一種同時提高螺旋藻生物質(zhì)和多糖產(chǎn)率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及螺旋藻培養(yǎng)積累生物質(zhì)和多糖，具體的說是一種通過控制營養(yǎng)鹽的添力口，采用合適的接種密度、光照、溫度和PH值培養(yǎng)螺旋藻，使其生物質(zhì)和多糖同時積累?？捎糜诼菪迮囵B(yǎng)及其多糖的生產(chǎn)以及以螺旋藻多糖為原料的食品、醫(yī)藥、能源等相關(guān)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]螺旋藻是一種的多細胞絲狀藍藻(Blue Green Algae)，又稱藍細菌(Cyanobacteria),屬藍藻門(Cyanophyta)、藍藻綱(Cyanophyceae)、顫藻目(Oscillatoriales)、顫藻科(Osciallatoriaceae)、節(jié)旋藻屬(Arthrospira),主要分布于熱帶、亞熱帶地區(qū)淡水或鹽堿性湖泊中。螺旋藻含有豐富的蛋白質(zhì)、不飽和脂肪酸、色素、多糖、維生素和微量元素，被認為是21世紀最理想的保健品，目前國內(nèi)外已將螺旋藻廣泛應(yīng)用于食品、保健品、化妝品、醫(yī)藥、飼料等行業(yè)。
[0003]螺旋藻多糖是螺旋藻細胞內(nèi)的一種水溶性多糖，具有抗腫瘤、抗輻射、抗突變等生物活性，能提高機體細胞和體液的免疫功能，抵制癌細胞增殖，減輕輻射所引起的遺傳損傷等，在防癌、抗衰老、增強機體免疫力等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。此外，螺旋藻多糖主要由葡萄糖殘基連接而成，經(jīng)過水解后可用于發(fā)酵法生產(chǎn)生物乙醇、生物丁醇、生物氫、甲烷等生物能源，因此在微藻生物能源領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價值。然而在營養(yǎng)豐富條件下螺旋藻多糖含量很少，占細胞干重的8%以下，這嚴重影響了螺旋藻多糖的產(chǎn)量，增加了后續(xù)加工提取的成本，使其難于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。另一方面，在脅迫條件下，微藻細胞傾向于積累糖類和油月旨，但同時蛋白質(zhì)的合成受到阻礙，這會影響細胞的生長和光合固碳效率，降低生物質(zhì)的產(chǎn)率，從而使多糖的產(chǎn)率沒有明顯提高。因此，開發(fā)一種積累螺旋藻多糖，同時不影響細胞生物質(zhì)生產(chǎn)的方法，是目前亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在提供一種同時提高螺旋藻生物質(zhì)和多糖產(chǎn)率的方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0005]將培養(yǎng)至指數(shù)生長期的螺旋藻細胞轉(zhuǎn)入營養(yǎng)限制性培養(yǎng)基，通過控制營養(yǎng)鹽的添力口，采用合適的接種密度、光照、溫度和PH值培養(yǎng)螺旋藻，使其生物質(zhì)和多糖同時積累?？砂慈缦虏襟E具體操作:
[0006]I)藻種的培養(yǎng)
[0007]螺旋藻細胞在營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，每升水體含:NaHC033?20g，KCl O?lg, NaCl O ?2g，F(xiàn)eS04.7H20 0.01 ?0.02g, MgCl2.6H20 O ?0.2g, CaCl2.2H20 O ?
0.05g，H3B03 O ?3mg，MnC12.4Η20 O ?2mg，Na2Mo04.2Η20 O ?0.5mg，ZnS04.7Η20 0 ?
0.3mg, CuS04.5Η20 0?0.3mg,并通過添加NaN03控制培養(yǎng)基中N濃度在0.16?0.64g/L,通過添加K2HP04和H3P04控制P濃度在0.04?0.16g/L,通過添加K2S04和MgS04.7H20控制S濃度在0.2?0.4g/L ;初始接種密度0D560為0.3?0.5，溫度20?35°C，pH值8?12，自然條件下光照或人工光暗比12h:12h?24h:0h光照，培養(yǎng)液受光面光照強度80?3000ymol/(m-2.s_l)，培養(yǎng)至指數(shù)生長期。
[0008]2)藻細胞生物質(zhì)和多糖的同時積累
[0009]將培養(yǎng)至指數(shù)生長期的螺旋藻細胞作為藻種，將原藻種液經(jīng)離心或過濾洗滌后得到藻泥，接入新鮮營養(yǎng)限制性培養(yǎng)基并調(diào)整初始接種密度0D560為0.3?0.5 ;或原藻種液經(jīng)新鮮新鮮營養(yǎng)限制性培養(yǎng)基直接稀釋至初始接種密度0D560為0.3?0.5 ;溫度20?35°C, pH值8?12，自然條件下光照或人工光暗比12h:12h?24h:Oh光照，培養(yǎng)液受光面光照強度80?3000 μ mol/(m-2.s-1)，培養(yǎng)至穩(wěn)定期收獲藻細胞。
