CN106868085A - 一种促进雨生红球藻快速转化积累虾青素的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种促进雨生红球藻快速转化积累虾青素的方法，特点是包括以下步骤：在获得一定细胞浓度的雨生红球藻的基础上，人工添加钨酸钠，使钨酸钠终浓度为1.0‑3.0 mmol/L，抑制雨生红球藻对氮源的利用，模拟胁迫环境，辅以太阳光或者人工光源即可促进雨生红球藻快速转化，更加契合大规模养殖的要求，优点是本发明最终能使雨生红球藻在8‑10天完成转化，单个细胞虾青素含量达400pg/cell以上，虾青素含量比仅强光诱导处理提高了近1.94倍。

Description

一种促进雨生红球藻快速转化积累虾青素的方法
技术领域
本发明涉及一种积累虾青素的方法，尤其是涉及一种促进雨生红球藻快速转化积累虾青素的方法。
背景技术
天然虾青素（astaxanthin）是一种具有极高抗氧化活性的类胡萝卜素类物质, 在医药、食品、保健品、化妆品及饲料添加剂等方面应用广阔，据估计2015年全球虾青素市场估值高达200多亿美元，市场前景十分明朗。而单细胞绿藻雨生红球藻（Haematococcuspluvialis）能在胁迫条件下发生转化，合成和积累大量的虾青素，其含量远高于从其它水产品中的提取量和红发夫酵母发酵的产量，因此雨生红球藻被公认为是自然界中生产天然虾青素最理想的原材料。目前，雨生红球藻规模化养殖处于瓶颈阶段，主要是养殖密度低、转化积累慢、开放式养殖容易污染等问题，如何加快雨生红球藻的转红速度及提高虾青素的积累量是一个重要的产业化问题(蔡明刚等，雨生红球藻规模化培养技术的研究进展，2016)。
目前雨生红球藻规模化养殖主要采用两阶段法，即在营养生长阶段，提供适宜的温度、光照、营养盐等条件，促进雨生红球藻细胞密度的积累；而在转化与积累虾青素阶段则使用高温、强光、缺氮等胁迫条件，促进雨生红球藻的转化和虾青素的累积。但此模式的胁迫方法还不尽完善，产业化应用上仍受到很大的制约，造成养殖困难，虾青素售价偏高，同时，雨生红球藻规模化养殖中细胞转化速度慢、虾青素积累量低是制约虾青素产业化发展的巨大限制因素。因此，迫切需要新的方法突破规模化养殖难题，找到高效诱导雨生红球藻转化并积累虾青素的新方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够有效的促进雨生红球藻的快速转化和虾青素含量的快速积累的促进雨生红球藻快速转化积累虾青素的方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种促进雨生红球藻快速转化积累虾青素的方法，包括以下步骤：利用光生物反应器或跑道池培养雨生红球藻，当雨生红球藻生长至对数生长后期，藻细胞浓度等于或大于2×105个/mL时，添加钨酸钠，使得藻液中钨酸钠终浓度为1.0-4.0 mmol/L，然后利用太阳光或人工光源使光照强度达到100 -200μmol·m–2·s–1，待细胞完全转红，虾青素积累到一定含量后进行雨生红球藻的收集，即可获得富含虾青素的雨生红球藻。
所述的钨酸钠终浓度为3.0 mmol/L。
所述的度达到100μmol·m–2·s–1。
所述的光照培养时间为8-10天。
所述的虾青素含量达到400pg/cell以上即可进行雨生红球藻的收集。
所述的人工光源为LED灯。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明能快速促进雨生红球藻转化并积累虾青素，本发明在藻细胞培养至一定密度后，通过在培养液中添加一定浓度的钨酸钠，从而诱导雨生红球藻快速转化，促进虾青素的积累，辅以合适的光照强度即可达到良好的转化效果。该方法在一定程度上解决了雨生红球藻细胞转化速度低和虾青素积累量少的问题，最终虾青素含量可达500pg/cell左右，效果显著。本发明的方法使得虾青素的积累过程既可以在户外进行，也可以在人工光源下进行，只要保证100μmol·m–2·s–1的光照强度即可，这不仅降低了养殖难度，也节省了养殖成本；本发明方法所用的钨酸钠价格低廉，成本小；本发明使用的钨酸钠浓度较低，对人无害，废水易于处理，绿色环保。
综上所述，本发明提出了一种促进雨生红球藻快速转化积累虾青素的方法，此方法使用人工添加钨酸钠的方法，抑制雨生红球藻对氮源的利用，模拟胁迫环境，辅以太阳光或者人工光源即可快速促进雨生红球藻转化，更加贴合规模化养殖的要求；仅需8-10天即可促进雨生红球藻的转化和虾青素的积累，当单个细胞虾青素含量达400pg/cell以上即可回收藻泥，且随着诱导时间的增加，虾青素含量不断增加，最终可达500pg/cell左右；相同时间下，与仅强照诱导处理相比虾青素含量提高了近1.94倍。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种促进雨生红球藻快速转化积累虾青素的方法，首先在250L跑道池（或者光生物反应器）中进行雨生红球藻的培养，藻液总体积为150L。通过浮游生物计数框测定藻细胞密度，确定藻细胞密度达到2×105个/mL及以上（或藻液OD750值达到0.25），即可进行诱导处理。在藻液中添加钨酸钠（钨酸钠纯度≥99%；化学式：Na2WO4，相对分子质量为329.86；钨酸钠呈无色结晶或白色结晶性粉末，溶于水，不溶于乙醇），使最终浓度分别0、1.0、2.0、3.0和4.0 mmol/L；然后将藻液置于强光下连续光照培养，光强达到100μmol·m–2·s–1以上。本实施例在诱导2、5、10天后回收藻泥，分别测定虾青素含量，结果如表1所示。
