培养条件对蛋白核小球藻生长及油脂合成的影响

以富油蛋白核小球藻为出发藻株,研究自养、异养和混养培养模式对小球藻生物量和油脂含量的影响,以及异养发酵培养基葡萄糖质量浓度、氮源种类及质量浓度对小球藻生长的影响。结果表明,与自养和混养培养模式相比,采用异养发酵方式培养蛋白核小球藻可获得最大的生物量和油脂含量。通过气相色谱法测得异养蛋白核小球藻油主要脂肪酸为棕榈酸(36.07%)、油酸(34.26%)、亚油酸(20.17%)和亚麻酸(6.12%)。经单因素试验优化得到最适蛋白核小球藻生长异养发酵培养基的葡萄糖质量浓度为60 g/L,最适的氮源为酵母粉,质量浓度为4 g/L,在此条件下经192 h发酵,蛋白核小球藻生物量可达12.43 g/L,油脂产量为5.45 g/L。研究结果表明,异养发酵培养获得的蛋白核小球藻油是一种潜在且可再生的新油源。     

蛋白质高产株小球藻MBFJNU-17的异养培养基优化

通过单因素试验筛选出以尿素作为小球藻MBFJNU-17异养培养基的单一氮源。以尿素作为氮源时,分批培养条件下小球藻的最高生物量达到10.85 g/L,蛋白质含量为44.5%,同时培养过程中藻液的pH相对稳定,更有利于藻细胞的生长。利用Plackett-Burman法选取了小球藻异养培养基中对微藻生长影响最显著3个因素。随后通过响应面法优化了3个因素的最佳质量浓度,分别为：葡萄糖41.53 g/L,尿素4.14 g/L,微量元素母液1.84 mL。优化后小球藻细胞干重从10.85 g/L提升至15.53 g/L,提高了43.1%,同时藻细胞蛋白质含量为52.3%。最后对小球藻蛋白与大豆蛋白在FAO/WHO/UNU模式下比较了必需氨基酸指数(essential amino acids index, EAAI),其中异养小球藻的EAAI为0.724,比大豆蛋白(0.657)更高。综合研究结果显示,通过优化小球藻MBFJNU-17培养基,获得了较高的藻生物量,且细胞蛋白质比大豆蛋白更具营养价值,可开发为动物饲料或人类食品蛋白质的优质原料。     

海水小球藻生产叶黄素的研究

为了扩大叶黄素资源,降低其生产成本,研究了圆形海水小球藻异养培养的最佳生长条件和发酵生产叶黄素的条件,并探讨了高细胞浓度培养小球藻生产叶黄素的可行性。结果表明,异养培养海水小球藻发酵生产叶黄素的最佳条件为:含葡萄糖10g/L、尿素0.5g/L的BG-11培养基,培养温度28℃,培养基起始pH7.0,接种量10%(v/v),培养8d。利用40g/L的葡萄糖进行海水小球藻的高细胞浓度培养,可以使叶黄素的产量达到0.926mg/g。     

优化营养方式强化蛋白核小球藻生物量及蛋白质和叶绿素生产

本文通过优化营养方式和培养条件,提高了蛋白核小球藻生物量及细胞内蛋白质和叶绿素含量。结果表明,葡萄糖浓度能显著影响蛋白核小球藻混养和异养生长的生物量浓度(p0.05),但不同硝酸钠浓度影响不显著。在葡萄糖浓度50 g/L、硝酸钠浓度3.75 g/L条件下,小球藻异养培养4 d,即可达到最高生物量浓度为21.31 g/L,显著高于盐度15‰条件下混养所得最高生物量浓度(14.32 g/L)(p0.05)。当葡萄糖耗尽,将小球藻细胞经含氮且不含糖的培养基适当稀释后进行光诱导培养,并优化硝酸钠浓度。发现在高异养细胞密度(11.09 g/L)下,采用硝酸钠浓度(3.75 g/L)和低光强(6,411±532 Lux)诱导培养藻细胞48 h,即可获得高蛋白质含量(54.10%)和高叶绿素含量(3.14%)的小球藻,相对于光诱导培养前,分别提高了207.74%和342.25%,蛋白质和叶绿素产率也显著高于单独混养或异养培养的最高值,分别达到1.32 g/(L·d)和0.09 g/(L·d)。     

