一種通過共培養(yǎng)提高以蔗糖為碳源下微藻油脂產(chǎn)率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明具體涉及一種通過共培養(yǎng)提高以蔗糖為碳源下微藻油脂產(chǎn)率的方法，屬于生物技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]微藻是一類光驅(qū)動的“細胞工廠”，它可以通過光合作用將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成多種化學物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、脂肪酸、維生素、礦物質(zhì)和抗氧化物質(zhì)等;一些藻類還含有一些其他的活性物質(zhì)，如富含胡蘿卜素的螺旋藻，富含蝦青素的雨生紅球藻等，因此，微藻廣泛應(yīng)用于動物餌料、食品、藥品以及食品添加劑等的生產(chǎn)。此外，微藻還可以積累大量的油脂以及烴類等物質(zhì)，微藻是一種優(yōu)良的能源生物，由于其具有油脂含量高，分布范圍廣，不占用耕地等優(yōu)點，被認為是有巨大潛力補充化石能源短缺的能源生物。
[0003]作為光合自養(yǎng)型微生物，微藻常規(guī)的培養(yǎng)模式是以CO2等無機碳源，利用光進行光合自養(yǎng)型培養(yǎng);但是自養(yǎng)條件下，由于細胞對光的吸收與散射，以及細胞之間的相互遮擋，使得培養(yǎng)液中存在光衰減作用，從而使得微藻的生長受到光照條件的限制，同時使得光合反應(yīng)器的設(shè)計和運行比較困難，自養(yǎng)培養(yǎng)過程中細胞的生長比較緩慢，培養(yǎng)周期較長，且最終生物量濃度較低，而且較低的生物量濃度會進一步增加后續(xù)細胞采收過程的成本。相比之下，利用有機碳源對微藻進行異養(yǎng)培養(yǎng)，可以顯著促進細胞的生長速率，縮短培養(yǎng)周期，而且可以達到較高的生物量濃度，此外，異養(yǎng)培養(yǎng)過程無需光照，反應(yīng)器的設(shè)計和運行比較簡單。
[0004]當前，微藻的異養(yǎng)培養(yǎng)研究大多利用葡萄糖為碳源，研究表明，許多產(chǎn)油微藻都具有一定的葡萄糖等單糖的代謝能力，但是由于葡萄糖的成本較高，作為大規(guī)模培養(yǎng)以生產(chǎn)生物柴油的過程，基于葡萄糖的微藻異養(yǎng)培養(yǎng)過程的經(jīng)濟性較差。
[0005]與葡萄糖等單糖相比，蔗糖的成本較低，且制糖工業(yè)中產(chǎn)生的蔗渣、廢糖蜜等下腳料富含大量的蔗糖，在微藻的異養(yǎng)培養(yǎng)中具有較好的應(yīng)用前景。但是，研究顯示，大多數(shù)微藻對蔗糖等二糖的代謝能力較差，在以蔗糖為碳源的異養(yǎng)培養(yǎng)過程中細胞的生長和油脂的產(chǎn)率均較低。
[0006]通過對蔗糖的代謝機制進行研究發(fā)現(xiàn)，在植物和微藻中，蔗糖的代謝主要基于細胞膜上的蔗糖轉(zhuǎn)運蛋白，藻類中可能由于相關(guān)基因的缺失或表達水平較低，使得微藻中蔗糖代謝能力較差;但是在釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)中，研究人員發(fā)現(xiàn)釀酒酵母具有胞外鹿糖酶分泌能力，可以在胞外將鹿糖降解為單糖后供細胞吸收利用(WieczorkeR.,Krampe S.,ffeierstall T.,Freidel K.,Hollenberg C.P.,Boles E.Concurrentknock-out of at least 21 transporter genes is required to block uptake ofhexoses in Saccharomyces cerevisiae.FEBS Lett.，1999，464:123-128) D 另外，在其它的酵母中，如紅發(fā)夫酵母(Phaffiarhodozyma)等中同樣發(fā)現(xiàn)了胞外鹿糖降解能力，且紅發(fā)夫酵母中蔗糖的降解速度高于酵母細胞對糖的吸收速度，使得胞外具有明顯的單糖積累(Kilian S.G., Sutherland F.C.ff.,Meyer P.S.,du PreezJ.C.Transport-1imitedsucrose utilizat1n and neokestoseproduct1n byphaff iarhodozyma.B1technol.Lett., 1996,18:975-980)。