CN112662563A - 一种促进微藻积累高附加值活性物的培养基及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请属于微藻的技术领域,尤其涉及一种促进微藻积累高附加值活性物的培养基及其制备方法。本申请提供了一种促进微藻积累高附加值活性物的培养基,包括:基础培养基和有机碳源废水;有机碳源废水的总糖含量为6.45‑64.5g/L。本申请还提供了培养基的制备方法,包括:将基础培养基和有机碳源废水混合,然后灭菌,制得促进微藻积累高附加值活性物的培养基;有机碳源废水的总糖含量为6.45‑64.5g/L。本发明公开了一种促进微藻积累高附加值活性物的培养基及其制备方法,能显著促进微藻的高附加值活性物积累,本申请的培养基成本低,具有广泛的工业应用前景。
Description
技术领域
本申请属于微藻的技术领域,尤其涉及一种促进微藻积累高附加值活性物的培养基及其制备方法。
背景技术
微藻作为一种可再生的生物原料,具有高效的光合作用效率、高生物量和天然高附加值活性物质。此外,微藻生长拥有不与农田争地、去除环境污染物、对大气中CO2具有固碳作用等优点。由于微藻结构简单、营养需求低,且均为单细胞生物,所有的细胞都可进行光合作用,因此理论上微藻的光合作用效率显著高于陆生植物。与传统的能源作物相比,微藻展示了明显的生长优势,较陆生植物相比而言具有2-10倍的提高。微藻的培养并非同植物一样具有季节性等特点,一般情况下培养1-2周即可收集,因此减少因为季节性变化而导致产量问题。除此之外,微藻的生物量翻倍的时间一般在6-12小时左右,而其他的陆生植物生物量的翻倍时间则要远高于微藻。
微藻不仅可以生产脂质,也可以产生甘油、蛋白质、氨基酸、纤维素、多不饱和脂肪酸、天然色素、多糖等高附加值活性物。这类高附加值活性物对人类健康作用效果显著,常被用于丰富的营养添加剂而广泛应用于食品和保健品中。此外,我国已经批准部分微藻作为食品原料或者饲料原料。
采用传统的微藻培养基培养微藻过程中,存在以下问题,一方面,传统的微藻培养基成本较高,导致微藻培养的成本增加;另一方面,现有的微藻培养基无法促进微藻的高附加值活性物大量积累,无法满足目前商业化需求。因此,研发一种廉价能显著促进微藻生物量和微藻高附加值活性物积累的培养基是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明公开了一种促进微藻积累高附加值活性物的培养基及其制备方法,能显著促进微藻的高附加值活性物积累,本申请的培养基成本低,具有广泛的工业应用前景。
本申请第一方面提供了一种促进微藻积累高附加值活性物的培养基,包括:
基础培养基和有机碳源废水;
其中,所述有机碳源废水的总糖含量为6.45-64.5g/L。
作为优选,所述有机碳源废水为制糖厂废水、农贸市场污水和畜牧场废水中的一种或多种,其中,所述农贸市场污水为从农贸市场收集的废水;所述畜牧场废水从畜牧场收集的废水。更优选的,所述有机碳源废水为制糖厂废水。
作为优选,所述有机碳源废水的体积百分比为10%~60%。
作为优选,所述基础培养基的体积百分比为40%~90%。
作为优选,所述有机碳源废水的pH值为6.7-7.3;所述有机碳源废水的化学需氧量COD为76-760mg/L;所述有机碳源废水的生物需氧量BOD5为38-380mg/L;所述有机碳源废水的氨氮NH3-N为2.7-27mg/L;所述有机碳源废水的总磷TP为0.35-3.5mg/L;所述有机碳源废水的总氮TN为3-30mg/L。
作为优选,所述基础培养基选自淡水HUT基础培养基、海水f/2基础培养基和淡水BG-11基础培养基中的一种或多种。
作为优选,所述淡水HUT基础培养基包括淡水、MgSO4·7H2O、维生素B12、柠檬酸钾和维生素B1;按照浓度计算:
作为优选,所述海水f/2基础培养基包括海水、Na2SiO3·9H2O、FeCl3·6H2O、Na2EDTA、CuSO4·5H2O、ZnSO4·7H2O、CoCl2·6H2O、MnCl·4H2O、Na2MoO4·2H2O、维生素B12、维生素B1和生物素;按照浓度计算:
作为优选,所述淡水BG-11基础培养基包括淡水、Na2CO3、Na2EDTA、Ferricammonium citrate、Citric acid·H2O、CaCl2·2H2O、MgSO4·7H2O、H3BO3、MnCl2·4H2O、ZnSO4·7H2O、CuSO4·5H2O、CoCl2·6H2O和Na2MoO4·2H2O;按照浓度计算:
作为优选,所述培养基适用的微藻为纤细裸藻、杜氏盐藻、小球藻、雨生红球藻、三角褐指藻或螺旋藻。
更优选的,所述培养基适用的微藻为纤细裸藻、杜氏盐藻、小球藻。
