一种先兼养-后自养微藻生产叶黄素的方法技术

本发明专利技术涉及一种先兼养‑后自养微藻生产叶黄素的方法，包括以下步骤：1）兼养生长阶段：将微藻种子液接入装有发酵培养基的光生物反应器中，当体系中溶氧值上升至3~7 mg/L时，开始流加有机碳源溶液，使得有机碳源浓度达1~3 g/L，通过兼养方式促进藻细胞快速生长；2）待藻细胞生物量达3.0~7.0 g/L时，停止流加有机碳源，藻细胞进入自养阶段，通过自养方式诱导藻细胞叶黄素积累。采用本发明专利技术方法培养的微藻生物量浓度可达3.5~10.0 g/L，叶黄素产量30~120 mg/L，叶黄素产率4.5~10.0 mg/L/d，且发酵周期短，生产工艺简单，能够显著提高微藻叶黄素生产的工业化前景。

【技术实现步骤摘要】
一种先兼养-后自养微藻生产叶黄素的方法
本专利技术属于微生物发酵工艺领域，具体涉及一种先兼养-后自养微藻生产叶黄素的方法。
技术介绍
叶黄素是一种含氧类胡萝卜素，由于具有较强的抗氧化、抗炎和着色等特性，被广泛应用于食品、饲料添加剂、保健品和医药等行业。市售的叶黄素主要来源于万寿菊，但是利用万寿菊生产叶黄素存在生长速度慢、须季节性采收、劳动力成本高和占用大量耕地资源等问题。由于微藻具有生长速度快、叶黄素含量高、不占用耕地、可以全年收获等优点，近年来利用微藻生产叶黄素受到越来越多的关注（Lin,J.H.,Lee,D.J.,Chang,J.S.,2015.Luteinproductionfrombiomass:Marigoldflowersversusmicroalgae.BioresourceTechnology,184,421-428）。目前利用微藻生产叶黄素的培养方式主要有自养、异养和兼养。微藻自养培养是生产叶黄素的常用方式，主要是由于叶黄素在吸收传递光能量、猝灭三线态叶绿素和避免光合机构被光氧化破坏等方面起到重要作用（Jahns,P.,Holzwarth,A.R.,2012.TheroleofthexanthophyllcycleandofluteininphotoprotectionofphotosystemII.BBA-Bioenergetics1817(1),182-193），因此在自养条件下藻细胞往往可积累较高的叶黄素含量（Chen,J.H.,Chen,C.Y.,Chang,J.S.,2017a.Luteinproductionwithwild-typeandmutantstrainsofChlorellasorokinianaMB-1undermixotrophicgrowth.JournaloftheTaiwanInstituteofChemicalEngineers,79:66-73）。但在自养条件下，藻细胞生长速度相对缓慢，从而在一定程度上限制了其商业化应用。另一方面，一些微藻还可在无光条件下利用有机碳源进行异养生长，从而获得可观的生物量生产效率，但同时染菌风险较高，无光条件也会导致藻细胞叶黄素含量较低（Chen,C.Y.,Lu,I.C.,Nagarajan,D.,Chang,C.H.,Ng,I.S.,Lee,D.J.,Chang,J.S.,2018.Ahighlyefficienttwo-stagecultivationstrategyforluteinproductionusingheterotrophiccultureofChlorellasorokinianaMB-1-M12.BioresourceTechnology,253:141-147）。而在兼养条件下，微藻生长兼具自养和异养的代谢优势，可在光照条件下同时利用有机碳源和无机碳源进行有氧呼吸和光合作用。近年来，兼养培养已成为微藻叶黄素生产的一种有效方式，具有生物量大、叶黄素含量高、产率高等优点（Chen,J.H.,Chen,C.Y.,Chang,J.S.,2017a.Luteinproductionwithwild-typeandmutantstrainsofChlorellasorokinianaMB-1undermixotrophicgrowth.JournaloftheTaiwanInstituteofChemicalEngineers,79:66-73;Chen,C.Y.,Ho,S.H.,Liu,C.C.,Chang,J.S.,2017b.EnhancingluteinproductionwithChlorellasorokinianaMb-1byoptimizingacetateandnitrateconcentrationsundermixotrophicgrowth.JournaloftheTaiwanInstituteofChemicalEngineers,79:88-96）。乙酸盐、葡萄糖和甘油是微藻生长中最常见的有机碳源。其中，由于乙酸盐相对廉价且很少能被细菌利用，因此可减轻兼养过程的染菌问题，较适合用于户外大规模培养（Chen,C.Y.,Ho,S.H.,Liu,C.C.,Chang,J.S.,2017b.EnhancingluteinproductionwithChlorellasorokinianaMb-1byoptimizingacetateandnitrateconcentrationsundermixotrophicgrowth.JournaloftheTaiwanInstituteofChemicalEngineers,79:88-96）。适量添加乙酸盐可促进藻细胞生长，但浓度过高会对藻细胞生长产生抑制作用（Chen,C.Y.,Ho,S.H.,Liu,C.C.,Chang,J.S.,2017b.EnhancingluteinproductionwithChlorellasorokinianaMb-1byoptimizingacetateandnitrateconcentrationsundermixotrophicgrowth.JournaloftheTaiwanInstituteofChemicalEngineers,79:88-96）。此外，乙酸盐也会在一定程度上抑制光合作用所需蛋白质的合成，从而降低光合作用速率，进而影响藻细胞叶黄素积累（Chen,C.Y.,Ho,S.H.,Liu,C.C.,Chang,J.S.,2017b.EnhancingluteinproductionwithChlorellasorokinianaMb-1byoptimizingacetateandnitrateconcentrationsundermixotrophicgrowth.JournaloftheTaiwanInstituteofChemicalEngineers,79:88-96）。因此，当微藻利用乙酸盐作为有机碳源生产叶黄素时，应考虑采用流加培养策略来控制培养液中的乙酸盐浓度，从而避免高浓度乙酸盐对藻细胞生长及叶黄素积累产生不利影响。然而目前培养液中乙酸盐的测定需通过液相色谱、离子色谱等设备来测定，因此检测结果存在一定的滞后性，无法实时了解培养液中乙酸盐的消耗情况，导致无法较好地调控乙酸盐的流加过程，从而对培养过程产生影响。截至目前，尚没有一种成熟的培养方法可以实现快速监测微藻兼养过程中有机碳源的浓度，以及同时解决微藻叶黄素积累与细胞生长相悖的技术问题。
技术实现思路
为了弥补上述现有技术的不足，本专利技术提出一种先兼养-后自养微藻生产叶黄素的发酵工艺，通过该工艺可实现微藻兼养过程有机碳源的及时流加控制，以促进藻细胞快速生长，进一步通过切换培养方式可使得藻细胞在自养诱导条件下快速积累叶黄素。采用该发酵工艺，不仅能够在较短培养周期内实现藻细胞的快速生长，而且藻细胞还可积累高含量的叶黄素，从而解决了微藻叶黄素积累与细胞生长相悖的技术问题，可为微藻叶黄素生产提供一种新方法。本专利技术的技术方案包括以下步骤：1）兼养生本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种先兼养-后自养微藻生产叶黄素的方法，其特征在于包括以下步骤：/n1）兼养生长阶段：将微藻种子液接入装有发酵培养基的光生物反应器中，控制一定培养条件进行发酵培养；每当培养体系中溶氧值上升至一定浓度时，开始流加有机碳源溶液，使得培养液中有机碳源达一定浓度；同时每当培养液中的氮源浓度降至一定浓度时，开始流加不包含有机碳源的发酵培养基浓缩液，通过兼养方式促进藻细胞快速生长；/n2）自养诱导阶段：待藻细胞生物量达一定浓度时，停止流加有机碳源溶液，藻细胞即从兼养阶段进入自养阶段；控制一定培养条件进行自养培养，同时每当培养液中的氮源浓度降至一定浓度时，开始流加不包含有机碳源的发酵培养基浓缩液，通过自养方式诱导藻细胞叶黄素积累。/n

