一种通过共培养提高以蔗糖为碳源下红球藻虾青素产率的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及虾青素的生产方法，其具体涉及一种通过共培养提高以蔗糖为碳源下红球藻虾青素产率的方法，属于生物技术领域。
【背景技术】
[0002]虾青素是一种天然的生物活性物质，是一种具有极强抗氧化活性的类胡萝卜素，因此被称为“超级抗氧化剂”，并被广泛应用于食品、药品、保健品、水产养殖以及化妆品等行业中，据估算，国际上虾青素每年的市场价值可达2亿美元，具有十分广阔的市场前景。当前，市场上的虾青素主要依赖于人工合成，相对于天然虾青素，人工合成虾青素在结构、功能、应用及安全性等方面均具有明显的劣势，因此，天然虾青素的开发与应用具有重要的经济价值。
[0003]由于细胞内较高的虾青素含量，红球藻被认为是天然虾青素的最佳生产体，通过特异性的胁迫诱导，胞内的4下青素含量可达细胞干重的5%(Zhang ff.,Wang J.,Wang J,Liu T.Attached cultivat1n of Haematococcuspluvial is forastaxanthinproduct1n.B1resour.Technol.,2014,158:329-335)，远远高于酵母等其他生产体系。因此，以红球藻为主的虾青素生产研究受到了研究人员的广泛关注。
[0004]红球藻常规的培养模式是以CO2为碳源，在光照条件下进行光合自养型培养;但是，自养条件下，由于培养液中存在光衰减作用，使得光合反应器的设计和运行比较困难，同时，自养培养过程中细胞的生长比较缓慢，生物量和虾青素产率较低，而且较低的生物量浓度会进一步增加后续细胞采收过程的成本。相比之下，以有机碳源对微藻进行异养培养，可以显著促进细胞的生长速率，缩短培养周期，而且可以达到较高的生物量浓度，此外，异养培养过程无需光照，反应器的设计和运行比较简单，可以大大提高红球藻培养过程的经济性。
[0005]当前，微藻的异养培养大多利用葡萄糖，包括红球藻在内的许多微藻具有一定的葡萄糖等单糖的代谢能力，但是由于葡萄糖的成本较高，因此，基于葡萄糖的微藻异养培养过程的经济性较差。
[0006]与葡萄糖相比，制糖工业中的蔗渣、废糖蜜等富含大量的蔗糖，其成本远远低于葡萄糖;但是，研究显示，红球藻等微藻对蔗糖等二糖的代谢能力较差，因此在以蔗糖为碳源的异养培养过程中，细胞的生长和虾青素的产率均较低。
[0007]在植物和微藻中，蔗糖的代谢基于细胞膜上的蔗糖转运蛋白，但是研究人员在酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)中发现，酿酒酵母具有胞外庶糖酶分泌能力(ffieczorke R.,Krampe S.,WeierstalI T.,Freidel K.，Hollenberg C.P.,BolesE.Concurrent knock-out of at least 21transporter genes is required to blockuptake of hexoses in Saccharomyces cerevisiae.FEBS Lett.，1999,464:123-128)0另夕卜，另外一种重要的奸青素生产菌红发夫酵母(Phaff iarhodozyma)同样具有胞外庶糖降解能力，且蔗糖的降解速度显著高于酵母细胞对降解后的单糖的吸收速度(Kilian S.G.,Sutherland F.C.ff., Meyer P.S., du PreezJ.C.Transport-limited sucroseutilizat1n and neokestoseproduct1n by phaff iarhodozyma.B1technol.Lett.,1996，18:975-980)。
【发明内容】
[0008]在以蔗糖为碳源的红球藻培养生产虾青素的过程中，针对红球藻对蔗糖利用能力差的问题，本发明提供了一种通过共培养提高以蔗糖为碳源下红球藻虾青素产率的方法，将红球藻与具有胞外鹿糖酶分泌能力且能积累4下青素的红发夫酵母(Phaff iarhodozyma)共培养，使得红球藻在以蔗糖为碳源的培养基中正常生长并积累虾青素，该方法可以大大提高以蔗糖为碳源的培养过程中蔗糖的利用率和虾青素的产率，有效降低培养体系中虾青素的生产成本。
[0009]为实现上述目的，本发明一种通过共培养提高以蔗糖为碳源下红球藻虾青素产率的方法包括以下步骤:
[0010](I)配置培养基:在常规的微藻培养基中，添加蔗糖或蔗糖替代物，灭菌待用；
[0011](2)接种培养:选择并收集处于对数生长期的产虾青素的微藻细胞，将上述微藻细胞与红发夫酵母(Phaffiarhodozyma)按照20:1?1:1质量比的比例混合，并接种到步骤(I)所配置的培养基中，在通气条件下进行培养；
[0012](3)诱导并提取虾青素:培养至后期，利用诱导策略进行诱导；收集微藻藻体和红发夫酵母菌体的混合物，用于虾青素的提取。
[0013]进一步地，步骤(I)中，所述微藻培养基为BG 11培养基、BBM培养基、Chu 13培养基或SE培养基;所述蔗糖替代物为废糖蜜或蔗渣;所述蔗糖或蔗糖替代物的添加量为0.5?50g/Lo
[0014]进一步地，步骤(2)中，所述微藻为红球藻或雨生红球藻;接种后微藻细胞和红发夫酵母混合物的初始生物量为0.1?lg/L;培养的温度为15?30°C;通气量为I?20vvm;培养条件如下:时间为4?10天;培养的pH为5?8;所述微藻细胞与红发夫酵母按照15:1?5:1质量比的比例混合。
[0015]进一步地，步骤(3)中，所述诱导策略为紫外光诱导、强光诱导、高温诱导或营养饥饿诱导;诱导的时间为I?3天。
[0016]本发明提供的一种通过共培养提高以蔗糖为碳源下红球藻虾青素产率的方法，使微藻可以高效地利用蔗糖进行生长与积累虾青素，大大提高了培养过程中虾青素的产率，也使得培养系统中虾青素的成本得到显著降低。
[0017]与现有的微藻生产虾青素的培养过程相比，本发明的创新点及先进性在于:
[0018](I)本发明提供的方法可以有效地解决红球藻等虾青素生产藻不能利用蔗糖的问题，使得微藻可以利用比较低廉的有机碳源进行异养培养，提高了现有蔗糖废料的利用率，废物利用，降低了培养系统中虾青素的培养成本；
[0019](2)本发明的虾青素生产藻间接利用蔗糖进行生长(即利用红发夫酵母降解蔗糖后产生的单糖