作为优选,所述微藻的高附加值活性物为多糖、叶黄素和β-胡萝卜素中的一种或多种。
具体的,所述裸藻的高附加值活性物为裸藻多糖,所述杜氏盐藻的高附加值活性物为杜氏盐藻叶黄素和β-胡萝卜素,所述小球藻的高附加值活性物为小球藻叶黄素和总脂。
本申请第二方面提供了一种促进微藻积累高附加值活性物的培养基的制备方法,包括:将基础培养基、有机碳源废水和海水混合,然后灭菌,制得促进微藻积累高附加值活性物的培养基;其中,所述有机碳源废水的总糖含量为6.45-64.5g/L。
其中,所述灭菌的方式为培养基现有常规的灭菌方式,例如高温灭菌、过0.22μm滤膜的过滤灭菌等,本申请不作具体限定。
本申请第三方面公开了所述促进微藻积累高附加值活性物的培养基在促进微藻生物类和促进藻高附加值活性物积累中的应用。
更优选的,所述微藻为纤细裸藻时,所述促进微藻积累高附加值活性物的培养基的有机碳源废水的体积百分比为40%;所述微藻为杜氏盐藻时,所述促进微藻积累高附加值活性物的培养基的有机碳源废水的体积百分比为40%;所述微藻为小球藻时,所述促进微藻积累高附加值活性物的培养基的有机碳源废水的体积百分比为60%或20%。
更优选的,所述应用的方法为:将微藻接种在所述促进微藻积累高附加值活性物的培养基中进行异养或混养。
更优选的,所述培养的周期为4~16天。
本发明的目的针对现有技术还没有一种能显著促进微藻生物量、同时促进微藻高附加值活性物积累的培养基。
本发明发现有机碳源废水可显著促进微藻生物量和促进微藻高附加值活性物积累,实验数据表明,有机碳源废水与基础培养基、有机碳源废水和海水配制的培养基能显著促进微藻生物量积累,与不添加有机碳源废水的培养基的微藻生物量相比,有机碳源废水可以使微藻生物量显著提高。有机碳源废水与基础培养基、有机碳源废水和海水配制的培养基能显著促进微藻积累高附加值活性物,与不添加有机碳源废水的培养基的微藻高附加值活性物相比,有机碳源废水可以使微藻的高附加值活性物显著提高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本申请实施例提供的不同有机碳源废水浓度下裸藻的平台期生物量含量,横坐标为有机碳源废水的体积比(%),纵坐标为裸藻生物量(单位:g/L),其中,A为混养条件下不同有机碳源废水浓度下裸藻平台期的生物量,B为异养条件下不同有机碳源废水浓度下裸藻平台期的生物量;
图2为本申请实施例提供的不同有机碳源废水浓度下盐藻的平台期生物量含量,横坐标为有机碳源废水的体积比(%),纵坐标为盐藻生物量(单位:g/L),其中,A为混养条件下不同有机碳源废水浓度下盐藻平台期的生物量,B为异养条件下不同有机碳源废水浓度下盐藻平台期的生物量;
图3为本申请实施例提供的不同有机碳源废水浓度条件下小球藻的平台期生物量含量,横坐标为有机碳源废水的体积比(%),纵坐标为小球藻生物量(单位:g/L),其中,A为混养条件下不同有机碳源废水浓度下小球藻平台期的生物量,B为异养条件下不同有机碳源废水浓度下小球藻平台期的生物量;
图4为本申请实施例提供的不同有机碳源废水浓度条件下裸藻平台期的裸藻多糖含量变化,横坐标为有机碳源废水的体积比(%),纵坐标为裸藻多糖含量(单位:%干重),其中,A为混养条件下不同有机碳源废水浓度下裸藻平台期的裸藻多糖含量,B为异养条件下不同有机碳源废水浓度下裸藻平台期的裸藻多糖含量;
图5为本申请实施例提供的不同有机碳源废水浓度条件下盐藻平台期的叶黄素和β-胡萝卜素含量变化,横坐标为有机碳源废水的体积比(%),纵坐标分别为叶黄素和β-胡萝卜素含量(单位:mg/L),其中,A为混养条件下不同有机碳源废水浓度下盐藻平台期的的叶黄素含量,B为异养条件下不同有机碳源废水浓度下盐藻平台期的的叶黄素含量;C为混养条件下不同有机碳源废水浓度下盐藻平台期的的β-胡萝卜素含量,D为异养条件下不同有机碳源废水浓度下盐藻平台期的β-胡萝卜素含量;
图6为本申请实施例提供的不同有机碳源废水浓度条件下小球藻平台期的叶黄素和总脂含量变化,横坐标为有机碳源废水的体积比(%),纵坐标分别为叶黄素和总脂含量(单位分别为mg/L和g/L),其中,A为混养条件下不同有机碳源废水浓度下小球藻平台期的的叶黄素含量,B为异养条件下不同有机碳源废水浓度下小球藻平台期的的叶黄素含量;C为混养条件下不同有机碳源废水浓度下小球藻平台期的的总脂含量,D为异养条件下不同有机碳源废水浓度下小球藻平台期的总脂含量。
具体实施方式
本申请提供了一种促进微藻积累高附加值活性物的培养基及其制备方法,用于解决现有技术的培养基无法促进微藻的高附加值活性物大量积累的技术缺陷。
下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
其中,以下实施例所用原料或制剂均为市售或自制。
实施例1
