一种利用异养生物膜贴壁自养培养葡萄藻制备角鲨烯的方法

摘要

本发明提供一种培养葡萄藻来制备角鲨烯的方法，通过优化产角鲨烯葡萄藻的培养方式，以提高葡萄藻养殖过程中的角鲨烯产量；进而提高葡萄藻角鲨烯的医药应用，减少因角鲨烯应用开发的环境破坏，弥补现有技术的不足。本发明首先提供一种培养葡萄藻的方法，所述的方法，是在BG11培养基中添加葡萄糖来培养葡萄藻，从而扩繁藻体。本发明还提供一种提高葡萄藻产角鲨烯的方法，是将葡萄藻在BG 11培养基中培养，且调低BG 11培养基中的氮浓度。本发明在不影响葡萄藻生长的条件下，促进角鲨烯的合成，进而提高具有医药价值角鲨烯的产量，提高葡萄藻角鲨烯产品的应用前景，有望降低鲨鱼的捕杀量，从而保护海洋生态环境。

说明书

技术领域

本发明属于葡萄藻扩繁培养及其高值产物生产技术领域，具体涉及一种培养葡萄藻来制备角鲨烯的方法。

背景技术

角鲨烯(Squalene)作为植物和动物类固醇的生物合成前体，是一种未皂化的无色油状三萜类烃，具有显著的抗氧化与抗菌活性，被广泛应用于生物医药、食品补充剂、高品质化妆品等行业。2020年，据英国媒体报道，一些新冠肺炎候选疫苗中就含有角鲨烯成分。仅2014年，全球角鲨烯市场需求量达26万吨，市场价值高达2.4亿美元。

然而，目前角鲨烯的商业来源主要是深海鲨鱼的肝脏油，但由于对海洋野生动物和渔业资源的保护，动物肝油的持续供应与未来的可用性都将受到很大的限制。因此，寻找可替代动物来源的角鲨烯新资源，对满足高质量角鲨烯的商业化生产，以及改善海洋生态都是一项急需开展的工作。研究发现自然界的一些植物、微生物及少数微藻在受控环境下具有合成角鲨烯的能力，但生成的角鲨烯产物大部分聚集在特定亚细胞区域，损害宿主细胞，这种特性反馈抑制了角鲨烯的持续生物合成。

微藻中的一类葡萄藻能合成富含角鲨烯的三萜类烃，约占烃类总量的30％-50％左右，其角鲨烯合成过程，不会损害藻细胞，是具有应用前景的角鲨烯资源替代品。然而，由于该类藻细胞生长缓慢，葡萄藻角鲨烯的生产研究并未受到太多关注，这也极大限制了葡萄藻角鲨烯的医药应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种培养葡萄藻来制备角鲨烯的方法，通过优化产角鲨烯葡萄藻的培养方式，以提高葡萄藻养殖过程中的角鲨烯产量；进而提高葡萄藻角鲨烯的医药应用，减少因角鲨烯应用开发的环境破坏，弥补现有技术的不足。

本发明首先提供一种培养葡萄藻的方法，所述的方法，是在BG11培养基中添加葡萄糖来培养葡萄藻，从而扩繁藻体；

作为优选，所述的葡萄糖的添加浓度为2.5g/L；

本发明还提供一种提高葡萄藻产角鲨烯的方法，是将葡萄藻在BG 11培养基中培养，且调低BG 11培养基中的氮浓度；

作为优选，是调低BG 11培养基中的氮浓度至本底值的二分之一或零氮浓度；

作为实施例的一种具体记载，所述的调低BG 11培养基中的氮浓度至本底值的四分之一(0.375g.L

更进一步的，所述的方法，是在生物膜贴壁反应装置中进行培养；

作为实施例的一种具体记载，所述的生物膜贴壁反应装置中使用孔径为0.22μm的混合纤维滤膜材料。

本发明在不影响葡萄藻生长的条件下，促进角鲨烯的合成，进而提高具有医药价值角鲨烯的产量，提高葡萄藻角鲨烯产品的应用前景，有望降低鲨鱼的捕杀量，从而保护海洋生态环境。

附图说明

图1：葡萄藻液体培养(a)与生物膜贴壁培养(b)装置示意图；

图2：葡萄藻液体培养与贴壁培养藻细胞生长(a)、烃类(b)及角鲨烯含量(c)的变化比较图；

图3：不同氮源及浓度对葡萄藻角鲨烯产量的影响图；

图4：不同N浓度对葡萄藻细胞生长(a)与角鲨烯产量(b)变化图；

图5：异养条件下葡萄藻生物产量及角鲨烯含量图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明进行详细的描述。

实施例1：葡萄藻液体培养与生物膜贴壁培养角鲨烯生产的比较

将葡萄藻(B.braunii)在BG 11培养基，1％CO

用于B.braunii液体悬浮培养实验的光生物反应器(PBR)由平板反应器(长50cm，宽20cm，厚1cm，体积1L)组成，光照面积为0.1m

培养10天后，结果如图2所示，贴壁培养下藻细胞生物产率高于液体培养的值，分别是5.24g.m

实施例2：异养条件下不同碳源及其浓度对葡萄藻生长的影响

将葡萄藻在相同光照强度(3000lux)及与实施例1相同条件下分别培养于添加浓度为2.0g.L

在确定有机碳源为葡萄糖的条件下，分别设置不同碳源浓度0.5、1.0、2.5、5.0g.L

实施例3：调节N浓度来提高自养条件下葡萄藻的产角鲨烯得率

将葡萄藻在与实施例1相同条件下，于不同初始N浓度的BG 11培养基中贴壁培养7天。初始N浓度分别设置为正常BG 11(1.5g.L

结果如图4所示，葡萄藻在N浓度为正常BG 11、1/2N、1/4N条件下相差不大，生物产量分别是5.24、5.08、4.86g.m

而对于角鲨烯含量而言，低N条件角鲨烯的含量明显提高，不同N浓度条件(正常BG11、1/2N、1/4N、1/8N、0N)下角鲨烯含量分别是0.27、0.32、0.41、0.39、0.40mg.g

实施例4：异养培养提高葡萄藻藻体，再转入自养提高角鲨烯产量

将葡萄藻培养于体积3L的发酵罐中，在添加浓度2.5g.L

结果表明，本发明的方法相比于其它已报答方法极大提高了葡萄藻的生物产量，葡萄藻角鲨烯的产率比相同条件下传统液体悬浮培养提高了约40％，从而为葡萄藻角鲨烯的工业化生产提供了可行性路径。