一种利用光触媒促进雨生红球藻积累虾青素的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用光触媒促进雨生红球藻积累虾青素的方法，属于生物技术领域。该方法首先将光触媒材料加入到纯净水中，配制成分散性良好的光触媒母液；然后将光触媒母液添加到基础培养基中，配制成含有光触媒的诱导培养基；最后将接种完成后的培养基置于光生物反应器中，在光照和搅拌条件下进行培养，诱导雨生红球藻快速积累虾青素。本发明专利技术利用光触媒材料在光催化条件下持续产生活性氧的特性，从而促进雨生红球藻虾青素的合成。本发明专利技术操作简单，可显著增加虾青素的产量，而光触媒材料作为催化剂本身不消耗，可回收利用，成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物
，特别提供了一种利用光触媒促进雨生红球藻积累虾青素的方法。
技术介绍
虾青素（Astaxanthin），即3,3′-二羟基-4,4 ′-二酮基-β,β′-胡萝卜素，化学分子式为C40H52O4，是一种广泛存在于自然界中的类胡萝卜素。天然来源的虾青素是迄今为止自然界发现的最强抗氧化剂，其抗氧化能力是β-胡萝卜素的10倍，辅酶Q10的800倍，可以有效清除自由基，具有抗氧化、抑制肿瘤生成、增强免疫功能、抵御紫外线伤害等多种生理功效。雨生红球藻是天然虾青素的主要生产原料，在2010年获得卫生部批准作为新资源食品，正式进入中国食品、保健品以及日化行业，具有广泛的市场潜力。雨生红球藻是一种单细胞的绿藻，通常在光照较弱、氮磷丰富的环境中藻的存在形态为绿色营养细胞，快速分裂生殖，细胞内虾青素含量较低；在胁迫条件（高光照、高温、高盐或营养盐饥饿等）下，游动细胞或孢子退去鞭毛，转入不动细胞阶段，以不动的厚壁孢子形态存在，并积累大量的虾青素以抵御不良环境。在环境胁迫情况下，细胞内活性氧（ROS）的合成与解毒作用之间的平衡被打破，雨生红球藻细胞内的ROS淬灭系统启动，其中虾青素因合成过程中能够消耗大量ROS而在细胞内大量合成并积累。因此，ROS在藻细胞内的积累是促进虾青素合成的关键因素。目前，虽然有相关文献报道通过添加外源ROS诱生剂如过氧化氢、亚甲基蓝等可以一定程度促进雨生红球藻虾青素的积累，但由于极易分解失效、价格高昂、无法回收利用等因素，难以应用到实际生产中。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种利用光触媒促进雨生红球藻积累虾青素的方法，通过应用光触媒材料在光催化条件下持续产生活性氧的特性，从而提高雨生红球藻虾青素的生产效率。采用的技术方案如下：一种利用光触媒促进雨生红球藻积累虾青素的方法，包括以下步骤：a、将光触媒材料加入到纯净水中并进行分散，配制成浓度为1~10 g/L分散性良好的光触媒母液，将光触媒母液添加到基础培养基中，配制成含有光触媒浓度为1~100 mg/L的诱导培养基；b、将雨生红球藻细胞接种到步骤a所述的含有光触媒的诱导培养基；c、将接种完成后的培养基置于光生物反应器中，在光照和搅拌条件下进行培养，诱导雨生红球藻快速积累虾青素。优选的，征在于：步骤a所述的光触媒母液，其分散方法为机械搅拌、超声波震荡、添加分散剂中的一种。优选的，步骤a所述的光触媒为纳米级的二氧化钛TiO2、氧化锌ZnO、二氧化锆ZrO2、硫化镉CdS、三氧化钨WO3、三氧化二铁Fe2O3、硫化铅PbS、氧化锡SnO2、硫化锌ZnS、钛酸锶SrTiO3、二氧化硅SiO2、银Ag、铂Pt、铑Rh、钯Pd以及复合光触媒材料中的一种或多种。优选的，二氧化钛为锐钛型、金红石型、板钛型晶体结构中的一种或多种。优选的，步骤b所述的基础培养基为含有碳源、氮、硫、磷和微量元素的全营养培养基、缺少其中一种或者多种营养成分的营养缺失培养基、盐度0.1%~5%的加盐培养基中的一种。优选的，步骤c所述的光照为每天24小时连续光照或者间断光照，所述光照采用自然光源、人工光源中的一种或多种；所述的光照其光谱特征为紫外光、可见光、远红外光中的一种或多种。优选的，人工光源为LED灯、荧光灯、紫外灯、白炽灯、卤素灯、钠灯。优选的，步骤c所述的搅拌为鼓泡式搅拌、机械式搅拌、泵循环搅拌。优选的，鼓泡式搅拌其通入的气体为空气或者含有0.5%~5%（v/v）二氧化碳的混合气体。优选的，步骤c所述光生物反应器为平板式光生物反应器、管道式光生物反应器、柱式光生物反应、薄膜立袋或吊袋式光生物反应器、跑道池或圆池光生物反应器、带光源的发酵罐。本专利技术具有以下有益效果：（1）本专利技术操作简单、成本低廉，适合大规模生产应用。（2）通过在培养基中添加光触媒，在一定的光照条件下，利用光触媒光催化产生活性氧的特性，使雨生红球藻积累虾青素的效率得到显著提高。（3）本专利技术提供的方法，积累的虾青素含量高，使用光触媒的实验组虾青素含量比不添加光触媒的对照组提高了37.9%~60.2%。（4）光触媒作为催化剂，在培养过程中不会消耗，在培养结束后，基于光触媒材料与雨生红球藻细胞粒径和比重的差异，通过简单过滤或者沉降等方法可实现回收利用。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。