CN115521890A - 添加外源物质促进螺旋藻产藻蓝蛋白的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种添加外源物质促进螺旋藻产藻蓝蛋白的方法，包括以下步骤：(1)采用兼养培养模式，在培养基中培养螺旋藻；(2)将两种外源物质加入步骤(1)的培养基中进行微藻光自养培养；(3)待步骤(2)培养结束后，采收获得螺旋藻；(4)通过分离提取方法获得步骤(3)得到的螺旋藻的细胞中的藻蓝蛋白。本发明通过添加外源物质促进螺旋藻产生高附加值微藻生物质—藻蓝蛋白，螺旋藻藻蓝蛋白具有许多显著的功效，如抗氧化作用、抗癌作用和作为天然色素等，故螺旋藻藻蓝蛋白的应用相当广泛，具有较高的应用价值。通过外源物质的添加促进螺旋藻产蓝蛋白的方法具有高效性。
Description
技术领域
本发明涉及微藻活性物质提取和藻类培养领域，具体涉及一种海洋微藻培养与通过外源物质促进微藻产藻蓝蛋白的方法。
背景技术
添加外源物质是促进生物量和藻蓝蛋白积累的有效途径。在培养基中补充矿物元素、有机酸和维生素可提高生物量和藻蓝蛋白产量。在螺旋藻的指数生长阶段，逐步添加硒(Se)，可以提升藻蓝蛋白的方法。通过添加谷氨酸钠和琥珀酸，营养富集诱导的代谢胁迫条件可以显著提高螺旋藻的生物量产量和藻蓝蛋白含量。因此，在培养基内添加外源物质对高效生产藻蓝蛋白至关重要。
微藻具有光能利用效率高、繁殖速度快、环境适应性强、生长周期短等特点，且富含蛋白质、不饱和脂肪酸和维生素等多种营养成分。同时，微藻可以快速利用利用外源物质产生活性产物。基于外源物质的添加利用微藻产活性产物技术是当前国内外研究的热点，该技术不仅可以获得的高产量的微藻生物质——可以直接作为饲料、饵料及肥料；也可以分离提取微藻中的天然活性物质，如藻蓝蛋白、不饱和脂肪酸等制备成高附加值产品。
藻胆蛋白有四种类型，即藻红蛋白、藻蓝蛋白、藻红蓝蛋白和异藻蓝蛋白。藻蓝蛋白具有良好的抗氧化剂和自由基清除活性.此外，藻蓝蛋白还具有其他种生物活性，如抗炎、抗癌、抗糖尿病、神经保护和保护肝作用。因此，藻蓝蛋白目前被广泛应用于食品、营养品、化妆品和制药等行业。
据此，针对微藻提取藻蓝蛋白效率低等问题，将基于添加外源物质促进微藻活性物质的产量应用到螺旋藻的培养产藻蓝蛋白的方法，促进螺旋藻产藻蓝蛋白。本发明用于海洋微藻的培养，通过外源物质的添加，获得高附加值的天然活性物质——藻蓝蛋白。并对现有微藻提取藻蓝蛋白的方法进行改进，利用螺旋藻生产藻蓝蛋白的方法或技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种添加外源物质促进螺旋藻产藻蓝蛋白的方法，以解决现有技术中存在的微藻产藻蓝蛋白的成本高以及附加产值低的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种添加外源物质促进螺旋藻产藻蓝蛋白的方法，包括以下步骤：
(1)采用兼养培养模式，在培养基中培养螺旋藻；
(2)将外源物质加入步骤(1)的培养基中，进行微藻光自养培养；
(3)待步骤(2)培养结束后，采收获得螺旋藻；
(4)通过分离提取方法获得步骤(3)得到的螺旋藻的细胞中的藻蓝蛋白。
所述步骤(1)中，兼养培养模式为自养培养，采用Zarrouk培养基，将其中的氯化钠浓度调整为185mM。
所述步骤(1)中，螺旋藻培养液pH调节至9.1-9.5。
所述步骤(1)中，螺旋藻藻种液的接入量为Zarrouk培养基体积的10％。
所述步骤(2)中，外源物质为百能饲和百能太的一种或两种混合，外源物质通过移液管加至Zarrouk培养基中培养螺旋藻。
所述步骤(2)中，将外源物质进行单独灭菌后再加入至Zarrouk培养基，杀菌消毒通过次氯酸钠法、紫外消毒法、高压灭菌任意一种或两种以上结合的方式。
所述步骤(2)中，微藻光自养培养的温度为31℃，培养周期12-16天。
所述步骤(2)中，螺旋藻在光照条件下培养时，光照强度为8000-10000lux；培养采用的装置包括摇瓶、发酵罐或可灭菌光生物反应器，当培养装置为摇瓶时，摇床转速控制在100-150rpm；当培养装置为发酵罐或可灭菌光生物反应器时，开启搅拌和通气，控制溶解氧不低于10％。
