一种利用光催化效应诱导微藻虾青素积累的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用光催化效应诱导微藻虾青素积累的方法，所述方法利用光催化材料在特定的光照下的光催化效应，通过在微藻的虾青素诱导阶段添加TiO2等光催化材料，利用光催化过程产生的活性氧，可有效诱导细胞内虾青素的积累，该方法可替代传统的环境胁迫。本发明专利技术提供的工艺操作简单，诱导效果好，有利于降低藻基虾青素的生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物
，具体涉及一种利用光催化效应诱导微藻虾青素积累的方法。
技术介绍
虾青素是一种酮式次生类胡萝卜素，其分子式为C40H52O4，分子结构中含有两个β-紫罗兰酮环以及11个共轭双键，具有极强的抗氧化性，同时也是一种优良的天然色素，因此可以广泛应用于食品、药品、保健品、水产养殖等行业中，据估算，虾青素全球每年的市场容量在3.2亿美元以上。目前，虾青素的生产主要有三种方式：化学合成法，化学提取法以及生物技术法。化学合成法合成过程的工艺比较复杂，且相对于天然虾青素，化学合成的虾青素的抗氧化和吸收性能远远低于天然虾青素，另外，化学合成的虾青素因安全性等问题在食品药品等行业中存在极大的局限性。化学提取法受制于原料、工艺、生产条件等因素，产量和产品纯度较低。自然界中的多种微生物，包括藻类、细菌和真菌可以积累丰富的虾青素，因此被认为是天然虾青素的最佳来源。尤其是某些微藻，其细胞内含有较高的虾青素，虾青素含量可达细胞干重的4～5％，远远高于酵母等其他微生物，另外，由于微藻中积累的虾青素为纯S-S型构造，活性强于其他来源的虾青素，因此，微藻被认为是天然虾青素的最佳生产体。以雨生红球藻为代表，虾青素生产藻的培养通常采用两段式培养的策略，在培养前期，维持适宜的生长条件，此时细胞主要以游动态的绿色营养细胞形式存在；在培养后期，培养基中的营养物质消耗殆尽或环境条件不适合细胞生长时，细胞的鞭毛脱落，细胞停止分裂，细胞形态变大，处于不动状态，此时虾青素开始大量积累。为促进虾青素的积累，通常需要添加一定的胁迫诱导，包括高光强、高温、缺氮、缺磷等。研究发现，在逆境胁迫条件下，雨生红球藻细胞内的活性氧浓度增加，因此，虾青素的积累被认为是细胞为了淬灭活性氧自由基，抵抗逆境引起的氧化损伤藻细胞的一种自我保护措施(Boussiba S,Bing W,Zarka A,et al.Changes in pigrnent profiles of Haematocoeeus pluvialis during exposure to environmental stresses.Bioteehnol Lett,1999,21:601-604)。常规的胁迫诱导技术通常属于环境胁迫，需要对培养条件进行改变，如增加光照强度，提高培养温度等，在大规模培养中操作比较麻烦，同时能耗较高。因此，开发新型的氧化胁迫诱导对于降低虾青素的生产成本具有重要意义。
技术实现思路
在利用微藻生产虾青素的过程中，通常需要一定的胁迫条件诱导虾青素的合成，针对这一问题，本专利技术的目的在于提供一种利用光催化效应诱导微藻虾青素积累的方法。所述方法通过在微藻的诱导阶段添加光催化材料，利用光催化过程产生的活性氧，可有效诱导细胞内虾青素的积累该方法可替代传统的环境胁迫，具有操作简单、诱导效果好等优点。为实现上述目的，本专利技术所述的一种利用光催化效应诱导微藻虾青素积累的方法包括以下步骤：(1)在常规条件下培养虾青素生产藻，积累细胞；(2)在虾青素诱导阶段，在培养液中加入光催化材料，然后在光照强度为200～1200μmol/m2/s、特定的光源下诱导，诱导过程采用间歇式或连续式诱导；(3)培养结束后，收集细胞，测定并提取胞内的虾青素。优选地，步骤(1)中所述产虾青素的藻包括雨生红球藻，小球藻，绿球藻，血红裸藻等。步骤(2)中所述的光催化材料包括不同晶型的TiO2，金属掺杂TiO2，氧缺陷TiO2，贵金属沉积TiO2，非金属掺杂TiO2等；光催化材料的添加量优选0.02～200mg/L；诱导光源优选紫外光，太阳光，普通日光灯，各色单色光，或者至少两种光源的混合光；优选地，间歇式诱导采用短时多次诱导，每次诱导时间优选2～20min，诱导间隔优选2～4天；连续式诱导时间优选3～10天。