[0010]步驟2)所述營養(yǎng)限制性培養(yǎng)基中每升水體含:NaHC033?20g，KCl O?lg，NaClO ?2g，F(xiàn)eS04.7H20 0.01 ?0.02g, MgCl2.6H200 ?0.2g, CaCl2.2H20 O ?0.05g,H3B030 ?3mg，MnCl2.4H200 ?2mg，Na2Mo04.2H20 O ?0.5mg, ZnS04.7H20 0 ?0.3mg,CuS04.5H20 0?0.3mg,并通過添加NaN03控制培養(yǎng)基中N濃度在O?10mg/L，通過添加K2HP04和H3P04控制P濃度在0.04?0.16g/L，通過添加K2S04和MgS04.7H20控制S濃度在0.2?0.4g/L ;或通過添加NaN03控制培養(yǎng)基中N濃度在0.16?0.64g/L，通過添加K2HP04和H3P04控制P濃度在O?lmg/L，通過添加K2S04和MgS04.7H20控制S濃度在0.2?0.4g/L ;或通過添加NaN03控制培養(yǎng)基中N濃度在0.16?0.64g/L，通過添加K2HP04和H3P04控制P濃度在0.04?0.16g/L,通過添加K2S04和MgS04.7Η20控制S濃度在 1.0 ?1.5mg/L。
[0011]步驟I)和2)所述營養(yǎng)限制性培養(yǎng)基的水體來源為天然鹽堿水、地下水、自來水或積累多糖的藻細胞收獲后的培養(yǎng)廢水。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
[0013]1.實現(xiàn)了螺旋藻生物質(zhì)和多糖產(chǎn)率的同時提高:依此方法培養(yǎng)螺旋藻，其生物質(zhì)產(chǎn)率是營養(yǎng)豐富條件下培養(yǎng)的I?4倍，多糖產(chǎn)率比營養(yǎng)豐富條件下培養(yǎng)提高0.8?20倍，多糖含量達到藻干重的45%?80%，比營養(yǎng)豐富條件下培養(yǎng)提高2?6倍。
[0014]2.培養(yǎng)成本低，多糖積累迅速:利用營養(yǎng)限制性培養(yǎng)基培養(yǎng)螺旋藻，可以降低營養(yǎng)鹽的消耗，提高單位營養(yǎng)鹽投入的產(chǎn)品產(chǎn)出，有利于降低生產(chǎn)成本；多糖在藻細胞內(nèi)迅速積累，一般3?4天可以達到最大多糖產(chǎn)率，生產(chǎn)周期短。
[0015]3.螺旋藻多糖生產(chǎn)的可持續(xù)性好:利用天然鹽堿水培養(yǎng)并循環(huán)利用采收廢水，可以節(jié)約淡水資源，減少污水排放，同時可以在不適合糧食種植和人類居住的堿湖附近進行培養(yǎng)，不占用耕地。
[0016]總之，本發(fā)明解決了螺旋藻生物質(zhì)與多糖不能同時積累的矛盾，實現(xiàn)了快速高效地生產(chǎn)螺旋藻多糖，具有營養(yǎng)鹽消耗少、生產(chǎn)成本低、多糖含量高等優(yōu)點，有利于簡化下游加工操作，促進螺旋藻多糖的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，可廣泛應(yīng)用于以螺旋藻多糖為原料的食品、醫(yī)藥、能源等相關(guān)領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明在營養(yǎng)豐富(+N+P+S)、P限制(-P)和S限制(-S)下培養(yǎng)螺旋藻的生物質(zhì)積累情況。
[0018]圖2為本發(fā)明在營養(yǎng)豐富(+N+P+S)、P限制(-P)和S限制(-S)下培養(yǎng)螺旋藻的多糖含量變化情況。
【具體實施方式】
[0019]下面通過具體實施例對本發(fā)明的方法和結(jié)果進行說明。本發(fā)明通過控制營養(yǎng)鹽的添加，采用合適的接種密度、光照、溫度和PH值培養(yǎng)螺旋藻，使其生物質(zhì)和多糖同時積累。
[0020]實施例1
[0021]考察P限制和S限制條件下螺旋藻生物質(zhì)和多糖積累情況。
[0022]藻種培養(yǎng)和多糖積累過程均在500mL柱形鼓泡式光生物反應(yīng)器(玻璃材質(zhì)，直徑50mm,高 400mm)進行。
[0023]I)藻種的培養(yǎng)
[0024]螺旋藻細胞在營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基(Zarrouk)中培養(yǎng),培養(yǎng)基用去離子水配制,每升水體含:NaHC0316.8g, K2HP040.5g, NaN032.5g, K2S04 lg, NaCl lg, MgS04.7H20 0.2g,CaCl2.2H20 0.04g, FeS04.7H20 0.0lg, H3B032.86mg, MnCl2.4H20 1.86mg, ZnS04.7H200.22mg, Na2Mo04.2H20 0.39mg, CuS04.5H20 0.08mg。初始接種密度 0D560 為 0.5，培養(yǎng)溫度30±2°C，連續(xù)單排照光，光照強度200 μ mol m - 2s - 1，通入空氣流量0.4vvm。
[0025]2)藻細胞生物質(zhì)和多糖的同時積累
[0026]將培養(yǎng)至0D560為3的細胞以4000rpm離心