所述步骤(3)中，通过过滤网过滤法回收获得微藻。
所述步骤(4)中，通过冻融提取法提取螺旋藻中的藻蓝蛋白。
本发明的原理是：
百能太的主要成分是多肽，能够作为氮源。研究表明，氮源是细胞生长所必需的，并参与氨基酸、嘌呤、嘧啶和其他用于细胞代谢的化合物的合成。因此，在一定范围内的氮浓度的增加可以有效地促进微藻的生长。另外，研究表明氮限制会显著抑制光合活性蛋白例如藻蓝蛋白的合成的，因此为藻细胞生长提供足够的氮源是能够有效促进藻蓝蛋白合成的。百能太中还含有大量的氨基酸，研究表明，不同种类氨基酸的添加能够有效促进螺旋藻的生物量积累，例如L-精氨酸、L-天冬酰胺和L-谷氨酰胺等。
百能饲中含有各种矿物质元素，这些矿物质元素对藻蓝蛋白合成的促进作用报道非常多，例如低浓度(<0.3μg/mL)的Ni能够增加藻蓝蛋白的含量，硒的加入使螺螺旋体最大藻蓝蛋白浓度从226mg/L增加到274mg/L，比对照组高21.2％；通过额外添加谷氨酸钠和琥珀酸也能够显著提高铂节螺旋菌的生物量产量和藻蓝蛋白浓度。
氯化钠提高藻蓝蛋白的产量主要与微藻的生长性能和藻蓝蛋白合成对盐胁迫的代谢反映有关。在100-200mM氯化钠浓度的区域内，生物量的持续积累导致了藻蓝蛋白浓度的增加。另一方面，在细胞受到胁迫时，藻蓝蛋白可能会大量合成来抵抗环境胁迫引起的细胞损伤。
有益效果：本发明通过添加外源物质促进螺旋藻产生高附加值微藻生物质—藻蓝蛋白，螺旋藻藻蓝蛋白具有许多显著的功效，如抗氧化作用、抗癌作用和作为天然色素等，故螺旋藻藻蓝蛋白的应用相当广泛，具有较高的应用价值。通过外源物质的添加促进螺旋藻产蓝蛋白的方法具有高效性。
附图说明
图1是本发明实施例1的螺旋藻培养中干重的变化过程图；
图2是本发明实施例2的螺旋藻培养中藻蓝蛋白浓度的变化过程图。
具体实施方式
本发明的一种添加外源物质促进螺旋藻产藻蓝蛋白的方法，包括以下步骤：
(1)采用兼养培养模式，在培养基中培养螺旋藻；
(2)将外源物质加入步骤(1)的培养基中，进行微藻光自养培养；
(3)待步骤(2)培养结束后，采收获得螺旋藻；
(4)通过分离提取方法获得步骤(3)得到的螺旋藻的细胞中的藻蓝蛋白。
其中，本发明的外源物质为百能饲和百能太的一种或两种混合，百能饲和百能太均购自中国江苏日升昌生物技术公司。百能饲是矿物元素的配合物，由各种无机微量元素组成。通过电感耦合等离子体光学发射光谱仪(ICP-OES)方法的元素分析，Na、K、Cl、Fe、Mn、Mg、Mo、Ba、S、B、Al、Ti、Zn、Rb、Ni和Ir的含量分别为34.24、13.35、7.36、1.37、0.84、0.44、0.23、0.21、0.15、0.12、0.12、0.11、0.09、0.06、0.04、0.03mg和0.01mg.kg-1。百能太是氨基酸、多肽和蛋白质的混合物，通常被认为是多肽复合物，根据公司提供的配方，它分别含有5.1％的氨基酸(<180Da)，34.2％的小肽(180～6000Da)，31.6％的多肽(6000～30000Da)和29.1％的蛋白质(>30000Da),氨基酸的主要类型为精氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、赖氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸和蛋氨酸。
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：
首先采用微藻自养培养模式培养螺旋藻藻种，培养基为Zarrouk培养基。其中将氯化钠浓度调整为185mM，pH调节至9.1-9.5。将100mL的培养基此装入规格为250mL的摇瓶中，然后在115℃、25min的灭菌条件高温灭菌。然后将外源物质进行灭菌处理用移液管转移至培养基中，待冷却后，接入10mL螺旋藻藻种液体，初始接种密度0.21g/L，控制培养温度为31℃。
过程中测定螺旋藻藻细胞浓度及藻蓝蛋白的浓度。从图1中可以看出，藻细胞接种后快速生长，培养至第16天时，添加量为50-1000mg/L百能饲的实验组中螺旋藻的浓度可以达到1.21-1.47g/L。同时，添加量为20-80mg/L百能太的实验组中螺旋藻的浓度可以达到1.31-1.5g/L。因此，百能太和百能饲可以作为外源添加物质促进螺旋藻生物量的积累。
