栅藻Desmodesmus armatus B38扩大培养工艺及其生物活性物质研究

发布时间：2020-04-15 21:59

【摘要】：微藻营养价值丰富,含有多种高附加值的生物活性化合物。本文以生物量、蛋白质和多糖含量为指标进行优势微藻的筛选;对筛选出的栅藻(Desmodesmus armatus B38)进行培养条件优化和全营养素分析,评价其作为食品或饵料的潜在利用价值;对蛋白质和多糖进行分离纯化,研究其活性及结构鉴定;对微藻进行饵料的研制与开发,主要结果如下:以15株热带微藻为研究对象,对其生物量、多糖含量和蛋白质含量进行分析比较。其中藻株B38蛋白质和多糖含量分别为49.00±1.35%和5.37±0.03,在15株热带微藻中最具开发潜力,且适合高密度培养。经形态和分子生物学鉴定,其为栅藻(Desmodesmus armatus B38)。通过全营养素分析确定了栅藻(Desmodesmus armatus B38)的营养价值,发现栅藻中含有丰富的营养成分,碳水化合物、油脂、灰分、粗纤维、蛋白质分别占藻粉干重的 13.86%、14.00%、4.28%、3.52%、49.00%,能量为 377.44 kcal。可作为动物体营养物质的来源。栅藻中含有多种脂肪酸,且含有生物体生长所需要的C18:2(n-6)(亚油酸)和C18:3(n-6)(亚麻酸),但含量较低;栅藻含有18种氨基酸,包括8种必须氨基酸和两种鲜味氨基酸,其中必须氨基酸的SRCAA值为100,表明具有较多的游离氨基酸。栅藻中维生素除VB3和VE外,其他维生素种类欠缺,含量较低。栅藻富含多种矿物质元素,其中钠、钾、钙、镁、铁、锌含量较为丰富,可作为动物体必须微量元素的来源,且重金属铅、镉、汞、砷、锡、镍、铬的含量均低于限定标准。对栅藻(Desmodes armatus B38)培养条件进行优化,通过单因素实验确定了最佳的氮源(硝酸盐)、碳源(碳酸氢盐)和光照强度(108μmol m-2 s-1)。采用Plackett-Burman实验设计,初步筛选了对栅藻生物量有显著影响的变量。这些变量通过中心组合设计(CCD)-响应面法(RSM)进一步优化,以获得高生物量和营养成分,并对BG11培养基进行了重组,重组后的培养基为:0.93gL-1硝酸钠,0.04gL-1磷酸氢二钾,0.15 gL-1硫酸镁,0.07 g L-1碳酸氢钠,且最优的生长条件为:温度27℃,光照强度108μmol m-2 s-1,pH 7.00和通气量0.50 L min-1。在上述条件下,培养12天后,生物量,蛋白质含量和多糖含量分别从原来的0.96±0.11gL-1,49±2.37%和5.37±0.25%提高到 1.65±0.15g L' 53.61±1.25%和 6.15±0.43%,生物量增加 1.7 倍。最后,将优化条件运用到室外800 L光生物反应器中大规模培养。为探索蛋白质和多糖的利用价值,首先对蛋白质和多糖进行优化提取,并对提取的蛋白质和多糖进行结构和性质分析。采用Box-Behnken响应面设计,对蛋白质提取条件进行优化,最佳的提取条件为:pH 11.0;超声功率600 W;提取时间24 min;提取温度20℃;料液比1:15,通过实验验证,最佳提取条件有效,最终,栅藻蛋白质的提取率从53.55±0.98%提高到63.24±0.83%。通过测定,栅藻蛋白质等电点pI=4.3。在pH 12.0时,其溶解度可达89.74%,且一级结构较稳定,分子量主要集中在75 kDa;栅藻蛋白质的热稳定性较高,其热变性温度为109.17℃,和螺旋藻蛋白质、木瓜蛋白质和花生蛋白质相似,超过绿豆和红豆蛋白质;栅藻蛋白质的乳化性和乳化稳定性分别为61.11%和84.55%,和大豆蛋白质具有相似的乳化性,且乳化稳定性较高,可以作为不同食品的粘合剂。选用微波辅助恒温浸提结合法提取栅藻多糖,通过正交试验确定栅藻多糖的最佳提取工艺为:提取温度70℃,微波功率700 W,料液比1:35、微波提取时间20min,恒温浸提2h,用DEAE-52对粗多糖进行分离纯化,共得四种多糖DAP1、DAP2、DAP3和DAP4,分别分离自去离子水段,0.2molL-1、0.5mol L-1和1.0 molL-1 NaCl段。对四种多糖进行分析,四种多糖均由鼠李糖、岩藻糖、阿拉伯糖和甘露糖组成。高效凝胶色谱(GPC)分析表明,四种多糖分子量分布均匀,DAP1、DAP2、DAP3 和 DAP4 的分子量分别为:3.4kDa、33.4kDa、53.4kDa 和 59.1 kDa。扫描电镜显示DAP1表面结构光滑,结构致密,但不平整;DAP2、DAP3和DAP4是一种非晶态固体,呈薄片状。体外抗氧化结果显示,DAP2、DAP3有较强的抗氧化活性。通过投喂栅藻(Desmodesmus armatus B38)作为方斑东风螺开口饵料和鲤鱼幼鱼饵料,研究栅藻对方斑东风螺和鲤鱼生长及存活的影响,发现在人工配合饲料的基础上添加栅藻作为方斑东风螺的开口饵料不利于方斑东风螺的生长和存活,但栅藻对鲤鱼幼鱼的生长有促进作用,复合饵料组的特定生长率、增重率和肥满度均是最高,分别为0.48%、43.75%和7.65%,且栅藻饵料组的肥满度高于配合饵料组,为7.28%,差异显著。
【图文】：

