螺旋藻養(yǎng)殖過(guò)程中重金屬控制工藝研究

余紹蕾，王 琳，鴨 喬，杜偉春

（1.云南綠A 生物工程有限公司，云南 昆明 650106；2.云南綠A 生物產(chǎn)業(yè)園有限公司，云南 麗江 674202）

螺旋藻（spirulina）屬藍(lán)藻門(mén)（Cyanophyta），顫藻目，顫藻科，螺旋藻屬，它是由單細(xì)胞或多細(xì)胞組成的絲體，無(wú)鞘，圓柱形，呈疏松或緊密的有規(guī)則的螺旋狀彎曲。其生長(zhǎng)屬性為喜光、喜堿、喜高溫。螺旋藻以其極高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和卓越的醫(yī)藥保健功效受到許多國(guó)家和國(guó)際組織的重視和關(guān)注。目前螺旋藻制品已經(jīng)進(jìn)入食品、保健食品和藥品領(lǐng)域，為大眾的健康服務(wù)。

近年來(lái)，隨著全社會(huì)食品安全意識(shí)的增強(qiáng)，消費(fèi)者對(duì)食品和保健食品的質(zhì)量要求越來(lái)越高。目前國(guó)內(nèi)螺旋藻養(yǎng)殖管理粗放，還沒(méi)有養(yǎng)殖過(guò)程中對(duì)重金屬Pb、Cd 進(jìn)行規(guī)范控制的技術(shù)和方法。本文主要是研究養(yǎng)殖過(guò)程中重金屬Pb、Cd 含量的控制方法，以期對(duì)大規(guī)模培養(yǎng)提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料

藻種：螺旋藻（實(shí)驗(yàn)室自備）。

試劑：FeSO4·7H2O、培養(yǎng)液所用試劑，均為食品級(jí)；EDTA-2Na，分析純。

1.2 儀器

離心機(jī)；噴霧干燥儀；石墨爐。

1.3 工藝流程

檢測(cè)螺旋藻養(yǎng)殖中生產(chǎn)藻粉的重金屬Pb、Cd 含量；當(dāng)螺旋藻養(yǎng)殖中藻粉中Pb 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.88×10-6以上或Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.12×10-6以上時(shí)，將FeSO4·7H2O 加入螺旋藻養(yǎng)殖培養(yǎng)基中，沉淀其中的重金屬Pb、Cd，每隔40 d 將形成的沉淀物從養(yǎng)殖池中清除；向清除沉淀物后的培養(yǎng)基中加入EDTA-2Na，進(jìn)一步絡(luò)合其中的重金屬離子沉淀，絡(luò)合重金屬后使其不容易被螺旋藻富集和吸收。

1.4 影響因素試驗(yàn)

不同質(zhì)量濃度FeSO4·7H2O、EDTA-2Na：FeSO4·7H2O 0.005 g/L，EDTA-2Na 0.005 g/L；FeSO4·7H2O 0.023 g/L，EDTA-2Na 0.023 g/L；FeSO4·7H2O 0.05 g/L，EDTA-2Na 0.05 g/L。

1.5 檢測(cè)方法

鉛和鎘檢測(cè)方法：參照參見(jiàn)中國(guó)藥典2015 版第四部 通則 鉛、鎘、砷、汞、銅測(cè)定方法[1]。在檢測(cè)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照規(guī)定程序進(jìn)行，這樣才能有效地確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

