CN109536484B - 一种利用磁场干预提高黄丝藻生物量及代谢物的方法 - Google Patents

一种利用磁场干预提高黄丝藻生物量及代谢物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属水产品加工或生物物理加工技术领域，涉及一种利用磁场干预提高黄丝藻生物量及代谢物的方法；具体步骤如下：首先配置BG11培养基，倒入柱式反应器中，接种处于对数期的黄丝藻（Tribonema sp.）；放于气候培养箱中，设置一定的温度、光照强度和光照时间，并通入一定量混有CO2的空气，进行培养；培养1 d后，施用外加磁场处理，继续培养，待培养7 d后进行检测生物量及油脂积累；本发明在黄丝藻等丝状微藻培养系统外加磁场可以提高其细胞中油脂、糖类、蛋白质或具有天然生物活性的次生代谢产物含量，可以充分发挥该丝状微藻的经济潜力。

Description

一种利用磁场干预提高黄丝藻生物量及代谢物的方法
技术领域
本发明属水产品加工或生物物理加工技术领域，具体涉及一种利用磁场干预提高黄丝藻生物量及代谢物的方法。
背景技术
微藻在许多领域具有十分广阔的应用潜力，它可用于生物燃料、食品及动物饲料添加剂、生物活性物质等方面的生产原料。据文献报道，我国微藻生物质产量总共仅约为1万吨/年，然而仅初步统计在海水鱼、对虾及双壳贝所需饵料藻的就可达1.6万吨，造成微藻类生物质需求的缺口巨大。
单细胞微藻收获成本能占微藻生产总成本的20～30％；设备投入接近总体设备投入成本的90％。解决或规避单细胞藻类收获问题是实现藻类生物质低成本商业化生产的重要瓶颈之一。与单细胞藻类相比，丝状微藻是一个可行的选择，它可与培养物中的细菌或真菌结合成生物絮团，容易实现沉分离采收。其中，黄丝藻Tribonema sp.是第一个报道的丝状微藻，它能够积累大量油脂可用于生物柴油生产。此外，还有据报道在环境生物工程领域Tribonema interna显示出449.46mg.g-1的对酚净化能力，它明显高于那些单细胞低吸酚的藻株，如二型栅藻Scenedesmus dimorphus。
目前，微藻的生产成本依旧很高，需要以降低成本效益的方式为微藻的生长及代谢物累积提供新的方法。
发明内容
针对现有技术发不足，本发明旨在解决上述问题之一；本发明提供一种利用磁场干预提高丝状藻生物量及其代谢物含量的新方法，根据本发明所制备的丝状藻类可用于功能食品加工和动物饲料添加剂原料。
为了实现以上目的，本发明的具体步骤如下：
首先配置BG11培养基，倒入柱式反应器中，接种处于对数期的黄丝藻(Tribonemasp.)；放于气候培养箱中，设置一定的温度、光照强度和光照时间，并通入一定量混有CO2的空气，进行培养；培养1天(d)后，施用外加磁场进行处理，继续培养，待培养7d后进行生物量及代谢物的检测分析。
优选的，所述的接种量为培养基体积的5～20％。
优选的，所述的温度为20～30℃。
优选的，所述的光照强度为1500～5000Lx。
优选的，所述的光照时间为24h连续光照或12h/12h光暗周期。
优选的，所述的CO2的用量为空气体积的1％～10％。
优选的，所述的通气量为0.2～0.5vvm。
优选的，所述的磁场强度为10～500mT，处理时间为24h或整个生长期。
采用蒽酮硫酸法测总糖：取1.0mL的藻液混合4mL含0.2％(w/v)的浓H2SO4中，置于100℃水浴加热10min；由于蒽酮与糖作用，混合液颜色变为橙色；使用分光光度计在620nm处测吸光度；
将冷冻干燥(温度-80℃，12h)后得到的藻粉，加入0.5N NaOH，在80℃温度下进行水浴，150rpm搅拌，振荡20min后抽提；蛋白含量采用考马斯亮蓝法分析；
参考Bigogno方法分析油脂含量：取冻干的藻粉使用含10％DMSO的甲醇溶液抽提，5min内升温至40℃，搅拌并保持1h；混合物离心后，收集上清液，残渣使用己烷/乙醚再次抽提(1:1,v/v)；乙醚，正己烷与水，加入上清液各组分体积比1:1:1:1，得到混合物于35℃，100rpm条件下振荡5min，收集上清液；水相再次使用乙醚/正己烷(1:1，v/v)抽提；
生物量的测定：将混合纤维滤膜(孔径为0.45μm，直径为50mm)置于105℃的烘箱中烘干至恒重，干燥器中冷却后称重记为W1，取10mL藻液抽滤，然后再将滤膜置于105℃的烘箱中烘干至恒重干燥器中冷却后称重记为W2，由此可以测出生物质浓度即，生物量(g/L)＝1 000×(W2-W1)/10。
黄丝藻外加磁场培养系统包括光二氧化碳、碳酸氢钠等无机盐自养培养、葡萄糖等有机异养培养或者与两者兼性培养及各类废水等体系；也可以调控培养体系的理化环境因子(如光强、温度、pH、缺氮、限磷等)添加无机盐、酵母及蛋白胨等或缺失某些微量营养元素(S、Se等)进一步提高含菌开放体系中黄丝藻生长速度、生物量及代谢物累积(蛋白质、糖类、脂肪以及EPA、DHA)等。
本发明的有益效果：
(1)本发明利用磁场干预有效提高黄丝藻生物量及其代谢物含量的方法，利用外加磁场的黄丝藻培养系统可以提高其生长速度及生物量累积；在黄丝藻等丝状微藻培养系统外加磁场可以提高其细胞中油脂、糖类、蛋白质或具有天然生物活性的次生代谢产物含量；可以充分发挥该丝状微藻的经济潜力。
