利用光照提高异养培养平滑菱形藻发酵液中岩藻黄素含量的方法技术

本发明专利技术属于发酵液的后处理，特别是指一种利用光照提高异养培养平滑菱形藻发酵液中岩藻黄素含量的方法。方法包括采用异养培养的方法制备平滑菱形藻发酵液；将制备的平滑菱形藻发酵液在单色光或混合光的照射下转入光生物反应器中，在光照条件下通气诱导培养等工艺步骤；本发明专利技术解决了现有技术存在的异养培养制备的平滑菱形藻发酵液中岩藻黄素含量低的技术难题。具有所制备的平滑菱形藻干燥藻粉中岩藻黄素的含量高、可以稳定实现连续工业化生产、能够从培养基的源头控制重金属、多氯联苯等海洋常见污染物、较大型海藻来源的岩藻黄素更安全等优点。

【技术实现步骤摘要】
利用光照提高异养培养平滑菱形藻发酵液中岩藻黄素含量的方法
本专利技术属于发酵液的后处理，特别是指一种利用光照提高异养培养平滑菱形藻发酵液中岩藻黄素含量的方法。
技术介绍
岩藻黄素(Fucoxanthin)是一种天然的类胡萝卜素，又称岩藻黄质、褐藻素，参与光合作用中光系统II的反应。岩藻黄素具有独特的丙二烯结构，是一种具有强抗氧化性的活性分子，其在细胞、动物以及人体都证实具有多种功能活性，包括抗肥胖、抗糖尿病、抗炎症、抗癌、抗血管生成和抗疟等生理活性。综合以上功能，岩藻黄素是一种具有广阔保健食品和药物开发前景的天然产物，具有巨大的市场价值。目前市场上岩藻黄素主要是通过裙带菜(Undariapinnatifida)、海带(Laminariajaponica)等大型海藻中提取获得。但是上述方法存在着大型海藻在细胞壁厚、多糖类物质含量高、纯化困难和海洋污染等问题，且大型海藻中岩藻黄素含量极低(仅为干重的0.01％-0.07％)，限制了岩藻黄素的应用。海洋微藻细胞中岩藻黄素含量即高达0.6％，是大型海藻的近100倍，是岩藻黄素更好的替代来源。平滑菱形藻(Nitzchialaevis)为一种单细胞藻类，属于硅藻门(Bacillariophyta)。利用平滑菱形藻生产岩藻黄素的研究较少。申请人前期研究发现，平滑菱形藻具有目前最高的岩藻黄素产率9.88mg/(L·d)，且能异养发酵，具有较优的工业化潜力(申请号：201710523735.6)。平滑菱形藻作为一种单细胞植物，光照培养条件下岩藻黄素含量最高可达1.38％(占细胞干重)，但生物量浓度偏低，通常低于1g/L(专利申请号：201710525234.1)。经过发酵罐发酵优化研究，平滑菱形藻细胞密度最高达到21.2g/L，是光照培养的20-30倍，然而发酵后细胞中的岩藻黄素含量仅为0.75％(占细胞干重)，仅为光照条件下培养的一半。因此如何有效提高异养培养制备的平滑菱形藻发酵液中岩藻黄素含量成为该工艺需要解决的技术难题之一。申请人通过检索发现，臧正蓉等(海洋科学，2015，39(7)：1-6)发现不同光质(蓝光、绿光和红光)对光照培养条件下的硅藻三角褐指藻的岩藻黄素含量有明显影响，红光可促进三角褐指藻的生长并提高岩藻黄素含量，而绿光和蓝光则抑制细胞生长和降低岩藻黄素的含量，但该研究所用藻种为三角褐指藻，且是利用单色光的连续照射培养。Heui-Chun等研究了不同光质(蓝光、绿光、红光和白光)对海洋硅藻角毛藻(Chaetoceroscalcitrans)中岩藻黄素积累的影响，发现蓝光刺激岩藻黄素积累，而红光抑制岩藻黄素积累，但该研究所用藻种为角毛藻，且是利用单色光持续照射培养，未探究藻的异养培养特性和对发酵后细胞的岩藻黄素积累影响(BulletinoftheKoreanSocietyofFisheriesTechnology,2014,50:447-454)。