CN117865728A - 光合细菌提取类胡萝卜素及其废液资源化利用的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光合细菌提取类胡萝卜素及其废液资源化利用的方法，包括对光合细菌发酵液进行分离处理得到光合细菌发酵废液和光合细菌菌体；利用低共熔萃取剂从光合细菌菌体中萃取类胡萝卜素，加入树脂吸附，分离处理得到吸附有类胡萝卜素的树脂和类胡萝卜素萃取废液；将光合细菌发酵废液和类胡萝卜素萃取废液的稀释液混合得到水培营养剂；将水培营养剂与基础营养液混合获得蔬菜水培液。该方法能够环保高效地从光合细菌中提取出高活性类胡萝卜素；利用过程中产生的废液制成的水培肥具有促进蔬菜生长，提升蔬菜产量和品质的肥效，且降低了培育成本。该方法提取过程无任何有毒废液排出，实现了提取过程的环境友好和废液的充分资源化利用。
Description
技术领域
本发明属于生物活性物质提取和水培营养液制备技术领域，涉及一种光合细菌提取类胡萝卜素及其废液资源化利用的方法，具体涉及一种光合细菌提取类胡萝卜素以及利用其废液制备水培营养剂和蔬菜水培液的方法。
背景技术
类胡萝卜素是自然界中一类重要的脂溶性色素，因结构不同使其显现不同颜色。类胡萝卜素抗氧化性强，具有保持上皮细胞稳定、提高免疫力和维持视觉功能等多种生理功能，常作为着色剂、抗氧化剂和生物活性物质应用于食品、医药和化妆品等行业。类胡萝卜素的来源主要有化学法合成、从植物组织提取和从微生物细胞提取这三种途径。由于化学法合成类胡萝卜素有技术复杂，环境污染大和产品品质低等缺陷，从植物组织提取则有周期长、产量低且易受环境影响的不足，所以从生长速度快、培养成本低，且类胡萝卜素含量丰富的光合细菌等微生物细胞中提取类胡萝卜素的方法成为当前研究的热点。
光合细菌是一类能进行光合作用而不产氧的特殊生理类群的原核生物的总称。光合细菌细胞内含有多种维生素、丰富的蛋白质和氨基酸以及辅酶Q10等多种生理活性物质，特别是含有丰富的类胡萝卜素，可以作为天然类胡萝卜素的一大来源。沼泽红假单胞菌(Rhodopseudomonas palustris)是典型的紫色非硫光合细菌代表菌株之一，是我国农业农村部公布允许使用的饲料级微生物，在食品工业、环境治理、制药工程、生物菌肥和饲料级微生物添加剂等方面应用广泛。
从光合细菌等微生物细胞提取类胡萝卜素时，传统方法是用二甲基亚砜(DMSO)、石油醚和丙酮等有毒有机溶剂提取，该法需要耗用大量有机溶剂，费时且提取过程中产生大量废液，环境污染大，提取成本高，所得类胡萝卜素有溶剂残留、品质低等缺陷。而且光合细菌一般来源于人工光照厌氧培养，获得大量菌体的同时伴随着大量发酵废液的产生，这些废液直接排放也会造成环境污染。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种光合细菌提取类胡萝卜素及其废液资源化利用的方法，该方法能够环保高效地从光合细菌中提取出高活性的类胡萝卜素；同时将过程中产生的废液经过配比和pH调节后制备为水培营养剂，加入到基础营养液中制得蔬菜水培液，具有促进蔬菜生长，提升蔬菜的产量和品质的肥效，且降低了培育成本。提取过程无任何有毒废液排出，实现了提取过程的环境友好和废液的充分资源化利用。
为此，本发明第一方面提供了一种水培营养剂，其由光合细菌发酵废液和类胡萝卜素萃取废液的稀释液组成；