本申请实施例提供了有机碳源废水的收集和有机碳源废水水质理化指标测定,具体步骤如下:
有机碳源废水收集于杭州市某制糖厂,主要是再生离子交换树脂的酸碱废液。收集后的有机碳源废水置于4℃条件下保存。
有机碳源废水水质理化指标包括酸碱度(pH)、化学需氧量(COD)、生物需氧量(BOD5)、氨氮(NH3-N)含量、总磷(TP)含量、总氮(TN)含量。
有机碳源废水水质pH测定如下:采用pH测定仪进行测定,将待测有机碳源废水样品与标准溶液调到同一温度,记录测定温度,把仪器补偿旋钮调至该温度处;选用与待测有机碳源废水样品pH值相差不超过2个pH单位的标准溶液校准仪器;从第一个标准溶液中取出两个电极,彻底冲洗,并用滤纸吸干;再浸入第二个标准溶液中,其pH值约与前一个相差3个pH单位,当三者均无异常情况时方可测定待测样品;进一步用去离子水仔细冲洗两个电极,并用滤纸吸干,然后将电极浸入待测样品中,小心搅拌或摇动使其均匀,待读数稳定后记录pH值。
有机碳源废水水质COD测定如下:首先将同奥TR-108型COD快速测定仪在使用前先开机预热30分钟,融解器会自动升温到165℃;利用COD快速测定仪吸取3mL待测有机碳源废水样品,将其放置在清洗干净的融解管中,加入1mL氧化剂和5mL催化剂,摇匀后备用;将融解管***融解炉孔内,将防护罩盖上,待温度降到比设定值低后按“溶解”键,COD快速测定仪会自动定时溶解,把融解管取出冷却至室温;空白样品则取3mL去离子水按照上述步骤进行操作;将空白样品和待测有机碳源废水样品分别加入比色皿中进行吸光值测定并计算其样品的COD值。
有机碳源废水水质BOD5测定如下:将待测有机碳源废水样品转移至两个溶解氧瓶内,转移过程中不能产生气泡,加塞水封;其中一瓶15min后测定其溶氧量,另一瓶放置恒温箱中,在20℃条件下保存5天,随后测其溶解氧;空白样品用去离子水来代谢按照上述步骤进行操作作为空白对照。随后根据测得数据计算待测有机碳源废水样品中BOD5。
有机碳源废水水质NH3-N含量测定如下:配置铵标准溶液后按梯度稀释,向每个浓度的铵标准溶液加入1mL酒石酸钾钠溶液,随后混匀,进一步加入1.5mL纳氏试剂进行混匀;室温放置10min后,在波长420nm处以去离子水为空白对照测定吸光值并绘制标准曲线;待测有机碳源废水样品经过适量稀释后加入1mL酒石酸钾钠溶液,随后混匀,进一步加入1.5mL纳氏试剂进行混匀;室温放置10min后,在波长420nm处测定吸光值以计算其NH3-N含量。
有机碳源废水水质TP含量测定如下:配置磷标准溶液后按梯度稀释成体积为45mL后,向每个浓度的磷标准浓度稀释液中加入2mL钼酸铵溶液、3mL抗坏血酸溶液,混匀后室温静置10min,在波长710nm处以去离子水为空白对照测定吸光值并绘制标准曲线;向待测有机碳源废水溶液加入1mL硫酸和5mL过硫酸钾,沸水快速蒸干后冷却至室温,定量至45mL,加入2mL钼酸铵溶液、3mL抗坏血酸溶液,混匀后室温静置10min,在波长710nm处测定吸光值以计算其TP含量。
有机碳源废水水质TN含量测定如下:配置氮标准溶液后按梯度稀释成体积为10mL后,加入5mL的碱性过硫酸钾溶液,沸水浴下反应30min后冷却至室温,加入1mL盐酸溶液,进一步稀释至25mL,在波长220nm与275nm处以去离子水为空白对照测定吸光值并绘制标准曲线;将待测有机碳源废水溶液稀释至10mL后加入5mL的碱性过硫酸钾溶液,沸水浴下反应30min后冷却至室温,加入1mL盐酸溶液,进一步稀释至25mL,在波长220nm与275nm处测定吸光值以计算其TN含量。
有机碳源废水水质指标测定结果如表1,通过测定,本实施例中有机碳源废水水质主要指标如表1所示,其中pH为6.9,COD为760mg/L,BOD5为380mg/L,NH3-N为27mg/L,TP为3.5mg/L,TN为30mg/L。表1说明有机碳源废水水质指标不满足直接排放要求,需要进行收集处理以实现水质稳定。
表1
实施例2
本申请实施例提供了有机碳源废水总糖和葡萄糖成分分析试验,具体步骤如下:
有机碳源废水的总糖成分通过苯酚-硫酸法进行检测:收集2mL有机碳源废水利用宁波新芝冷冻干燥机冻干48h后放入50mL离心管中,向管中加入1mL的去离子水。涡旋30s后,向离心管中加入1mL 5%的苯酚溶液,随后沿管壁缓慢加入5mL 98%浓硫酸。在25℃条件下水浴孵育10min,随即转至30℃条件下水浴孵育20min。以商业化的纯葡萄糖作为标准品按照上述步骤操作后,将标准品反应液、有机碳源废水反应液分别加入至预先排好顺序的96孔板中,利用Bio-Tek酶标仪检测483nm下的吸光值。根据不同标准品浓度的孔值绘制标准曲线,利用标准曲线和样品的加样体积计算出有机碳源废水的总糖含量。
