一種利用光催化效應(yīng)誘導(dǎo)微藻蝦青素積累的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用光催化效應(yīng)誘導(dǎo)微藻蝦青素積累的方法，所述方法利用光催化材料在特定的光照下的光催化效應(yīng)，通過在微藻的蝦青素誘導(dǎo)階段添加TiO2等光催化材料，利用光催化過程產(chǎn)生的活性氧，可有效誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)蝦青素的積累，該方法可替代傳統(tǒng)的環(huán)境脅迫。本發(fā)明提供的工藝操作簡單，誘導(dǎo)效果好，有利于降低藻基蝦青素的生產(chǎn)成本。
【專利說明】
一種利用光催化效應(yīng)誘導(dǎo)微藻蝦青素積累的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于生物技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用光催化效應(yīng)誘導(dǎo)微藻蝦青素積累的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]4下青素是一種酮式次生類胡蘿卜素，其分子式為C4QH52O4，分子結(jié)構(gòu)中含有兩個β-紫羅蘭酮環(huán)以及11個共軛雙鍵，具有極強的抗氧化性，同時也是一種優(yōu)良的天然色素，因此可以廣泛應(yīng)用于食品、藥品、保健品、水產(chǎn)養(yǎng)殖等行業(yè)中，據(jù)估算，蝦青素全球每年的市場容量在3.2億美元以上。目前，蝦青素的生產(chǎn)主要有三種方式:化學(xué)合成法，化學(xué)提取法以及生物技術(shù)法?；瘜W(xué)合成法合成過程的工藝比較復(fù)雜，且相對于天然蝦青素，化學(xué)合成的蝦青素的抗氧化和吸收性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于天然蝦青素，另外，化學(xué)合成的蝦青素因安全性等問題在食品藥品等行業(yè)中存在極大的局限性?；瘜W(xué)提取法受制于原料、工藝、生產(chǎn)條件等因素，產(chǎn)量和產(chǎn)品純度較低。自然界中的多種微生物，包括藻類、細(xì)菌和真菌可以積累豐富的蝦青素，因此被認(rèn)為是天然蝦青素的最佳來源。尤其是某些微藻，其細(xì)胞內(nèi)含有較高的蝦青素，蝦青素含量可達細(xì)胞干重的4?5%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于酵母等其他微生物，另外，由于微藻中積累的蝦青素為純S-S型構(gòu)造，活性強于其他來源的蝦青素，因此，微藻被認(rèn)為是天然蝦青素的最佳生產(chǎn)體。
[0003]以雨生紅球藻為代表，蝦青素生產(chǎn)藻的培養(yǎng)通常采用兩段式培養(yǎng)的策略，在培養(yǎng)前期，維持適宜的生長條件，此時細(xì)胞主要以游動態(tài)的綠色營養(yǎng)細(xì)胞形式存在;在培養(yǎng)后期，培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)消耗殆盡或環(huán)境條件不適合細(xì)胞生長時，細(xì)胞的鞭毛脫落，細(xì)胞停止分裂，細(xì)胞形態(tài)變大，處于不動狀態(tài)，此時蝦青素開始大量積累。為促進蝦青素的積累，通常需要添加一定的脅迫誘導(dǎo)，包括高光強、高溫、缺氮、缺磷等。研究發(fā)現(xiàn)，在逆境脅迫條件下，雨生紅球藻細(xì)胞內(nèi)的活性氧濃度增加，因此，蝦青素的積累被認(rèn)為是細(xì)胞為了淬滅活性氧自由基，抵抗逆境引起的氧化損傷藻細(xì)胞的一種自我保護措施(Boussiba S1Bing W，Zarka A,et al.Changes in pigment profiles of Haematocoeeus pluvial is duringexposure to environmental stresses.B1teehnol Lett，1999，21:601-604)。常規(guī)的脅迫誘導(dǎo)技術(shù)通常屬于環(huán)境脅迫，需要對培養(yǎng)條件進行改變，如增加光照強度，提高培養(yǎng)溫度等，在大規(guī)模培養(yǎng)中操作比較麻煩，同時能耗較高。