其中，所述光合细菌发酵废液是通过对光合细菌发酵液进行离心和/或超滤分离处理，分离出光合细菌菌体后获得；
所述稀释后的类胡萝卜素萃取废液是通过低共熔萃取剂从光合细菌菌体中萃取类胡萝卜素并对所获得的类胡萝卜素萃取液进行分离处理后获得；
所述类胡萝卜素萃取废液的稀释液由类胡萝卜素萃取废液稀释10-50倍，优选稀释20-40倍获得。
本发明中，所述低共熔萃取剂由低共熔溶剂和甲醇组成；所述低共熔溶剂由氯化胆碱和酒石酸组成。
在本发明的一些实施例中，所述低共熔溶剂中氯化胆碱与酒石酸的摩尔比为2:1。
在本发明的一些实施例中，在低共熔萃取剂中，基于低共熔溶剂的质量计，甲醇的加入量为20wt％。
在本发明的一些实施例中，所述水培营养剂的pH值为6.6-7.0。
本发明第二方面提供了一种蔬菜水培液，其由本发明第一方面所述的水培营养剂与基础营养液组成。
在本发明的一些实施例中，所述蔬菜水培液中，水培营养剂的体积为基础营养液的1％-5％，优选为1％-3％。
本发明第三方面提供了一种光合细菌提取类胡萝卜素及其废液资源化利用的方法，其包括：
步骤A，对光合细菌发酵液进行离心和/或超滤分离处理，得到光合细菌发酵废液和光合细菌菌体；
步骤B，在超声辅助下利用低共熔萃取剂从光合细菌菌体中萃取类胡萝卜素，向所获得的类胡萝卜素萃取液中加入树脂吸附，分离处理得到吸附有类胡萝卜素的树脂和类胡萝卜素萃取废液；
步骤C，将光合细菌发酵废液和类胡萝卜素萃取废液的稀释液混合，调节pH值，即得到水培营养剂。
本发明中，所述光合细菌为沼泽红假单胞菌。
根据本发明，所述低共熔萃取剂由低共熔溶剂和甲醇组成；所述低共熔溶剂由氯化胆碱和酒石酸组成。
在本发明的一些实施例中，在低共熔溶剂中，所述氯化胆碱与酒石酸的摩尔比为2:1。
在本发明的一些实施例中，基于低共熔溶剂的质量计，甲醇的加入量为20wt％。
根据本发明，在步骤B中，光合细菌菌体的质量(g)与低共熔萃取剂的体积(mL)比为1:50～100，优选为1:70～80。
在本发明的一些实施例中，在步骤B中，所述萃取的温度为40-60℃，优选为45-55℃；所述萃取的时间为8-14分钟，优选为10-12分钟。
根据本发明，在步骤C中，所述类胡萝卜素萃取废液的稀释液由类胡萝卜素萃取废液稀释10-50倍，优选为稀释20-40倍获得。
根据本发明，在步骤C中，调节pH值至6.6-7.0。
根据本发明，所述方法还包括步骤D，将水培营养剂与基础营养液混合，获得蔬菜水培液。
在本发明的一些实施例中，所述蔬菜水培液中，水培营养剂的体积为基础营养液的1％-5％，优选为1％-3％。
本发明提供了一种光合细菌提取类胡萝卜素及其废液资源化利用的方法，该方法用低共熔萃取剂从光合细菌菌体中提取类胡萝卜素，同时将过程中产生的废液资源化利用制备为蔬菜水培营养剂，加入到基础营养液中制得蔬菜水培液；该方法的有益效果在于：
(1)用低共熔溶剂提取光合细菌的类胡萝卜素成本低、提取率高、毒性小、操作简单，适合工业化推广。提取过程中产生的发酵废液和萃取废液均得到了回收利用制备成了蔬菜水培营养剂，变废为宝，兼有经济效益和环境效益。
(2)用本方法所得的蔬菜水培液种植生菜能够降低培育成本，同时通过对生菜产量和营养物质含量的测定发现，本蔬菜水培液能够有效提升蔬菜的产量和品质。
附图说明
下面将结合附图来说明本发明。
图1示出光合细菌菌体的质量(g)与低共熔萃取剂的体积(mL)比对类胡萝卜素提取量的影响。