由于螺旋藻采用工廠化養(yǎng)殖，因此在養(yǎng)殖過(guò)程中不可避免地受養(yǎng)殖工藝、采收工藝、營(yíng)養(yǎng)源添加等因素的影響，造成生產(chǎn)的螺旋藻中重金屬鉛（Pb）、鎘（Cd）含量不穩(wěn)定，且時(shí)有超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的情況（綠色食品螺旋藻粉國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定w（Pb）≤1.0×10-6，w（Cd）≤0.5×10-6。再者，螺旋藻為較低等的水生微生物，其細(xì)胞壁成分為跟細(xì)菌類似的肽聚糖和果膠質(zhì)，易于吸附和富集重金屬離子，且螺旋藻細(xì)胞壁較薄，易破裂，重金屬富集后不容易清除。在養(yǎng)殖過(guò)程中對(duì)培養(yǎng)液進(jìn)行重金屬沉降處理，能夠降低螺旋藻富集。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1，使用的FeSO4·7H2O，可為螺旋藻提供鐵離子，將其添入培養(yǎng)基中后，加速重金屬離子沉降。由下頁(yè)圖1-1 可以看出，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，養(yǎng)殖池中螺旋藻的鉛含量逐漸降低；如果初始鉛含量差異小，不同濃度FeSO4對(duì)鉛含量變化影響差異??；高濃度FeSO4能夠快速沉降養(yǎng)殖池中鉛，螺旋藻中鉛含量能夠快速降低。由下頁(yè)圖1-2 可以看出，隨著時(shí)間的增加，螺旋藻中鎘含量逐漸降低；初始鎘含量差異小，F(xiàn)eSO4濃度對(duì)鎘含量影響差異也小；高濃度FeSO4能夠快速沉降養(yǎng)殖池中鎘，螺旋藻中鎘含量能夠快速降低。經(jīng)過(guò)40 d 的沉降后，螺旋藻中鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)均小于0.6×10-6，鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)均小于0.1×10-6，符合國(guó)家食品安全標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 螺旋藻中重金屬含量的變化情況

表1 不同濃度FeSO4·7H2O，EDTA-2Na 對(duì)鉛和鎘含量影響

3 結(jié)論

重金屬污染對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖影響較大，重金屬在環(huán)境中殘留性強(qiáng)，遷移性差，參與食物鏈循環(huán)并在生物體內(nèi)積累。食用受重金屬污染的食品后可能會(huì)影響身體健康。鉛具有蓄積毒性[2]，對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)有影響，尤其對(duì)嬰幼兒和少年兒童的神經(jīng)系統(tǒng)損害較大[3]。鉛可以和蛋白質(zhì)的巰基、Mg2+、Ca2+的活性位點(diǎn)共價(jià)結(jié)合，從而影響蛋白質(zhì)的功能[4]。鎘及其化合物的毒性較大[5]，食用鎘污染的產(chǎn)品后，鎘主要蓄積在腎臟和心肺等器官處。影響重吸收功能，影響維生素D3 的活性，導(dǎo)致骨鈣減少，骨質(zhì)酥松、軟化、變形的疾病，還會(huì)引起高血壓、動(dòng)脈硬化和心臟病等。

由于在螺旋藻養(yǎng)殖過(guò)程中部分廠家重金屬控制技術(shù)和采取的控制措施欠缺，致使市場(chǎng)上部分螺旋藻產(chǎn)品重金屬含量超標(biāo)，廣大消費(fèi)者食用后將給身體帶來(lái)?yè)p害和疾病隱患。在養(yǎng)殖過(guò)程中如果沒(méi)有很好的針對(duì)重金屬Pb、Cd 的控制措施，則重金屬達(dá)到一定濃度時(shí)只能將培養(yǎng)基進(jìn)行報(bào)廢處理，這不僅給環(huán)境帶來(lái)較大污染，同時(shí)更造成生產(chǎn)成本的大量增加。

本研究主要是將FeSO4·7H2O 和EDTA-2Na 搭配使用，增強(qiáng)對(duì)重金屬的沉降。使用EDTA-2Na 絡(luò)合重金屬離子，使重金屬Pb、Cd 不易被螺旋藻吸附和富集。FeSO4·7H2O 是生物生長(zhǎng)不可缺少的一種物質(zhì)，可以為螺旋藻提供鐵離子，通過(guò)對(duì)培養(yǎng)基中將其大量添加后在短期內(nèi)形成一種鐵氧體結(jié)構(gòu)的膠體狀物質(zhì)，加速重金屬離子的沉降；清池后再添加絡(luò)合物EDTA-2Na，螺旋藻重金屬含量可普遍下降到可接受水平，并且減少了外部環(huán)境中重金屬進(jìn)入培養(yǎng)系統(tǒng)，可使螺旋藻養(yǎng)殖中藻粉的Pb 由初始質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.88×10-6以上，降低至0.23×10-6～0.6×10-6，Cd 由初始質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.12×10-6以上，降低至0.02×10-6～0.10×10-6。在滿足國(guó)家規(guī)定的同時(shí)，使重金屬Pb、Cd 的含量更低。而本方法和使用的物質(zhì)安全無(wú)毒，投入較低不會(huì)帶來(lái)其他的安全隱患，可以重復(fù)多次使用，易操作。