异养小球藻的高密度培养及积累叶黄素的研究

摘要

叶黄素(1utein)是存在于人眼内的一种主要类胡萝卜素，膳食补充叶黄素对于预防AMD和提高视力有着非常重要的作用。原始小球藻(Chlorella protothecoides)具有较高产叶黄素的能力。本文系统研究了C protothecoides细胞异养生长和叶黄素积累特性，对培养条件和培养基组成进行了较系统的优化，研究了叶黄素积累的人工诱导方式，优化了发酵工艺。主要实验结果如下： 1.异养C protothecoides的生长和叶黄素积累均为典型的S型曲线，藻细胞内叶黄素的积累和藻细胞的生长呈正相关。藻细胞对培养基中碳源和氮源吸收基本同步。葡萄糖是C protothecoides异养生长适宜的碳源，最佳的葡萄糖浓度为40g/L时(0.1mol/LNaNO<,3>)，细胞密度达16.3g/L，比生长速率为0.029h<'-1>，叶黄素产量为26mg/L。 2.尿素是异养C protothecoides生长和叶黄素积累的最佳氮源。当碳氮比为13.3(mol/mol)时，达最高的生物量(18.4g/L)；当碳氮比为8.9(mol/mol)时，达到最高的叶黄素产量(31.5mg/L)和含量(1.75mg/g干重)。当NaCI浓度为50mmol/L时，生物量为17g/L，小球藻的叶黄素含量最大为1.82mg/g，较不加NaCl有显著提高(P<0.05)。 3.培养温度为28℃时可获得最高的生物量(17.9 g/L)和最大的叶黄素产量(31.4mg/L)。培养基初始pH为6.5时，生物量(18.2g/L)、叶黄素产量(32.4mg/L)和叶黄素含量(1.78mg/g干重)可达最高。C protothecoides生长和叶黄素积累的最适接种量是5％。 4.低浓度的化学氧化剂对细胞内叶黄素的合成有利。在含有0.5mmol/L Fe<'2+>培养基中加入H<,2>O<,2>浓度为0.1mmol/L时，生物量为15g/L，叶黄素含量最高达1.89mg/g干重；当加入NaClO浓度为0.01mmol/L时，生物量为15.3g/L，细胞中叶黄素最高达1.95mg/g干重，较不加化学氧化剂时，细胞中叶黄素含量有显著提高(P<0.05)。在培养基中加入0.5mmol/L NaCIO和0.01 mmol/L H<,2>O<,2>时，生物量为15.8g/L，细胞中叶黄素含量最高达1.99mg/g干重，较不加化学氧化剂时，细胞中叶黄素含量有极显著提高(P<0.01)。 5.在1L发酵罐中进行C protothecoides的间歇流加培养，最高生物量达23.5g/L，最大的叶黄素产量40mg/L，分别比分批培养提高了24.3％和23.8％。恒速流加培养，最高生物量达24.8g/L，最大的叶黄素产量40.9mg/L，分别比分批培养提高了31.9％和26.7％。实现了细胞的高密度培养和叶黄素的高效积累。

目录

文摘

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第一章 绪论

1.1叶黄素的生物学活性及其应用

1.1.1叶黄素的结构

1.1.2叶黄素的生物学功能

1.1.3叶黄素的产品及其应用

1.2叶黄素的生产

1.2.1从万寿菊中提取叶黄素

1.2.2利用微藻生产叶黄素

1.3小球藻概述

1.3.1小球藻的形态与分类

1.3.2小球藻细胞中化学组成和营养价值

1.3.3小球藻的应用

1.4小球藻的培养

1.4.1自养培养

1.4.2混养培养

1.4.3异养培养

1.5微藻异养化高密度培养的研究现状

1.6异养化微藻生产类胡萝卜素的研究现状

1.7本课题的研究意义和研究内容

第二章原始小球藻Chlorella protothecoides异养生长特性和培养基优化

2.1引言

2.2实验材料与方法

2.2.1实验材料

2.2.2实验方法

2.2.3分析方法

2.3结果与讨论

2.3.1 Chlorella protothecoides异养生长曲线和叶黄素合成规律

2.3.2小球藻培养过程中的基质消耗

2.3.3葡萄糖浓度对细胞生长和叶黄素积累的影响

2.3.4氮源的选择和优化

2.3.5 NaCl浓度对小球藻生长和叶黄素积累的影响

2.4本章小结

第三章小球藻C. protothecoides培养参数的优化

3.1引言

3.2实验材料与方法

3.2.1实验材料

3.2.2实验方法

3.2.3分析方法

3.3结果与讨论

3.3.1温度对小球藻生长和叶黄素积累的影响

3.3.2 pH对小球藻生长和叶黄素积累的影响

3.3.3接种量对小球藻生长和叶黄素积累的影响

3.4本章小结

第四章氧化胁迫诱导C. protothecoides积累叶黄素

4.1引言

4.2实验材料与方法

4.2.1实验材料

4.2.2.实验方法

4.2.3分析方法

4.3结果与讨论

4.3.1不同的H2O2浓度与Fe2+协同作用对小球藻生长和叶黄素积累的影响

4.3.2不同的NaClO浓度对小球藻生长和叶黄素积累的影响

4.3.3 H2O2和NaClO的协同作用对小球藻生长和叶黄素积累的影响

4.4结论

第五章生物反应器中小球藻的高密度培养

5.1引言

5.2实验材料与方法

5.2.1实验材料

5.2.2实验方法

5.2.3分析方法

5.3结果与讨论

5.3.1分批培养

5.3.2补料分批培养

5.4本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

评定意见