本专利技术提供的一种利用光催化效应诱导微藻虾青素积累的方法，可以有效地促进不动阶段虾青素的积累，使得培养过程中虾青素的产率得到大大提高。与传统的虾青素诱导方法相比，本专利技术所述的一种利用光催化效应诱导微藻虾青素积累的方法具有如下有益效果：(1)本专利技术提供的方法可以有效地诱导细胞在不动阶段虾青素的合成，使得虾青素的产率得到显著提高；(2)本专利技术提供的方法可替代传统的高温、高盐等环境胁迫，亦可与传统的胁迫诱导相结合使用；(3)本专利技术提供的方法操作简单，成本低，可有效地降低虾青素的生产成本。具体实施方式为了更好地说明本专利技术，便于理解本专利技术的技术方案，本专利技术的典型但非限制的实施例如下：实施例1(1)在常规条件下，培养雨生红球藻，积累细胞；(2)在虾青素诱导阶段，在培养液中加入0.02mg/L的锐钛矿TiO2，然后在200μmol/m2/s的紫外光下，每隔4天诱导处理2min，培养8天；(3)培养结束后，收集细胞，测定并提取胞内的虾青素。处理效果测试：该诱导条件下的虾青素产率比相同条件下未添加光催化材料组提高了68％。实施例2(1)在常规条件下，培养小球藻，积累细胞；(2)在虾青素诱导阶段，在培养液中加入200mg/L的氧缺陷型TiO2，然后在800μmol/m2/s的太阳光下连续培养5天；(3)培养结束后，收集细胞，测定并提取胞内的虾青素。处理效果测试：该诱导条件下的虾青素产率比相同条件下未添加光催化材料组提高了73％。实施例3(1)在常规条件下，培养绿球藻，积累细胞；(2)在虾青素诱导阶段，在培养液中加入20mg/L的铁掺杂TiO2，然后在600μmol/m2/s的普通日光灯下连续培养3天；(3)培养结束后，收集细胞，测定并提取胞内的虾青素。处理效果测试：该诱导条件下的虾青素产率比相同条件下未添加光催化材料组提高了59％。实施例4(1)在常规条件下，培养血红裸藻，积累细胞；(2)在虾青素诱导阶段，在培养液中加入100mg/L的氮掺杂TiO2，然后在1200μmol/m2/s的蓝光下连续培养8天；(3)培养结束后，收集细胞，测定并提取胞内的虾青素。处理效果测试：该诱导条件下的虾青素产率比相同条件下未添加光催化材料组提高了66％。实施例5(1)在常规条件下，培养小球藻，积累细胞；(2)在虾青素诱导阶段，在培养液中加入2mg/L的金红石TiO2，然后在300μmol/m2/s的紫外光下，每隔2天诱导处理20min，培养6天；(3)培养结束后，收集细胞，测定并提取胞内的虾青素。处理效果测试：该诱导条件下的虾青素产率比相同条件下未添加光催化材料组提高了53％。实施例6(1)在常规条件下，培养雨生红球藻，积累细胞；(2)在虾青素诱导阶段，在培养液中加入150mg/L的银沉积TiO2，然后在500μmol/m2/s的蓝光/红光混合光下连续培养10天；(3)培养结束后，收集细胞，测定并提取胞内的虾青素。处理效果测试：该诱导条件下的虾青素产率比相同条件下未添加光催化材料组提高了64％。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用光催化效应诱导微藻虾青素积累的方法，其特征在于，该工艺包括以下步骤：(1)在常规条件下培养虾青素生产藻，积累细胞；(2)在虾青素诱导阶段，在培养液中加入光催化材料，然后在光照强度为200～1200μmol/m2/s、特定的光源下诱导，诱导过程采用间歇式或连续式诱导；(3)培养结束后，收集细胞，测定并提取胞内的虾青素。

【技术特征摘要】
1.一种利用光催化效应诱导微藻虾青素积累的方法，其特征在于，该工艺包括以下步骤：(1)在常规条件下培养虾青素生产藻，积累细胞；(2)在虾青素诱导阶段，在培养液中加入光催化材料，然后在光照强度为200～1200μmol/m2/s、特定的光源下诱导，诱导过程采用间歇式或连续式诱导；(3)培养结束后，收集细胞，测定并提取胞内的虾青素。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述产虾青素的藻包括雨生红球藻，小球藻，绿球藻，血红裸藻中的一种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的光催...

【专利技术属性】
技术研发人员：王仕楷，崔月花，吴永，汪旭，孙祥圣，田永婷，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32