武汉水生生物研究所 河北
CE2 椭圆小球藻Chlorella ellipsoidea 实验室分离自北京玉渊潭公园八一湖 北京
表 1 小球藻的名称、来源与产地
Table 1 Names, providers and origination of 6 types of Chlorella sp.
1.2 仪器与设备
QHZ-12B型组合式恒温振荡培养箱 江苏太仓实
验仪器厂；ALPHA 1-2 LD型真空冷冻干燥机 德国
Christ公司； KjeltecTM 2100凯式定氮仪 丹麦 FOSS公
司；L-8900氨基酸分析仪 日本日立公司。
1.3 方法
1.3.1 小球藻的异养培养
小球藻采用 B G11液体培养基，其配制方法为：
Stock1： 取柠檬酸 0.3g、柠檬酸铁铵 0.3g、Na 2-
EDTA 0.05g，定容至 100 mL；Stock2： 取 KH2PO4
1.5g、MgSO4·7H2O 3.75g，定容至 1000mL；Stock3：
取CaCl2·2H2O 1.8g，定容至 100mL；Stock4： H3BO3
2.86g、MnCl2·4H2O 1.81g、ZnSO4·7H2O 0.222g、
NaMoO4·5H2O 0.39g、CuSO4·5H2O 0.079g、Co(NO3)2·6H2O
0.049g，定容至 1000mL。配制 1L BG11液体培养基需
Stock1 2mL、Stock2 20mL、Stock3 2mL、Stock4 1mL，
初始培养基 KNO3 1.5g/L、葡萄糖 40g/L。
实验在装液量为 100mL的 250mL三角烧瓶中进行。
接种量为 10%，培养温度为 25℃，起始 pH值为 7.0，
摇床转速为 120r/min，黑暗条件下培养。根据实验室前
期藻种异养培养生产曲线，确定达到对数生长期(第 5天)
时取样，8000r/min离心 10min，除去上清液，用蒸馏
水洗涤藻细胞，重复离心、洗涤 3 次，真空冷冻干燥
后研磨得藻粉，－18℃密封冷冻保存备用。
1.3.2 小球藻主要营养成分的测定
小球藻细胞水分含量分析采用常压烘箱干燥法[20]，
80℃恒温烘至质量恒定；灰分及有机质含量分析采用灼
烧法[21]；粗蛋白含量分析采用凯式定氮法[22]；叶绿素测
定采用丙酮提取比色法[23]；水解氨基酸、游离氨基酸测
定采用分光光度法[24 ]。
粗脂含量测定采用超声波提取法[25-26]：称取 0.1g藻
粉置于离心管中，加 2mL正己烷 -异丙醇(1:1，V/V)溶
液，摇匀后放入超声仪中连续超声萃取 25min，保持温
度在(30± 1)℃；萃取后于 10000r/min离心 10min，移
取上层清液于质量为 m 1 的离心管中，重复上述实验两
次，105℃烘箱烘干 2h，称质量为 m 2，则粗脂质量为
m=m 2－ m 1。各营养成分含量均以干质量计。
1.3.3 氨基酸含量的测定
氨基酸组成及含量分析委托北京市营养源研究所分
析检测中心测定。样品处理采用色氨酸以 4.2mol NaOH
水解，以过甲酸氧化法处理测定胱氨酸，其余氨基酸
以6mol HCl水解测定，检验方法为GB/T 5009.124—2003
《食品中氨基酸的测定》。氨基酸含量以干质量计。
1.3.4 营养品质评价
根据 FAO/WHO1973年建议的氨基酸评分标准模式
(%，dry)[27]和全鸡蛋蛋白质的氨基酸模式(%，dry)[28]分
别计算氨基酸分[3]和必需氨基酸指数(EAAI)[29]。

样品中每克粗蛋白含有的氨基酸含量
氨基酸分＝————————————————————×100
　　 建议模式中每克粗蛋白含有氨基酸含量
　　 n
100A 100B 100C 100I
EAAI＝ ———×———×———⋯×———
　　 AE BE CE IE
式中：A、B、C⋯I为小球藻必需氨基酸含量 /%；
AE、BE、CE⋯IE为全鸡蛋蛋白质的必需氨基酸含量 /%。
1.4 数据处理
使用 SPSS13.0软件进行数据处理，对 6株异养小球
藻的主要营养成分进行聚类分析，对氨基酸组成及含量
进行聚类和主成分分析。
