全 文 ：中国食品添加剂ChinaFoodAdditives试验研究
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小球藻海藻油提取中不同破壁方法的研究
刘圣臣 , 邹宁＊ , 吴电云 , 孙杰 , 孙东红
(鲁东大学生命科学学院国家海藻工程技术研究中心 , 烟台　264025)
　　摘　要:目的是寻找一种安全有效的破壁方法 , 用以小球藻海藻油的批量提取。方法采用超声波 、 反复
冻融 2种破壁方法 , 分别对三种不同密度的小球藻进行了破碎研究 , 并研究了不同破壁方法对小球藻海藻油
提取率的影响。结果三种不同密度的小球藻经超声破壁后 , 破壁率均能达到 90%以上 , 经反复冻融 4次后 ,
破壁率均能达到 50%以上。但随小球藻密度增大 , 超声破壁时间延长 , 并且会产生大量的热量 , 为保护海藻
油中的活性物质 , 操作过程需要冰浴保护;而小球藻密度对反复冻融破壁影响较小。小球藻破壁后有利于海
藻油的提取 , 高密度小球藻(1.55×109个 /mL)经超声破壁及反复冻融破壁后 , 海藻油提取率相当 , 分别为
0.0235g/mL和 0.0230g/mL。结论反复冻融破壁方法可用于高密度小球藻的破壁 , 更适合海藻油的大规模提取。
关键词:小球藻;超声波;反复冻融;细胞壁破壁;海藻油
中图分类号:P745　　　文献标识码:A　　　文章编号:1006-2513(2009)05-0100-03
Researchonthemethodofextractingmarine
algaeoilfromchlorelacels
LIUSheng-chen, ZOUNing, WUDian-yun, SUNJie, SUNDong-hong
(SchoolofLifeSciences, LudongUniversity, Yantai264025)
Abstract:Objective:Toseekasafeandeffectivecellbrokenmethodforextractingmarinealgaeoil.Methods:Cells
brokenwasconductedbyultrasonicandfreezing/thawingrepeatmethods.Theextractionratioofmarinealgaeoilby
thesemethodswasevaluatedbythedensityofchlorelacells.Results:Thecelbrokenefficiencycouldreach90%by
ultrasonicmethodandreach50%byfreezingandthawingrepetitivemethod.Thecelfragmentationefficiencyincreases
withthetimeofultrasoundbutheatgeneratedfromtheultrasoundcouldbedetrimenttotheactivityofthealgaeoil.
Therefore, itshouldbeperformedintheice-waterbath.Freezingandthawingmethodhasnosideeffectoncelbro-
ken.Theratioofmarinealgaeoilextractionhasnodiferencebyultrasonicmethodsandfreezingandthawingmethod.
Theoilextractionyieldofcelldensityof1.55 ×109 byultrasoundandreeezing/thawingmethodwas0.0235g/mLand
0.0230g/mL, respectively.Conclusion:Thefreezingandthawingmethodcouldbewidelyemployedinmarinealgae
oilextractinginindustry.
Keywords:chlorela;ultrasonic;freezingandthawing;celfragmentation;marinealgaeoil
随着经济发展 、 生活水平的提高 , 由高血
压 、高血脂诱发的心脑血管病已成为威胁人类生
命的重要疾病。由于小球藻富含二十碳五烯酸
(EPA)等一系列不饱和脂肪酸 [ 1]在预防心脑血
管疾病 、 降血脂 、 降低胆固醇 、 减肥 、 抑制肿瘤
生长 、抗炎等方面均具有明显的作用 [ 2, 3] , 因而
收稿日期: 2009-01-03　　　　　＊通讯作者
基金项目:鲁东大学研究生教育基金资助项目
作者简介:刘圣臣 (1980-), 男 , 硕士研究生 , 研究方向:微藻活性物质的提取。
试验研究 中国食品添加剂ChinaFoodAdditives
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日趋受到人们的关注。将不饱和脂肪酸作为添加
剂添加到罐头 、 冷冻食品 、 肉香肠 、 糖果等食品
中 , 在日本已经广泛应用 , 对幼儿及青少年的生
长发育有很大帮助。
小球藻是普生性单细胞绿藻 , 属绿藻纲绿球
目卵囊藻科小球藻属 (chlorela), 在自然界分布
广泛 , 处于食物链的最低端 , 是初级生产力 。可
以通过光合自养方式进行大规模人工培养 , 具有
生长周期短 、 繁殖快 、 不受季节和气候的限制 、
易于提取等优点 , 是生产海藻油的最优原料 。近
年来 , 我国也开始重视对小球藻的开发利用 。但
小球藻具有坚韧的细胞壁 , 可阻碍油脂的提取 ,
因此其生物利用率较低 。本文比较了密度对超声
波法和反复冻融法破碎细胞壁的影响 , 以及两种
破壁方法对海藻油提取的影响 。
1　材料与方法
1.1　主要材料与试剂
小球藻藻种:由烟台富生科技有限公司提
