本發(fā)明涉及微生物應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及到一種誘導雨生紅球藻生產(chǎn)蝦青素的裝置及基于這種裝置的誘導方法。

背景技術(shù)：

蝦青素(3，3′-二羥基-4，4′-二酮基-β，β′-胡蘿卜素，C₄₀H₅₂O₄)是一種廣泛存在于自然界中的一種類胡蘿卜素。蝦青素比普通類胡蘿卜素具有更強的抗氧化活性，高于β-胡蘿卜素10倍以上，是維生素E的550倍；其次，蝦青素是唯一能夠穿透血腦屏障的類胡蘿卜素，因而在抗衰老、抗腫瘤、提高免疫力、預防心腦血管疾病方面有著顯著作用，有被開發(fā)成為抗腫瘤藥物的潛能。對天然蝦青素生物學功能和藥理藥效研究表明它是一種安全健康的天然色素，在日本、美國、歐盟、加拿大，蝦青素已被批準為安全的人類食品添加劑，用于食品的著色、保鮮、營養(yǎng)補充及用作珍貴魚類和甲殼類動物和家禽的飼料添加劑，并且已經(jīng)取得相應(yīng)的商業(yè)化成功。

蝦青素廣泛存在于海洋環(huán)境生物中，如蝦及蟹類中，然而在動物中蝦青素都是通過食物鏈從攝取的食物中獲得。之前天然蝦青素來源于磷蝦油、小龍蝦油和紅法夫酵母，這些來源的蝦青素含量只在0.15％到0.4％之間，不能滿足市場高效利用的需求。然而，雨生紅球藻(Haematococcus pluvialis)藻源的蝦青素是100％左旋(3S-3'S)結(jié)構(gòu)，具有最強的生物學活性。其積累量最高可達藻細胞干重的10.0％，因此被認為是自然界中天然蝦青素濃縮的工具。

在大規(guī)模利用雨生紅球藻生生產(chǎn)蝦青素時，一般把生產(chǎn)過程分為營養(yǎng)生長階段和蝦青素誘導積累階段。在目前的蝦青素誘導積累階段，通常會將收獲的藻液稀釋，施加誘導因子，然后在開放跑到池或密閉的反應(yīng)器中完成誘導工作。采用跑到池進行誘導，通常會占用大量的場地；而誘導過程環(huán)境的不可控，通常會帶來各種污染，嚴重的甚至會導致誘導失敗。在密閉的光生物反應(yīng)器中進行誘導，稀釋的藻液通常會導致昂貴反應(yīng)器的大量使用；而密閉反應(yīng)器誘導通常在室外利用太陽光進行誘導，其誘導雖然比開放跑到池中誘導受到環(huán)境影響小，但還是會導致不同批次產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定及不同批次誘導時間有差異。此外，這兩種誘導形式都不能夠保證誘導工作全年穩(wěn)定進行。

鑒于此，本發(fā)明提出了一種新的反應(yīng)器以及基于這種反應(yīng)器的雨生紅球藻細胞的誘導方式。通過這種方式，雨生紅球藻的誘導可以在高濃度下進行，雨生紅球藻的誘導積累蝦青素可以全年穩(wěn)定進行生產(chǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種誘導環(huán)境可控、制造成本低、占地面積小的雨生紅球藻高濃度誘導蝦青素積累的裝置及方法。

為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的方案為：

一種雨生紅球藻高濃度誘導蝦青素積累的裝置，所述裝置由支架、誘導組件和熱交換設(shè)備組成，誘導組件設(shè)置于支架上；所述誘導組件包括依次疊置的調(diào)溫層、誘導層和光照層；所述調(diào)溫層為具有進液口和出液口的密封殼體，其具有良好的導熱性，調(diào)溫層的進液口和出液口分別與熱交換設(shè)備連接；誘導層由透明材料制成，其呈屜形結(jié)構(gòu)或是頂上可打開的盒形結(jié)構(gòu)，誘導層內(nèi)設(shè)有混合耙，所述混合耙由耙頭和耙柄組成，耙頭上設(shè)有軟毛；光照層為若干陣列排列的光源，誘導層與光照層間設(shè)有隔離板，所述隔離板采用透明材料制成。

該裝置，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，可極好的控制誘導中環(huán)境條件，使藻在高濃度下進行誘導，且誘導環(huán)境可控，不受到外界環(huán)境的影響，避免了目前蝦青素誘導設(shè)備昂貴和占地面積過大的不足。

優(yōu)選地，所述光源為藍光或藍光和白光的混合光，且光強大于400μmol/m².s；更佳地，光強大于1000μmol/m².s；最佳地，所述光強為誘導層內(nèi)部實際的光強而非光源發(fā)出的光強，為此，可以在誘導層內(nèi)部設(shè)置光強測量裝置。這樣的脅迫條件有利于增加誘導效果，提高產(chǎn)量。