布那迪栅藻异养培养条件的优化和生化组成含量分析

研究了布那迪栅藻(Scenedesmus bernardii)异养培养条件及不同碳源、氮源对其生化组成的影响。结果表明:异养培养时所需的最佳碳源为葡萄糖,其最适质量浓度为50.0 g/L;最佳氮源为酵母提取物,其最适质量浓度为2.7 g/L;摇瓶培养时所获得的最大生物量达24.8 g/L。布那迪栅藻异养培养时细胞内主要积累碳水化合物,其含量达到细胞干重的58.2%,最高产率为1.05 g/(L·d);其次积累总脂,含量为细胞干重的30.9%,最高产率为0.64 g/(L·d)。     

富硒小球藻高密度发酵条件研究

文章研究了小球藻进行高密度异养的培养条件,通过对小球藻培养基中的碳源、氮源进行单因素实验及响应面实验、发酵时间优化及富集硒优化确定了小球藻高密度发酵的最佳条件。即当培养基中葡萄糖35.02g/L,硝酸钠1.45g/L,亚硒酸钠1.75mg/L,pH 6.97,发酵时间3d时,小球藻密度最高。     

淡水小球藻异养培养生产叶黄素的研究

通过单因素实验和正交实验确定了淡水椭圆小球藻异养培养的最佳条件为BG-11培养基中葡萄糖浓度为20g/L、尿素浓度为1.0g/L、培养基初始pH值为6.5、28℃,异养培养生产叶黄素的最佳条件为BG-11培养基葡萄糖浓度40g/L、尿素浓度0.2g/L、pH值6.5、28℃下振荡培养8d。     

利用啤酒废水培养普通小球藻生产微藻生物质和油脂

研究了普通小球藻在未处理啤酒废水及改良啤酒废水中的生长及积累油脂特性,并优化了改良啤酒废水培养小球藻的营养盐组成。优化得到适于培养小球藻生产微藻生物质和积累油脂的改良啤酒废水培养基组成为:在未经处理的啤酒废水中添加KNO30.50 g/L、MgSO40.75 g/L、Na2HPO40.75 g/L,调整pH至8.0。在此培养基中小球藻细胞质量浓度达0.94 g/L,为对照组的2.69倍;体积油脂产率达11.84 mg/(L.d),为对照组的1.97倍。研究表明,利用改良的啤酒废水培养小球藻可同时实现有机废水的资源化利用与降低微藻培养成本的双重目的,具有潜在的应用前景。     

异养小球藻对铁、锌和钙的生物富集作用研究

本文研究了异养培养条件下,小球藻对微量元素铁、锌、钙的生物富集作用。研究表明,异养小球藻对于三种这微量元素有着不同的富集能力,当铁、锌、钙三种金属离子的浓度分别保持在0.36mmol/L、0.60mmol/L和1.50mmol/L时,小球藻生物量分别达到2.85g/L、3.025g/L和3.425g/L,同时小球藻胞内铁、锌、钙含量分别为0.688mg/g、0.131mg/g和0.125mg/g,与使用对照培养基的结果相比有显著增加。在500L发酵罐中进行补料分批培养,异养小球藻最高细胞密度可达到57.000g/L,胞内铁、锌、钙的含量也分别增加到0.128mg/g、0.051mg/g和0.585mg/g。本研究结果对于开发具有多重保健功能的小球藻食品具有重要意义。     

抑菌剂在异养小球藻发酵过程中的应用

通过抑菌圈试验、摇瓶发酵试验和50 L发酵试验,研究了安菌素、克菌灵、青霉素3种抑菌剂在小球藻培养过程中的应用,考察了抑菌剂添加对藻细胞干重和葡萄糖浓度的影响。结论:在小球藻发酵染菌4 d后,加入100 mg/L克菌灵可以有效抑制杂菌,并且不会对小球藻发酵造成影响。相同发酵周期内,小球藻染菌后抑菌发酵与正常发酵相比,藻细胞干重质量浓度达到75.2 g/L,平均干重增加速率为6.26 g/(L·d),与正常发酵相比,干重质量浓度与平均干重增加速率降低14.93%,能够成功地挽救染菌的发酵过程。而加入100 mg/L安菌素和青霉素均对小球藻的正常生长产生了抑制作用。     

