一种基于高产虾青素的雨生红球藻规模化培养方法

本发明属于微藻生物，具体是涉及一种基于高产虾青素的雨生红球藻规模化培养方法。

背景技术：

1、雨生红球藻(haematococcus pluvialis)，一种淡水绿藻，在胁迫条件下可以积累大量虾青素，被认为是天然虾青素的最佳来源。雨生红球藻生长周期存在多种细胞类型，elliot(1934)将雨生红球藻生活史中出现的细胞类型分为了4种：微小孢子、游动孢子、不定孢子以及不动孢子。其中微小孢子和游动孢子属于营养细胞，不定孢子和不动孢子属于厚壁孢子，当环境恶劣时，雨生红球藻细胞会转变为厚壁孢子，同时合成虾青素。

2、虾青素(astaxanthin)，一种酮式类胡萝卜，具有强大的抗氧化能力。其抗氧化能力是类胡罗卜素的10倍，是维生素e的550倍。因其强大的抗氧化功能和多种卓越的生理特性，在水产养殖、保健品等行业具有广泛应用前景。

3、目前雨生红球藻培养策略主要包括一阶段培养模式和两阶段培养模式。其中一阶段培养模式是指雨生红球藻细胞生长阶段和虾青素积累阶段处于同一个培养体系中。此模式操作简单，培养成本低，但是细胞死亡率高。

4、两阶段培养模式是指雨生红球藻细胞生长阶段和虾青素积累阶段处于两个培养体系中。按照细胞生长特点(绿色阶段需要温和培养条件，红色阶段需要胁迫条件)所采用的生产阶段，是目前主要的商业培养模式。但是未能完全克服虾青素产量和产率的矛盾问题，还有较大的提高空间。

5、近年有学者提出三阶段培养模式，即按照雨生红球藻三种细胞状态(绿色游动细胞、绿色不动细胞和红色不动细胞)，将培养阶段划分为三个培养体系。此方法调控更加精准，但是增加材料和人工成本，很少在规模化培养中应用。

6、中国专利cn104745479b涉及一种培养雨生红球藻的方法，该方法包括以下步骤：(1)在光照开放式培养的条件下，将雨生红球藻在培养液中进行第一阶段培养，获得含有游动细胞的雨生红球藻；(2)在光照开放式培养的条件下，将步骤(1)获得的含有游动细胞的雨生红球藻在培养液中进行第二阶段培养，使至少部分游动细胞转化为不动细胞；其中，在步骤(1)和/或步骤(2)中依次加入抗生素a和抗生素b；或者先在步骤(1)中加入抗生素a，再在步骤(2)中加入抗生素b，抗生素a和抗生素b不同。采用本发明所述的方法培养雨生红球藻，能够显著提高雨生红球藻中虾青素的含量和雨生红球藻的产量。雨生红球藻于2020年获批为新资源食品，但是该方法培养过程中添加较多的外源抗生物素，涉及到食品安全等系列问题，该方法不适合规模化培养使用。

7、中国专利cn114480133a提供一种雨生红球藻的培养方法及应用，具体为在常规的雨生红球藻正常培养条件、高光胁迫条件、缺氮胁迫条件或高光和缺氮双重胁迫条件下培养雨生红球藻时，在培养基中添加酮戊二酸和/或酮戊二酸钠盐，经过培养获得雨生红球藻；添加og或og-2na不但显著解除hl、nd和hl-nd胁迫条件对雨生红球藻生长的抑制作用，同时促进其生长；与此同时，添加og或og-2na可显著提高hl、nd和hl-nd胁迫条件下虾青素的含量，最终显著提高虾青素的产率。但是该培养方法添加酮戊二酸和/或酮戊二酸钠盐，提高了培养成本，在规模化培养的过程中，增加培养成本和培养调控难度。

8、综上，开发一种面向产业化、高产虾青素、绿色节能的雨生红球藻规模化培养方法尤为迫切。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种基于高产虾青素的雨生红球藻规模化培养方法，面向规模化培养，解决虾青素含量和产量的矛盾问题，实现雨生红球藻虾青素的高产、高效、稳定的培养目标，为雨生红球藻规模化培养提供一个新的思路。