图2示出萃取温度对类胡萝卜素提取量的影响。
图3示出萃取时间对类胡萝卜素提取量的影响。
图4示出萃取废液稀释倍数对生菜鲜重的影响。
具体实施方式
为使本发明容易理解，下面将结合附图来详细说明本发明。但在详细描述本发明前，应当理解本发明不限于描述的具体实施方式。还应当理解，本文中使用的术语仅为了描述具体实施方式，而并不表示限制性的。
除非另有定义，本文中使用的所有术语与本发明所属领域的普通技术人员的通常理解具有相同的意义。虽然与本文中描述的方法和材料类似或等同的任何方法和材料也可以在本发明的实施或测试中使用，但是现在描述了优选的方法和材料。
Ⅰ、术语
本发明所述用语“低共熔萃取剂”是指将甲醇按一定比例加入到由氯化胆碱和酒石酸组成的低共熔溶剂中所得的溶剂，其能够萃取破碎的光合细菌菌体内的类胡萝卜素。
本发明所述用语“水培营养剂”是指回收提取光合细菌菌体内类胡萝卜素后产生的萃取废液，稀释一定倍数后与分离光合细菌菌体时产生的所有发酵废液混合，调节pH至6.6-7.0后所得，其中存在大量的有益成分(如维生素、氨基酸、促生长因子等大量生理活性物质)能促进植物生长。
本发明所述用语“3/5配方量的霍格兰营养液”是指按照表1中所示的配方制备的霍格兰营养液，与水按照3:2的体积比混合所得的基础营养液(浓度为60％)。
本发明所述用语“蔬菜水培液”是指将“水培营养剂”按照一定比例加入到基础营养液中，所得的能够直接用于培育蔬菜的水培液。
本发明所述用语“资源化”是指将光合细菌发酵废液和类胡萝卜素萃取废液直接作为原料进行利用或者对其进行再生利用，例如将光合细菌发酵废液和类胡萝卜素萃取废液用于配制水培营养剂和/或蔬菜水培液等。资源化是循环经济的重要内容。
Ⅱ、实施方案
如前文所述，由于化学法合成和从植物组织中提取类胡萝卜素的方式总是伴随着成本高、周期长、产量低、污染大等缺陷，从光合细菌等微生物细胞中提取类胡萝卜素的生产方法前景可观。传统提取类胡萝卜素的方法是用DMSO、丙酮、石油醚等有毒有机溶剂提取，要耗用大量有机溶剂，且有费时、环境污染大、所得产物有溶剂残留、品质低等缺陷。为此，本发明人对于如何从光合细菌细胞内高效环保地提取出高品质的类胡萝卜素做了大量研究。
光合细菌细胞内含有丰富的类胡萝卜素，可以作为天然类胡萝卜素的一大重要来源。光合细菌代谢方式多样，既能光能自养、光能异养，也能化能自养和化能异养，具有非常强的环境适应能力，且培养成本低，繁殖能力强，生长周期短，这使得光合细菌产类胡萝卜素具有来源易得、成本低、周期短、产量高等优势。低共熔溶剂是近些年受到广泛关注的一种新型绿色溶剂，它是由一定化学计量比的氢键受体和氢键供体组合而成的低共熔混合物，具有制备简单、成本低、毒性低、溶解性好、稳定和不易挥发等优点，被认为是传统挥发性有机溶剂的替代品。
本发明人经过大量实验，对比了多种不同组分、组成的低共熔溶剂对类胡萝卜素的提取率。实验过程中由于低共熔溶剂粘度太高，光合细菌菌体在其中很难悬浮均匀，故而向其中加入了适量的甲醇以降低粘度，提高提取率。实验结果显示用氯化胆碱和酒石酸组成的低共熔溶剂的提取率最高，故本方法选择用氯化胆碱、酒石酸和甲醇组成的低共熔萃取剂来萃取光合细菌菌体内的类胡萝卜素。