1.4.1 聚类分析
采用等级聚类分析，对 6株异养小球藻主要营养成
分、氨基酸种类及含量分别进行样品聚类，用树形图
显示其亲疏程度与相似性。
1.4.2 主成分分析
采用因子分析中的主成分分析，从 18种氨基酸种
类变量中提取 2个综合性指标(主成分 1和主成分 2)，并
得到主成分负荷因子及其贡献率，利用提取的主成分因
子作样品分布图。
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2 结果与分析
2.1 异养小球藻粉的主要营养成分含量
g/100g
成分 CP1 CP2 CP3 CP4 CE1 CE2
水分 5.37 5.21 5.39 4.53 4.26 3.62
灰分 7.41 2.43 8.61 1.54 4.26 2.93
有机质 87.23 92.35 86.00 93.93 92.28 93.45
粗脂 41.90 23.60 24.50 39.51 60.20 44.55
粗蛋白 31.87 36.25 34.09 31.85 17.01 13.99
叶绿素 a 71.11 69.80 61.93 24.11 6.34 25.08
叶绿素 b 43.40 52.40 31.57 11.53 6.88 11.23
总叶绿素 114.51 122.20 93.50 35.64 13.22 36.31
游离氨基酸 2.04 2.38 3.04 3.57 1.54 2.77
水解氨基酸 26.19 30.39 30.85 30.17 16.16 10.35
表 2 异养小球藻主要营养成分含量
Table 2 Contents of main nutritional components in heterotrophic
Chlorella sp.
由表 2 可以看出，4 株异养蛋白核小球藻( C P 1、
CP2、CP3、CP4)的粗蛋白、总叶绿素和水解氨基酸含
量均高于 2株异养椭圆小球藻(CE1、CE2)，其平均值分
别是椭圆小球藻的 2.1倍、3.7倍和 2.2倍。CP2的粗蛋白
和总叶绿素含量最高，分别为36.25g/100g和 122.20g/100g，
CP3的水解氨基酸含量最高为30.85g/100g。这可能是由于
蛋白核小球藻更适合于异养培养，也是目前研究中报道
最多的异养培养藻种[3,17]。2株椭圆小球藻的粗油脂平均
含量则是蛋白核小球藻的 1.7倍，CE1粗油脂含量最高
达 60.2g/100g，说明异养椭圆小球藻在油脂利用方面有
更加广阔的研究和应用前景。
在同种小球藻的主要营养成分对比上，4株蛋白核
小球藻的粗蛋白、游离氨基酸和水解氨基酸的含量差异
不大，而在总叶绿素和粗脂含量上差异较大。CP2的总
叶绿素含量(122.20g/100g)是CP4的(35.64g/100g)3.4倍，
CP1的粗脂含量(41.90g/100g)是CP2(23.6g/100g)的1.8倍。
CE1的粗脂、粗蛋白和水解氨基酸含量均明显高于CE2，
但总叶绿素和游离氨基酸的含量仅为CE2的近1/3和 1/2。
这种同种异养小球藻主要营养成分的差异说明不同产地
的小球藻对异养培养的适应存在差异性。
与文献报道的自养小球藻营养成分进行对比，异养
蛋白核小球藻的粗蛋白平均含量仅为文献值(53.79g/100g)[19]
的 63%，总叶绿素平均含量仅为文献值(28.61mg/g)[17]的
32%；异养椭圆小球藻的粗蛋白平均含量仅为文献值
(43.81g/100g)[19]的 37%，导致这种差异的原因在于异养
(无光照)生长小球藻的代谢方式和途径与自养生长(有光
照)相比发生了很大的改变[17]。说明异养培养降低了小球
藻的营养成分含量，但是由于异养培养大大提高了小球
藻的产量[1]，因此小球藻异养培养的综合效益依然显著。
2.2 异养小球藻氨基酸的组成及含量
注：EAA.总必需氨基酸；TAA.总氨基酸；NEAA.总非必需氨基酸。
氨基酸名称 C P1 C P2 C P3 C P4
自养 Chlorella
C E 1 C E 2
自养 Chlorella