2、本发明包括以下步骤：

3、1)培养阶段：使用微藻培养基在适宜条件下，通入3％二氧化碳培养雨生红球藻培养，获得大量雨生红球藻绿色游动细胞；

4、2)转化阶段：加入1g/l氯化钠培养，高盐缺氮条件下促使绿色游动细胞转变为绿色不动细胞，增加细胞抗逆性；

5、3)积累阶段：高光高盐缺氮条件下培养，通入10％二氧化碳，绿色不动细胞转变为红色不动细胞，促进虾青素的积累。

6、在步骤1)中，培养条件为光强30～50μmol/m2/s，光暗比24︰0，培养温度22～25℃，通气速率0.1～0.4vvm。

7、在步骤1)中，培养阶段时间为12～16天。

8、在步骤2)中，培养条件为3％二氧化碳，光强30～50μmol/m2/s，光暗比24︰0培养温度22～25℃，通气速率0.1～0.4vvm。

9、在步骤2)中，培养阶段时间为4～6天。

10、在步骤3)中，培养条件为光强300～500μmol/m2/s，光暗比24︰0，培养温度25～28℃，通气速率0.1～0.4vvm。

11、在步骤3)中，培养阶段时间为16～20天。

12、本发明的有益效果：

13、1、与常规培养方法相比，本发明在培养微藻的过程，未曾更换培养基，在同一培养体系中进行操作，节约大量材料和人工成本，更加绿色经济；

14、2、在培养过程中，不同阶段通入不同浓度的二氧化碳(3％和10％)，大大增加二氧化碳的固定效率，在固碳减排方面有着很大的应用价值；

15、3、同一体系中，分为三个阶段(培养阶段、转化阶段、积累阶段)，其中转化阶段设计，在积累阶段前便将游动细胞转化为不动细胞，显著增加细胞在积累阶段的存活率，解决虾青素产量和产率的矛盾问题；

16、4、实现雨生红球藻虾青素的高产、高效、稳定的培养目标，为雨生红球藻规模化培养提供一个新的思路。

技术特征：

1.一种基于高产虾青素的雨生红球藻规模化培养方法，其特征在于包括以下步骤：

2.如权利要求1所述一种基于高产虾青素的雨生红球藻规模化培养方法，其特征在于在步骤1)中，培养的条件为光强30～50μmol/m2/s，光暗比24︰0，培养温度22～25℃，通气速率0.1～0.4vvm。

3.如权利要求1所述一种基于高产虾青素的雨生红球藻规模化培养方法，其特征在于在步骤1)中，培养的时间为12～16天。

4.如权利要求1所述一种基于高产虾青素的雨生红球藻规模化培养方法，其特征在于在步骤2)中，培养的条件为3％二氧化碳，光强30～50μmol/m2/s，光暗比24︰0培养温度22～25℃，通气速率0.1～0.4vvm。

5.如权利要求1所述一种基于高产虾青素的雨生红球藻规模化培养方法，其特征在于在步骤2)中，培养的时间为4～6天。

6.如权利要求1所述一种基于高产虾青素的雨生红球藻规模化培养方法，其特征在于在步骤3)中，培养的条件为光强300～500μmol/m2/s，光暗比24︰0，培养温度25～28℃，通气速率0.1～0.4vvm。

7.如权利要求1所述一种基于高产虾青素的雨生红球藻规模化培养方法，其特征在于在步骤3)中，培养的时间为16～20天。

技术总结
一种基于高产虾青素的雨生红球藻规模化培养方法，属于微藻生物技术领域。包括以下步骤：1、培养阶段：使用微藻培养基在适宜条件下，通入3％二氧化碳培养雨生红球藻，获得大量雨生红球藻绿色游动细胞；2、转化阶段：加入1g/L氯化钠，高盐缺氮条件下促使绿色游动细胞转变为绿色不动细胞，增加细胞抗逆性；3、积累阶段：高光高盐缺氮条件下，通入10％二氧化碳，绿色不动细胞转变为红色不动细胞，促进虾青素的积累。本发明面向规模化培养，解决了虾青素产量和产率的矛盾问题，实现雨生红球藻虾青素的高产、高效、稳定的培养目标，为雨生红球藻规模化培养提供一个新的思路。

技术研发人员：蔡明刚,郭帅,李峰,柯宏伟
受保护的技术使用者：厦门大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27