光合细菌一般来源于人工光照厌氧培养，获得大量菌体的同时伴随着大量发酵废液的产生，这些废液中含有大量的营养物质，直接排放会造成资源浪费和水环境污染。低共熔萃取剂提取光合细菌类胡萝卜素的过程中也会产生一定量萃取废液，如果直接排放，同样会造成环境污染。
光合细菌具有很强的固氮、解磷能力，在农业上有着较为广泛的应用。本发明人经过研究发现分离去除了光合细菌菌体的发酵废液中含有丰富的B族维生素和氨基酸、泛酸、叶酸等，还含有抗病毒物质、促生长因子和辅酶Q等多种生理活性物质。本发明人通过大量实验研究发现将该发酵废液施用于蔬菜具有良好肥效，可以促进植株生长发育、有效提升产量，而且能提高产品可溶性蛋白、维生素和类胡萝卜素等营养物质的含量，故上述大量发酵废液可回收用于培育蔬菜。
低共熔萃取剂中包含三种成分，分别是氯化胆碱、酒石酸和甲醇，通过研究发现这些物质同样可以应用于农业生产。氯化胆碱是一种成本低廉的有机物，易生物降解，无环境副作用，常用作饲料添加剂；氯化胆碱还是一种植物光合作用促进剂，对植物的生长发育也有一定的调节作用，能增加作物产量，提高发芽率等。酒石酸是存在于多种植物中的有机羧酸之一，能够用于土壤修复，可生物降解，不会造成二次污染，环境友好。甲醇是结构最为简单的饱和一元醇，农业上通常用作防冻剂，也用于制造生长促进剂，可以促进作物增产，保持枝叶鲜嫩，减少灌溉用水，有利于旱地作物的生长。本发明人通过大量研究发现回收萃取废液用于培育蔬菜也有良好的肥效。
上述这种将废液回收资源化利用于培育蔬菜的方法目前尚未见报道。
综上，本发明人研究设计采用氯化胆碱、酒石酸和甲醇组成的低共熔体系萃取光合细菌菌体内的类胡萝卜素，并将过程中产生的所有废液回收经过合适配比和调整可用于制备水培营养剂和蔬菜水培液，并用于培育蔬菜，并由此获得本发明。
因此，本发明所涉及的光合细菌提取类胡萝卜素及其废液资源化利用的方法包括:
步骤A，对光合细菌发酵液进行离心和/或超滤分离处理，分别得到光合细菌发酵废液和光合细菌菌体；
步骤B，在超声辅助下利用低共熔萃取剂从光合细菌菌体中萃取类胡萝卜素，向所获得的类胡萝卜素萃取液中加入树脂吸附，分离处理得到吸附有类胡萝卜素的树脂和类胡萝卜素萃取废液；
步骤C，将光合细菌发酵废液和类胡萝卜素萃取废液的稀释液混合，调节pH值，即得到水培营养剂。
可以看出，本发明所涉及的光合细菌提取类胡萝卜素及其废液资源化利用的方法，可以理解为采用低共熔萃取剂提取光合细菌中的类胡萝卜素同时将过程中产生的废液资源化利用制备为水培营养剂，加入到基础营养液中制得蔬菜水培液的方法。
因此，上述光合细菌提取类胡萝卜素及其废液资源化利用的方法也可以理解为一种光合细菌提取类胡萝卜素及其废液资源化利用制备水培营养剂的方法，也可以理解为一种水培营养剂的制备方法。
本发明中，所述光合细菌菌种为沼泽红假单胞菌菌株(Rhodopseudomonaspalustris)，其保藏编号为CGMCCNO.1.2180(中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，北京市朝阳区北辰西路1号院3号，中国科学院微生物研究所)。
根据本发明的一些实施方式，在步骤A中，取一定量处于生长平衡期的沼泽红假单胞菌发酵液，置于离心机中，12000rpm离心10min，去上清后加入相同体积的去离子水反复离心清洗3次，得到光合细菌菌体和光合细菌发酵废液。
在本发明的一些实施例中，按照摩尔比2:1的比例将氯化胆碱和酒石酸混合于锥形瓶中，加入转子，密封后置于80℃磁力搅拌水浴锅中搅拌加热，直至溶液澄清无沉淀，冷却至室温即得到低共熔溶剂。
