一種調控螺旋藻營養元素積累的方法與流程

2023-09-16 14:24:45

本發明涉及生物細胞定向培養及提取技術領域，具體地說，涉及一種調控螺旋藻營養元素積累的方法。

背景技術：

近些年來，營養元素的補充越來越受到人們的關注。根據第三次全國營養調查數據顯示，國人的鈣攝入量僅有20％-50％，兒童的缺鋅率高達60％，中國缺鐵性貧血率平均為20％左右，大約2/3的地區缺硒。解決這些營養元素缺乏的傳統方法，重者通過藥物治療，輕者通過膳食補充，而食物補充通常難以達到人體所需，藥物多為無機成分補充，如氯化鈣，硫酸鋅等，人體往往吸收利用率低。針對這一現狀，利用螺旋藻細胞營養元素吸收與富集的特性，將其作為載體，促進其營養元素積累，在細胞內將無機離子有機化，提高人體的吸收率和利用率，達到為人體補充營養元素的目的。

目前，提高藻類營養元素的方法主要是通過增加外源培養液中離子濃度來達到元素積累的目的。然而，國內外諸多企業在養殖開發螺旋藻，在其養殖過程中，涉及到地域、季節、日溫差等的變化對藻類生長與營養物質積累的影響非常大，卻未見生長環境對螺旋藻營養元素積累的報導。發明人經過多年研究，結果表明環境因子(溫度，環境，pH等)不僅影響螺旋藻的生長，而且影響其生理代謝，物質合成等功能，也對其礦物質營養積累具有深刻的影響。有效調控營養元素在螺旋藻細胞積累對於營養元素有機化，人體營養元素的補充，拓寬螺旋藻應用範圍具有重大意義。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種提高螺旋藻營養元素(鈣、鐵、鋅、硒)含量的方法。

為了實現本發明目的，本發明調控螺旋藻營養元素積累的方法，包括以下步驟：

1)將螺旋藻接種到培養基中，於溫度20-40℃，光照4-12klx，pH值8.5-10.5的條件下培養3天；

2)將步驟1)中的螺旋藻繼續在溫度15-35℃，光照2-20klx，pH值8.5-11.0的條件下培養，分別通過向培養基中外源添加鈣、鐵、鋅、硒元素，培養3-7天，獲得高營養元素的螺旋藻。

前述的方法，步驟2)具體如下：將步驟1)中的螺旋藻繼續培養，調節溫度到15-25℃，光照控制在11-20klx，pH控制在8.5-9.0，向培養基中添加外源CaCO3至終濃度0.4-0.8g/L，培養時間為3-7天，獲得富含鈣的螺旋藻。優選地，將步驟1)中的螺旋藻繼續培養，溫度調節到20℃，光照控制在12klx，pH控制在8.5，向培養基中添加外源CaCO3至終濃度0.6g/L，培養7天，獲得富含鈣的螺旋藻。

前述的方法，步驟2)具體如下：將步驟1)中的螺旋藻繼續培養，溫度調節到25-35℃，光照控制在2-6klx，pH控制在10-11.0，向培養基中添加外源FeSO4·7H2O至終濃度30-60mg/L，培養3-7天，獲得富含鐵的螺旋藻。優選地，將步驟1)中的螺旋藻繼續培養，溫度調節到30℃，光照控制在4klx，pH控制在10.5，向培養基中添加外源鐵FeSO4·7H2O至終濃度40mg/L，培養3天，獲得富含鐵的螺旋藻。

前述的方法，步驟2)具體如下：將步驟1)中的螺旋藻繼續培養，溫度調節到25-35℃，光照控制在6-11klx，pH控制在8.5-9.5，向培養基中添加外源ZnSO4·7H2O至終濃度30-70mg/L，培養時間為3-7天，獲得富含鋅的螺旋藻。優選地，將步驟1)中的螺旋藻繼續培養，溫度調節到30℃，光照控制在8klx，pH控制在8.5，向培養基中添加外源鋅ZnSO4·7H2O至終濃度40mg/L，培養3天，獲得富含鋅的螺旋藻。