【技术特征摘要】
1.一种先兼养-后自养微藻生产叶黄素的方法，其特征在于包括以下步骤：
1）兼养生长阶段：将微藻种子液接入装有发酵培养基的光生物反应器中，控制一定培养条件进行发酵培养；每当培养体系中溶氧值上升至一定浓度时，开始流加有机碳源溶液，使得培养液中有机碳源达一定浓度；同时每当培养液中的氮源浓度降至一定浓度时，开始流加不包含有机碳源的发酵培养基浓缩液，通过兼养方式促进藻细胞快速生长；
2）自养诱导阶段：待藻细胞生物量达一定浓度时，停止流加有机碳源溶液，藻细胞即从兼养阶段进入自养阶段；控制一定培养条件进行自养培养，同时每当培养液中的氮源浓度降至一定浓度时，开始流加不包含有机碳源的发酵培养基浓缩液，通过自养方式诱导藻细胞叶黄素积累。


2.根据权利要求1所述的一种先兼养-后自养微藻生产叶黄素的方法，其特征在于，步骤1）中，发酵培养基为BG11培养基，其中调整硝酸钠浓度为0.5~1.0g/L、额外添加有机碳源浓度为1~3g/L，有机碳源为乙酸钠。


3.根据权利要求1所述的一种先兼养-后自养微藻生产叶黄素的方法，其特征在于，步骤1）中，培养条件为：接种后控制反应器中藻细胞初始浓度为75~200mg/L，培养过程中，温度控制在25~35℃，光照强度控制在100~750μmol/m2/s，在所通气体中二氧化碳浓度保持在1%~4%，通气量控制在0.02~0.2VVM，培养3~5天。


4.根据权利要求1所述的一种先兼养-后自养微藻生产叶黄素的方法，其特征在于，步骤1）中，每当培养体系中溶氧值上升...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢友坪，陈剑锋，马瑞娟，刘乐冕，石新国，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35