小球藻(C h lTl sp.)隸屬于綠藻綱綠球目卵囊藻科小 球藻屬，是普生性真核單細(xì)胞綠藻。小球藻營(yíng)光合自養(yǎng)，是 初級(jí)生產(chǎn)力，處于食物鏈的最低端，具有分布廣泛[1]、生長(zhǎng)周 期短、繁殖快等優(yōu)點(diǎn)，成為第一種被人工養(yǎng)殖的微藻，在美 國(guó)、日本等國(guó)已有30多年的養(yǎng)殖歷史[2]。小球藻營(yíng)養(yǎng)豐富， 胞內(nèi)富含蛋白質(zhì)、不飽和脂肪酸、色素和維生素，其中必需氨基 酸、必需脂肪酸的組成全面，配比均衡，且無毒副作用，作為保 健食品、水產(chǎn)養(yǎng)殖餌料、畜牧伺料添加劑得到廣泛應(yīng)用[3_ 4]。不 僅如此，小球藻在污水處理[5_ 6]、co2減排[7]，以及生物能源[8- 9] 的開發(fā)利用方面都在世界范圍內(nèi)引起了廣泛重視。
  為了尋找一種安全有效的破壁方法，筆者主要通過超聲 波破碎技術(shù)對(duì)小球藻進(jìn)行破壁處理，考察了單因素料液比、 超聲時(shí)間和超聲功率對(duì)破壁效果的影響。通過響應(yīng)曲面模 型對(duì)小球藻的超聲波破壁工藝進(jìn)行優(yōu)化，旨在尋找最佳的操作條件。

  1材料與方法

  11 材料小球藻藻種，

         由昆山超聲儀器有限公司提供。

  1.2 設(shè)備與儀器生物顯微鏡；

         分析電子天平[賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司];Sdetz-IID 超聲波細(xì)胞粉碎U)。

  1.3方法

     1.3.1單因素試驗(yàn)。

             固定條件:超聲波功率為500 W，處理 時(shí)間20 min，料液比1:200 (g: mL)，改變單一因素，考察其對(duì) 小球藻細(xì)胞破碎率的影響，每組試驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值。 破碎率=[(原始細(xì)胞個(gè)數(shù)-破碎處理后剩余的細(xì)胞個(gè) 數(shù))/原始細(xì)胞個(gè)數(shù)]X100%

     1.3.2響應(yīng)面法優(yōu)化超聲破壁技術(shù)。

            根據(jù)Box-Behnken中 心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取3因素3 水平試驗(yàn)對(duì)提取條件進(jìn)行優(yōu)化，每組 試驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值。針對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，利用 Design-Expert 8.0.6軟件優(yōu)化工藝條件，確定最優(yōu)的料液比、 超聲功率、超聲時(shí)間。

   2結(jié)果與分析

       2.1超聲破壁影響因素確定

               2.1.1超聲時(shí)間對(duì)細(xì)胞破碎率的影響。

                    固定料液比、超聲波 功率等條件，研究不同超聲時(shí)間對(duì)細(xì)胞破碎率的影響。超聲 時(shí)間由3 min延長(zhǎng)到15 min時(shí)破碎率從3%上升到76%，延長(zhǎng)超聲處理時(shí)間，細(xì)胞膜上會(huì)產(chǎn)生更多的孔洞，細(xì)胞更容易 破碎，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞破碎率增加（圖1)。當(dāng)超聲處理時(shí)間超 過15 min后，破壁率維持在75%左右，并沒有明顯提高，綜合 能耗和經(jīng)濟(jì)效率的角度考慮，采用超聲時(shí)間15 min進(jìn)行超聲 處理。

              2.1.2超聲波功率對(duì)細(xì)胞破碎率的影響。

                  固定料液比、超聲 時(shí)間等條件，研究不同超聲波功率對(duì)細(xì)胞破碎率的影響。超 聲波功率由300 W升到450 W時(shí)細(xì)胞破碎率由50%增加到 73%(圖2)。在劉圣臣等[ 1 5 ]的研究中也呈現(xiàn)同樣趨勢(shì)。其 可能原因是由于超聲波導(dǎo)致細(xì)胞膜表面及周圍的空化氣泡 破裂，隨著功率的增大，會(huì)產(chǎn)生大量的裂縫及孔洞，進(jìn)而使細(xì) 胞壁破碎率增大[ 1 4 ]。但超過40 W繼續(xù)增大功率，藻細(xì)胞 破壁率增加并不明顯，從經(jīng)濟(jì)和效率方面綜合考慮，采用 450 W為最佳功率所示。當(dāng)料液比從1:100減小到1:1 000時(shí)，細(xì)胞破碎率先 升高后下降；當(dāng)料液比為1 :00時(shí)，細(xì)胞破碎率最高，達(dá) 76%;料液比高于1:200時(shí)液體中藻細(xì)胞濃度過高，細(xì)胞聚集 成團(tuán)影響超聲破壁效果，破碎率僅有50%左右。隨著水量的 增加，當(dāng)料液比低于1 :200之后藻細(xì)胞濃度降低，導(dǎo)致細(xì)胞 破碎率低，因此，1:00為超聲破碎時(shí)最適合的料液比。

       2.2響應(yīng)面法對(duì)超聲破碎方法進(jìn)行優(yōu)化，

             用Design-Expert 8.0.6軟件進(jìn)行方差分析。從方差分析結(jié)果 可知，試驗(yàn)所選模型極顯著（ P < 0.01); —次項(xiàng)中超聲時(shí)間 (A)和超聲波功率（ B)對(duì)細(xì)胞破碎率的影響達(dá)極顯著 (P<0.000 1 )，料液比（ C )對(duì)細(xì)胞破碎率的影響為顯著（P< 0.05);二次項(xiàng)中超聲時(shí)間(A)、超聲波功率（ B )、料液比（ C ) 對(duì)細(xì)胞破碎率的影響均為極顯著(P<0.01);交互項(xiàng)中AB、 AC影響為顯著(P<0.05)，而BC影響不顯著，可以看出各因 素對(duì)響應(yīng)值的影響不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，影響程度從大到小 依次為超聲時(shí)間(A)、超聲波功率(B)、料液比(C)。