申请人发现光质对平滑菱形藻中岩藻黄素积累的影响目前尚未有报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用光照提高异养培养平滑菱形藻发酵液中岩藻黄素含量的方法。通过采用光照处理异养培养平滑菱形藻发酵液，诱导岩藻黄素的积累，进而进一步提高发酵生产岩藻黄素的产率。本专利技术的整体技术构思是：利用光照提高异养培养平滑菱形藻发酵液中岩藻黄素含量的方法，包括如下工艺步骤：A、采用异养培养的方法制备平滑菱形藻发酵液，所述的平滑菱形藻选自平滑菱形藻(Nitzschialaevis)UTEX2047、平滑菱形藻(Nitzschialaevis)CCMP559、或平滑菱形藻(Nitzschialaevis)CCMP1092；B、将步骤A中制备的平滑菱形藻发酵液在单色光或混合光的照射下转入光生物反应器中，在光照条件下通气诱导培养，发酵液装量为20％-80％，培养温度20℃-30℃，诱导周期1-4天；所述的光照强度为不超过200μmol·m-2·s-1,所述光源为单色光或蓝白混合光，蓝光:白光的比例为0-1：0-1。本专利技术的具体技术构思还有：所述的步骤B中光照所用的光源包括但不局限于采用太阳光、荧光灯灯光、LED灯灯光或其组合。为提高光照诱导培养下岩藻黄素的积累效果，优选的技术实施方式是，所述的步骤B中光照诱导培养的条件是：采用三角瓶时将其置于光照摇床中振荡培养，摇床转速为150转/分钟；或采用柱式光生物反应器时通入二氧化碳体积含量低于5％的无菌空气培养，通气量为3升/分钟。更为优选的光照诱导培养条件是，所述的步骤B中光照培养的条件是：选用柱式光生物反应器，在光照强度为5-200μmol·m-2·s-1的条件下通入二氧化碳体积含量低于5％的无菌空气培养，通气量为3升/分钟。更进一步优选的技术实现方式是，所述的步骤B中光照培养的条件是：光照强度为10μmol·m-2·s-1，光源选用白光或蓝光:白光＝1：1的蓝白混合光。优选的步骤A中的异养培养方法是，步骤A中异养培养的方法采用申请号为201710523735.6的说明书中记载的方法。步骤A中异养培养的方法还可以选用其它无光条件下的异养培养方法，均不脱离本专利技术的技术实质。优选的技术实现方式是，步骤A中异样培养的培养基包括如下原料组分：NaCl10g/L-32g/L；Na2SiO3·9H2O30mg/L-700mg/L；MgSO4·7H2O1.09g/L-2.18g/L；CaCl2·2H2O0.1g/L-0.27g/L；KH2PO40.031g/L-0.062g/L；K2HPO40.00375g/L-0.0075g/L；FeCl3·6H2O0.291mg/L-0.582mg/L；MnCl2·4H2O0.025mg/L-0.246mg/L；ZnCl20.031mg/L-0.311mg/L；CoCl2·6H2O0.0114mg/L-0.0228mg/L；Na2MoO4·2H2O0.012mg/L-0.024mg/L；H3BO33.06g/L-30.56g/L；(NH4)6MO7O24·4H2O0.028mg/L-0.278mg/L；Tris-buffer0.089g/L-0.892g/L；H2SO41.64μg/L-16.4μg/L；vitaminB121.5g/L-15×10-5g/L；biotin2.5g/L-25×10-5g/L；氮源0.2g/L-7g/L；pH＝6-9。所述的氮源选用有机氮源、无机氮源或其组合，其中有机氮源包括但不限于酵母膏、蛋白胨、酵母提取物、氨基酸、尿素、蛋白水解物或其组合，无机氮源包括但不限于选用硝酸钾、硝酸钠、氯化铵、碳酸氢铵或其组合。步骤A中优选的培养条件是，步骤A中异样培养的条件为：培养温度20℃-30℃，培养周期为3-12天；采用三角瓶摇床培养，摇瓶转速为100-300转/分钟；采用发酵罐培养，搅拌转速200-700rmp，无菌空气通气量1-3升/分钟。