日本静冈大学研究生院综合科学技术研究科硕士研究生加贺稜健和长尾辽副教授等人组成的研究团队，将静冈县烧津市鲣鱼加工设施的未处理废水，直接用作藻类-微生物复合体系的培养基后，仅需9天叶绿素浓度便增加了约5倍。该成果显示从废水中生产生物质、实现资源化的可能性。相关成果已发表在《Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry》上。
图1 未处理废水显示的营养盐动态、群落结构和资源化可能性（供图：静冈大学）
水产加工废水含有高浓度的源自蛋白质和脂质的有机物以及氮、磷，是难以处理的废水之一。以往研究主要集中在COD和营养盐的去除上，以活性污泥法等处理工艺为主要手段。然而近年来，重新将废水视为资源的趋势日益显著。特别是藻类，能够通过光合作用摄取废水中的营养盐并生成生物质，有望应用于肥料、饲料和能源材料。
藻类与细菌的共生关系在自然界中普遍存在，藻类通过光合作用提供有机物，细菌负责有机物的分解和氮循环，从而相互形成稳定的代谢网络。在废水环境中，这种藻类-微生物复合体系也可能表现出较高的适应能力，但几乎没有关于将从鲣鱼水产加工设施获得的未处理原废水直接用作培养基的案例报告。
研究团队利用从烧津市鲣鱼加工设施获得的未处理废水，进行了源自当地的藻类-微生物复合体系的培养实验，从营养盐动态、群落结构和资源化可能性等开展了多方面的解析。
将藻类-微生物复合体系直接接种到废水中后，培养基在9天内变成了鲜艳的绿色。叶绿素浓度上升至初期的约5倍，总悬浮固体（TSS）量也增加了，这表明废水中的营养成分被高效地转化为了光合生物质。
水质动态DOC（溶解性有机碳）从初期就开始迅速下降，9天内去除了约85%。磷酸根离子浓度也大幅减少（下降约70%），氮源中的铵离子在暂时增加后逐渐减少。这反映了细菌分解蛋白质和肽释放出铵，然后藻类利用铵，即有机态氮的矿化-同化协作正在发挥作用。
16S/18SrRNA基因分析证实，负责光合作用的小球藻属藻类占优势，同时还共存有Erythrobacter和Paracoccus等参与有机物分解的细菌群。这表明它们形成了一种功能性共生关系，即细菌利用藻类提供的氧气和有机物，同时以藻类可利用的形式重新供给营养盐。
该培养体系中获得的藻类-微生物生物质，预计可作为肥料、饲料乃至生物能源加以利用。特别是水产加工废水富含蛋白质和脂质，有望获得含有多不饱和脂肪酸和有用蛋白质等、比通常的培养基附加值更高的生物质。
本次研究突破了“废水=处理对象”这一传统思维，证实了将废水直接转化为培养资源的新概念。今后通过推进所得生物质的成分分析、肥料和饲料试验，以及向水产加工业引进可能性的探讨，有望确立可持续的废水利用模式。
长尾副教授表示：“我们证实了无需稀释或预处理，仅凭藻类-微生物复合系统的共生能力，就能将难以直接处理的水产加工废水转化为培养基。试验证实的工序简化是将来实际应用的优势，我认为这将开辟资源回收和生物质创造的新途径。今后计划推进反应器的设计、规模扩大以及生成生物质等针对不同用途的质量评价。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry
论文：Cultivation of a native microalgae–bacterial consortium in seafood processing wastewater primarily from skipjack tuna
DOI：doi.org/10.1093/bbb/zbaf155