表1 不同浓度钨酸钠和对照组雨生红球藻中虾青素含量
钨酸钠浓度(mmol/L) 第2天(pg/cell) 第5天(pg/cell) 第10天(pg/cell)
0 98.71 133.64 254.31
1.0 112.37 233.02 447.81
2.0 111.65 230.69 427.01
3.0 117.39 281.55 494.08
4.0 121.78 222.41 407.67
由表1可知，随着培养时间的增加，累积的虾青素含量随着钨酸钠浓度的升高而逐渐提高，但是当钨酸钠浓度高于4.0 mmol/L时，会造成细胞死亡，细胞密度大幅下降，最终虾青素产量较低。其中虾青素含量采用中华人民共和国国家标准GB/T 31520-2015的方法测定。
实施例2
一种促进雨生红球藻快速转化积累虾青素的方法。首先在250L跑道池中进行雨生红球藻的培养，藻液总体积为150L。通过浮游生物计数框测定藻细胞密度，确定藻细胞密度达到2×105个/mL以上，即可进行诱导处理。在藻液中添加148.5g钨酸钠，终浓度为3.0 mmol/L，并将藻液置于强光下培养，分为连续100μmol·m–2·s–1光照和不连续光照(光:暗=12h:12h)两种方法。本实例在诱导2、5、10天后回收藻泥，分别测定虾青素含量，结果如表2所示。
表2连续光照和非连续光照下雨生红球藻中虾青素含量
光照 第2天(pg/cell) 第5天(pg/cell) 第10天(pg/cell)
连续光照 117.39 281.55 494.08
不连续光照 88.65 219.59 388.24
由表2可知，在使用钨酸钠刺激虾青素积累过程中，既可以使用连续光照、也可以使用非连续光照，但使用连续光照效果最佳。
实施例3
一种促进雨生红球藻快速转化积累虾青素的方法。首先在250L跑道池中进行雨生红球藻的培养，藻液总体积为150L。通过浮游生物计数框测定藻细胞密度，确定藻细胞密度分别达到2×105个/mL时，进行诱导处理。在藻液中添加148.5g钨酸钠，终浓度为3.0 mmol/L，诱导细胞转化。然后将藻液置于强光下连续光照培养，光强分别为50、100、200μmol·m–2·s–1。本实例在诱导2、5、10天后回收藻泥，分别测定虾青素含量，结果如表3所示。
表3不同光照强度下雨生红球藻中虾青素的含量
第2天(pg/cell) 第5天(pg/cell) 第10天(pg/cell)
50 65.38 91.02 197.59
100 117.39 281.55 494.08
200 143.74 293.62 483.14
由表3可知，随着培养时间的增加，累积的虾青素含量随着光照强度的增加而逐渐提高，但是当光照强度为200μmol·m–2·s–1，会造成藻细胞死亡，不利于最终产量的提高。利用太阳光或者人工光源（LED灯）均可促进细胞转化，但其叠加光照强度要达到100 μmol·m–2·s–1以上，如果阳光充足则不需使用人工光源；如果是阴天、晚上等时，辅以人工光源即可。保证总光照强度为100 μmol·m–2·s–1以上即可，但不可过强，过强会造成细胞裂解及死亡；在诱导后期，细胞耐受性强时可适当加大光照强度。
当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例。本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种促进雨生红球藻快速转化积累虾青素的方法，其特征在于包括以下步骤：利用光生物反应器或跑道池培养雨生红球藻，当雨生红球藻生长至对数生长后期，藻细胞浓度等于或大于2×105个/mL时，添加钨酸钠，使得藻液中钨酸钠终浓度为1.0-4.0mmol/L，然后利用太阳光或人工光源使光照强度达到100-200μmol·m–2·s–1，待细胞完全转红，虾青素积累到一定含量后进行雨生红球藻的收集，即可获得富含虾青素的雨生红球藻。
2.根据权利要求1所述的一种促进雨生红球藻快速转化积累虾青素的方法，其特征在于：所述的钨酸钠终浓度为3.0mmol/L。
3.根据权利要求1所述的一种促进雨生红球藻快速转化积累虾青素的方法，其特征在于：所述的度达到100μmol·m–2·s–1。
4.根据权利要求1所述的一种促进雨生红球藻快速转化积累虾青素的方法，其特征在于：所述的光照培养时间为8-10天。
5.根据权利要求1所述的一种促进雨生红球藻快速转化积累虾青素的方法，其特征在于：所述的虾青素含量达到400pg/cell以上即可进行雨生红球藻的收集。
6.根据权利要求1所述的一种促进雨生红球藻快速转化积累虾青素的方法，其特征在于：所述的人工光源为LED灯。
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