在本发明的一些实施例中，基于低共熔溶剂的质量计，向其中加入20wt％的甲醇，得到低共熔萃取剂。
根据本发明的一些实施方式，在步骤B中，将菌体悬浮于低共熔萃取剂中置于超声辅助下进行萃取；其中，光合细菌菌体的质量与低共熔萃取剂的体积比为1:50～100，优选为1:70～80，更优选为1:75。
在本发明的一些实施例中，所述萃取的温度为40-60℃，优选为45-55℃，更优选为55℃。
在本发明的一些实施例中，所述萃取的时间为8-14分钟，优选为10-12分钟，更优选为10分钟。
根据本发明的一些实施方式，在步骤B中，超声结束后离心(15000rpm，20min)，回收富含类胡萝卜素的上清液(类胡萝卜素萃取液)，置于锥形瓶中，加入质量(g)为该上清液体积(mL)数值一半的大孔树脂D101(北京化工厂有限责任公司)，放入28℃恒温振荡器中震荡吸附24h，类胡萝卜素即被吸附在大孔树脂中，剩余类胡萝卜素萃取废液。
根据本发明的一些实施方式，在步骤C中，将稀释后的萃取废液与分离产生的全部发酵废液混合，调节pH值至6.6-7.0，得到水培营养剂。
在本发明的一些实施例中，将过程中产生的全部类胡萝卜素萃取废液稀释10-50倍，优选为稀释20-40倍，更进一步优选为稀释30倍，获得类胡萝卜素萃取废液的稀释液。
在本发明的一些具体优选的实施例中，将光合细菌发酵废液与稀释30倍后的萃取废液混合，调节pH值至6.6-7.0，得到水培营养剂。
从上述可以看出，本发明中的水培营养剂是由光合细菌发酵废液和类胡萝卜素萃取废液的稀释液组成；其中，所述光合细菌发酵废液是通过对光合细菌发酵液进行离心和/或超滤分离处理，分离出光合细菌菌体后获得；所述类胡萝卜素萃取废液的稀释液是通过低共熔萃取剂从光合细菌菌体中萃取类胡萝卜素并分离处理后剩余的萃取废液稀释后获得；所述水培营养剂的pH值为6.6-7.0。
根据本发明的一些实施方式，光合细菌提取类胡萝卜素及其废液资源化利用的方法还包括步骤D，将水培营养剂与基础营养液混合，获得蔬菜水培液。
在本发明的一些具体的实施例中，在步骤D中，向基础营养液中加入1％-5％体积的水培营养剂，优选为1％-3％体积的水培营养剂，得到蔬菜水培液。
本发明中，所述基础营养液为常规或市售基础营养液的稀释液，优选为霍格兰营养液的稀释液，进一步优选为3/5配方量的霍格兰营养液。
在本发明的一些实施例中，所述霍格兰营养液的配方如表1所示：
表1霍格兰营养液配方
从上述可以看出，本发明中的蔬菜水培液是由上述水培营养剂与基础营养液组成；所述蔬菜水培液中，水培营养剂的体积为基础营养液的1％-5％，优选为1％-3％。
在本发明的一些进一步具体的实施例中，以本蔬菜水培液培养国产玻璃生菜为例，平均每株生菜需要约200ml的水培液，培养生菜的条件范围为温度在18-24℃，空气湿度在40％-60％，光照强度在12000-15000lux，光暗交替每次12h，水培液每周补充或更换一次，从幼苗阶段开始，连续培养4周。
通过检测生菜的产量和可溶性蛋白、维生素C等营养物质的含量，在其他培养条件相同的条件下，比较用本发明的蔬菜水培液培养的生菜与用未加入营养剂的全量霍格兰营养液培养的生菜之间的差异，判断本发明蔬菜水培液的肥效。
