一種同時提高螺旋藻生物質和多糖產率的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及螺旋藻培養積累生物質和多糖，具體的說是一種通過控制營養鹽的添力口，采用合適的接種密度、光照、溫度和PH值培養螺旋藻，使其生物質和多糖同時積累。可用于螺旋藻培養及其多糖的生產以及以螺旋藻多糖為原料的食品、醫藥、能源等相關領域。
【背景技術】
[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)、節旋藻屬(Arthrospira),主要分布于熱帶、亞熱帶地區淡水或鹽堿性湖泊中。螺旋藻含有豐富的蛋白質、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，目前國內外已將螺旋藻廣泛應用于食品、保健品、化妝品、醫藥、飼料等行業。
[0003]螺旋藻多糖是螺旋藻細胞內的一種水溶性多糖，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用前景。此外，螺旋藻多糖主要由葡萄糖殘基連接而成，經過水解后可用于發酵法生產生物乙醇、生物丁醇、生物氫、甲烷等生物能源，因此在微藻生物能源領域具有潛在應用價值。然而在營養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量，增加了后續加工提取的成本，使其難于產業化生產。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，降低生物質的產率，從而使多糖的產率沒有明顯提高。因此，開發一種積累螺旋藻多糖，同時不影響細胞生物質生產的方法，是目前亟待解決的問題。
【發明內容】
[0004]本發明旨在提供一種同時提高螺旋藻生物質和多糖產率的方法。為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為:
[0005]將培養至指數生長期的螺旋藻細胞轉入營養限制性培養基，通過控制營養鹽的添力口，采用合適的接種密度、光照、溫度和PH值培養螺旋藻，使其生物質和多糖同時積累。可按如下步驟具體操作:
[0006]I)藻種的培養
[0007]螺旋藻細胞在營養豐富的培養基中培養，每升水體含:NaHC033?20g，KCl O?lg, NaCl O ?2g，FeS04.7H20 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，培養液受光面光照強度80?3000ymol/(m-2.s_l)，培養至指數生長期。
[0008]2)藻細胞生物質和多糖的同時積累
[0009]將培養至指數生長期的螺旋藻細胞作為藻種，將原藻種液經離心或過濾洗滌后得到藻泥，接入新鮮營養限制性培養基并調整初始接種密度0D560為0.3?0.5 ;或原藻種液經新鮮新鮮營養限制性培養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，培養液受光面光照強度80?3000 μ mol/(m-2.s-1)，培養至穩定期收獲藻細胞。
[0010]步驟2)所述營養限制性培養基中每升水體含:NaHC033?20g，KCl O?lg，NaClO ?2g，FeS04.7H20 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)所述營養限制性培養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廢水。
[0012]本發明與現有技術相比具有如下優點:
[0013]1.實現了螺旋藻生物質和多糖產率的同時提高:依此方法培養螺旋藻，其生物質產率是營養豐富條件下培養的I?4倍，多糖產率比營養豐富條件下培養提高0.8?20倍，多糖含量達到藻干重的45%?80%，比營養豐富條件下培養提高2?6倍。
[0014]2.培養成本低，多糖積累迅速:利用營養限制性培養基培養螺旋藻，可以降低營養鹽的消耗，提高單位營養鹽投入的產品產出，有利于降低生產成本；多糖在藻細胞內迅速積累，一般3?4天可以達到最大多糖產率，生產周期短。
[0015]3.螺旋藻多糖生產的可持續性好:利用天然鹽堿水培養并循環利用采收廢水，可以節約淡水資源，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，不占用耕地。
[0016]總之，本發明解決了螺旋藻生物質與多糖不能同時積累的矛盾，實現了快速高效地生產螺旋藻多糖，具有營養鹽消耗少、生產成本低、多糖含量高等優點，有利于簡化下游加工操作，促進螺旋藻多糖的產業化生產，可廣泛應用于以螺旋藻多糖為原料的食品、醫藥、能源等相關領域。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明在營養豐富(+N+P+S)、P限制(-P)和S限制(-S)下培養螺旋藻的生物質積累情況。
[0018]圖2為本發明在營養豐富(+N+P+S)、P限制(-P)和S限制(-S)下培養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明的方法和結果進行說明。本發明通過控制營養鹽的添加，采用合適的接種密度、光照、溫度和PH值培養螺旋藻，使其生物質和多糖同時積累。
[0020]實施例1
[0021]考察P限制和S限制條件下螺旋藻生物質和多糖積累情況。
[0022]藻種培養和多糖積累過程均在500mL柱形鼓泡式光生物反應器(玻璃材質，直徑50mm,高 400mm)進行。
[0023]I)藻種的培養
[0024]螺旋藻細胞在營養豐富的培養基(Zarrouk)中培養,培養基用去離子水配制,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，培養溫度30±2°C，連續單排照光，光照強度200 μ mol m - 2s - 1，通入空氣流量0.4vvm。
[0025]2)藻細胞生物質和多糖的同時積累
[0026]將培養至0D560為3的細胞以4000rpm離心