实施例2：
首先采用微藻自养培养模式培养螺旋藻藻种，自养培养模式采用Zarrouk培养基，培养基中的百能饲和百能太的浓度分别调整为50-1000mg/L和20-80mg/L。然后，将螺旋藻藻种10mL接入到250mL摇瓶中(装液量100mL)，初始接种密度0.21g/L，控制培养温度为31℃。
过程中测定藻蓝蛋白的浓度。从图2中可以看出，从藻细胞接种至培养结束后，当百能饲浓度为200-500mg/L时，藻蓝蛋白的浓度最终达到140-170mg/L。同时，当百能太浓度为40-60mg/L时，藻蓝蛋白的浓度最终达到150-172mg/L。因此，添加百能饲和百能太可以促进螺旋藻产藻蓝蛋白。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种添加外源物质促进螺旋藻产藻蓝蛋白的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)采用兼养培养模式，在培养基中培养螺旋藻；
(2)将外源物质加入步骤(1)的培养基中，进行微藻光自养培养；
(3)待步骤(2)培养结束后，采收获得螺旋藻；
(4)通过分离提取方法获得步骤(3)得到的螺旋藻的细胞中的藻蓝蛋白。
2.根据权利要求1所述的添加外源物质促进螺旋藻产藻蓝蛋白的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，兼养培养模式为自养培养，采用Zarrouk培养基，将其中的氯化钠浓度调整为185mM。
3.根据权利要求1所述的添加外源物质促进螺旋藻产藻蓝蛋白的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，螺旋藻培养液pH调节至9.1-9.5。
4.根据权利要求1所述的添加外源物质促进螺旋藻产藻蓝蛋白的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，螺旋藻藻种液的接入量为Zarrouk培养基体积的10％。
5.根据权利要求1所述的添加外源物质促进螺旋藻产藻蓝蛋白的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，外源物质为百能饲和百能太的一种或两种混合，外源物质通过移液管加至Zarrouk培养基中培养螺旋藻。
6.根据权利要求5所述的添加外源物质促进螺旋藻产藻蓝蛋白的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，将外源物质进行单独灭菌后再加入至Zarrouk培养基，杀菌消毒通过次氯酸钠法、紫外消毒法、高压灭菌任意一种或两种以上结合的方式。
7.根据权利要求1所述的添加外源物质促进螺旋藻产藻蓝蛋白的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，微藻光自养培养的温度为31℃，培养周期12-16天。
8.根据权利要求1所述的添加外源物质促进螺旋藻产藻蓝蛋白的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，螺旋藻在光照条件下培养时，光照强度为8000-10000lux；培养采用的装置包括摇瓶、发酵罐或可灭菌光生物反应器，当培养装置为摇瓶时，摇床转速控制在100-150rpm；当培养装置为发酵罐或可灭菌光生物反应器时，开启搅拌和通气，控制溶解氧不低于10％。
9.根据权利要求1所述的添加外源物质促进螺旋藻产藻蓝蛋白的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，通过过滤网过滤法回收获得微藻。
10.根据权利要求1所述的添加外源物质促进螺旋藻产藻蓝蛋白的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，通过冻融提取法提取螺旋藻中的藻蓝蛋白。
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