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螺旋藻高密度混合营养培养工艺的研究

作　者: 田华
导　师: 张义明
学　校: 贵州大学
专　业: 发酵工程
关键词: 钝顶螺旋藻高密度培养分批培养抗氧化剂培养基优化流加培养
分类号: S968.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

螺旋藻是一种单细胞丝状蓝藻，蛋白质含量高达60％-70％，并含有人体自身不能合成的8种氨基酸且氨基酸含量平衡，富含维生素、多不饱和脂肪酸、碳水化合物及微量元素等，具有抗疲劳、耐缺氧、免疫调节、调节血脂、抑制肿瘤五大主要功能。目前已应用于食品、化妆品、医药、饲料等领域，是一项具有巨大开发潜力和利用价值的多功能产品。混合营养培养是一种外加有机碳源作为补充碳源，在光照下培养螺旋藻的新方法，经大量实验证实它能有效的提高螺旋藻的生物量。混合营养培养与光合自养及异养培养相比，既可提高微藻细胞密度，又不影响色素等光诱导产物的合成，在大规模培养中具有独特的优势，但至今微藻混合营养培养还没有在商业生产上实现，因此开展螺旋藻高密度混合营养培养工艺的研究显得尤为重要。螺旋藻培养过程中藻种的质量非常重要，为此本试验首先从三株藻株S₁、S₂、S₃中通过光合自养和混合营养分批培养筛选出优良藻株S₂，并且对培养液进行污染检查，未发现染菌，大大的减少了工作量。为对后续工作作有效的指导，又详细研究了葡萄糖对螺旋藻生长的影响。螺旋藻混合营养培养过程中光合自养放氧量远大于异养耗氧量，高浓度的活性氧极易生成O₂^-自由基，具有极大的破坏性。为消除过量O₂，研究了三种抗氧化剂Na₂S₂O₃、Vc、Cys的抗氧化效果，结果表明：3.0g／l Na₂S₂O₃的抗氧化效果最好，最大藻细胞干重达到2.42g／l。本着降低混合营养培养生产成本和提高生物量出发，通过单因素及正交实验考察了螺旋藻混合营养培养条件下三种主要物质：碳源NaHCO₃，氮源NaNO₃，磷源K₂HPO₄的最佳添加量，结果表明：碳源NaHCO₃ 8.4g／l，氮源NaNO₃ 2.0g／l，磷源K₂HPO₄ 0.1g／l时即可满足螺旋藻混合营养培养对碳、氮、磷元素的需求，与传统的Zarrouk培养基相比大大节省了生产成本。为进一步验证混合营养培养条件下Na₂S₂O₃的抗氧化效果，在五升发酵罐上进行流加培养研究，结果表明：混合营养培养十天时，添加一定量的Na₂S₂O₃生物量最高达到11.05g／l，未添加则为6.45g／l，前者是后者的1.87倍；光合自养培养则为1.76g／l，远远低于11.05g／l，说明混合营养可以有效的提高螺旋藻的生物量，验证了Na₂S₂O₃的抗氧化效果。

