论文部分内容阅读
人类活动导致CO2等温室气体大量排放,造成越来越严重的温室效应并严重威胁到人类粮食安全。如何将CO2减排的环境需求与粮食和饲料生产的经济需求相结合以实现CO2资源的绿色循环利用,日益成为国际研究热点。微藻可通过光合作用高效固定CO2并联产高营养生物质,用作饲料原料能强化养殖动物生产性能、提升动物产品品质。本文分别以钝顶螺旋藻和蛋白核小球藻为研究对象,系统探究了这两种微藻在高效光合固碳和藻粉作为蛋鸡饲料添加剂提升鸡蛋品质方面的应用。主要研究结果如下:1、六株钝顶螺旋藻在空气摇床中光自养培养,经初筛和复筛确定了钝顶螺旋藻CDB0201为最优藻株,在Na HCO3浓度为16.8 g/L的培养基中于30℃、55μmol/m~2/s、160 r/min条件下光自养培养7天,可获得的最高生物量浓度为1.55 g/L、CO2固定速率为338.66 mg/L/d、蛋白质产率为126.85 mg/L/d和藻蓝蛋白产率为26.50 mg/L/d。在CO2光照摇床中光自养培养藻株CDB0201,在恒定2%CO2条件下优化了培养基中Na HCO3(5.6~16.8 g/L)的添加量,证实了采用14 g/L Na HCO3和2%CO2组合碳源培养7天,生物量浓度、CO2固定速率达到最大值(2.04 g/L和469.68 mg/L/d),比空气摇床中相同光温最优条件下分别显著提高了33.93%和41.65%(p<0.05)。说明上述组合碳源具有原位补碳和维持p H值稳定的双重作用,显著提高了钝顶螺旋藻生物量产出和光合固碳性能(p<0.05)。产出的钝顶螺旋藻生物质中蛋白质含量高达63.87%干重,藻蓝蛋白含量为136.15 mg/g,是优质的螺旋藻生物质。在5-L外光照发酵罐中建立了藻株CDB0201放大培养优化工艺:随着生物量浓度增加,通入CO2比例从2%调至2.4%以控制p H值8.65;光强从55调至350μmol/m~2/s后保持稳定;搅拌速度从100调至150 r/min,维持通气量为2000 m L/min。在此条件下培养9天,达到最高生物量浓度为2.44 g/L,比上述摇瓶系统中最高值显著提高了19.33%(p<0.05);CO2固定速率(432.25 mg/L/d)略低于上述摇瓶最优结果,说明5-L光发酵罐体系具有稳定放大的效果。产出的螺旋藻生物质中蛋白质含量高达60.77%干重、藻蓝蛋白、总叶绿素和总类胡萝卜素含量分别达到125.11 mg/g、6.65 mg/g和1.56 mg/g,是一种营养丰富的螺旋藻生物质。在三黄鸡基础日粮中添加2%市售螺旋藻粉饲喂15天,其蛋黄色度(15)、类胡萝卜素含量(129.85 mg/kg)和β-胡萝卜素含量(328.89μg/kg)比对照组分别提高了2倍、2.10倍和4.62倍;蛋黄中胆固醇含量(1213 mg/100g)和脂肪酸ω-6/ω-3比值(4.10)分别比对照组极显著下降了65.37%和90.96%(p<0.01)。蛋清中氨基酸含量为11.89%蛋清湿重,比对照组极显著提高17.14%(p<0.01);八种必需氨基酸总量为4.60%蛋清湿重,比对照组极显著提高了18.25%(p<0.01)。说明市售螺旋藻粉作为蛋鸡饲料添加剂能够极显著提高鸡蛋品质(p<0.01)。2、蛋白核小球藻在CO2光照摇床中进行摇瓶光自养培养,在光强从100调至240μmol/m~2/s、采用优化碳源组合(初始为0.5 g/L Na HCO3和2%CO2,培养至第7天时CO2比例调节为2.5%)、在培养第1天后补加3.75 g/L硝酸钠、30℃、160 r/min条件下培养10天,可达到最高生物量浓度(10.17 g/L)和CO2固定速率(1746.67 mg/L/d),比空气摇床中恒定光温条件下培养8天,分别提高了4.71倍和9.11倍(p<0.01);比恒定碳源组合(0.5 g/L Na HCO3和2%CO2)、采用光强从100调至160μmol/m~2/s培养10天,分别显著提高了44.67%、60.43%(p<0.01);比第4天补加硝酸钠组,分别显著提高了6.49%和5.53%(p<0.05),说明优化摇瓶系统培养条件能极显著提高小球藻的生长速率和CO2固定速率(p<0.01),收获的小球藻生物质中蛋白质含量达到54.82%干重,总叶绿素和总类胡萝卜素含量分别达到50.12 mg/g和7.39 mg/g,是一种营养丰富的小球藻生物质。在5-L光发酵罐中优化建立了蛋白核小球藻放大培养工艺:通入恒定2%CO2,光强从100调节到650μmol/m~2/s,通气量从2.0调到4.5 L/min。在此工艺下培养12天,生物量浓度达到6.00 g/L、CO2固定速率达到805.40 mg/L/d、蛋白质产率达到了252.98mg/L/d。前两者比空气摇床中恒定光温条件下培养8天的结果分别极显著提高了2.37倍和3.66倍(p<0.01)。说明采用上述摇瓶优化后结果,在5-L光发酵罐放大培养能极显著提高蛋白核小球藻生物量产出和固碳性能(p<0.01)。收获的蛋白核小球藻生物质富含蛋白质和色素,其中蛋白质含量为55.39%干重,总叶绿素和总类胡萝卜素含量分别高达57.94 mg/g和10.13 mg/g,是优质的蛋白核小球藻生物质。添加小球藻粉饲喂三黄鸡15天后分析鸡蛋品质。结果表明,最适宜的小球藻粉添加量为2.5%,蛋黄的色度(9)、总类胡萝卜素含量(73.35 mg/kg)、多不饱和脂肪酸(10.35%总脂肪酸)比对照组分别极显著提高了50%、74.85%和24.10%(p<0.01);蛋黄中胆固醇含量为3388 mg/100g,比对照组显著下降了3.28%(p<0.05)。同时,蛋清中的氨基酸含量(10.86%蛋清湿重)和八种必需氨基酸(4.17%蛋清湿重)含量比对照组分别显著提高了7.00%和7.20%(p<0.05)。说明市售小球藻粉作为蛋鸡饲料添加剂能显著提高鸡蛋品质(p<0.05)。