前述的方法，步驟2)具體如下：將步驟1)中的螺旋藻繼續培養，溫度調節到28-35℃，光照控制在11klx以上，pH控制在9.0-10.0，向培養基中添加外源硒Na2SeO3至終濃度80-120mg/L，培養時間為3-7天，獲得富含硒的螺旋藻。優選地，將步驟1)中的螺旋藻繼續培養，溫度調節到30℃，光照控制在12klx，pH控制在9.5，向培養基中添加外源硒Na2SeO3至終濃度100mg/L，培養5天，獲得富含硒的螺旋藻。

優選地，步驟1)具體如下：將螺旋藻接種到培養基中，在30℃，12klx，pH值9.5的條件下培養3天。

在本發明的一個具體實施方式中，調控螺旋藻營養元素積累的方法具體如下：

1)將螺旋藻接種到培養基中，在30℃，12klx，pH值9.5的條件下培養3天；

2)將步驟1)中的螺旋藻繼續培養，溫度調節到20℃，光照控制在12klx，pH控制在8.5，向培養基中添加外源CaCO3至終濃度0.6g/L，培養7天，獲得富含鈣的螺旋藻，鈣有機化程度達到84.17％；或者，

將步驟1)中的螺旋藻繼續培養，溫度調節到30℃，光照控制在4klx，pH控制在10.5，向培養基中添加外源鐵FeSO4·7H2O至終濃度40mg/L，培養3天，獲得富含鐵的螺旋藻，鐵有機化程度達到89.98％；或者，

將步驟1)中的螺旋藻繼續培養，溫度調節到30℃，光照控制在8klx，pH控制在8.5，向培養基中添加外源鋅ZnSO4·7H2O至終濃度40mg/L，培養3天，獲得富含鋅的螺旋藻，鋅有機化程度達到58.28％；或者，

將步驟1)中的螺旋藻繼續培養，溫度調節到30℃，光照控制在12klx，pH控制在9.5，向培養基中添加外源硒Na2SeO3至終濃度100mg/L，培養5天，獲得富含硒的螺旋藻，硒有機化程度達到70.54％。

前述的方法，步驟1)和2)中所述培養基為Zarrouk氏培養基(表1和表2)。

表1 Zarrouk培養液組成成分

表2 Zarrouk微量元素溶液組成成分

前述的方法，步驟1)中接種螺旋藻後，藻液的OD560值為0.3。

前述方法中，用質量濃度為0.1mol/L的磷酸調節pH值，所述螺旋藻為鈍頂螺旋藻。

本發明向藻液中外源添加的營養元素相對於螺旋藻是過量的，主要目的是提高營養元素的有機化程度，其生長率會有所下降，但不影響其生長。

本發明還提供由上述方法製備的富含營養元素鈣、鐵、鋅、硒的螺旋藻。

本發明進一步提供上述方法在調控螺旋藻營養元素積累中的應用。

本發明通過研究環境因子(溫度、光照、pH值)與螺旋藻吸收積累鈣、鐵、鋅和硒元素及其生長的關係，優化螺旋藻營養元素吸收積累的環境條件，進而達到螺旋藻細胞一定生長量的前提下，使營養元素積累量達到最大。即通過環境條件的調控和外液離子濃度的調控的雙軌制，實現螺旋藻細胞營養元素的定向積累。這在實際生產中具有重要價值。即以利用不同地域，季節環境條件的變化和光熱組合養殖螺旋藻來實現營養元素的定向積累為目標，指導生產實踐，生產出不同營養元素含量高及其有機化程度高的藻粉，使螺旋藻產品多元化，不僅極大提高企業的經濟效益，而且克服目前營養元素補充的缺陷，推動我國螺旋藻產業和健康產業的發展。

本發明提供的方法大幅度地增加了螺旋藻中鈣鐵鋅硒四種營養元素的含量，並且使營養元素與細胞內有機質結合，降低對胃腸道刺激性，提高人體吸收利用率。利用本方法培養的螺旋藻細胞的鈣鐵鋅的含量比傳統養殖方法分別提高了97％，175％和87％；鈣鐵鋅硒的有機化程度依次為：84.17％，89.98％，58.28％和70.54％。

具體實施方式

以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。若未特別指明，實施例中所用的技術手段為本領域技術人員所熟知的常規手段，所用原料均為市售商品。

實施例1