pyrenoidosa文献值[19] ellipsoidea文献值[19]
天冬 氨酸(Asp) 2 . 0 5 2 . 3 0 2 . 4 1 2 . 1 5 4 . 3 1 3 . 0 8 2 . 6 1 3 . 9 4
苏氨 酸(Thr) 0 . 7 2 0 . 8 0 0 . 9 1 0 . 9 2 2 . 2 3 1 . 3 9 1 . 2 6 2 . 1 0
丝氨 酸(Ser) 0 . 5 8 0 . 7 3 0 . 7 5 0 . 6 6 2 . 1 2 1 . 4 0 1 . 1 4 2 . 0 4
谷氨 酸(Glu) 2 . 9 6 3 . 0 6 2 . 9 6 3 . 3 5 5 . 5 0 4 . 3 2 3 . 8 5 4 . 7 9
甘氨 酸(Gly) 1 . 1 4 1 . 2 0 1 . 3 1 1 . 3 4 3 . 0 2 1 . 7 4 1 . 5 6 2 . 5 7
丙氨 酸(Ala) 1 . 8 4 2 . 2 4 2 . 2 6 2 . 2 6 4 . 3 6 2 . 9 1 2 . 5 8 3 . 2 9
缬氨 酸(Val) 1 . 2 0 1 . 2 6 1 . 3 6 1 . 3 3 2 . 5 2 1 . 8 1 1 . 6 5 2 . 4 7
蛋氨酸(Met) 0 . 3 8 0 . 5 2 0 . 5 0 0 . 4 4 0 . 3 4 0 . 5 4 0 . 6 7 0 . 2 6
异 亮氨酸(Ile) 0 . 7 9 0 . 8 4 0 . 9 9 0 . 7 1 1 . 6 7 1 . 2 2 0 . 9 2 1 . 6 1
亮氨 酸(Leu) 2 . 1 0 2 . 1 8 2 . 3 7 2 . 1 6 4 . 0 8 3 . 0 6 2 . 5 4 3 . 8 1
酪氨 酸(Tyr) 0 . 6 5 0 . 6 8 0 . 8 1 0 . 7 0 1 . 7 7 1 . 2 5 0 . 6 6 1 . 4 4
苯丙 氨酸(Phe) 1 . 2 1 1 . 3 3 1 . 5 2 1 . 1 9 2 . 4 6 1 . 8 6 1 . 3 6 3 . 2 0
赖氨 酸(Lys) 1 . 3 0 1 . 3 5 1 . 5 3 2 . 0 5 2 . 7 3 2 . 0 7 2 . 7 8 2 . 3 6
组氨 酸(His) 0 . 4 8 0 . 3 4 0 . 4 5 0 . 5 7 0 . 9 9 0 . 5 5 0 . 5 8 0 . 9 1
精氨 酸(Arg) 2 . 8 4 3 . 4 0 2 . 9 3 3 . 0 4 2 . 2 3 3 . 2 5 2 . 7 8 2 . 6 8
脯氨 酸(Pro) 0 . 6 0 0 . 9 4 0 . 9 3 1 . 1 1 2 . 1 9 1 . 1 6 1 . 5 4 1 . 9 0
色氨 酸(Trp) 0 . 0 3 0 . 0 3 0 . 0 7 0 . 0 3 0 . 3 7 0 . 1 7 0 . 0 4 0 . 2 6
胱氨 酸(Cys) 0 . 5 6 0 . 5 9 0 . 6 5 0 . 7 4 0 . 3 0 0 . 4 0 0 . 7 8 0 . 3 5
EAA 7 . 7 3 8 . 3 1 9 . 2 5 8 . 8 3 1 6 . 4 1 2. 1 3 1 1. 2 2 1 6. 0 7
TA A 2 1. 4 4 2 3. 7 9 2 4. 7 0 2 4. 7 5 4 3 . 1 3 2. 1 8 2 9. 2 9 3 9 . 9
EAA/ TAA/% 3 6. 0 4 3 4. 9 4 3 7. 4 5 3 5. 6 7 3 8. 0 5 3 7. 7 0 3 8. 3 2 4 0. 2 8
EAA/ N EAA/% 5 6. 3 5 5 3. 7 1 5 9. 8 6 5 5. 4 5 6 1. 4 2 6 0. 5 0 6 2. 1 2 6 7. 4 3
表 3 异养小球藻氨基酸组成及含量
Table 3 Amino acid composition of heterotrophic Chlorella sp.