研究结果表明本发明所提供的水培营养剂能够起到促进生菜生长，提高生菜产量，提升生菜营养物质含量的作用，同时营养液用量的减少节约了成本，且解决了提取光合细菌类胡萝卜素过程中的废液处理问题。
本领域技术人员应该了解的是，本发明所提供的水培营养剂可以作为水培肥，用于制备植物水培液(例如蔬菜水培液)等；而上述蔬菜水培液可以直接用于植物或蔬菜的种植培养。
因此，上述光合细菌提取类胡萝卜素及其废液资源化利用的方法(包含上述步骤A-D)也可以理解为一种水培营养剂的制备及其在蔬菜水培中的应用，或者一种光合细菌提取类胡萝卜素及其废液资源化利用制备蔬菜水培液的方法，还可以理解为一种蔬菜水培液的制备方法。
从上述可以看出，本发明提供了一种采用低共熔萃取剂提取光合细菌中的类胡萝卜素同时将过程中产生的废液资源化利用制备为蔬菜水培液的方法。该方法提取类胡萝卜素成本低、提取率高、产品品质高，提取过程中产生废液全用于制备肥效良好的蔬菜水培营养剂，能够有效提升蔬菜的产量和品质，降低了废液处理和蔬菜培育成本，而且对环境友好。
Ⅲ、本发明中相关检测方法
(1)pH测定，采用pH计(METTLER TOLEDO FiveEasy Plus)将pH探头直接插入到溶液中测定pH。
(2)类胡萝卜素含量的测定，根据国家标准GB 26405-2011进行测定。
(3)类胡萝卜素的抗氧化活性用DPPH(1,1-二苯基-2-三硝基苯肼)自由基清除率表示，通过测定517nm处吸光值的变化来确定DPPH的清除率，清除率越大则抗氧化性越强。
(4)生菜产量的测定，取生菜根上部分，置于天平上称取生菜的质量，保留两位小数。
(5)生菜的叶绿素含量，根据农业行业标准NY/T 3082-2017中的分光光度法测定。
(6)生菜的维生素C含量，根据国家标准GB 5009.86-2016中的荧光法进行测定。
(7)生菜的可溶性蛋白含量，用考马斯亮蓝G-250染色法进行测定。
(8)生菜根活力的测定用TTC染色法进行测定。
(9)生菜过氧化氢酶活性用钼酸铵分光光度法进行测定。
Ⅳ、实施例
为使本发明更加容易理解，下面将结合附图和实施例来进一步详细说明本发明，这些实施例仅起说明性作用，并不局限于本发明的应用范围。本发明中所使用的原料或组分若无特殊说明均可以通过商业途径或常规方法获得。
实施例1：提取光合细菌中的类胡萝卜素。
步骤A，对光合细菌发酵液进行离心和/或超滤分离处理，分别得到光合细菌发酵废液和光合细菌菌体；
具体地，取500ml处于生长平衡期的沼泽红假单胞菌菌液，置于离心机中，12000rpm离心10min，去上清后每管加入等体积的去离子水离心，反复清洗3次得到光合细菌菌体，其余发酵废液回收备用。
步骤B，在超声辅助下利用低共熔萃取剂从光合细菌菌体中萃取类胡萝卜素，向所获得的类胡萝卜素萃取液中加入树脂吸附，分离处理得到吸附类胡萝卜素的树脂和类胡萝卜素萃取废液；
具体地，按照摩尔比2:1的比例将氯化胆碱和酒石酸混合于锥形瓶中，加入转子，密封后置于80℃磁力搅拌水浴锅中搅拌加热，直至溶液澄清无沉淀，冷却至室温即得到低共熔溶剂。
基于低共熔溶剂的质量计，加入20wt％的甲醇以降低溶剂粘度，提高类胡萝卜素的提取率，得到低共熔萃取剂。
按照光合细菌菌体的质量(g)与低共熔萃取剂的体积(ml)比为1:75将上述离心得到的光合细菌菌体悬浮于萃取剂中，在50℃、功率为600W的条件下超声辅助萃取10分钟。
如图1所示，光合细菌菌体的质量(g)与低共熔萃取剂的体积(ml)比为1:75时类胡萝卜素提取率最高。