因此，開發(fā)新型的氧化脅迫誘導(dǎo)對于降低蝦青素的生產(chǎn)成本具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在利用微藻生產(chǎn)蝦青素的過程中，通常需要一定的脅迫條件誘導(dǎo)蝦青素的合成，針對這一問題，本發(fā)明的目的在于提供一種利用光催化效應(yīng)誘導(dǎo)微藻蝦青素積累的方法。所述方法通過在微藻的誘導(dǎo)階段添加光催化材料，利用光催化過程產(chǎn)生的活性氧，可有效誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)蝦青素的積累該方法可替代傳統(tǒng)的環(huán)境脅迫，具有操作簡單、誘導(dǎo)效果好等優(yōu)點。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述的一種利用光催化效應(yīng)誘導(dǎo)微藻蝦青素積累的方法包括以下步驟:
[0006](丨)在常規(guī)條件下培養(yǎng)蝦青素生產(chǎn)藻，積累細(xì)胞；
[0007](2)在蝦青素誘導(dǎo)階段，在培養(yǎng)液中加入光催化材料，然后在光照強度為200?1200ymOl/m2/s、特定的光源下誘導(dǎo)，誘導(dǎo)過程采用間歇式或連續(xù)式誘導(dǎo)；
[0008](3)培養(yǎng)結(jié)束后，收集細(xì)胞，測定并提取胞內(nèi)的蝦青素。
[0009]優(yōu)選地，步驟(I)中所述產(chǎn)蝦青素的藻包括雨生紅球藻，小球藻，綠球藻，血紅裸藻等。
[0010]步驟(2)中所述的光催化材料包括不同晶型的Ti O2，金屬摻雜T i O2，氧缺陷T i O2，貴金屬沉積T12，非金屬摻雜T12等;光催化材料的添加量優(yōu)選0.02?200mg/L;誘導(dǎo)光源優(yōu)選紫外光，太陽光，普通日光燈，各色單色光，或者至少兩種光源的混合光；
[0011 ]優(yōu)選地，間歇式誘導(dǎo)采用短時多次誘導(dǎo)，每次誘導(dǎo)時間優(yōu)選2?20min，誘導(dǎo)間隔優(yōu)選2?4天;連續(xù)式誘導(dǎo)時間優(yōu)選3?10天。
[0012]本發(fā)明提供的一種利用光催化效應(yīng)誘導(dǎo)微藻蝦青素積累的方法，可以有效地促進不動階段蝦青素的積累，使得培養(yǎng)過程中蝦青素的產(chǎn)率得到大大提高。與傳統(tǒng)的蝦青素誘導(dǎo)方法相比，本發(fā)明所述的一種利用光催化效應(yīng)誘導(dǎo)微藻蝦青素積累的方法具有如下有益效果:
[0013](I)本發(fā)明提供的方法可以有效地誘導(dǎo)細(xì)胞在不動階段蝦青素的合成，使得蝦青素的產(chǎn)率得到顯著提高；
[0014](2)本發(fā)明提供的方法可替代傳統(tǒng)的高溫、高鹽等環(huán)境脅迫，亦可與傳統(tǒng)的脅迫誘導(dǎo)相結(jié)合使用；
[0015](3)本發(fā)明提供的方法操作簡單，成本低，可有效地降低蝦青素的生產(chǎn)成本。
【具體實施方式】
[0016]為了更好地說明本發(fā)明，便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的典型但非限制的實施例如下:
[0017]實施例1
[0018](I)在常規(guī)條件下，培養(yǎng)雨生紅球藻，積累細(xì)胞；
[0019](2)在蝦青素誘導(dǎo)階段，在培養(yǎng)液中加入0.02mg/L的銳鈦礦T12,然后在200μπιΟ1/m2/s的紫外光下，每隔4天誘導(dǎo)處理2min，培養(yǎng)8天；
[0020](3)培養(yǎng)結(jié)束后，收集細(xì)胞，測定并提取胞內(nèi)的蝦青素。
[0021]處理效果測試:
[0022]該誘導(dǎo)條件下的蝦青素產(chǎn)率比相同條件下未添加光催化材料組提高了68%。
[0023]實施例2
[0024](I)在常規(guī)條件下，培養(yǎng)小球藻，積累細(xì)胞；
[0025](2)在蝦青素誘導(dǎo)階段，在培養(yǎng)液中加入200mg/L的氧缺陷型T12,然后在800μmol/m2/s的太陽光下連續(xù)培養(yǎng)5天；
[0026](3)培養(yǎng)結(jié)束后，收集細(xì)胞，測定并提取胞內(nèi)的蝦青素。
[0027]處理效果測試:
[0028]該誘導(dǎo)條件下的蝦青素產(chǎn)率比相同條件下未添加光催化材料組提高了73%。
[0029]實施例3
[0030](I)在常規(guī)條件下，培養(yǎng)綠球藻，積累細(xì)胞；
[0031](2)在蝦青素誘導(dǎo)階段，在培養(yǎng)液中加入20mg/L的鐵摻雜T12,然后在600ymol/m2/s的普通日光燈下連續(xù)培養(yǎng)3天；