不同营养元素对小球藻Chlorella sorokiniana C74生长的影响

以小球藻(Chlorella sorokiniana)为研究对象,考察了不同的培养基,不同的氮源,氮浓度和磷浓度对其细胞生长及营养成分的影响。结果表明,小球藻细胞生长最佳培养基为BBM培养基。不同培养基对其油脂、蛋白质和色素含量影响较小,BG-11培养基下多糖含量(44.46%)明显高于其他培养基。以甘氨酸为氮源时小球藻的生物量、油脂、蛋白质、多糖和色素含量均高于其他组。小球藻细胞生长最佳氮浓度为13.33mmol/L,缺氮情况下生物量、油脂、蛋白质和色素含量较低,但多糖含量较高,约为其他组的2倍。小球藻细胞生长最佳磷浓度为1.72mmol/L。随着磷浓度升高,小球藻生物量、油脂和蛋白质含量先增大后降低,多糖和色素含量随磷浓度升高略有降低。     

异养小球藻发酵与树脂调节pH过程耦合工艺

为了解除发酵产酸对异养小球藻正常生长的抑制,提出了异养小球藻发酵与树脂调节pH过程耦合工艺。考察了添加树脂种类、添加树脂时间、树脂添加量对发酵过程的影响,结果发现,在发酵72 h添加8 g/L的凝胶树脂Lx-300C能够调节pH维持在中性,细胞数达到7.5×108个/mL,与空白组持平,发酵结束后发酵液干质量比空白组高5.59%。树脂能够反复使用4次。     

氮、磷浓度对小球藻生长及油脂积累的影响

含油微藻是非常有前景的生产生物柴油的材料,其生物量和油脂含量是决定其经济可行性的重要指标。培养基组成对含油微藻的生长与油脂积累具有重要影响。实验以采自青岛海域的一株海水小球藻为研究对象,在摇瓶中考察培养基氮源、磷源浓度对小球藻生长及其油脂积累的影响。结果表明:在一定范围内,增加氮源浓度能提高小球藻生长速率,但磷源对小球藻生长影响不明显;随着氮、磷源浓度的降低,小球藻总脂和中性脂含量均逐渐增大,氮源起的作用更加显著,在0.220mmol/L的低氮胁迫下获得了最高的细胞总脂含量,总脂占细胞干重的33.5%±0.3%。氮源浓度为0.441mmol/L时,小球藻的油脂产率最高,为(10.58±0.29)mg·L-1·d-1。培养基中低磷浓度有利于小球藻的油脂积累,但差别不明显。     

氮浓度对异养小球藻生长及蛋白质含量的影响

为了提高异养小球藻蛋白质含量低的问题,研究了异养小球藻生长及蛋白质含量和氮浓度的关系,探究了分阶段调控氮浓度对异养小球藻生长及蛋白质含量的影响。结果表明,氮浓度在3～15mmol/L范围内,小球藻生物量及蛋白质含量随氮浓度增加而增加,生物量从0.91g/L提高到了3.02g/L,蛋白质含量从26.1%提高到了37.4%。分阶段培养小球藻,首先在低氮条件下培养至指数期前期,然后转移至高氮浓度下培养,生物量达3.04g/L,且蛋白质含量提高至53.8%,与自养培养条件下蛋白质含量相当。     

不同培养模式对微藻Chlorella vugaris代谢与蛋白质组分的影响

研究不同培养模式对小球藻蛋白合成的影响。分别采用自养、异养和混养模式培养小球藻生产蛋白质。结果为混养时藻细胞更易积累生物量,其比生长速率和产率高达0.526 d-1和0.318mg/(L·d),且其蛋白质质量分数和产率分别为35.6%和0.097 g/(L·d),自养时蛋白质质量分数却最高为52.1%;3种方式培养小球藻均含18种氨基酸,且必须氨基酸比例均超过总的40.0%;异养和混养方式下各氨基酸组成比例基本相似,而与自养时相比,Cys-s、Tyr和Met比例差异显著,Cys-s比例分别高了约78.57%,而Tyr及Met分别低27.59%和33.33%左右。营养方式显著影响小球藻蛋白质合成及氨基酸组成比例。     