有机碳源废水的葡萄糖成分通过高效液相色谱进行检测:收集1mL有机碳源废水进行葡萄糖含量测定,首先用5000rpm条件下离心10min收集上清液,并用0.22μm膜进行真空过滤以用于高效液相色谱检测。色谱条件:Waters高效液相色谱配备Bio-radAminexHPX-87H柱和Waters折射率检测器。流动相为5mM硫酸,流速为0.5mL/min。流柱温和折射率检测器温度分别为65℃和35℃。以葡萄糖作为标准品制定标准曲线,计算样品中的葡萄糖含量。
有机碳源废水的总糖和葡萄糖成分测定结果如表2,通过测定,本实施例中总糖和葡萄糖成分含量如表2所示,其中总糖含量为64.5g/L,葡萄糖含量为60.2g/L。表2说明此有机碳源废水中葡萄糖是主要糖分,可当做有机碳源用于微藻培养。
表2
种类 | 总糖含量(g/L) | 葡萄糖含量(g/L) |
废水 | 64.5 | 60.2 |
实施例3
本申请实施例提供了三种不同的促进微藻积累高附加值活性物的培养基的配制方法,具体步骤如下:
1、第一种培养基的配制:在淡水中添加MgSO4·7H2O 22.5mg/L、维生素B120.45μg/L、柠檬酸钾36mg/L和维生素B10.36 mg/L配制成基础培养基。按照下述比例在基础培养基中添加占总体培养基体积百分比为10%、20%、30%、40%、50%、60%的有机碳源废水,制得不同有机碳源废水浓度条件下的第一种培养基。
2、第二种培养基的配制:在海水中添加Na2SiO3·9H2O为27mg/L、FeCl3·6H2O为2.844mg/L、Na2EDTA为3.924mg/L、CuSO4·5H2O为9μg/L、ZnSO4·7H2O为20.7μg/L、CoCl2·6H2O为10.8μg/L、MnCl·4H2O为0.162mg/L、Na2MoO4·2H2O为63μg/L、维生素B12为0.45μg/L、维生素B12为0.09mg/L、生物素为0.45μg/L配制成基础培养基。按照下述比例在基础培养基中添加占总体培养基体积百分比为10%、20%、30%、40%、50%、60%的有机碳源废水,制得不同有机碳源废水浓度条件下的第二种培养基。
3、第三种培养基的配制:在淡水中添加Na2CO3为18mg/L、Na2EDTA为0.9mg/L、Ferric ammonium citrate为5.4mg/L、Citric acid·H2O为5.4mg/L、CaCl2·2H2O为32.4mg/L、MgSO4·7H2O为67.5mg/L、H3BO3为2.574mg/L、MnCl2·4H2O为1.629mg/L、ZnSO4·7H2O为0.1998mg/L、CuSO4·5H2O为71.1μg/L、CoCl2·6H2O为45μg/L、Na2MoO4·2H2O为0.3519mg/L配制成基础培养基。按照下述比例在基础培养基中添加占总体培养基体积百分比为10%、20%、30%、40%、50%、60%的有机碳源废水,制得不同有机碳源废水浓度条件下的第三种培养基。
实施例4
本申请实施例提供了将微藻接种至实施例3的三种不同的促进微藻积累高附加值活性物的培养基的平台期的生物量变化试验,具体步骤如下:
纤细裸藻Euglenagracilis分离自广州暨南大学明湖水域。将纤细裸藻分别接种至不同有机碳源废水浓度条件下的第一种培养基,纤细裸藻的培养分为异养方式和混养方式,均在恒温培养箱中进行无菌充气培养,无菌充气速率为3L/min,培养温度为25±1℃。其中异养方式下光照强度为0μmol m-2s-1;混养方式下光照强度为120±10μmol m-2s-1,12h/12h光暗周期。初始裸藻密度为1.5×105个细胞/mL。然后,将纤细裸藻培养至平台期(4-6天),将处于平台期的裸藻,4℃条件下5,000rpm离心10min收集藻泥至预称重的1.5mLEppendorf管中,用磷酸盐缓冲液重悬藻泥后涡旋30s,4℃条件下5,000rpm离心10min收集后重复该步骤三次。将装入藻泥的1.5mL Eppendorf管中放入60℃烘箱中烘干至恒重,通过分析电子天平精准称量含有裸藻的管重并计算出最终裸藻生物量。
杜氏盐藻Dunaliellasalina分离自山西运城盐湖。将杜氏盐藻分别接种至不同有机碳源废水浓度条件下的第二种培养基,杜氏盐藻的培养分为异养方式和混养方式,均在恒温培养箱中进行无菌充气培养,无菌充气速率为3L/min,培养温度为20±1℃。其中异养方式下光照强度为0μmol m-2s-1;混养方式下光照强度为120±10μmol m-2s-1,12h/12h光暗周期。初始盐藻密度为1.5×105个细胞/mL。然后,将杜氏盐藻培养至平台期(12-16天),将处于平台期的盐藻,4℃条件下5,000rpm离心10min收集藻泥至预称重的1.5mLEppendorf管中,用磷酸盐缓冲液重悬藻泥后涡旋30s,4℃条件下5,000rpm离心10min收集后重复该步骤三次。将装入藻泥的1.5mL Eppendorf管中放入60℃烘箱中烘干至恒重,通过分析电子天平精准称量含有盐藻的管重并计算出最终盐藻生物量。