g/100g
蛋白质中所含必需氨基酸的种类、数量和构成比例
决定了其营养价值。由表 3可见，6株异养小球藻中均
含有 18种氨基酸，并包括人体所需的 8种必需氨基酸，
其中谷氨酸、精氨酸、亮氨酸、天冬氨酸和丙氨酸的
含量较高，蛋氨酸、组氨酸、胱氨酸的含量较低，色
氨酸的最低，仅为 0.03～0.17g/100g，且各氨基酸含量
的高低顺序基本一致。异养椭圆小球藻中必需氨基酸占
氨基酸总量(EAA/TAA，E/T)(37.70%～38.32%)和必需氨
基酸与非必需氨基酸比值(EAA/NEAA，E/N)(60.50%～
62.12%)均大于异养蛋白核小球藻的 E/T和 E/N比，但两
者均接近世界卫生组织(WHO)和联合国粮农组织(FAO)提
出的蛋白质中 EAA/TAA应达到 40%、EAA/NEAA应大
于 60% 的参考模式。
在同种小球藻的氨基酸含量比较上，CP1的大多
数氨基酸含量、EAA和 TAA均低于其他 3株异养蛋白
核小球藻，CE1的主要氨基酸含量、EA A 和 TA A 则
大于 CE2。从蛋白质的营养价值来看，CP3和 CE2的
EAA/TAA和 EAA/NEAA的比值均高于其他同类小球
藻，更接近于 FA O/WH O 的参考蛋白模式值。
235※营养卫生 食品科学 2012, Vol. 33, No. 03
与文献报道的自养小球藻氨基酸组成及含量进行对
比，异养小球藻除蛋氨酸、精氨酸和胱氨酸外，其他
15种氨基酸的含量均远远低于自养小球藻。异养蛋白核
小球藻的 EAA和 TAA则几乎是自养蛋白核小球藻的一
半，异养椭圆小球藻的 EAA和 TAA是自养椭圆小球藻
的 3 / 4。这与异养小球藻主要营养成分的分析对比一
致，说明异养培养降低了小球藻的营养物质含量。同
时，异养小球藻的 EAA/TAA和 EAA/NEAA比只是略
低于自养小球藻，说明营养物质含量的降低并未显著
改变小球藻的营养价值。
2.3 必需氨基酸组成评价
通过计算异养小球藻必需氨基酸占粗蛋白质的含
量，与 FAO/WHO的建议蛋白模式和全鸡蛋蛋白模式进
行比较，得出 6株异养小球藻的氨基酸分和必需氨基酸
指数，见表 4 、5 。
含量 /(mg/g粗蛋白)
项目
Thr Val+Tyr Ile Leu Phe Lys Trp Cys+Met
氨基酸分 限制性氨基酸
FAO/WHO建议模式 40 50 40 70 60 55 10 35 100
CP1 22.59 57.92 24.73 65.86 38.03 40.82 0.85 29.40 8.45/56.48 Trp/ Thr
CP2 22.18 53.49 23.26 60.22 36.58 37.27 0.70 30.56 7.00/55.45 Trp/ Thr
CP3 26.55 63.74 29.01 69.61 44.68 44.82 1.99 33.71 19.85/66.37 Trp/ Thr
CP4 28.76 63.74 22.17 67.94 37.39 64.46 0.80 37.10 8.00/55.42 Trp/ Ile
CE1 81.83 179.84 71.72 180.13 109.41 121.81 10.12 55.47 101.19/158.49
CE2 90.21 165.26 65.62 181.63 97.07 198.78 2.94 104.07 29.44/164.05 Trp
注：氨基酸分.第一限制性氨基酸分 / 第二限制性氨基酸分；限制性氨基酸. 第一限制性氨基酸 / 第二限制性氨基酸。
表 4 异养小球藻必需氨基酸组成评价 (FAO/WHO建议模式 )