[0032](3)培養(yǎng)結(jié)束后，收集細(xì)胞，測定并提取胞內(nèi)的蝦青素。
[0033]處理效果測試:
[0034]該誘導(dǎo)條件下的蝦青素產(chǎn)率比相同條件下未添加光催化材料組提高了59%。
[0035]實施例4
[0036](I)在常規(guī)條件下，培養(yǎng)血紅裸藻，積累細(xì)胞；
[0037](2)在蝦青素誘導(dǎo)階段，在培養(yǎng)液中加入100mg/L的氮摻雜T12,然后在1200μπιΟ1/m2/s的藍光下連續(xù)培養(yǎng)8天；
[0038](3)培養(yǎng)結(jié)束后，收集細(xì)胞，測定并提取胞內(nèi)的蝦青素。
[0039]處理效果測試:
[0040]該誘導(dǎo)條件下的蝦青素產(chǎn)率比相同條件下未添加光催化材料組提高了66%。
[0041 ]實施例5
[0042](I)在常規(guī)條件下，培養(yǎng)小球藻，積累細(xì)胞；
[0043](2)在蝦青素誘導(dǎo)階段，在培養(yǎng)液中加入2mg/L的金紅石T12,然后在300ymOl/m2/S的紫外光下，每隔2天誘導(dǎo)處理20min，培養(yǎng)6天；
[0044](3)培養(yǎng)結(jié)束后，收集細(xì)胞，測定并提取胞內(nèi)的蝦青素。
[0045]處理效果測試:
[0046]該誘導(dǎo)條件下的蝦青素產(chǎn)率比相同條件下未添加光催化材料組提高了53%。
[0047]實施例6
[0048](I)在常規(guī)條件下，培養(yǎng)雨生紅球藻，積累細(xì)胞；
[0049](2)在蝦青素誘導(dǎo)階段，在培養(yǎng)液中加入150mg/L的銀沉積T12,然后在500μπιΟ1/m2/s的藍光/紅光混合光下連續(xù)培養(yǎng)10天；
[0050](3)培養(yǎng)結(jié)束后，收集細(xì)胞，測定并提取胞內(nèi)的蝦青素。
[0051]處理效果測試:
[0052]該誘導(dǎo)條件下的蝦青素產(chǎn)率比相同條件下未添加光催化材料組提高了64%。
【主權(quán)項】
1.一種利用光催化效應(yīng)誘導(dǎo)微藻蝦青素積累的方法，其特征在于，該工藝包括以下步驟: (1)在常規(guī)條件下培養(yǎng)蝦青素生產(chǎn)藻，積累細(xì)胞； (2)在蝦青素誘導(dǎo)階段，在培養(yǎng)液中加入光催化材料，然后在光照強度為200?1200μmol/WVs、特定的光源下誘導(dǎo)，誘導(dǎo)過程采用間歇式或連續(xù)式誘導(dǎo)； (3)培養(yǎng)結(jié)束后，收集細(xì)胞，測定并提取胞內(nèi)的蝦青素。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(I)中所述產(chǎn)蝦青素的藻包括雨生紅球藻，小球藻，綠球藻，血紅裸藻中的一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中所述的光催化材料包括不同晶型的T12，金屬摻雜T12，氧缺陷T12，貴金屬沉積T12，非金屬摻雜T12—種;光催化材料的添加量為0.02?200mg/L。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中所述誘導(dǎo)光源為紫外光，太陽光，普通日光燈，各色單色光，或者至少兩種光源的混合光。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中所述間歇式誘導(dǎo)采用短時多次誘導(dǎo)，每次誘導(dǎo)時間優(yōu)選2?20min，誘導(dǎo)間隔優(yōu)選2?4天。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(2)中所述連續(xù)式誘導(dǎo)時間優(yōu)選3?10天。
【文檔編號】C12R1/89GK106086144SQ201610658507
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月12日 公開號201610658507.5, CN 106086144 A, CN 106086144A, CN 201610658507, CN-A-106086144, CN106086144 A, CN106086144A, CN201610658507, CN201610658507.5
【發(fā)明人】王仕楷, 崔月花, 吳永, 汪旭, 孫祥圣, 田永婷
【申請人】揚州大學(xué)