全 文 ：现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2009, Vol.25, No.11
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木薯淀粉水解液对小球藻生物量和油脂含量的影响

杨艳婧，王冰芳，廖晓霞，魏爱丽，张学武
（华南理工大学轻工与食品学院，广东广州 510640）
摘要：研究了木薯淀粉水解液作为碳源对小球藻生长量、油脂总量和脂肪酸的影响。结果表明，氮源浓度为 0.05 mol/L 时，小球
藻生物量在 30 g/L 木薯淀粉水解液浓度下达到最大值，为 9.5 g/L；小球藻总脂含量达最高值，为 45.9%，其产量 4.36 g/L；小球藻脂
肪酸的主要组成为 C18 和 C16，最大产率为 1.37 g/L。
关键词：木薯淀粉; 小球藻; 生物量; 油脂
中图分类号：TQ644.1；文献标识码：A；文章篇号:1673-9078(2009)11-1275-04
Effects of Cassava Starch Hydrolysate on Cell Growth and Lipid
Accumulation of Heterotrophic Microalgae Chlorella protothecoides
YANG Yan-jing, WANG Bing-fang, LIAO Xiao-xia, WEI Ai-li，ZHANG Xue-wu,
(College of Light Industry and Food Science, South China University of Technology, Guangzhou 510640)
Abstract: The effects of a novel carbon source, hydrolyzed cassava starch, on the changes of oil content and biomass of chlorella protothecoides
were studied in this paper. The optimum glucose and nitrogen source contents were of 30 g/L and 0.05 mol/L, respectively, under which the
maximum oil content and biomass reached 4.36g/L and 9.5g/L, respectively. The main components of the lipid were C16 and C18 fatty acids and their
maximum yield reached 1.37 g/L.
Key words: cassava starch; Chlorella protothecoides; biomass; lipid