優(yōu)選地，所述誘導層和隔離板由透明的樹脂材料或玻璃組成。

優(yōu)選地，所述誘導層的高度不超過5cm，隔離板的厚度不超過5mm。此規(guī)格的裝置透光效果好，誘導效率高。

優(yōu)選地，所述誘導層中設(shè)有若干溫度傳感器，其與熱交換設(shè)置的控制系統(tǒng)電連接。通過設(shè)置于誘導層中的溫度傳感器可以使該裝置的溫度控制更準確，更有利于不同批次誘導條件的統(tǒng)一性。

一種雨生紅球藻高濃度誘導蝦青素積累的方法，所述方法包括以下步驟：

1)取培養(yǎng)到至少95％細胞處于不動細胞階段的雨生紅球藻，沉降后將藻細胞清洗濃縮，棄上清液后備用；

2)向步驟1)的濃縮液中加入營養(yǎng)限制的培養(yǎng)基和誘導因子，混勻后分裝至權(quán)利要求1-5任一項所述的裝置的誘導層中；

3)設(shè)置誘導層溫度25-35℃，設(shè)定光照強度和培養(yǎng)時間進行強光誘導，培養(yǎng)過程中拉動混合耙對細胞進行周期性的混合；

4)培養(yǎng)結(jié)束后收集藻細胞。

通過該方法，雨生紅球藻細胞可以在高濃度下進行誘導轉(zhuǎn)紅，雨生紅球藻的誘導積累蝦青素可以全年無休持續(xù)穩(wěn)定的進行生產(chǎn)；可以實現(xiàn)穩(wěn)定、高效應(yīng)用雨生紅球藻生產(chǎn)蝦青素的目的。

優(yōu)選地，所述步驟1)中清洗時使用滅菌水、消毒并中和后的水或用0.22μ過濾器過濾后的水。

優(yōu)選地，所述步驟1)濃縮的倍率為1～500倍。該方法對于濃縮1～500倍的深藻液均有較好的誘導效果。

優(yōu)選地，所述方法還包括在對離心設(shè)備和誘導層在使用前進行消毒的步驟，通過紫外光照射、化學藥劑對誘導層進行消毒。消毒后可以避免雜菌的影響，提高產(chǎn)品的品質(zhì)。

優(yōu)選地，所述步驟2)中分裝的誘導層中的藻細胞的厚度為0.5-2cm。

本發(fā)明提出的雨生紅球藻誘導蝦青素裝置，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，可極好的控制誘導中環(huán)境條件，使藻在高濃度下進行誘導，且誘導環(huán)境可控，不受到外界環(huán)境的影響，避免了目前蝦青素誘導設(shè)備昂貴和占地面積過大的不足。而基于該裝置的誘導方法使雨生紅球藻細胞可以在高濃度下進行誘導轉(zhuǎn)紅，雨生紅球藻的誘導積累蝦青素可以全年無休持續(xù)穩(wěn)定的進行生產(chǎn)。以其達到穩(wěn)定、高效應(yīng)用雨生紅球藻生產(chǎn)蝦青素的目的。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是混合耙的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：1、調(diào)溫層，2、誘導層，3、光照層，21、混合耙。

具體實施方式

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思，從而對本發(fā)明的保護范圍作出更清楚地限定，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明。

一種雨生紅球藻高濃度誘導蝦青素積累的裝置，所述裝置由支架、誘導組件和熱交換設(shè)備組成，支架用于安放相關(guān)部件，支架上可以安裝整個裝置或整個裝置的受力部位，誘導組件設(shè)置于支架上，熱交換設(shè)備為可調(diào)節(jié)溫度的裝置。所述誘導組件由從下至上依次疊置的調(diào)溫層1、誘導層2和光照層3組成；所述調(diào)溫層1為具有進液口和出液口的密封殼體，該殼體只有進、出液體口這兩個開口，其他地方為密封的結(jié)構(gòu)，其具有良好的導熱性；更佳地，溫層也具有良好的透光性，即其是采用導熱性和透光性好的密封材料制成；調(diào)溫層1工作時內(nèi)部流動的是制冷劑，其進液口和出液口分別與熱交換設(shè)備連接，從而使熱交換設(shè)備內(nèi)的蓄熱劑(如制冷劑)可以與調(diào)溫層1內(nèi)不斷循環(huán)制冷或制熱，制冷劑選擇水、親水性樹脂融入水中形成的制冷劑以及其它的一些制冷液體。誘導層2由透明材料制成，呈屜形結(jié)構(gòu)或頂上是可打開的盒形結(jié)構(gòu)，其可以是一體成型的也可以是由若干塊板粘合而成的；誘導層2中還設(shè)有若干溫度傳感器，其與熱交換設(shè)置的控制系統(tǒng)電連接，從而使該裝置對于誘導溫度的控制更加精準。

誘導層2內(nèi)設(shè)有混合耙21以用于誘導層內(nèi)的物料混合，所述混合耙21由耙頭和耙柄組成，耙頭上設(shè)有軟毛，軟毛可以對誘導層內(nèi)的物料起到攪拌混合的作用，耙柄可從誘導層前面的面板中間小孔伸出，耙柄與面板結(jié)合較為緊密不會導致物料在攪動的時候外溢，耙頭的長度與誘導層內(nèi)寬度相等或略短1-5mm，通過抽動靶子，耙頭可在誘導層中向著或遠離誘導層前面的面板水平移動，從而可以帶動誘導層中的濃藻液攪動；混合耙21的運動可人工抽動，也可與自動裝置相連，定時抽動。光照層3為若干陣列排列的光源，誘導層2與光照層3間設(shè)有隔離板，光源可以設(shè)置于隔離板上，隔離板采用透明的樹脂材料或玻璃制成；光源可以是植物生長燈、LED燈帶、太陽燈、LED燈泡、燈管、燈盤等光源。