为验证本专利技术的技术效果，申请人采用如下方法进行实验：1、平滑菱形藻细胞干重的测定接种后每隔24小时取3mL发酵液，在转速为3000转/分钟的条件下离心5分钟，ddH2O洗涤后重新离心，重复2次；将发酵液滤至预称重的滤纸上，放入80℃真空干燥箱中烘干至恒重。2、岩藻黄素的检测目前申请人未发现岩藻黄素检测的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.利用光照提高异养培养平滑菱形藻发酵液中岩藻黄素含量的方法，其特征在于包括如下工艺步骤：A、采用异养培养的方法制备平滑菱形藻发酵液，所述的平滑菱形藻选自平滑菱形藻(Nitzschia laevis)UTEX 2047、平滑菱形藻(Nitzschia laevis)CCMP559、或平滑菱形藻(Nitzschia laevis)CCMP 1092；B、将步骤A中制备的平滑菱形藻发酵液在单色光或混合光的照射下转入光生物反应器中，在光照条件下通气诱导培养，发酵液装量为20％‑80％，培养温度20℃‑30℃，诱导周期1‑4天；所述的光照强度为不超过200μmol·m‑2·s‑1,所述光源为单色光或蓝白混合光，蓝光:白光的比例为0‑1：0‑1。

【技术特征摘要】
1.利用光照提高异养培养平滑菱形藻发酵液中岩藻黄素含量的方法，其特征在于包括如下工艺步骤：A、采用异养培养的方法制备平滑菱形藻发酵液，所述的平滑菱形藻选自平滑菱形藻(Nitzschialaevis)UTEX2047、平滑菱形藻(Nitzschialaevis)CCMP559、或平滑菱形藻(Nitzschialaevis)CCMP1092；B、将步骤A中制备的平滑菱形藻发酵液在单色光或混合光的照射下转入光生物反应器中，在光照条件下通气诱导培养，发酵液装量为20％-80％，培养温度20℃-30℃，诱导周期1-4天；所述的光照强度为不超过200μmol·m-2·s-1,所述光源为单色光或蓝白混合光，蓝光:白光的比例为0-1：0-1。2.根据权利要求1所述的利用光照提高异养培养平滑菱形藻发酵液中岩藻黄素含量的方法，其特征在于所述的步骤B中光照所用的光源包括但不局限于采用太阳光、荧光灯灯光、LED灯灯光或其组合。3.根据权利要求1所述的利用光照提高异养培养平滑菱形藻发酵液中岩藻黄素含量的方法，其特征在于所述的步骤B中光照诱导培养的条件是：采用三角瓶时将其置于光照摇床中振荡培养，摇床转速为150转/分钟；或采用柱式光生物反应器时通入二氧化碳体积含量低于5％的无菌空气培养，通气量为3升/分钟。4.根据权利要求1所述的利用光照提高异养培养平滑菱形藻发酵液中岩藻黄素含量的方法，其特征在于所述的步骤B中光照诱导培养的条件是：选用柱式光生物反应器，在光照强度为5-200μmol·m-2·s-1的条件下通入二氧化碳体积含量低于5％的无菌空气培养，通气量为3升/分钟。5.根据权利要求4所述的利用光照提高异养培养平滑菱形藻发酵液中岩藻黄素含量的方法，其特征在于所述的步骤B中光照诱导培养的条件是：光照强度为10μmol·m-2·s-1，光源选用白光或蓝光:白光＝1：1的蓝白混合光。6.根据权利要求1所述的利用光照提高异养培养平滑菱形藻发酵液中岩藻黄素含量的方法，其特征在于步骤A中异养培养的方法采用申请号为2017105...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宾，陈峰，卢雪，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11