木薯淀粉是一种廉价的农产品，其及以其为原料
生产的各种变性淀粉广泛应用于食品、药品、化妆品、
纺织、造纸、胶粘剂和生物降解材料等方面。近年来，
有很多学者对利用微藻制备生物柴油的可行性进行研
究，并取得了一定的成效，但成本居高不下，限制了
其工业化生产。为了增加生物量和降低成本，Han Xu
[1]等采用玉米淀粉水解产物代替葡萄糖作为异养小球
藻的有机碳源，结果能够达到较高的产油量。在今后
的研究中，利用低附加值淀粉代替高附加值淀粉作为
微藻碳源是微藻制备生物柴油工业化的必由之路，用
木薯淀粉水解产物代替玉米淀粉水解产物作为微藻碳
源有利于降低成本。当前，还没有文献报道以木薯淀
粉为海洋微藻生长碳源的研究，故本实验研究了木薯
淀粉水解液作碳源对小球藻生物量和产油脂的影响。
1 材料与方法
1.1 实验材料
小球藻(Chlorella Protothocoides)：CSIRO Marine
Laboratory (Hobart, Australia)；木薯淀粉：购于华南理
收稿日期：2009-06-16
通讯作者：张学武教授
工大学后勤部；葡萄糖：分析纯；尿素：分析纯；α-
淀粉酶和糖化酶：北京普博欣公司。
1.2 培养基
小球藻种子培养基采用 Basal 培养基。培养基灭
菌条件为 121 ℃灭菌 15 min，碳源（木薯淀粉水解液）
单独灭菌(116 ℃, 20 min)，氮源为尿素，进行过滤灭
菌。发酵培养基的碳源和氮源浓度按实验所需而改变。
1.3 实验方法
1.3.1 木薯淀粉水解及其水解液浓度的测定
取一定量木薯淀粉，加柠檬酸-磷酸氢二钠配成淀
粉浆，糊化 30 min，冷却后调 pH，加入 CaCl2使 Ca2+
浓度为 0.01 mol/L，再加入淀粉酶进行酶解并测定其
葡萄糖含量。为了表述方便，本文用葡萄糖含量表示
其水解液浓度[2]。
1.3.2 小球藻斜面培养及保存
藻种接入斜面培养基上，每天 12 h 光照，光强度
2000 Lux，28 ℃培养 5 d，4 ℃下保存，每 2 个月传
代 1 次。
1.3.3 一级种子培养
用接种环挑取一环培养 5 d 的斜面种子，接种于
装有 30 mL 培养基的 100 mL 三角瓶中，每天 12 h 光
DOI:10.13982/j.mfst.1673-9078.2009.11.010
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照，光强度 2000 Lux，28 ℃下，在摇床速度 160 r/min
培养 5 d。
1.3.4 二级种子培养
500 mL 的三角瓶装 200 mL 培养基，以 5%接种
量接入一级种子液，28 ℃，160 r/min 下黑暗培养 5 d。
1.3.5 木薯淀粉水解液对小球藻生物量和油脂积累的
影响
以木薯淀粉水解液作为小球藻发酵碳源，尿素为
氮源。固定氮源浓度，在木薯淀粉水解液浓度分别为
10 g/L、20 g/L、30 g/L、40 g/L 和 50 g/L（每一浓度
做 3 个平行实验）的条件下于 28 ℃、转速 160 r/min
下黑暗培养 240 h。培养结束后，取一定量藻液处理，
考察木薯淀粉水解液浓度对小球藻各生物指标的影
响。
1.3.6 氮源浓度对小球藻生长和脂肪酸积累的影响
在 1.3.5 实验的基础之上，固定碳源（木薯淀粉水
解液）浓度，分别考察不同氮源（尿素）浓度（0.05
mol/L、0.10 mol/L、0.15 mol/L 和 0.20 mol/L）对小球
藻各生物指标的影响。
1.4 分析方法
1.4.1 木薯淀粉水解液浓度的测定
以水解液中所含葡萄糖含量表示水解液浓度。取
少量酶解后的木薯淀粉水解液，离心取上清，过滤，
稀释适当倍数，用 SBA-80 型生物传感分析仪测定水
解液中所含葡萄糖含量。
1.4.2 小球藻生物量的测定
小球藻培养结束时，取 5 mL 藻液，在 3000 r/min
下离心 10 min，倒去上清液，用蒸馏水冲洗澡泥，离
心，重复 3 遍，最后将离心后得到的藻泥在 50 ℃恒
温鼓风干燥箱烘干至恒重，称重得小球藻生物量[3]。
1.4.3 小球藻总脂的测定
用 0.5 mol 蒸馏水和 3 mL 氯仿/甲醇（2: 1）与适
量冷冻干燥的藻粉混合，将混合物剧烈震荡 20 min，
10000 r/min 下离心 10 min，取下层氯仿层。重复上述
过程 5 次，将所有的氯仿层收集在一起，然后真空蒸
发吹干，将残渣烘干至恒重，得总脂含量[4]。
1.4.4 小球藻脂肪酸组分测定
称取 20 mg 干燥藻粉，加入 1 mL NaOH-CH3OH
溶液（过饱和），震荡摇匀，75 ℃恒温水浴 10 min，
冷却至室温，加入 2 mL 三氟化硼-甲醇（1:2）溶液，
震荡摇匀，75 ℃恒温水浴 10 min，冷却至室温，再
加入 0.3 mL 饱和食盐水使溶液分层，加入 2 mL 正己
烷混匀，离心后取上层脂肪酸层，进行 GC-MS 分析[2]。
1.4.5 GC-MS 分析条件
色谱柱：Agilent DB-23 (30 m×250 μm×0.25 μm)；
载气：氦气；升温、分流模式：采取程序升温；分流
比：20:1；流速：1.0 mL/min；进样量 1 µL；溶剂延
迟时间 3 min。
2 结果与讨论
2.1 木薯淀粉水解液浓度对小球藻生物量的影响
从图 1 可知，在氮源浓度为 0.05 mol/L 时，当木
薯淀粉水解液浓度为 30 g/L 时，小球藻生物量达到最
大值，为 9.5 g/L；当氮源浓度分别为 0.10 mol/L 和 0.15
mol/L 时，小球藻生物量都在木薯淀粉水解液浓度为
20 g/L 时达到最大值，分别为 6.9 g/L 和 4.0 g/L；当氮
源浓度为 0.20 mol/L 时，小球藻生物量在木薯淀粉水
解液浓度为 10 g/L 时达到最大值，为 3.7 g/L。其中氮
源为 0.05 mol/L、木薯淀粉水解液为 30 g/L 时小球藻
生物量最大，远远高于其他组，可见木薯淀粉水解液
浓度为 30 g/L 时最有利于小球藻的生长。

图1 相同氮源浓度下木薯淀粉水解液浓度对小球藻生物量的
影响
Fig.1 The effect of glucose concentration of hydrolysate on the
biomass of Chlorella pyrenoidosa with constant concentration of
nitrogen source
2.2 氮源（尿素）浓度对小球藻生物量的影响