其他任何未背离本专利技术的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、结合、简化，均为等效形式，同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1（1）将主要成分为纳米二氧化钛、纳米银的复合光触媒材料加入到纯净水中，配制的浓度为1g/L，在使用前利用超声波震荡，获得分散性良好的光触媒母液。（2）将光触媒母液添加到含有50mM碳酸氢钠的BBM培养基中，配制成光触媒浓度为10mg/L的诱导培养基。（3）取进入对数生长期后期的雨生红球藻藻种，将藻细胞接种到盛有诱导培养基的柱式光生物反应器内，采用荧光灯进行每天12小时的间断光照培养，并持续通入CO2含量为5%（v/v）的过滤空气进行鼓泡式搅拌。诱导培养10天后，收集藻细胞并使用改良的Boussiba方法测定虾青素含量。实验结果显示，光触媒诱导培养的实验组虾青素含量达到1.66%，相比于未添加光触媒的空白对照组（虾青素含量1.19%）提高了39.5%。实施例2（1）将锐钛型纳米二氧化钛光触媒材料加入到纯净水中，配制浓度为10 g/L，在使用前利用超声波震荡，获得分散性良好的光触媒母液。（2）将光触媒母液添加到含有100 mM醋酸钠的BG11缺氮培养基中，配制成光触媒浓度为100 mg/L的诱导培养基。（3）取进入对数生长期后期的雨生红球藻藻种，将藻细胞接种到添加盛有诱导培养基的透明发酵罐内，采用LED和紫外灯的组合光源进行每天24小时的连续光照培养，并利用搅拌桨和持续通入过滤空气的方式进行搅拌。诱导培养10天后，收集藻细胞并使用改良的Boussiba方法测定虾青素含量。实验结果显示，光触媒诱导培养的实验组虾青素含量达到3.38%，相比于未添加光触媒的空白对照组（虾青素含量2.11%）提高了60.2%。实施例3（1）将锐钛型纳米二氧化钛光触媒材料，加入到纯净水中，配制浓度为2g/L，在使用前利用机械搅拌，获得分散性良好的光触媒母液。（2）将光触媒母液添加到BG11缺氮培养基中，配制成光触媒浓度为50 mg/L的诱导培养基。（3）取进入对数生长期后期的雨生红球藻藻种，将藻细胞接种到盛有诱导培养基的薄膜吊袋式光生物反应器内，在室外自然光条件下培养，并持续通入CO2含量为2%（v/v）的过滤空气进行鼓泡式搅拌。诱导培养10天后，收集藻细胞并使用改良的Boussiba方法测定虾青素含量。实验结果显示，光触媒诱导培养的实验组虾青素含量达到3.24%，相比于未添加光触媒的空白对照组（虾青素含量2.35%）提高了37.9%。实施例4（1）将主要成分为纳米二氧化钛、纳米氧化锌、纳米二氧化硅、纳米银复合光触媒材料加入到纯净水中，配制浓度为7g/L，在使用前利用超声波震荡，获得分散性良好的母液。（2）将光触媒母液添加到含有海水晶的培养基中，盐度为1%，配制成光触媒浓度为5 mg/L的诱导培养基。（3）取进入对数生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用光触媒促进雨生红球藻积累虾青素的方法，其特征在于包括以下步骤：a、将光触媒材料加入到纯净水中并进行分散，配制成浓度为1~10 g/L分散性良好的光触媒母液，将光触媒母液添加到基础培养基中，配制成含有光触媒浓度为1~100 mg/L的诱导培养基；b、将雨生红球藻细胞接种到步骤a所述的含有光触媒的诱导培养基；c、将接种完成后的培养基置于光生物反应器中，在光照和搅拌条件下进行培养，诱导雨生红球藻快速积累虾青素。

【技术特征摘要】
1.一种利用光触媒促进雨生红球藻积累虾青素的方法，其特征在于包括以下步骤：a、将光触媒材料加入到纯净水中并进行分散，配制成浓度为1~10 g/L分散性良好的光触媒母液，将光触媒母液添加到基础培养基中，配制成含有光触媒浓度为1~100 mg/L的诱导培养基；b、将雨生红球藻细胞接种到步骤a所述的含有光触媒的诱导培养基；c、将接种完成后的培养基置于光生物反应器中，在光照和搅拌条件下进行培养，诱导雨生红球藻快速积累虾青素。2.按照权利要求1所述的一种利用光触媒促进雨生红球藻积累虾青素的方法，其特征在于：步骤a所述的光触媒母液，其分散方法为机械搅拌、超声波震荡、添加分散剂中的一种。3.按照权利要求1所述的一种利用光触媒促进雨生红球藻积累虾青素的方法，其特征在于：步骤a所述的光触媒为纳米级的二氧化钛TiO2、氧化锌ZnO、二氧化锆ZrO2、硫化镉CdS、三氧化钨WO3、三氧化二铁Fe2O3、硫化铅PbS、氧化锡SnO2、硫化锌ZnS、钛酸锶SrTiO3、二氧化硅SiO2、银Ag、铂Pt、铑Rh、钯Pd以及复合光触媒材料中的一种或多种。4.按照权利要求3所述的一种利用光触媒促进雨生红球藻积累虾青素的方法，其特征在于：所述二氧化钛为锐钛型、金红石型、板钛型晶体结构中的一种或多种。5.按照权利要求1所述的一种利用光触媒...

【专利技术属性】
技术研发人员：王华，殷淑超，郑玉瑞，代云法，郑玉彬，
申请(专利权)人：山东金晶生物技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37