調(diào)溫層1、誘導層2和光照層3可以是同一個裝置的不同部位，也可以是將具有以上功能的部件依次組裝安放在一起的；并且每個裝置中的誘導組件可以是陣列排列的，即每一層可以有若干個，總共可以有若干層。

在一些較佳實施例中，所述光源為藍光或藍光和白光的混合光，且光強大于400μmol/m².s，更佳地，光強大于1000μmol/m².s；最佳地，所述光強為誘導層內(nèi)部實際的光強而非光源發(fā)出的光強，為此，可以在誘導層2內(nèi)部設(shè)置光強測量裝置。更佳地，所述誘導層2的高度不超過5cm，隔離板的厚度不超過5mm。

一種雨生紅球藻高濃度誘導蝦青素積累的方法，所述方法包括以下步驟：

1)鏡檢綠色培養(yǎng)階段的雨生紅球藻藻細胞，確保至少95％以上的細胞都是不動細胞(絕大部分(95％以上)處于不動細胞階段，甚至可以是厚壁孢子階段)，待藻類沉降后將藻細胞濃縮，去掉上清，清洗一次并離心濃縮后備用，清洗時使用滅菌水、消毒并中和后的水或用0.22μ過濾器過濾后的水；

2)向步驟1)的濃縮液中加入少量營養(yǎng)限制的培養(yǎng)基和其它誘導因子，混均后手動或自動分裝到上述裝置的誘導層中；

3)設(shè)置誘導層溫度25-35℃，更佳地，維持在25℃-30℃之間，設(shè)定光照強度和培養(yǎng)時間進行強光誘導，培養(yǎng)過程中拉動混合耙對細胞進行周期性的混合，以使誘導層中的細胞可以混合均勻，交換接受光照；

4)培養(yǎng)結(jié)束后收集藻細胞，通過特制的鏟子(鏟子口是扁平、整齊，有一定硬度和彈性的塑料材質(zhì)制成)，將誘導后的藻細胞收集。

對于步驟1)中的離心機和步驟2)中的誘導層，在使用前均通過紫外光照射、化學藥劑等方式進行消毒。

在另一些實施例中，所述步驟1)中誘導培養(yǎng)中的藻細胞濃度可以是初次離心前的1倍、2倍、3倍、4倍、5倍、10倍、20倍甚至是50倍、100倍、200倍、500倍；更佳地，所述步驟2)中分裝的誘導層中的藻細胞的厚度為0.5-2cm。

具體實施例和試驗結(jié)果

調(diào)溫層、誘導層由0.5cm厚度的玻璃膠粘制造，調(diào)溫層與誘導層同底面長寬。調(diào)溫層為內(nèi)部高度為1cm的玻璃缸，其進出水口與熱交換機相連；誘導層厚度為5cm，內(nèi)部有溫控探頭、混合耙，誘導層內(nèi)的溫控探頭與熱交換機相連，從熱交換機出來的水溫度不超過16℃。光源層由30w的植物生長燈提供照光。

取培養(yǎng)了20d的雨生紅球藻鏡檢，發(fā)現(xiàn)95％以上的藻細胞處于不動細胞階段，甚至有少量細胞處于厚壁孢子階段。將藻用碟式離心機離心，用消毒水清洗離心后，補加無N、P的培養(yǎng)基并加入總體積5％的無水乙醇，在潔凈的環(huán)境中，將藻液分裝到誘導裝置中，誘導層中藻漿的厚度為0.5cm。離心前的藻細胞干重為0.95g/L，誘導裝置中藻細胞濃度為25.34g/L。培養(yǎng)中控制誘導溫度為25℃-30℃，每30min抽動一次耙子，每次來回運動5次。在誘導中取樣觀察藻細胞的狀態(tài)，直到藻細胞完全變紅，誘導結(jié)束。

對照試驗

采用直徑為10cm的柱式反應(yīng)器，將藻離心清洗后，其濃度稀釋三倍，同樣加入缺N、P的培養(yǎng)基和5％濃度的乙醇，用同樣根數(shù)的30w植物生長燈作為光源，試驗結(jié)果如下：

雖然最終蝦青素的濃度實驗組比對照組略低，但是總蝦青素產(chǎn)率實驗組幾乎是對照組的1倍。此外，在誘導過程中使用的培養(yǎng)液和誘導劑都大為減少。最關(guān)鍵的是，誘導時間大為減少。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，很便于大規(guī)模進行工廠化生產(chǎn)，在控制生產(chǎn)條件和潔凈度后，該生產(chǎn)幾乎可以預料的穩(wěn)定進行下去。

盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的實施例。