小球藻Chlorella vulgaris分离自广州珠江水域。将小球藻分别接种至不同有机碳源废水浓度条件下的第三种培养基,小球藻的培养分为异养方式和混养方式,均在恒温培养箱中进行无菌充气培养,无菌充气速率为3L/min,培养温度为20±1℃。其中异养方式下光照强度为0μmol m-2s-1;混养方式下光照强度为120±10μmol m-2s-1,12h/12h光暗周期。初始小球藻密度为1.5×105个细胞/mL。然后,将小球藻培养至平台期(8-10天),将处于平台期的小球藻,4℃条件下5,000rpm离心10min收集藻泥至预称重的1.5mL Eppendorf管中,用磷酸盐缓冲液重悬藻泥后涡旋30s,4℃条件下5,000rpm离心10min收集后重复该步骤三次。将装入藻泥的1.5mL Eppendorf管中放入60℃烘箱中烘干至恒重,通过分析电子天平精准称量含有小球藻的管重并计算出最终小球藻生物量。
本实施例中裸藻生物量测定的结果如图1。图1表示不同有机碳源废水浓度下裸藻的平台期生物量含量,其中,图1中横坐标的0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%分别表示有机碳源废水占第一种培养基的体积百分比为0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%的培养基培养裸藻组;图1A表示以不同浓度有机碳源废水下混养状态的裸藻生物量,其中对照组0%生物量为3.84g/L,而有机碳源废水占第一种培养基的体积百分比为40%的培养基下培养微藻的表现最优,生物量达到6.27g/L;图1B表示以不同浓度有机碳源废水下异养状态的裸藻生物量,其中对照组0%生物量为4.02g/L,而有机碳源废水占第一种培养基的体积百分比为40%的培养基下培养微藻的表现最优,生物量达到6.45g/L。图1表明有机碳源废水占第一种培养基的体积百分比为40%的培养基条件下,裸藻生物量具有明显的提升。
本实施例中盐藻生物量测定的结果如图2。图2表示不同有机碳源废水浓度下盐藻的平台期生物量含量,其中,图2中横坐标的0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%分别表示有机碳源废水占第二种培养基的体积百分比为0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%的培养基培养裸藻组;图2A表示以不同浓度有机碳源废水下混养状态的盐藻生物量,其中对照组0%生物量为1.67g/L,而有机碳源废水占第二种培养基的体积百分比为40%的培养基下培养微藻的表现最优,生物量达到3.05g/L;图2B表示以不同浓度有机碳源废水下异养状态的盐藻生物量,其中对照组0%生物量为1.55g/L,而有机碳源废水占第二种培养基的体积百分比为40%的培养基下培养微藻的表现最优,生物量达到2.89g/L。图2表明有机碳源废水占第二种培养基的体积百分比为40%的培养基条件下,盐藻生物量具有明显的提升。
本实施例中小球藻生物量测定的结果如图3。图3表示不同有机碳源废水浓度下小球藻的平台期生物量含量,其中,图3中横坐标的0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%分别表示有机碳源废水占第三种培养基的体积百分比为0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%的培养基培养裸藻组;图3A表示以不同浓度有机碳源废水下混养状态的小球藻生物量,其中对照组0%生物量为2.86g/L,而有机碳源废水占第三种培养基的体积百分比为60%的培养基下培养微藻的表现最优,生物量达到7.72g/L;图3B表示以为碳源下异养状态的小球藻生物量,其中对照组0%生物量为2.61g/L,而有机碳源废水占第三种培养基的体积百分比为60%的培养基下培养微藻的表现最优,生物量达到7.33g/L。图3表明有机碳源废水占第三种培养基的体积百分比为60%培养基的条件下,小球藻生物量具有明显的提升。
实施例5
本申请实施例提供了将微藻接种至实施例3中三种不同的促进微藻积累高附加值活性物的培养基的平台期高附加值活性物成分测定试验,具体步骤如下:
裸藻多糖含量测定:纤细裸藻Euglena gracilis分离自广州暨南大学明湖水域。将纤细裸藻分别接种至不同有机碳源废水浓度条件下的第一种培养基,纤细裸藻的培养分为异养方式和混养方式,均在恒温培养箱中进行无菌充气培养,无菌充气速率为3L/min,培养温度为25±1℃。其中异养方式下光照强度为0μmol m-2s-1;混养方式下光照强度为120±10μmol m-2s-1,12h/12h光暗周期。初始裸藻密度为1.5×105个细胞/mL。然后,将纤细裸藻培养至平台期(4-6天),将处于平台期的裸藻,4℃条件下5,000rpm离心10min收集藻泥至预称重的1.5mL Eppendorf管中,用磷酸盐缓冲液重悬藻泥后涡旋30s,4℃条件下5,000rpm离心10min收集后重复该步骤三次。将藻放置于宁波新芝冷冻干燥机冻干24h后转移至5mL离心管中,向样品中加入1mL0.5M的NaOH溶液,在50℃条件下加热1h,加热期间数次反复震荡。离心后取上清液加入1mL 5%的苯酚溶液,随后沿管壁缓慢加入5mL 98%浓硫酸。在25℃条件下水浴孵育10min,随即转至30℃条件下水浴孵育20min。以商业化的纯葡萄糖作为标准品按照上述步骤操作后,利用Bio-Tek酶标仪检测483nm下的吸光值。根据不同标准品浓度的孔值绘制标准曲线,利用标准曲线和样品的加样体积计算出平台期的裸藻多糖含量。
杜氏盐藻叶黄素含量测定:杜氏盐藻Dunaliella salina分离自山西运城盐湖。将杜氏盐藻分别接种至不同有机碳源废水浓度条件下的第二种培养基,杜氏盐藻的培养分为异养方式和混养方式,均在恒温培养箱中进行无菌充气培养,无菌充气速率为3L/min,培养温度为20±1℃。其中异养方式下光照强度为0μmol m-2s-1;混养方式下光照强度为120±10μmol m-2s-1,12h/12h光暗周期。初始盐藻密度为1.5×105个细胞/mL。然后,将杜氏盐藻培养至平台期(12-16天),将处于平台期的杜氏盐藻,4℃条件下5,000rpm离心10min收集藻泥至预称重的1.5mLEppendorf管中,用磷酸盐缓冲液重悬藻泥后涡旋30s,4℃条件下5,000rpm离心10min收集后重复该步骤三次。将藻放置于宁波新芝冷冻干燥机冻干24h后转移至50mL离心管中,向样品加入5mL甲醇混合均匀,在40℃条件下以240W功率超声处理10min,随后加入3mL20%KOH溶液、5mL氯仿和5mLRNase-freeWater。涡旋振荡均匀后,在500×g条件离心5min以收集上层相。对收集后的上层相用氮气吹干后加入适量甲醇重溶用于高效液相色谱分析。色谱条件:高效液相色谱配备SPHERISORB5μm ODS2,4.6×250nm分析柱柱和折射率检测器。进样量为10μL,进样前样品溶液需要用0.22μm微孔滤膜进行过滤。流动相为甲醇/乙腈溶液(90:10,v/v),流速为0.8mL/min。流柱温和折射率检测器温度分别为25℃和35℃。以叶黄素标准品所得数值制定标准曲线以计算样品中的叶黄素含量。
小球藻β-胡萝卜素含量测定:小球藻Chlorella vulgaris分离自广州珠江水域。将小球藻分别接种至不同有机碳源废水浓度条件下的第三种培养基,小球藻的培养分为异养方式和混养方式,均在恒温培养箱中进行无菌充气培养,无菌充气速率为3L/min,培养温度为20±1℃。其中异养方式下光照强度为0μmol m-2s-1;混养方式下光照强度为120±10μmol m-2s-1,12h/12h光暗周期。初始小球藻密度为1.5×105个细胞/mL。然后,将小球藻培养至平台期(8-10天),将处于平台期的小球藻,4℃条件下5,000rpm离心10min收集藻泥至预称重的1.5mL Eppendorf管中,用磷酸盐缓冲液重悬藻泥后涡旋30s,4℃条件下5,000rpm离心10min收集后重复该步骤三次。加入5mL 90%丙酮溶液,振荡后并重复2-3次,直到藻体变白,离心收集所有上清液。用氮气吹干去除有机溶剂,再用一定体积的甲醇复溶获得样品。样品进行高效液相色谱分析,样品上机检测之前需要用0.22μm微孔滤膜进行过滤。色谱条件:高效液相色谱配备SPHERISORB 5μm ODS2,4.6×250nm分析柱柱和折射率检测器。进样量为10μL。流动相为甲醇/乙腈溶液(90:10,v/v),流速为0.8mL/min。流柱温和折射率检测器温度分别为25℃和35℃。以β-胡萝卜素标准品所得数值制定标准曲线以计算样品中的β-胡萝卜素含量。
小球藻叶黄素含量测定方法同杜氏盐藻叶黄素含量测定方法。