(2)本发明的磁场施用具有简单方便、成本低廉、环境友好、适用范围广、且易于屏蔽等优点，而且为黄丝藻等丝状微藻的进一步下游加工转化提供了技术支持，本发明具有可观的应用及推广价值。
具体实施方式
实施例1：
将配制好的BG11培养基倒入柱式反应器中，接入对数期的黄丝藻(Tribonemasp.)(中国淡水藻类种质库)，接种量为培养基体积的10％，置于气候培养箱中，设置温度25℃，24h连续光照，光照强度为1500Lx，通入混有CO2的空气，CO2为空气体积的1.5％，通气量为0.5vvm；培养1d后，施用外加100mT静磁场强度处理24h，继续培养7d后，进行生物量和油脂含量的检测；
加磁场处理的生物量可达6.0g/L，而不加磁场的空白对照组仅有3.7g/L；同时，加磁场处理的油脂含量为黄丝藻干重的60％，不加磁场的空白对照组脂含量为黄丝藻干重的42％，说明外加磁场对黄丝藻的生物量及油脂积累具有促进作用。
实施例2：
将配制好的新鲜BG11培养基倒入光柱反应器中，接入对数期的黄丝藻Tribonemasp.(江苏大学食品学院保存)，接种量为培养基体积的10％，置于气候培养箱中，设置温度25℃，24h连续光照，光照强度为1500Lx，直接通入空气，通气量为0.5vvm；培养1d后，在整个生长期施用外加60mT静磁场强度连续处理，培养到7d后，进行生物量和油脂含量的检测；
加磁场处理的生物量可达4.7g/L，而不加磁场的空白对照组仅有2.5g/L。同时，碳水化合物含量为黄丝藻干重的50％，不加磁场的空白对照组的碳水化合物含量为黄丝藻干重的36％，说明外加磁场对黄丝藻的生物量及碳水化合物积累具有明显的促进作用。
实施例3：
将配制好的BG11培养基倒入柱式反应器中，接入对数期的黄丝藻(Tribonemasp.)(中国淡水藻类种质库)，接种量为培养基体积的5％，置于气候培养箱中，设置温度30℃，光照设定为12h/12h光暗周期，光照强度为5000Lx，通入混有CO2的空气，CO2为空气体积的10％，通气量为0.2vvm；培养1d后，施用外加10mT的静磁场强度处理24h，继续培养7d后，进行生物量和油脂含量的检测；
加磁场处理的生物量可达4.1g/L，而不加磁场的空白对照组仅有2.3g/L；同时，加磁场处理的油脂含量为黄丝藻干重的53％，不加磁场的空白对照组脂含量为黄丝藻干重的37％，说明外加磁场对黄丝藻的生物量及油脂积累具有促进作用。
实施例4：
将配制好的BG11培养基倒入柱式反应器中，接入对数期的黄丝藻(Tribonemasp.)(中国淡水藻类种质库)，接种量为培养基体积的20％，置于气候培养箱中，设置温度20℃，24h连续光照，光照强度为2500Lx，通入混有CO2的空气，CO2为空气体积的1％，通气量为0.3vvm；培养1d后，施用外加500mT的静磁场强度处理24h，继续培养7d后，进行生物量和油脂含量的检测；
加磁场处理的生物量可达6.4g/L，而不加磁场的空白对照组仅有3.3g/L；同时，加磁场处理的油脂含量为黄丝藻干重的69％，不加磁场的空白对照组脂含量为黄丝藻干重的41％，说明外加磁场对黄丝藻的生物量及油脂积累具有促进作用。
实施例5：
在废水开放系统中，接种黄丝藻Tribonema aequale(浙江光语生物公司种质库)，接种量为废水培养基体积的10％，置于气候培养箱中，设置温度25℃，24h连续光照，光照强度为1500Lx，直接通入空气，通气量为0.5vvm；培养1d后，在整个生长期施用外加60mT或80mT静磁场强度连续处理，继续培养9d后，进行生物量和油脂含量的检测；
黄丝藻培养9d后与对照组相比，施加磁场强度60mT及80mT时，生物量分别增加126％与66％；同时实验发现，磁场可以显著影响细胞物质的组成，可以有效提高油脂累积，培养9d后与对照组相比，施加60mT或80mT磁场时，油脂含量分别增加57.8％与65.8％，但总糖含量减少，表明磁场干预很可能对黄丝藻等丝状微藻细胞中的碳物质分配有重要影响。
综上所述，利用磁场干预对黄丝藻等丝状微藻生物量提高及其代谢物含量累积均有促进作用，效果较为显著。而磁场施用具有简单方便、成本低廉、环境友好、适用范围广、且易于屏蔽等优点，该方法具有可观的应用及推广价值。
说明：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (2)

1.一种利用磁场干预提高黄丝藻（Tribonema sp.）生物量及代谢物的方法，其特征在于，步骤如下：
首先配置BG11培养基，倒入柱式反应器中，接种处于对数期的黄丝藻，所述的接种量为培养基体积的5~20%；置于气候培养箱中，设置温度为20~30℃、光照强度为1500~5000Lx、光照时间为24 h连续光照或12h/12h光暗周期，并通入一定量混有CO2的空气，CO2的用量为空气体积的0~10%，通气量为0.2~0.5vvm，进行培养；培养1天后，施加强度为10~500 mT的磁场进行处理，继续培养，待培养7天后进行生物量及代谢物的检测分析。
2.根据权利要求1所述的一种利用磁场干预提高黄丝藻生物量及代谢物的方法，其特征在于，所述磁场处理的时间为24 h或整个生长期。
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