[发明专利]培养藻类的方法

说明书

本发明涉及一种培养藻类，特别是原始红藻藻种的异养方法，以生产有价值的色素藻蓝蛋白。该方法依赖于高氧饱和度和受控的碱定量施加来提供改善的藻蓝蛋白产量。本发明还涉及藻类生物质、包含所述生物质或藻蓝蛋白的组合物、其在各种产品中的用途以及用于培养藻类的反应器。

技术领域

本发明涉及一种培养藻类的异养方法，特别是用于生产有价值的色素藻蓝蛋白。本发明还涉及通过该方法生产的藻类生物质、从所述藻类生物质制备藻蓝蛋白、包含所述生物质或藻蓝蛋白的组合物及其在各种产品中的用途。本发明还涉及一种用于培养藻类的改进的反应器，尤其是在该方法的条件下。

背景技术

藻蓝蛋白是一种深蓝色的关键蛋白质色素，其在各种行业中用作染料，也用作保健品。藻蓝蛋白的三级结构对于保持其发色团藻蓝胆素的颜色，确保其线性卟啉环形式的稳定性至关重要。如果由于暴露在恶劣的物理条件下而发生变性，这种稳定性就会丧失，藻蓝胆素会改变形态，变成橙色。这种颜色的损失导致产品不合格、应用空间有限和制造困难。

目前，藻蓝蛋白是使用钝顶节旋藻(Arthrospira platensis)(螺旋藻)在自养方法下生产的。然而，这需要占用大量空间并且需要恒定光源的大型开放式培养床。这些培养条件非常依赖于季节波动，并且培养物容易被产生毒素的蓝细菌污染。此外，螺旋藻本身具有低的生物质生产率和低的藻蓝蛋白生产率。由这种生物体产生的藻蓝蛋白也是不稳定的，如果不在特定条件下保持，会迅速降解成如上所述的不可用的橙色。

嗜硫原始红藻(Galdieria sulphuraria)是一种红藻，生活在生态位酸性和热环境(如温泉)中，在35-55℃的温度下在pH 0.0-4.0之间生长。此外，人们发现它在异养条件下代谢各种有机碳底物，同时保持捕光色素。捕光色素包括那些具有天然食用色素和生物技术重要性的色素，如藻蓝蛋白。此外，发现由于嗜硫原始红藻的天然环境，其产生的藻蓝蛋白比螺旋藻产生的藻蓝蛋白更稳定，并且可以耐受更高的温度、酸性pH和苛刻的化学处理。因此，这使得它在工业生产过程中更加有用。

1995年的一篇论文激发了工业界和学术界对原始红藻(Galdieria)的兴趣，该论文描述了一种从长期常规固体培养基传代培养中观察到的原始白色株(074W)中分离的过量产生藻蓝蛋白的“突变体”(Gross和Schnarrenberger，1995)。特别重要的是，这种突变体在黑暗中异养生长时，其保留了藻蓝蛋白的产生。这是出乎意料的，因为藻蓝蛋白是一种由光激活的捕光色素。随后的几项研究着眼于这种原始红藻株在传统搅拌罐反应器中的高密度异养生长(Sloth等人，2006；Graverholt和Eriksen，2007)。结果表明，不同的异养底物诱导的藻蓝蛋白生产水平差异很大，葡萄糖最高，甘油产生的结果相对较差。

叶绿素和血红素生物合成途径(最终导致藻蓝蛋白等光合色素的产生)中的一个关键步骤是粪卟啉原III氧化酶(CPO)催化粪卟啉原III(COPROGEN)转化为原卟啉原IX(PROTOGEN)(Sarian等人，2016)。后来发现，葡萄糖比其他碳源更能刺激CPO的产生，这与葡萄糖用作生长底物时藻蓝蛋白的良好产量相关。事实上，CPO被证明对分子氧的需求很高，因为在厌氧条件下生长会导致其从细胞中排出，从而停止藻蓝蛋白合成途径(Sarian等人，2016)。这项研究在一定程度上解释了在葡萄糖上培养原始红藻时藻蓝蛋白的良好产量。

因此，目前异养培养原始红藻以生产藻蓝蛋白的尝试证明了在黑暗中需要氧和葡萄糖来促进良好的藻蓝蛋白生产率，报道的最高的连续异养培养使用葡萄糖作为碳源，最多可生产861mg.L^-1.天^-1的藻蓝蛋白，细胞内浓度为15.6mg.g^-1细胞干重。