异养培养小球藻chlorella sp.生产叶黄素条件的优化

研究了异养条件下不同碳源、氮源、pH和温度等因素对一株自分离小球藻的生长及叶黄素产量的影响。结果表明,葡萄糖和硝酸钾分别是支持这株小球藻持续快速生长生产叶黄素的最佳碳源和氮源。异养培养小球藻生产叶黄素的最佳条件为:葡萄糖浓度20g·L-1、硝酸钾浓度1.25g·L-1,初始pH6.0,温度30℃,叶黄素产量为12.27mg·L-1。     

响应面法优化小球藻培养基

为了提高小球藻的生物量,对BG11培养基的成分进行了响应面优化。通过单因素实验筛选出了适合小球藻生长的最佳碳源、氮源分别为葡萄糖和尿素,并发现适量添加海绿素可显著促进小球藻的生长。利用Minitab软件设计Plackett-Burman实验筛选出了影响小球藻生长的三个最重要因子;通过Box-Behnken实验及响应面分析确定了三个因子的最佳浓度:磷酸氢二钾58mg/L,硫酸镁162mg/L,海绿素198μL/L。用优化后的培养基培养小球藻,48h后的藻细胞干重达10.09g/L,比优化前提高了61.2%,油脂及蛋白质产量分别达3.62和3.81g/L。     

不同营养方式对普通小球藻生长特性和细胞组成的影响

采用自养、异养和混合培养3种营养方式对普通小球藻进行了培养,分析了3种培养方式下小球藻的生长曲线、比生长速率和产率、培养基中pH和葡萄糖的变化,测定了藻细胞的光合色素、蛋白质和油脂含量及其产率。结果表明:混合营养条件下小球藻的比生长速率为自养的4.25～4.43倍、异养的0.78～1.00倍,产率为自养的5.79～6.27倍、异养的1.11～1.31倍;混合营养条件下,单位体积小球藻培养液中总叶绿素、蛋白质和油脂的产率分别为3.62 mg/(L·d)、53.41 mg/(L·d)和44.65 mg/(L·d),均高于自养和异养培养。研究认为,混合营养方式更加符合微藻生长的实际环境,是高密度、高含量活性物质培养微藻的理想方式,具有潜在的应用价值。     

利用纤维床反应器驯化原壳小球藻提高对蔗渣水解液耐受性研究

原壳小球藻可快速利用蔗渣水解液中的可发酵糖,但水解液中副产物对细胞生长有抑制作用。为了提高其在高浓度水解液中的异养生长能力,本研究利用纤维床反应器(FBB)驯化细胞,系统研究了蔗渣水解液的制备及其组成、分批补料培养种子液、FBB中的细胞固定化,并在FBB中利用水解液为培养基进行细胞驯化。结果表明,蔗渣经酸解酶解后,其水解液的主要成分为葡萄糖、木糖、乙酸、纤维二糖和阿拉伯糖,浓度分别为18.40g/L、16.17g/L、6.13g/L、5.10g/L和2.29g/L;在发酵罐中采用Basal培养基补料分批培养细胞,117h后细胞密度可达到12.37g/L;将发酵罐与FBB连接并循环培养基33h后形成了固定化细胞床;随后以水解液培养基代替Basal培养基,通过逐级提高水解液培养基浓度来驯化培养固定化细胞,最终从纤维床上分离获得了能在含有35g/L葡萄糖的水解液中异养生长的高耐受性藻株,而野生型藻株不能生长。     

农杆菌介导小球藻快速转化方法的建立与条件优化

基于根瘤农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）介导的方法实现异养蛋白核小球藻快速遗传转化,并优化转化条件。结果表明,小球藻异养生长条件的碳氮组合配比为葡萄糖20 g/L和酵母粉2 g/L时,生长速率为自养的3～5倍;根瘤农杆菌GV3101和LBA4404均可成功实现对异养小球藻的遗传转化,且转化效率无显著性差异（P＞0.05）。最优转化条件为根瘤农杆菌GV3101初始OD600 nm值= 0.8,小球藻（Chlorella pyrenoidosa）浓度为107个/mL,各取100 μL混合涂布在pH=5.4、乙酰丁香酮浓度为200 μmol/L的CM平板上,24 ℃避光培养40 h后转到筛选平板,仅2 d转化子便清晰可见,数目达88个/106微藻。转化过程整体耗时仅5 d,普遍比自养微藻转化时间缩短3倍以上,为小球藻代谢工程改造提供技术手段,同时为其他可异养培养微藻的短时高效遗传转化提供科学依据。