如图2、图3所示，萃取温度过低或过高都会降低提取量，且过高还会破坏类胡萝卜素活性；萃取时间过短会使类胡萝卜素提取不完全，过长则因为类胡萝卜素被氧化降解，导致提取量降低。
超声结束后离心(15000rpm，20min)，回收富含类胡萝卜素的上清液。
抗氧化活性是判断类胡萝卜素品质的一项重要指标，DPPH清除率能很好的反应类胡萝卜素的抗氧化活性。
本发明方法的类胡萝卜素提取量可达1.72mg/g，比传统的有机溶剂提取法(丙酮甲醇法)的提取量高出约0.14mg/g，提高了8.8％；DPPH清除率达96.58％，较丙酮甲醇法提升了17.16％。说明类胡萝卜素的提取率和抗氧化活性均得到有效提升。
将所得上清液置于锥形瓶中，加入200g的大孔树脂，放入28℃恒温振荡器中震荡吸附24h，类胡萝卜素即被吸附在大孔树脂中，剩余类胡萝卜素萃取废液。
对大孔树脂中吸附的类胡萝卜素进行洗脱处理后结晶即可得到高纯度的类胡萝卜素，大孔树脂经再生处理后可继续使用。
实施例2：回收废液制备蔬菜水培液。
步骤C，将光合细菌发酵废液和类胡萝卜素萃取废液的稀释液混合，调节pH值至6.6-7.0，即得到水培营养剂。
将实施例1中的类胡萝卜素萃取废液稀释30倍后，与分离产生的全部发酵废液混合，调节pH值至6.6-7.0，得到水培营养剂。
如图4所示，当萃取废液稀释30倍时，生菜的产量最高。
以3/5配方量的霍格兰营养液作为基础营养液，向其中加入1％-5％体积的水培营养剂，获得蔬菜水培液；另设不添加营养剂的全量霍格兰营养液为对照组。
实验分组情况如下：
K1：基础营养液+5％水培营养剂
K2：基础营养液+4％水培营养剂
K3：基础营养液+3％水培营养剂
K4：基础营养液+2％水培营养剂
K5：基础营养液+1％水培营养剂
CK：全量霍格兰营养液
使用凹陷海绵将国产玻璃生菜的种子培育至长出4叶1芯时，选取健壮程度一致的幼苗定植到水培槽中，株间距大于12cm，平均每株生菜需要约200ml的水培液。
将生菜置于恒温光照培养箱中，培养条件设置为温度21℃，空气湿度为50％，光照强度为13000lux，光暗交替每次12h。
水培液每周补充或更换一次，从幼苗阶段开始，连续培养4周。
测定4周后生菜的产量、干鲜比，以及类胡萝卜素、维生素C、可溶性蛋白等物质的含量，判断本发明所述蔬菜水培液对生菜的促生效果。不同处理下生菜各项生长指标结果见表2：
表2不同处理下生菜各项生长指标结果
由表2数据可知，使用本发明制得的蔬菜水培液具有良好肥效，与普通的全量霍格兰营养液相比，有明显的提升生菜产量和品质的肥效。其中鲜重最高提升16.5％，维生素C、可溶性蛋白、类胡萝卜素的含量最高分别提升21.15％、16.39％、10.52％，叶绿素和多种酶活性也都有明显提高，亚硝酸盐含量降低了近一半，这使得生菜更鲜活，产量更高，品质和卖相更好。由此可见本发明的水培营养液不仅能节省霍格兰营养液用量，而且具有更好的肥效。
应当注意的是，以上所述的实施例仅为本发明较佳实施例，用于解释本发明，其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇，并不构成对本发明的任何限制，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订，但凡是在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种水培营养剂，其由光合细菌发酵废液和类胡萝卜素萃取废液的稀释液组成；