全文目录

中文摘要  6-7
英文摘要  7-26
第一章绪论  26-42
  1.1 螺旋藻的研究历史  26-27
  1.2 螺旋藻的生长繁殖及特性  27
    1.2.1 形态结构及生殖方式  27
    1.2.2 生态分布  27
  1.3 螺旋藻的化学组成  27-32
    1.3.1 蛋白质  27-29
    1.3.2 脂肪酸  29
    1.3.3 碳水化合物  29-30
    1.3.4 维生素与矿物质  30
    1.3.5 色素  30-31
    1.3.6 核酸及脱氧核糖核酸  31-32
  1.4 螺旋藻的营养类型及价值  32-33
    1.4.1 营养类型  32
    1.4.2 营养价值  32-33
  1.5 影响螺旋藻生物量的理化因子  33-40
    1.5.1 碳源对螺旋藻生长的影响  33-34
    1.5.2 氮源源对螺旋藻生长的影响  34-35
    1.5.3 磷源对螺旋藻生长的影响  35-36
    1.5.4 物理因素对螺旋藻生长的影响  36-39
    1.5.5 植物生长调节剂对螺旋藻生长的影响  39
    1.5.6 环境有机毒物对螺旋藻生长的影响  39
    1.5.7 结论与展望  39-40
  1.6 螺旋藻的应用  40-42
    1.6.1 食疗与医药业  40
    1.6.2 饲料与饵料业  40-41
    1.6.3 美容与化妆品业  41
    1.6.4 废水处理与环保业  41-42
第二章立题背景及研究内容  42-49
  2.1 国内外螺旋藻产业的发展概况  42-45
  2.2 螺旋藻的发展趋势  45-46
    2.2.1 降低螺旋藻产业化生产成本  45
    2.2.2 螺旋藻优良藻种的选育和转基因螺旋藻的开发  45-46
    2.2.3 对螺旋藻多糖及不饱和脂肪酸的广泛研究  46
  2.3 本课题的研究思路及研究内容  46-49
第三章实验材料与方法  49-56
  3.1 材料  49-51
    3.1.1 藻种  49
    3.1.2 培养基  49
    3.1.3 试剂  49-51
  3.2 主要仪器设备  51-52
  3.3 培养方法和条件  52
    3.3.1 种子保藏  52
    3.3.2 种子培养  52
    3.3.3 分批摇瓶培养  52
    3.3.4 发酵罐流加培养  52
  3.4 分析测试  52-56
    3.4.1 细胞干重测定  52-53
    3.4.2 pH值测定  53
    3.4.3 光强测定  53
    3.4.4 显微镜观察  53
    3.4.5 葡萄糖消耗量的测定  53
    3.4.6 NO_3~-消耗量的测定  53
    3.4.7 HCO_3~-消耗量的测定  53-54
    3.4.8 培养液污染检查  54
    3.4.9 叶绿素含量的测定  54
    3.4.10 藻胆蛋白含量的测定  54-56
第四章螺旋藻混合营养分批培养研究  56-65
  4.1 螺旋藻优良藻株的筛选  56-57
    4.1.1 螺旋藻光合自养分批培养  56
    4.1.2 螺旋藻混合营养分批培养  56-57
  4.2 螺旋藻培养液污染检查  57-58
  4.3 葡萄糖对螺旋藻生长的影响  58-63
    4.3.1 影响机理分析  58-59
    4.3.2 混合营养分批培养结果分析  59-63
  4.4 本章结论  63-65
第五章抗氧化剂对螺旋藻混合营养分批培养的影响  65-77
  5.1 Na_2S_2O_3对螺旋藻混合营养分批培养的影响  65-66
    5.1.1 Na_2S_2O_3对螺旋藻混合营养分批培养细胞干重的影响  65-66
    5.1.2 Na_2S_2O_3促长机理分析  66
  5.2 Vc对螺旋藻混合营养分批培养的影响  66-68
    5.2.1 Vc对螺旋藻混合营养分批培养细胞干重的影响  66-67
    5.2.2 Vc促长机理分析  67-68
  5.3 Cys对螺旋藻混合营养分批培养的影响  68-69
    5.3.1 Cys对螺旋藻混合营养分批培养细胞干重的影响  68
    5.3.2 Cys促长机理分析  68-69
  5.4 梯度法和回归正交实验法优化葡萄糖和Na_2S_2O_3参数  69-76
    5.4.1 一次回归模型的建立  69-74
    5.4.2 二因子二次回归模型的建立  74-76
  5.5 本章结论  76-77
第六章混合营养培养基配方的优化  77-83
  6.1 单因素及正交实验  77-82
    6.1.1 混合营养培养基优化的单因素实验  77-79
    6.1.2 三因素正交实验  79-82
  6.2 本章结论  82-83
第七章发酵罐流加培养研究  83-89
  7.1 光合自养和混合营养流加培养  84-88
    7.1.1 光在培养液中的衰减规律  84-85
    7.1.2 光合自养流加培养  85-86
    7.1.3 Zarrouk培养基、优化培养基混合营养流加培养的比较  86-87
    7.1.4 抗氧化剂Na_2S_2O_3对螺旋藻混合营养流加培养的影响  87-88
    7.1.5 培养液污染检查  88
  7.2 本章结论  88-89
第八章结论与展望  89-91
  8.1 结论  89-90
  8.2 展望  90-91
致谢  91-92
参考文献  92-99
攻读硕士学位期间发表的学术论文  99-100
附录一: 主要缩略词对照表  100-101
附录二: Lambert-Beer定律  101-102
图版  102-104
原创性声明  104

螺旋藻高密度混合营养培养工艺的研究

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