Table 4 Evaluation of EAA composition of heterotrophic Chlorella sp. with FAO/WHO mode
含量 /(mg/g粗蛋白)
项目
Th r Val Ile Leu Phe+ Tyr Lys Trp Cys+Met
EAAI
鸡蛋模式 51 73 66 88 100 64 16 55 100
CP 1 22.59 37.68 24.73 65.86 58.27 40.82 0.85 29.40 40.13
CP 2 22.18 34.84 23.26 60.22 55.23 37.27 0.70 30.56 37.50
CP 3 26.55 40.01 29.01 69.61 68.41 44.82 1.99 33.71 49.52
CP 4 28.76 41.76 22.17 67.94 59.37 64.46 0.80 37.10 45.02
CE1 81.83 106.35 71.72 180.13 182.89 121.81 10.12 55.47 135.77
CE2 90.21 117.94 65.62 181.63 144.39 198.78 2.94 104.07 131.89
表 5 异养小球藻必需氨基酸组成评价 (全鸡蛋模式 )
Table 5 Evaluation of EAA composition of heterotrophic Chlorella sp.
with Eggs mode
由表 4、5 两种模式的氨基酸组成评价可以看出，
异养蛋白核小球藻的必需氨基酸组成几乎均低于相应的
FAO/WHO建议模式和全鸡蛋模式的参考值。Trp的含
量偏低最大，为第一限制性氨基酸，CP1、CP2和 CP3
的 Thr的含量仅为建议模式的一半多，为第二限制性氨
基酸，CP4的 Ile为第二限制性氨基酸。若不考虑第一
限制性氨基酸分，第二性氨基酸分和 EAAI指数均为标
准参考模式的一半左右，应该属于植物蛋白质这一等级。
与文献报导的自养蛋白核小球藻的EAAI指数值57.69[19]相
比也是偏低，再次证明了异养培养降低了蛋白核小球藻的
营养品质，这与主要营养成分和氨基酸含量的结论一致。
然而，异养椭圆小球藻的必需氨基酸组成几乎均远
高于相应的 FAO/WHO 建议模式和全鸡蛋模式的参考
值，仅 Trp的含量接近或低于标准值，是 CE2的限制
性氨基酸。CE1的氨基酸分和 EAAI指数、CE2的第二
氨基酸分和 EAAI指数均高于标准参考模式，也明显高
于文献报导的自养椭圆小球藻的 EAAI指数值 65.39[19]，
说明异养培养的椭圆小球藻氨基酸组成品质更高。
2.4 聚类分析
对 6株异养小球藻主要营养成分和氨基酸含量分别
进行聚类分析，得到小球藻营养成分和氨基酸含量聚类
图(图 1、2 )。结果显示，无论在小球藻主要营养成分
还是氨基酸含量上，4 株蛋白核小球藻可聚为一类，2
株椭圆小球藻可聚为一类，说明异养蛋白核小球藻与椭
圆小球藻差异显著。在 4 株异养蛋白核小球藻之间，
CP1、CP2和CP3在营养成分和氨基酸含量上更为接近，
与CP4的差异显著。在2株椭圆小球藻之间，CE1和 CE2
在氨基酸含量的差异要明显大于主要营养成分的差异，
说明异养培养时不同产地和来源的椭圆小球藻对其氨基
酸品质影响要大于蛋白核小球藻。
图 1 异养小球藻主要营养成分聚类分析树形图
Fig.1 Hierarchical cluster analysis dendrogram for main nutritional
components of heterotrophic Chlorella sp.
