日本靜岡大學研究生院綜合科學技術研究科碩士研究生加賀稜健和長尾遼副教授等人組成的研究團隊，將靜岡縣燒津市鰹魚加工設施的未處理廢水，直接用作藻類-微生物複合體系的培養基後，僅需9天葉綠素濃度便增加了約5倍。該成果顯示從廢水中生產生物質、實現資源化的可能性。相關成果已發表在《Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry》上。
圖1 未處理廢水顯示的營養鹽動態、群集結構和資源化可能性（供圖：靜岡大學）
水產加工廢水含有高濃度的源自蛋白質和脂質的有機物質以及氮、磷，是難以處理的廢水之一。以往研究主要集中在COD和營養鹽的去除上，以活性污泥法等處理工藝為主要手段。然而近年來，重新將廢水視為資源的趨勢日益顯著。特別是藻類，能夠通過光合作用攝取廢水中的營養鹽並生成生物質，有望應用於肥料、飼料和能源應用材料。
藻類與細菌的伴侶關係在自然界中普遍存在，藻類通過光合作用提供有機物質，細菌負責有機物質的分解和氮循環，從而相互形成穩定的代謝網路。在廢水環境中，這種藻類-微生物複合體系也可能表現出較高的適應能力，但幾乎沒有關於將從鰹魚水產加工設施獲得的未處理原廢水直接用作培養基的案例報告。
研究團隊利用從燒津市鰹魚加工設施獲得的未處理廢水，進行了源自當地的藻類-微生物複合體系的培養實驗，從營養鹽動態、群集結構和資源化可能性等開展了多方面的解析。
將藻類-微生物複合體系直接接種到廢水中後，培養基在9天內變成了鮮豔的綠色。葉綠素濃度上升至初期的約5倍，總懸浮固體（TSS）量也增加了，這表明廢水中的營養成分被高效地轉化為了光合生物質。
水質動態DOC（溶解性有機碳）從初期就開始迅速下降，9天內去除了約85%。磷酸根離子濃度也大幅減少（下降約70%），氮源中的銨離子在暫時增加後逐漸減少。這反映了細菌分解蛋白質和肽釋放出銨，然後藻類利用銨，即有機態氮的礦化-同化協作正在發揮作用。
16S/18SrRNA基因分析證實，負責光合作用的球菌藻類佔優勢，同時還共存有Erythrobacter和Paracoccus等參與有機物質分解的細菌群。這表明它們形成了一種功能性伴侶關係，即細菌利用藻類提供的氧氣和有機物質，同時以藻類可利用的形式重新供給營養鹽。
該培養體系中獲得的藻類-微生物生物質，預計可作為肥料、飼料乃至生物能源加以利用。特別是水產加工廢水富含蛋白質和脂質，有望獲得含有多不飽和脂肪酸和有用蛋白質等、比通常的培養基附加值更高的生物質。
本次研究突破了「廢水=處理對象」這一傳統思維，證實了將廢水直接轉化為培養資源的新概念。今後通過推進所得生物質的成分分析、肥料和飼料試驗，以及向水產加工業引進可能性的探討，有望確立可持續的廢水利用模式。
長尾副教授表示：「我們證實了無需稀釋或初步處理，僅憑藻類-微生物複合系統的共生能力，就能將難以直接處理的水產加工廢水轉化為培養基。試驗證實的工序簡化是將來實際應用的優勢，我認為這將開闢資源回收和生物質創造的新途徑。今後計畫推進反應器的設計、規模擴大以及生成生物質等針對不同用途的質量評價。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry
論文：Cultivation of a native microalgae–bacterial consortium in seafood processing wastewater primarily from skipjack tuna
DOI：doi.org/10.1093/bbb/zbaf155