供 。
食用级乙醇:浓度为 95%, Na2HPO4为分析
纯 。
1.2　主要仪器与设备
BCD-236H型冰箱 , JY92-ID型超声波细
胞粉碎机 , XS200型电子显微镜 , XB.K.25.型
血球计数板 , FC204型电子天平 , SK-1型快速
混匀器 , GR21G型高速冷冻离心机 。
1.3　试验方法
1.3.1　小球藻细胞的培养
小球藻用培养基参照文献 [ 4] 提供的优化配
方 , 培养条件:温度 25℃, 连续通气培养 , 15d
后离心收集藻体细胞 , PBS洗涤两次后 , 制成三
种密度不同的待处理藻液:密度一:1.55×109个
/mL, 密度二:0.85 ×109个 /mL, 密度三:0.32
×109个 /mL, 分别进行反复冻融和超声波破碎处
理 。
1.3.2　超声波法破碎细胞 [ 5]
将三种不同密度的小球藻藻液 , 在冰浴中超
声处理 , 超声条件为:功率 400w, 破碎时间 3s,
间歇时间 3s。以破碎前后显微镜下观察完整细胞
的个数计算细胞破碎率 , 每个条件平行计数 3次 。
1.3.3　反复冻融法破碎细胞
将三种不同密度的小球藻藻液进行冻融 , 反
复数次 。冻融条件为: -20℃进行冷冻 , 室温
(25℃)融解。每次冷冻 12h, 达到完全冷冻 。以
破碎前后显微镜下观察完整细胞的个数计算细胞
破碎率 , 每个条件平行计数 3次 。
1.3.4　小球藻海藻油的提取
将密度一的小球藻藻泥分别经反复冻融法
(4次)和超声波法 (24min)破壁处理后 , 加入
95%食用乙醇 , 于快速混匀器充分混匀 , 进行海
藻油的充分提取 , 提取条件:料液比为 3 ∶1, 提
取温度 25℃, 提取时间 1h。将乙醇吹干后称重 。
2　结果与讨论
2.1　超声波法破碎细胞
3种不同浓度的小球藻藻液冰浴超声处理 ,
在不同的时间检测藻细胞的破碎率 , 结果见图 1。
图 1　超声波法破碎细胞壁
Fig.1　Cellfragmentationefficiency
oftheultrasonicmethod
从图 1中可以看出 , 三种不同密度的藻液经
超声处理后 , 破壁率均能达到 90%以上 , 浓度三
在超声处理 12min后破壁率就达到 93.37%, 藻
泥状态的密度一在超声破壁 24min后 , 破壁率也
能达到 90.86%。说明随着破碎时间的延长 , 细
胞破碎率明显增大;密度越高破壁时间越长 , 单
位时间破壁率越低 。
2.2　反复冻融法破碎细胞
3种不同密度的小球藻经反复冻融法处理 ,
每次冻融后检测藻细胞的破碎率 , 结果见图 2。
中国食品添加剂ChinaFoodAdditives试验研究
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图 2　反复冻融法破碎细胞壁
Fig.2　Celfragmentationefficiencyofthe
freezingandthawingmethod
从图 2中可以看出 , 三种不同密度的藻液经
反复冻融法处理 4次后 , 破壁率均在 50%以上 ,
单位时间破壁率相同 , 可以认为反复冻融法中 ,
密度对细胞破碎率的影响不大 。
将冻融法和超声波法的破碎效果进行比较 ,
超声处理在短时间内会产生局部高温现象 , 而且
破壁时间随藻细胞的密度增大而延长 , 为避免不
饱和脂肪酸被氧化 , 因此在超声处理时一定要在
冰浴条件下进行 , 所以不太适合大规模提取 。冻
融法的优势在于藻细胞密度对破壁率没有影响 ,
并且设备简单 , 不受外源性杂质污染 , 操作比较
容易 , 适合于对光和热较敏感的生理活性物质的
提取 , 适合较大规模的生产。
2.3　不同破壁方法对海藻油提取的影响
表 1　不同处理方式对小球藻出油率的影响
Table1　Effectsofdifferenttreatmentto
chlorelaonoilextractionrate
破壁方法 未经破壁处理直接提取 反复冻融 4次
超声波破壁
24分钟
藻细胞浓度 1.55×109 1.55×109 1.55×109
提取率 (g/mL) 0.0105 0.0230 0.0235
由表 1中可以看出 , 破壁处理利于小球藻海
藻油的提取 。这是因为小球藻细胞壁较厚 , 除含
大量纤维素外 , 还含有孢粉质类似物。若直接提
取 , 不利于有机溶剂渗透细胞壁 , 提取率较低 。
小球藻经反复冻融 4次与超声波破壁 24min
后 , 二者的提取率相当 。虽然反复冻融 4次后小
球藻破壁率为 53.83%, 超声波破壁 24min后破
壁率为 90.86%, 但二者的海藻油提取率相当 。
这是因为将藻细胞经过反复冻融处理后 , 一方面
由于藻细胞内外环境中的绝大多数水形成冰晶 ,
冰晶的形成产生了膨胀压 , 导致细胞产生机械损
伤 , 最终使细胞破碎 。另一方面由于膜脂的不对
称性 , 膜体紧缩不匀而出现断裂 , 因而造成膜的
破损渗漏 , 膜透性增加 。所以藻细胞经反复冻融
后 , 虽然有部分藻细胞在形态上没有完全破裂 ,
但由于膜透性的增加 , 利于乙醇进入细胞抽提脂
类。因此小球藻藻泥经反复冻融 4次与超声波破
壁 24min后的海藻油提取率相当。
3　结论
(1)不同密度的小球藻细胞经超声破壁 , 破
壁率均能达到 90%以上 , 密度越高破壁时间越
长。
(2)不同密度的小球藻细胞经反复冻融破
壁 , 破壁率均能达到 50%以上 , 密度对破壁率的
影响较小 。
(3)小球藻经破壁后利于海藻油的提取 , 超
声破壁及反复冻融破壁对小球藻海藻油的提取率
相当 。
(4)反复冻融法具有适用于高密度藻体破
壁 , 操作简便 , 不受外源性杂质污染的优点 , 并
且设备简单 , 能源消耗低 , 适合对光和热较敏感
的活性物质的提取 , 适合较大规模的生产 。
参考文献:
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