[发明专利]一种同步式提高异养小球藻的生物量和叶黄素的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种异养培养小球藻的发酵工艺，具体涉及一种同步式提高异养小球藻的 生物量和叶黄素的方法。

背景技术

小球藻(Chlorella)是一种营养丰富、食用安全的单细胞绿藻，小球藻保健/功能性食 品是目前国内外非常流行的健康食品，具有补充膳食营养、强化免疫、促进细胞生长和延 缓衰老、维持正常血压和胆固醇水平、解毒等显著功效。小球藻中的叶黄素(lutein)是一 种天然类胡萝卜素，抗氧化活性非常突出，具有能防治眼睛年龄相关性视黄斑退化(AMD) 和白内障、抑制肿瘤的发生与生长、强化免疫等多种功效。叶黄素作为营养、保健、着色 等多功能天然色素，已经广泛应用于医药、食品、保健品、饲料、化妆品等工业领域。

到目前为止，叶黄素的规模化生产主要是从万寿菊中提取，但这种生产方式需要占用 大量的种植面积，且易于受到季节气候等外在环境因素的影响。通过发酵法异养培养小球 藻生产叶黄素，可以充分利用现有的发酵技术与设备，且不受自然条件的限制，是叶黄素 生产的一种的替代方式。

迄今为止，主要是利用光生物反应器来实现小球藻的高细胞密度培养。经对现有技术 的文献检索发现，Del Campo等在Microbiol Biotechnol(微生物生物技术)发表的 “Accumulation of astaxanthin and lutein in Chlorella zofingienisis”(小球藻中积累叶黄素)， 该文中提出使用C.zofingiensis藻株，经过360h的光照自养培养，得到浓度为21mg/l的叶 黄素，生产效率为0.06mg/l/h。Del Campo等在J Biotechnol(生物技术)发表的“Lutein production by Muriellopsis sp.in an outdoor tubular photobioreactor”(室外管式光照反应器培 养Muriellopsis生成叶黄素)，该文中提出使用室外管式光照反应器培养Muriellopsis，经 过240h培养得到浓度为35mg/l的叶黄素，生产效率为0.15mg/l/h。异养培养小球藻可以 克服光合自养培养的诸多缺陷，具有生长速度更快、能实现纯种培养、单位体积产率高、 便于自动化控制、产品质量稳定等优势，是提高小球藻产量的有效途径，比封闭式光生物 反应器系统更具有优势。因此利用工业发酵技术进行小球藻的异养化高细胞密度培养，成 为小球藻大规模高效工业化生产的又一发展趋势。

有鉴于此，国内外的科技工作者主要是研究通过补料流加培养方式来实现小球藻的高 细胞密度生长，已取得了相当成绩的进展，如Shi XM(史贤明)等在Biotechnology Progress (生物技术进展)上发表的“High-yield production of lutein by the green microalga Chlorella protothecoides in heterotrophic fed-batch culture”(通过原壳小球藻的异养分批-补料培养高效 生长叶黄素)，该文中提出一种原壳小球藻的分批-补料培养工艺，并通过间歇式流加培养 实现细胞干重和生产效率达到48g/l和0.2g/l/h。Shi XM(史贤明)等在2008年5月发表 专利《异养培养小球藻的补料优化方法》，该专利提出在建立混合神经网络模型的基础上 进行分批-补料培养的优化，可使小球藻的最高细胞浓度和生产效率分别达到100g/l(干重) 和1.0g/l/h以上。采用简单的流加培养方式异养培养小球藻，可以在一定程度上提高小球 藻的细胞密度，但对同时提高小球藻中的叶黄素含量效果不一定显著，难以实现小球藻在 高细胞密度下叶黄素的高效积累。

叶黄素作为异养小球藻的初级代谢产物，其生物合成基本属于生长相关型的。但目前 以最大生物量为目标的发酵工艺，更关注的是通过改进发酵工艺来提高小球藻的生物量， 以期提高总的叶黄素产率，缺乏有效的工艺手段与小球藻中叶黄素的合成代谢调控相结合， 因此难以在提高生物量的同时提高叶黄素的含量，最终有效提高叶黄素产量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种同步式提高异养小球藻的 生物量和叶黄素的方法。该方法基于对小球藻中叶黄素生物合成代谢调控的研究，筛选出 了叶黄素合成的有效促进剂(合成代谢前体物)，并在流加培养过程中同时加入促进剂，实 现了异养小球藻的高细胞密度及叶黄素的高效积累。本发明通过如下技术方案实现：