图2 相同木薯淀粉水解液浓度下氮源浓度对小球藻生物量的
影响
Fig.2 The effect of nitrogen source concentration on the
biomass of chlorella pyrenoidosa with constant concentration of
glucose of hydrolysate
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图 2是在固定木薯淀粉水解液浓度下，氮源浓度
对小球藻生物量的影响。从图可知，在固定木薯淀粉
水解液浓度的条件下，氮源浓度为 0.05 mol/L 时，小
球藻生物量的产量最大。
2.3 木薯淀粉水解液培养小球藻总脂的测定

图3 不同氮源浓度下木薯淀粉水解液浓度对小球藻总脂含量
的影响
Fig.3 The effect of glucose concentration on total lipids of
Chlorella protothecoides in hydrolyzate with different nitrogen
concentration
如图 3所示，在四种氮源浓度下小球藻总脂含量
均在木薯淀粉水解液浓度为 30 g/L时含量最高。四条
曲线中，只有氮源浓度是 0.15 mol/L时的总脂含量在
木薯淀粉水解液浓度为 10~20 g/L范围内出现下降，估
计原因是碳源氮源比例不适造成了总脂含量的降低。
四个氮源浓度（0.05 mol/L、0.10 mol/L、0.15 mol/L、
0.20 mol/L）下总脂含量最大值分别为 45.9%、39.9%、
30.4%、27.3%。总体来说，0.05 mol/L氮源浓度、30 g/L
木薯淀粉水解液浓度是最有利于小球藻富集总脂的有
效组合，此结果与小球藻生物量和小球藻脂肪酸的分
析结果相同。该浓度下，小球藻总脂产率是 9.5 g/L×
45.9% =4.36 g/L。
2.4 木薯淀粉水解液培养小球藻脂肪酸的测定
各个色谱峰的保留时间与其所对应的脂肪酸种类
如图 4所示，由 GC-MS分析结果知，小球藻细胞中含
有碳十六饱和脂肪酸、两种碳十六不饱和脂肪酸，碳
十七饱和脂肪酸、碳十八饱和脂肪酸、3种碳十八不
饱和脂肪酸，没有检测碳十七不饱和脂肪酸。表 1、2、
3、4是四种氮源浓度下，小球藻脂肪酸各组分在不同
木薯淀粉水解液浓度下的测定结果。可以看出，八种
脂肪酸中含量最高的都集中在 C18：1和 C18：2两种
脂肪酸，其次是 C16：0；其中，C18：1和 C18：2的
含量占总脂肪的 60%左右，C16：0占 20%左右，相对
来说，C17：0和 C18：0的含量较低。另外，很明显，
小球藻细胞中的不饱和脂肪酸的含量要远远高于饱和
脂肪酸。