小球藻总脂含量测定。将小球藻分别接种至不同有机碳源废水浓度条件下的第三种培养基,小球藻的培养分为异养方式和混养方式,均在恒温培养箱中进行无菌充气培养,无菌充气速率为3L/min,培养温度为20±1℃。其中异养方式下光照强度为0μmol m-2s-1;混养方式下光照强度为120±10μmol m-2s-1,12h/12h光暗周期。初始小球藻密度为1.5×105个细胞/mL。然后,将小球藻培养至平台期(8-10天),将处于平台期的小球藻,4℃条件下5,000rpm离心10min收集藻泥至预称重的1.5mL Eppendorf管中,用磷酸盐缓冲液重悬藻泥后涡旋30s,4℃条件下5,000rpm离心10min收集后重复该步骤三次。将藻放置于宁波新芝冷冻干燥机冻干24h后转移至15mL离心管中,按照体积比2:1:0.8加入甲醇、氯仿和RNase-freeWater(共3.8mL),利用宁波新芝超声波细胞粉碎机,30%功率下超声10min,期间取1-2μL样品置于Nikon光学显微镜下观察细胞破碎情况。超声破碎后,按照体积比1:1加入氯仿和RNase-freeWater(共2mL),涡旋混匀后,常温条件下1500×g离心5min,小心取出下层溶液(氯仿层)并收集至已称重的2mL EP管中,利用氮气吹干溶液后,利用分析电子天平精确称量含有总脂的管重以计算小球藻细胞总脂含量。
本实施例中裸藻高附加值活性物裸藻多糖含量测定的结果如图4。图4表示不同有机碳源废水浓度条件下裸藻的平台期的裸藻多糖含量,其中,图4中横坐标的0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%分别表示有机碳源废水占第一种培养基的体积百分比为0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%的培养基培养裸藻组,图4A表示在不同有机碳源废水浓度条件下混养状态的裸藻多糖含量,其中对照组0%裸藻多糖含量为干重的19.18%,而有机碳源废水占第一种培养基的体积百分比为40%的培养基下培养微藻的表现最优,裸藻多糖可以达到干重的38.27%;图4B表示在有机碳源废水下异养状态的裸藻多糖含量,其中对照组0%裸藻多糖含量为干重的18.22%,而有机碳源废水占第一种培养基的体积百分比为40%的培养基下培养微藻的表现最优,裸藻多糖可以达到干重的36.87%,图4表明有机碳源废水占第一种培养基的体积百分比为40%的培养基条件下,裸藻多糖具有明显的提升。
本实施例中盐藻高附加值活性物叶黄素和β-胡萝卜素测定的结果如图5。图5表示不同浓度有机碳源废水下的平台期盐藻叶黄素和β-胡萝卜素含量,其中,图5中横坐标的0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%分别表示有机碳源废水占第二种培养基的体积百分比为0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%的培养基培养裸藻组;图5A表示在不同浓度有机碳源废水下混养状态的杜氏盐藻叶黄素含量,其中对照组0%叶黄素含量为10.0mg/L,而有机碳源废水占第二种培养基的体积百分比为40%的培养基下培养微藻的表现最优,叶黄素含量可以达到60.8mg/L;图5B表示不同浓度有机碳源废水下异养状态的叶黄素含量,其中对照组叶黄素含量为9.7mg/L,而有机碳源废水占第二种培养基的体积百分比为40%的培养基下培养微藻的表现最优,叶黄素含量可以达到干重的59.9mg/L;图5C表示在不同浓度有机碳源废水下混养状态的杜氏盐藻β-胡萝卜素含量,其中对照组0%β-胡萝卜素含量为13.4mg/L,而有机碳源废水占第二种培养基的体积百分比为40%的培养基下培养微藻的表现最优,β-胡萝卜素含量可以达到95.2mg/L;图5D表示在不同浓度有机碳源废水下异养状态的β-胡萝卜素含量,其中对照组0%β-胡萝卜素含量为11.9mg/L,而有机碳源废水占第二种培养基的体积百分比为40%的培养基下培养微藻的表现最优,β-胡萝卜素含量可以达到干重的87.6mg/L;图5表明有机碳源废水占第二种培养基的体积百分比为40%的培养基条件下,盐藻的叶黄素和β-胡萝卜素具有明显的提升。
本实施例中小球藻高附加值活性物叶黄素和脂质含量测定的结果如图6。图6表示不同浓度有机碳源废水下的平台期小球藻的叶黄素和脂质含量,其中,图6中横坐标的0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%分别表示有机碳源废水占第三种培养基的体积百分比为0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%的培养基培养裸藻组;图6A表示在不同浓度有机碳源废水下混养状态的小球藻叶黄素含量,其中对照组0%叶黄素含量为16.3mg/L,而有机碳源废水占第三种培养基的体积百分比为60%的培养基下培养微藻的表现最优,叶黄素含量可以达到69.5mg/L;图6B表示在不同浓度有机碳源废水下异养状态的叶黄素含量,其中对照组0%叶黄素含量为16.1mg/L,而有机碳源废水占第三种培养基的体积百分比为60%的培养基下培养