CP2
CP3
CP1
CP4
CE1
CE2
0 5 10 15 20 25
2012, Vol. 33, No. 03 食品科学 ※营养卫生236
2.5 主成分分析
对6株异养蛋白核小球藻氨基酸组成进行主成分分
析得主成分负荷因子及其贡献率如表 6 所示。主成分
1(PC1)的贡献率为 76.23%，主成分 2(PC2)的贡献率为
17.80%，两个因子的累积贡献率即达 94.03%，说明用
两个因子即可概括 6株异养小球藻之间的差异。按照主
成分的负荷因子，主成分 1主要包括了Asp、Thr、Ser、
Glu、Gly、Ala、Val和 Leu等氨基酸信息，主成分 2
主要包括Arg和Cys等负荷因子。与文献[19]提取的 3因
子相比，本研究主成分分析提取的 2个因子即可概括异
养蛋白核小球藻和椭圆小球藻在氨基酸组成上的差异，
在主成分因子所代表的氨基酸信息上，主成分 1均包含
了 Asp、Thr、Ser、Gly、Ala、Val和 Leu等氨基酸
信息，但在主成分 2 上差异显著。
氨基酸 主成分 1 主成分 2
Asp 0.930 0.335
Thr 0.998 － 0.027
Ser 0.975 0.157
Glu 0.971 0.022
Gly 0.993 0.035
Ala 0.966 0.130
Val 0.994 0.052
Met 0.715 － 0.336
Ile 0.751 0.569
Leu 0.928 0.346
Tyr 0.703 0.659
Phe 0.735 0.628
Lys 0.774 － 0.633
His 0.603 － 0.498
Arg 0.089 0.631
Pro 0.780 － 0.540
Trp 0.738 0.629
Cys － 0.213 － 0.919
贡献率 /% 76.23 17.80
表 6 主成分负荷因子及其贡献率
Table 6 Loading factors and contribution rates of two principal
components from heterotrophic Chlorella sp.
将提取的 PC1和 PC2作 6株异养小球藻氨基酸组成
分布图(图 3)。可以看出，4株异养蛋白核小球藻中 CP2
和CP3最为接近，CP1较为接近，CP4在 PC2轴上距离
较远，这和聚类分析中图 2的结果一致。而 2株异养椭
圆小球藻CE1和 CE2则主要在 PC2轴上差异显著。椭圆
小球藻和异养蛋白核小球藻在 PC1和 PC2轴方向均差异
显著。
3 讨 论
异养培养小球藻由于生长繁殖比自养培养快得多，
一直备受研究者关注，一些异养培养的蛋白核小球藻最
高生物量是自养培养的近 50倍[17]。然而，异养培养却
显著降低了小球藻的营养物质含量，本实验中异养蛋白
核小球藻与椭圆小球藻在粗蛋白、叶绿素和氨基酸含量
上均明显小于文献报导的自养蛋白核与椭圆小球藻。导
致这种差异的原因一方面在于异养(无光照)生长小球藻的
代谢方式和途径与自养生长(有光照)相比发生了很大的改
变[ 1 7 ]，另一方面异养培养的营养盐、C /N、接种量及
温度、pH 值等培养条件也会对小球藻中蛋白质等营养
物质的含量产生影响[23]。本实验中相同培养条件下 4株
异养蛋白核小球藻在粗蛋白、水解氨基酸及总必需氨基
酸含量上的较小差异，可能是不同产地藻种的自身蛋白
质含量差异的原因。
蛋白质的营养价值体现在氨基酸组成及含量，尤其
是 8种人体必需氨基酸的组成及含量。尽管异养培养降
低了蛋白核和椭圆小球藻必需氨基酸和总氨基酸含量，
但在必需氨基酸组成及营养品质上，异养蛋白核和椭圆
小球藻仍接近于 FAO/WHO提出的蛋白质中 EAA/TAA
应达到 40%、EAA/NEAA应大于 60%的参考模式[27]，
说明异养培养的小球藻仍具有较高的营养价值。
氨基酸分和必需氨基酸指数(EAAI)用于评价蛋白质
的质量，两者越接近 100说明其与标准蛋白的必需氨基
酸组成越接近，营养价值越高[3 ,29]。本研究中异养椭圆
图 3 主成分因子表达的异养小球藻氨基酸组成分布
Fig.3 Distribution of amino acid for heterotrophic Chlorella sp. with
extracted principle component factors
1.5
1.0
0.5
0.0
－ 0.5
－ 1.0
－ 1.5
CE1
P
C
2
PC1
－ 1.5 － 1.0 － 0.5 0.0 0.5 1.0 1.5
CE2
CP2
CP4
CP1
CP3
图 2 异养小球藻氨基酸组成聚类分析树形图
Fig.2 Hierarchical cluster analysis dendrogram for amino acid of
heterotrophic Chlorella sp.