即心,生产力,氮源,栅藻

４．３．２不同氮源对生物量的影响逡逑氮是微藻合成叶绿素、蛋白质、酶等诸多物质的组成成分（Ｒｕａｎｇｓｏｍｂｏｏｎ，２０１２），，逡逑对光合作用影响很大，因此，氮源的种类会直接影响微藻的生长及代谢产物的产量。逡逑硝酸盐、铵态氮和尿素是最常用的三种氮源，本章选取尿素、硝酸钠、硝酸铵，氯化逡逑铵四种氮源，且不同的氮源的氮摩尔浓度保持一致，为１７．６５邋ｍｍｏｌ邋Ｌ＇从中筛选出逡逑最佳氮源。逡逑如图４－２ａ所示，在不同氮源条件下栅藻的生长状况不同。在研究的条件下，硝逡逑酸钠是四种氮源中最适合栅藻生长的，而硝酸铵和氯化铵不适合其生长，可能由于逡逑ＮＨ／对栅藻有毒性作用，游离的氨会干扰自养代谢（Ａｚｏｖ邋＆邋Ｇｏｌｄｍａｎ，邋１９８２；邋Ｓｉａｌｖｅ邋ｅｔ逡逑ａｌ．，２００９），或者损害光系统（Ｂｒｉｔｔ邋ｅｔ邋ａｌ．，２００４；邋Ｄｒａｔｈ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２００８），以至于抑制栅藻的生逡逑长。逡逑如图４－２ｂ所示，以硝酸钠为氮源的培养基生物量和生物量生产力最高，分别为逡逑１．０４±０．丨２５邋ｇ邋Ｉ／１邋和邋０．０８７±０．０１邋ｇ邋Ｌ“ｄ＇邋其次为尿素培养基，分别为邋０．９５±０．０６５邋ｇ邋Ｌ／１逡逑和０．０７９±０．００５邋ｇ邋Ｉ／１邋ｄ＿ｌ，硝酸铵和氯化铵为氮源的培养基生物量和生物量生产力较低，逡逑生物量分别为０．４６±０．０８邋ｇ邋Ｌ１和０．３８±０．０６５邋ｇ邋Ｉ／１，生物量生产力分别为０．０３８±０．００６邋ｇ逡逑Ｌ＿ｌ邋ｃＴ１和０．０３２±０．００５邋ｇ邋ｌ；１邋ｃｆ１。这些结果表明，硝酸钠是栅藻生长最有利的氮源。逡逑

生产力,氮源,栅藻,硝酸钠

４．３．２不同氮源对生物量的影响逡逑氮是微藻合成叶绿素、蛋白质、酶等诸多物质的组成成分（Ｒｕａｎｇｓｏｍｂｏｏｎ，２０１２），逡逑对光合作用影响很大，因此，氮源的种类会直接影响微藻的生长及代谢产物的产量。逡逑硝酸盐、铵态氮和尿素是最常用的三种氮源，本章选取尿素、硝酸钠、硝酸铵，氯化逡逑铵四种氮源，且不同的氮源的氮摩尔浓度保持一致，为１７．６５邋ｍｍｏｌ邋Ｌ＇从中筛选出逡逑最佳氮源。逡逑如图４－２ａ所示，在不同氮源条件下栅藻的生长状况不同。在研究的条件下，硝逡逑酸钠是四种氮源中最适合栅藻生长的，而硝酸铵和氯化铵不适合其生长，可能由于逡逑ＮＨ／对栅藻有毒性作用，游离的氨会干扰自养代谢（Ａｚｏｖ邋＆邋Ｇｏｌｄｍａｎ，邋１９８２；邋Ｓｉａｌｖｅ邋ｅｔ逡逑ａｌ．，２００９），或者损害光系统（Ｂｒｉｔｔ邋ｅｔ邋ａｌ．，２００４；邋Ｄｒａｔｈ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２００８），以至于抑制栅藻的生逡逑长。逡逑如图４－２ｂ所示，以硝酸钠为氮源的培养基生物量和生物量生产力最高，分别为逡逑１．０４±０．丨２５邋ｇ邋Ｉ／１邋和邋０．０８７±０．０１邋ｇ邋Ｌ“ｄ＇邋其次为尿素培养基，分别为邋０．９５±０．０６５邋ｇ邋Ｌ／１逡逑和０．０７９±０．００５邋ｇ邋Ｉ／１邋ｄ＿ｌ，硝酸铵和氯化铵为氮源的培养基生物量和生物量生产力较低，逡逑生物量分别为０．４６±０．０８邋ｇ邋Ｌ１和０．３８±０．０６５邋ｇ邋Ｉ／１，生物量生产力分别为０．０３８±０．００６邋ｇ逡逑Ｌ＿ｌ邋ｃＴ１和０．０３２±０．００５邋ｇ邋ｌ；１邋ｃｆ１。这些结果表明，硝酸钠是栅藻生长最有利的氮源。逡逑５ｉ逦３逡逑＃—0—邋Ｕｒｅａ逡逑
【学位授予单位】：海南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q946

【参考文献】