微藻的表现最优,叶黄素含量可以达到干重的64.3mg/L;图6C表示在不同浓度有机碳源废水下混养状态的小球藻总脂含量,其中对照组0%总脂含量为0.56g/L,而有机碳源废水占第三种培养基的体积百分比为20%的培养基下培养微藻的表现最优,总脂含量可以达到3.17g/L;图6D表示在不同浓度有机碳源废水下异养状态的总脂含量,其中对照组0%总脂含量为0.61g/L,而有机碳源废水占第三种培养基的体积百分比为20%的培养基下培养微藻的表现最优,总脂含量可以达到干重的3.15g/L;图6表明有机碳源废水占第三种培养基的体积百分比为60%的培养基的条件下,小球藻的叶黄素具有明显的提升,有机碳源废水占第三种培养基的体积百分比为20%的培养基的条件下,小球藻的脂质具有明显的提升。
实施例6
本申请实施例提供了微藻平台期培养基的水质指标测定,具体制备方法如下:
以有机碳源废水占第一种培养基的体积百分比为60%的培养基下进行培养,收集纤细裸藻到达平台期后,纤细裸藻的培养基;以有机碳源废水占第二种培养基的体积百分比为60%的培养基下进行培养,收集杜氏盐藻到达平台期后,杜氏盐藻的培养基;以有机碳源废水占第三种培养基的体积百分比为60%的培养基下进行培养,收集小球藻到达平台期后,小球藻的培养基;分别将纤细裸藻的培养基、杜氏盐藻的培养基和小球藻的培养基进行离心处理,离心后收集液体培养基进行理化指标包括pH、COD、BOD5、NH3-N含量、TP含量、TN含量测定,具体测定方式与实施例1所述方法一致。
本实施例中纤细裸藻的培养基理化指标测定的结果如表3。表3表示裸藻处理后培养基水质指标,其中pH为5.7,COD为58mg/L,BOD5为38mg/L,NH3-N为0.9mg/L,TP为0.2mg/L,TN为2.8mg/L。
本实施例中杜氏盐藻的培养基理化指标测定的结果如表3。表3表示盐藻处理后培养基水质指标,其中pH为6.5,COD为73mg/L,BOD5为43mg/L,NH3-N为1.7mg/L,TP为0.3mg/L,TN为3.6mg/L。
本实施例中小球藻的培养基理化指标测定的结果如表3。表3表示小球藻处理后培养基水质指标,其中pH为7.8,COD为8mg/L,BOD5为3.8mg/L,NH3-N为0.2mg/L,TP为0.06mg/L,TN为0.7mg/L。
表3
综上所述,以上实施例的实验数据表明,有机碳源废水与基础培养基、有机碳源废水和海水配制的培养基能显著促进微藻生物量积累,与不添加有机碳源废水的培养基的微藻生物量相比,有机碳源废水可以使微藻生物量显著提高。有机碳源废水与基础培养基、有机碳源废水和海水配制的培养基能显著促进微藻积累高附加值活性物,与不添加有机碳源废水的培养基的微藻高附加值活性物相比,有机碳源废水可以使微藻的高附加值活性物显著提高。
以上所述仅是本申请的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种促进微藻积累高附加值活性物的培养基,其特征在于,包括:
基础培养基和有机碳源废水;
其中,所述有机碳源废水的总糖含量为6.45-64.5g/L。
2.根据权利要求1所述的培养基,其特征在于,所述有机碳源废水为制糖厂废水、农贸市场污水和畜牧场废水中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的培养基,其特征在于,所述有机碳源废水的体积百分比为10%~60%。
4.根据权利要求1所述的培养基,其特征在于,所述有机碳源废水的pH值为6.7-7.3;所述有机碳源废水的化学需氧量COD为76-760mg/L;所述有机碳源废水的生物需氧量BOD5为38-380mg/L;所述有机碳源废水的氨氮NH3-N为2.7-27mg/L;所述有机碳源废水的总磷TP为0.35-3.5mg/L;所述有机碳源废水的总氮TN为3-30mg/L。
5.根据权利要求1所述的培养基,其特征在于,所述基础培养基选自淡水HUT基础培养基、海水f/2基础培养基和淡水BG-11基础培养基中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的培养基,其特征在于,所述培养基适用的微藻为纤细裸藻、杜氏盐藻、小球藻、雨生红球藻、三角褐指藻或螺旋藻。
10.一种促进微藻积累高附加值活性物的培养基的制备方法,其特征在于,包括:将基础培养基和有机碳源废水混合,然后灭菌,制得促进微藻积累高附加值活性物的培养基;其中,所述有机碳源废水的总糖含量为6.45-64.5g/L。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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