另外，在其他產(chǎn)油酵母，如彎隱球酵母(Cryptococcus albidun)、斯達氏油脂酵母(Lipomyces )、淺白色隱球酵母(Cryptococcus albidus)等中，也發(fā)現(xiàn)有一定的胞外鹿糖酶分泌能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在以蔗糖為碳源的微藻培養(yǎng)生產(chǎn)生物能源(油脂)的過程中，針對微藻對蔗糖利用能力差的問題，本發(fā)明提供了一種通過共培養(yǎng)提高以蔗糖為碳源下微藻油脂產(chǎn)率的方法，將產(chǎn)油微藻與具有胞外蔗糖酶分泌能力的酵母共培養(yǎng)，使得微藻利用酵母降解蔗糖后產(chǎn)生的單糖進行生長與代謝，有效解決蔗糖異養(yǎng)培養(yǎng)下微藻對碳源的利用效率低、生長緩慢的問題，有效降低微藻生物能源生產(chǎn)過程中的碳源成本，還大大提高了培養(yǎng)過程中微藻細胞的生長速率和油脂產(chǎn)率。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種通過共培養(yǎng)提高以蔗糖為碳源下微藻油脂產(chǎn)率的方法包括以下步驟:
[0009](I)配置培養(yǎng)基:在常規(guī)的微藻培養(yǎng)基中，添加蔗糖或蔗糖替代物，滅菌待用；
[0010](2)接種:選擇并收集處于對數(shù)生長期的產(chǎn)油脂的微藻細胞，將上述微藻細胞與具有胞外蔗糖酶活性的酵母以25:1?2:1質(zhì)量比的比例混合，并接種到步驟(I)所配置的培養(yǎng)基中；
[0011 ] (3)培養(yǎng)并提取油脂:在通氣條件下進行培養(yǎng)，收集微藻藻體和酵母菌體的混合物，用于油脂的提取。
[0012]進一步地，步驟(I)中，所述微藻培養(yǎng)基為BBM培養(yǎng)基、Chu 13培養(yǎng)基、BG 11培養(yǎng)基、CT培養(yǎng)基或SE培養(yǎng)基;所述蔗糖替代物為廢糖蜜或蔗渣;所述蔗糖或蔗糖替代物的添加量為I?40g/L。
[0013]進一步地，步驟(2)中，所述微藻細胞與具有胞外蔗糖酶活性的酵母以15:1?5:1質(zhì)量比的比例混合。所述微藻為淡水能源藻;所述具有胞外蔗糖酶活性的酵母為彎隱球酵母(Cryptococcus albidun)、斯達氏油脂酵母(Lipomyces)、淺白色隱球酵母(Cryptococcus albidus )、膠粘紅酵母(Rhodotorulagiutinis)、產(chǎn)油油脂酵母(LipomysIipofer)或范芽絲孢酵母(Trichospiron pul Iulans;接種后微藻細胞和酵母混合物的初始生物量為0.05?0.6g/L。所述淡水能源藻為小球藻、布朗葡萄藻、柵藻、衣藻、新綠藻或菱形藻。
[0014]進一步地，步驟(3)中，培養(yǎng)的條件如下:溫度為20?30°C;通氣量為2?25vvm;培養(yǎng)的時間為3?12天;培養(yǎng)的pH為5?8。
[0015]本發(fā)明提供的一種通過共培養(yǎng)提高以蔗糖為碳源下微藻油脂產(chǎn)率的方法，使能源微藻可以高效地利用蔗糖進行微藻細胞生物量和油脂積累，大大提高了蔗糖的利用效率，使得培養(yǎng)過程中油脂的產(chǎn)率得到明顯提高。
[0016]與傳統(tǒng)的異養(yǎng)培養(yǎng)過程相比，本發(fā)明的創(chuàng)新點及先進性在于:
[0017](I)本發(fā)明提供的方法可以有效地解決產(chǎn)油微藻不能利用蔗糖的問題，使得微藻的異養(yǎng)培養(yǎng)可以利用比較低廉的有機碳源進行，提高了現(xiàn)有蔗糖廢料的利用率，廢物利用，降低了培養(yǎng)系統(tǒng)中油脂的培養(yǎng)成本；
[0018](2)本發(fā)明的微藻利用酵母降解蔗糖后產(chǎn)生的單糖進行生長與代謝，可以有效提高培養(yǎng)過程中微藻細胞的生物量和油脂的產(chǎn)率;而且本發(fā)明的微藻藻體與酵母菌體共同生產(chǎn)積累油脂，雙重積累，大大提高了油脂的產(chǎn)量，比單純微藻以葡萄糖為碳源的純培養(yǎng)下提高了15 ?25%。