其中，所述光合细菌发酵废液是通过对光合细菌发酵液进行离心和/或超滤分离处理，分离出光合细菌菌体后获得；
所述类胡萝卜素萃取废液是通过低共熔萃取剂从光合细菌菌体中萃取类胡萝卜素并对所获得的类胡萝卜素萃取液进行分离处理后获得；
所述类胡萝卜素萃取废液的稀释液由类胡萝卜素萃取废液稀释10-50倍，优选稀释20-40倍获得。
2.根据权利要求1所述的水培营养剂，其特征在于，
所述低共熔萃取剂由低共熔溶剂和甲醇组成；所述低共熔溶剂由氯化胆碱和酒石酸组成；优选地，所述低共熔溶剂中氯化胆碱与酒石酸的摩尔比为2:1；在低共熔萃取剂中，基于低共熔溶剂的质量计，甲醇的加入量为20wt％；
进一步优选地，所述水培营养剂的pH值为6.6-7.0。
3.一种蔬菜水培液，其由如权利要求1或2所述的水培营养剂与基础营养液组成；优选地，所述蔬菜水培液中，水培营养剂的体积为基础营养液的1％-5％，优选为1％-3％。
4.一种光合细菌提取类胡萝卜素及其废液资源化利用的方法，其包括：
步骤A，对光合细菌发酵液进行离心和/或超滤分离处理，得到光合细菌发酵废液和光合细菌菌体；
步骤B，在超声辅助下利用低共熔萃取剂从光合细菌菌体中萃取类胡萝卜素，向所获得的类胡萝卜素萃取液中加入树脂吸附，分离处理得到吸附有类胡萝卜素的树脂和类胡萝卜素萃取废液；
步骤C，将光合细菌发酵废液和类胡萝卜素萃取废液的稀释液混合，调节pH值，得到水培营养剂。
5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，
所述光合细菌为沼泽红假单胞菌；所述低共熔萃取剂由低共熔溶剂和甲醇组成；所述低共熔溶剂由氯化胆碱和酒石酸组成；
优选地，所述氯化胆碱与酒石酸的摩尔比为2:1；在低共熔萃取剂中，基于低共熔溶剂的质量计，甲醇的加入量为20wt％。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在步骤B中，光合细菌菌体的质量(g)与低共熔萃取剂的体积(mL)比为1:50～100，优选为1:70～80。
7.根据权利要求4-6中任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤B中，所述萃取的温度为40-60℃，优选为45-55℃；所述萃取的时间为8-14分钟，优选为10-12分钟。
8.根据权利要求4-7中任意一项所述的方法，其特征在于，
在步骤C中，所述类胡萝卜素萃取废液的稀释液由类胡萝卜素萃取废液稀释10-50倍，优选稀释20-40倍获得；
和/或，在步骤C中，调节pH值至6.6-7.0。
9.根据权利要求4-8中任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤D，将水培营养剂与基础营养液混合，获得蔬菜水培液。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述蔬菜水培液中，水培营养剂的体积为基础营养液的1％-5％，进一步优选为1％-3％。
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