CP2
CP3
CP1
CP4
CE1
CE2
0 5 10 15 20 25
237※营养卫生 食品科学 2012, Vol. 33, No. 03
小球藻的氨基酸营养品质要优于异养蛋白核小球藻，其
EAAI指数均优于全鸡蛋蛋白模式。
聚类分析可将不同藻株进行初步分类，根据其差异
大小，分析藻株间的差异程度。本实验结果表明，4
株异养蛋白核小球藻和 2 株异养椭圆小球藻差异显著，
说明不同藻种间在营养成分和氨基酸含量上差异明显，
这首先应该是二者自身遗传物质的差异决定的。3株异
养蛋白核小球藻CP1、CP2和CP3在营养成分和氨基酸
含量上更为接近，而 2株椭圆小球藻CE1和 CE2在氨基
酸含量的差异要明显大于主要营养成分的差异。这种引
起同种间营养成分差异的原因还有待深入研究。
主成分分析是将18种氨基酸通过线性变换以提取几
个重要因子的一种多元统计分析方法，根据所提取因子
所代表的含义可以更轻易表达藻株在氨基酸含量上的差
异。本研究将 18种氨基酸综合为两个主成分因子，累
积贡献率达 94.03%。根据所提取因子的散点图可以判别
藻株在各轴的分布及差异，进而说明各因子所代表的氨
基酸含量差异，这比聚类分析提供的信息更加详细，也
可作为类似研究的分析指标，主成分分析方法使不同小
球藻氨基酸差异分析更为简单。但小球藻在异养和自养
培养条件下营养成分含量和品质差异的内在机理还有待
进一步深入研究。
参 考 文 献 ：
[1] 孔维宝, 李龙囡, 张继, 等. 小球藻的营养保健功能及其在食品工业
中的应用[J]. 食品科学, 2010, 31(9): 323-328.
[2] 胡开辉, 江世华. 小球藻的研究开发进展[J]. 武汉工业学院学报,
2005, 24(3): 27-30.
[3] 杨鹭生, 李国平, 陈林水. 蛋白核小球藻粉的蛋白质、氮基酸含量
及营养价值评价[J]. 亚热带植物科学, 2003, 32(1): 36-38.
[4] YAMAGUCHI K. Recent advances in microalgal bioscience in Japan,
with special reference to utilization of biomass and metabolites: a review
[J]. Journal of Applied Phycology, 1997, 8(6): 487-502.
[5] 周华伟, 林炜铁, 陈涛. 小球藻的异养培养及应用前景[J]. 氨基酸和
生物资源, 2005, 27(4): 69-73.
[6] 余若黔, 刘学铭, 梁世中, 等. 小球藻(Chlorella vulgaris)异养特性研
究[J]. 海洋通报, 2000, 19(3): 58-61.
[7] 吴瑞珊, 魏东. 微藻高密度培养与冷冻保藏的研究进展[J]. 水生态
学杂志, 2009, 2(1): 109-113.
[8] 闫海, 张宾, 王素琴, 等. 小球藻异养培养的研究进展[J]. 现代化工,
2007, 27(4): 18-21.