图4 小球藻脂肪酸的气相-质谱分析
Fig.4 GC-MS analysis of Chlorella protothecoides acids
表1木薯淀粉水解液浓度对小球藻脂肪酸含量的影响(氮源浓度
0.05 mol/L)
Tab.1 The effect of glucose concentration on the fatty acid content
of Chlorella protothecoidest (nitrogen concentration 0.05 mol/L)
木薯淀粉水解液浓度(g/L) 脂肪酸含量(%)
10 20 30 40 50
C16:00 23.69 19.66 20.08 18.35 18.81
C16:1 (D9) 1.8 3.83 3.09 2.18 2.08
C16:2 (D7,10) 12.02 11.72 12.03 10.64 8.46
C17:00 2.34 0.41 — 0.43 0.68
C18:00 0.86 0.55 0.45 1.19 0.68
C18:1 (D9) 11.12 25.44 24.71 25.36 27.81
C18:2 (D9,12) 41.12 33.86 34.25 36.00 33.42
C18:3 (D9,12,15) 7.07 4.53 4.28 5.85 8.06
TFA/DW(%) a 10.46 12.35 14.42 10.67 16.58
Yield of TFA(g/L) 0.44 1.00 1.37 0.71 0.63
“—”——no found
表2 木薯淀粉水解液浓度对小球藻脂肪酸含量的影响 (氮源
浓度0.10 mol/L)
Tab.2 The effect of glucose concentration on the fatty acid content
of Chlorella protothecoidest (nitrogen concentration 0.10 mol/L)
木薯淀粉水解液浓度(g/L) 脂肪酸含量(%)
10 20 30 40 50
C16:00 22.14 18.53 17.47 18.90 17.31
C16:1 (D9) 3.02 4.02 2.04 2.19 2.21
C16:2 (D7,10) 11.11 10.55 8.57 7.67 7.42
C17:00 0.54 0.18 0.61 0.72 0.79
C18:00 1.14 0.71 0.6 0.55 1.03
C18:1 (D9) 19.18 27.01 30.31 29.76 29.65
C18:2 (D9,12) 38.38 34.33 35.47 33.75 33.38
C18:3 (D9,12,15) 4.51 4.72 4.92 6.46 8.21
TFA/DW(%)a 12.2 9.57 15.52 15.6 16.5
Yield of TFA (g/L) 0.50 0.66 0.45 0.39 0.33
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表3 木薯淀粉水解液浓度对小球藻脂肪酸含量的影响 (氮源
浓度0.15mol/L)
Tab.3 The effect of glucose concentration on the fatty acid content
of Chlorella protothecoidest (nitrogen concentration 0.15mol/L)
木薯淀粉水解液浓度(g/L) 脂肪酸含量(%)
10 20 30 40 50
C16:00 20.35 17.76 17.67 18.07 16.6
C16:1 (D9) 3.13 4.35 2.26 2.10 2.44
C16:2 (D7,10) 9.68 9.02 7.08 7.16 6.73
C17:00 0.54 0.18 0.86 0.93 0.96
C18:00 0.85 0.64 0.47 0.54 0.45
C18:1 (D9) 24.59 34.15 29.81 32.42 32.2
C18:2 (D9,12) 36.93 29.83 35.02 32.26 33.39
C18:3 (D9,12,15) 3.93 4.07 6.82 6.52 6.79
TFA/DW (%) a 11.99 15.01 15.60 16.00 17.05
Yield of TFA (g/L) 0.46 0.6 0.39 0.32 0.29
表4 木薯淀粉水解液浓度对小球藻脂肪酸含量的影响 (氮源
浓度0.20 mol/L)
Tab.4 The effect of glucose concentration on the fatty acid content
of Chlorella protothecoidest (nitrogen concentration 0.20mol/L)
木薯淀粉水解液浓度(g/L) 脂肪酸含量(%)
10 20 30 40 50
C16:00 20.04 16.85 17.32 17.21 16.56
C16:1 (D9) 3.35 4.61 2.01 2.02 3.12
C16:2 (D7,10) 8.79 8.87 6.25 6.64 8.14
C17:00 2.12 0.86 1.04 1.14 3.03
C18:00 1.01 1.24 0.45 0.51 3.12
C18:1 (D9) 23.44 34.93 28.63 30.97 28.73
C18:2 (D9,12) 34.67 26.05 36.76 34.26 29.18
C18:3 (D9,12,15) 6.50 5.59 7.56 7.14 8.11
TFA/DW (%) a 12.17 14.14 14.34 15.83 10.00
Yield of TFA(g/L) 0.45 0.41 0.33 0.29 0.14
2.5 相同木薯淀粉水解液浓度下氮源浓度对小球藻
脂肪酸产率的影响
由图 5知，除 10 g/L木薯淀粉水解液浓度外，小
球藻脂肪酸产率在其余木薯淀粉水解液浓度下几乎都
呈现随着氮源浓度的增加而逐渐降低的趋势，均在氮
源浓度为 0.05 mol/L下取得最大产率。木薯淀粉水解
液浓度对小球藻影响很大，从图看出，30 g/L木薯淀
粉水解液浓度下的小球藻脂肪酸产率最高,达到 1.37
g/L，比居于第二位的 20 g/L木薯淀粉水解液浓度下小
球藻脂肪酸产率 1.00 g/L高出 37.0%，其他三个木薯淀
粉水解液浓度下小球藻脂肪酸产率更低。氮源浓度增
加时，变化最明显的是 30 g/L 木薯淀粉水解液浓度下
的小球藻脂肪酸产率，从最初的 1.37 g/L先是急剧降
到 0.45 g/L，最后降到 0.33 g/L。相比较，其他碳源浓
度下脂肪酸产率变化虽明显但不剧烈。综合考虑碳源
和氮源两因素，木薯淀粉水解液浓度为 30 g/L，氮源
浓度为 0.05 mol/L是小球藻积累脂肪酸的最优组合。

图5 相同水解液中木薯淀粉水解液浓度下氮源浓度对小球藻
脂肪酸产率的影响
Fig.5 The effect of nitrogen concentration on the fatty acid
content of Chlorella protothecoides under the same glucose
concentration of hydrolysate
3 结论
采用木薯淀粉水解液代替精制葡萄糖作有机碳源
培养小球藻，研究了不同氮源浓度、木薯淀粉水解液
浓度对小球藻生长和油脂积累的影响，得出以下结论：
（1）氮源(尿素)浓度为 0.05 mol/L 时，木薯淀粉
水解液浓度为30 g/L时小球藻生物量最大，为9.5 g/L。
（2）GC-MS 分析结果表明小球藻的主要脂肪酸
组成为 C18 和 C16。小球藻总脂含量最高为 45.9%。
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