[发明专利]一种提高佐夫色绿藻异养生产虾青素的细胞预培养方法

说明书

本发明提供一种提高佐夫色绿藻异养生产虾青素的细胞预培养方法，包括如下过程：预培养处理，将处于对数生长期的佐夫色绿藻进行自养、混养和异养，持续培养三批保持细胞活性；发酵处理，将预培养处理中不同细胞活性的佐夫色绿藻接入三角瓶中进行高密度培养；扩培处理，将预处理中不同细胞活性的佐夫色绿藻接入发酵罐中进行高密度发酵，获得先进报道最大生物量。本发明首次预培养的自养、混养和异养的佐夫色绿藻进行异养高密度发酵，获得最大生物量121 g/L，获得高的虾青素产量为0.56 g/L，产率为0.11 g/L/d，为虾青素市场提供充足来源。

技术领域

本发明涉及微藻生物领域，具体为一种提高佐夫色绿藻异养生产虾青素的细胞预培养方法。

背景技术

虾青素是种生物活性高的类胡萝卜素，含有长的共轭双键，并在链末端形成α-羟基酮结构，具有非常高的抗氧化能力，约是β-胡萝卜素的10倍，维生素E的500倍。虾青素具有三种旋光异构体：左旋（3S,3’S）、右旋（3R,3’R）和内消旋（3R,3’S），其中只有左旋具有抗癌、抗肿瘤、抗氧化等生物活性。虾青素全球市场预计2021年为6.47亿美元，以8.3%的复合年增长率增长，到2026年达到9.65亿美元。虾青素的生产方式主要有人工合成和生物提取，其中人工合成主要存在的问题是合成的虾青素在分子结构上与天然虾青素之间存在差异，导致生物活性，安全性的问题；生物提取包括从水产品加工废料中提取，细菌、真菌、微藻的发酵生产。其中，微藻来源的虾青素构型与水生动物体内所含一致，游离虾青素及其酯类的配比与水生动物中基本相似，易于吸收，其优点是人工合成和采用其他微生物发酵方法所不具备的。

目前，微藻中雨生红球藻（Haematococcus pluvialis）和佐夫色绿藻（Chromochloris zofingiensis）主要用于研究虾青素的生产。雨生红球藻自养周期长，生物量受地区和季节限制在工业生产中仅为0.2-0.5 g L^-1左右，影响虾青素的产量。异养生产虾青素的佐夫色绿藻生物量高达60 g L^-1，是一种有前景的天然虾青素来源。细胞高密度生长和虾青素大量积累是实现佐夫色绿藻产业化生产的关键。高密度佐夫色绿藻为获取虾青素提供充足原料，但目前报道藻的生物量未超过100 g L^-1。佐夫色绿藻在自养、混养和异养模式均可快速生长，但当细胞密度增加，佐夫色绿藻在发酵罐中以异养模式生长代谢。因此，提高佐夫色绿藻的异养生物量是实现虾青素工业生产的关键。

有必要设计一种高效的细胞预培养策略，确定细胞的营养模式对佐夫色绿藻异养生产虾青素的提升效果，也为其他微藻的高密度培养提供新的指导方向。

发明内容

本发明目的在于提供一种提高佐夫色绿藻异养生产虾青素的细胞预培养方法，对佐夫色绿藻进行不同营养模式的预培养，接入异养发酵体系，实现佐夫色绿藻生物量和虾青素产量的提升。

为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：一种提高佐夫色绿藻异养生产虾青素的细胞预培养方法，包括如下过程：

预培养处理，将处于对数生长期的佐夫色绿藻进行自养、混养和异养，持续培养三批保持细胞活性；

发酵处理，将预培养处理中不同细胞活性的佐夫色绿藻接入三角瓶中进行高密度培养，筛选适合异养高密度发酵的佐夫色绿藻细胞状态，其中，在微藻的生长过程中进行营养的动态补料，补料基于以下公式：

（1）；

其中F_S为流加的底物浓度，Y_XS为生物量比上底物浓度，当培养基中营养浓度保持不变时，公式1可以转化成：

（2）；