[9] 李春燕, 孙雪, 杨锐. 两株蛋白核小球藻 rbcS cDNA全序列的克隆
和分析[J]. 中国水产科学, 2010, 17(2): 357-362.
[10] 汪炬, 蒲含林, 洪岸, 等. 蛋白核小球藻提取物的抑瘤作用及对免疫
功能的影响[J]. 营养学报, 2004, 26(2): 136-138; 143.
[11] 许倩倩, 景建克, 刘硕, 等. 利用异养小球藻USTB-01 生产二十碳
五烯酸的研究[J]. 化学与生物工程, 2008, 25(8):34-37.
[12] 郑怡, 余萍, 刘艳如. 蛋白核小球藻凝集素的分离纯化及部分性质
研究[J]. 水生生物学报, 2003, 27(1): 36-40.
[13] LIU Jin, HUANG Junchao, SUN Zheng, et al. Differential lipid and fatty
acid profiles of photoautotrophic and heterotrophic Chlorella zofingiensis:
assessment of algal oils for biodiesel production[J]. Bioresource
Technology, 2011, 102(1): 106-110.
[14] JOHN O G, JOHN M A. Heterotrophic growth and lipid production of
Chlorella protothecoides on glycerol[J]. Bioprocess and Biosystems
Engineering, 2011, 34(1):121-125.
[15] TAMARYS H A, WEI W, HU B. Oil accumulation via heterotrophic/
mixotrophic Chlorella protothecoides[J]. Applied Biochemistry and
Biotechnology, 2010, 162(7): 1978-1995.
[16] GAO Chunfang, ZHAI Yan, DING Yi, et al. Application of sweet sor-
ghum for biodiesel production by heterotrophic microalga Chlorella
protothecoides[J]. Applied Energy, 2010, 87(3): 756-761.
[17] 桂林, 史贤明, 李琳, 等. 蛋白核小球藻不同培养方式的比较[J]. 河
南工业大学学报: 自然科学版, 2005, 26(5): 52-55.
[18] 袁静, 刘树深, 王丽娟, 等. 蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)微
板毒性分析方法优化[J]. 环境科学研究, 2011, 24(5): 553-558.
[19] 魏文志, 付立霞, 陈国宏. 7种小球藻氨基酸组成及多元性分析[J].
食品科学, 2011, 32(5): 254-257.
[20] 韩雅珊. 食品化学实验指导[M]. 北京: 中国农业大学出版社, 1992:
41- 42.
[21] 何珣, 魏晓惠, 郭浩, 等. 马弗炉程序控温测定茶叶灰分含量[J]. 福
建茶叶, 2008, 30(3): 34-35.
[22] 李建武, 余瑞元, 袁明秀, 等. 生物化学实验原理和方法[M]. 北京:
北京大学出版社, 1997: 160-164.
[23] 张丽君, 杨汝德, 肖恒. 小球藻的异养生长及培养条件优化[J]. 广西
植物, 2001, 21(4): 353-357.
[24] 靳争京, 刘力. 螺旋藻胶囊中氨基酸和多糖含量的测定[J]. 广东微
量元素科学, 2000, 7(7): 66-69.
[25] 冯棋琴, 胡爱军, 胡小华. 超声波技术在提取保健油脂中应用[J]. 粮
食与油脂, 2009(8): 4-6.
[26] 贾元超, 徐琅, 陈重, 等. 不同提取方法对续随子种子中不饱和脂肪
酸得率的影响[J]. 安徽农业科学, 2008, 36(18): 7509-7511; 7513.
[27] PELLETT P L, YONG V R. Nutritional evaluation of protein foods[M].
Tokyo: The United National University Publishing Company, 1980:
26-29.
[28] 桥本芳郎. 养鱼饲料学[M]. 蔡完其, 译. 北京: 中国农业出版社, 1980:
114-115.
[29] 邴旭文, 蔡宝玉, 王利平. 中华倒刺鲃肌肉营养成分与品质的评价
[J]. 中国水产科学, 2005, 12(2): 211-215.