裂殖壶菌菌种性能评价、保藏及渗透压调控的研究

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DHA(Docosahexaenoic acid, C22∶6△4,7,10,13,16,19,全称二十二碳六烯酸)是一种重要的ω-3型长链多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids,简称PUFAs)。它是大脑和视网膜组织中细胞膜的组成成分,具有增强视力、促进脑细胞发育以及对高血压、心血管疾病和癌症有很好的预防作用。传统的DHA来源是深海鱼类,但由于其劣质的感官特点,及不稳定的抗氧化性和受季节和环境污染等条件,限制了它作为一种食品添加剂。因此,寻找一种新的DHA来源已经成为单细胞油脂的研究焦点。裂殖壶菌(Schizochytrium sp.)从属破囊壶科的一种异养微生物,它的DHA产量可高达总油脂含量的35%,这将使它成为商业产DHA的高潜能来源。而菌种是微生物发酵法的核心,本文以Schizochytrium sp.HX-308为研究对象,通过对菌种以及培养条件的优化和调控来确保DHA的高产,为菌种DHA的高产提供了理论基础。  首先,本文对不同Schizochytrium sp.HX-308种子期超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)和脯氨酸(Pro)进行测定,旨在寻找出一种评价菌种质量优劣的新方法。通过WST-1法、巴比妥酸比色法和比色法测定SOD、MDA和Pro含量,探讨不同菌株中这3个指标与裂殖壶菌Schizochytrium sp.HX-308最终发酵性能之间的关系。发酵性能最佳的驯化菌株整个种子期的SOD、MDA和Pro含量都最低,平均仅为0.025 U/g、26.20mmol/g·Fw和0.098 mg/g·Fw,而发酵性能最差的恶劣条件下菌株的SOD已达到了它的6倍以上,MDA和Pro也达到了2倍以上。本研究最终证实,这3个指标与菌株的发酵性能呈负相关关系,可以作为评价裂殖壶菌菌株发酵性能优劣的新指标,为菌株选育的优化提供了指导。  其次,针对目前裂殖壶菌保藏方法单一,易引起菌株性状退化的问题,对不同菌种保藏方法进行了系统研究。本论以菌株的存活率、最终发酵后的生物量、油产量和DHA产量为评价指标,探讨不同保护剂、不同预冷冻方法和不同保藏温度条件下的菌种性能变化,最终确定了采用60%海藻糖为保护剂、两步预冷冻法的液氮-196℃保藏菌种的条件最有利于Schizochytrium sp.HX-308菌株的保藏:菌种的存活率明显提高,最终6个月后存活率高达90.70%,菌株发酵性能也最佳,生物量、油产量和DHA产量分别达到了61.65 g/L、26.41 g/L和11.10 g/L。  最后,由于Schizochytrium sp.HX-308是一种海洋真菌,渗透压不仅影响菌株的自身生长代谢,而且还对发酵时期油脂的积累有着重要的影响。因此,我们对菌株培养过程中种子期和发酵期的培养基渗透压进行了系统的探讨。本文以菌株的生物量、油产量和DHA产量为评价指标,探讨不同渗透压对菌株种子期和发酵期的影响,并通过正交实验设计和智能可视化软件优化培养基,确定最优的培养基渗透组合。结果发现:高渗更适合菌株的自身生长,低渗更有利于菌株后期发酵的油脂积累。因此,本文最终采用,最终确定了高渗-低渗的双渗透压培养组合,在菌株种子期和发酵期的培养基渗透压分别为1172 mosm/L和896mosm/L时,最终生物量、油产量和DHA产量分别高达60.95 g/L、25.44 g/L和13.04 g/L。这从渗透压方面,为菌株高效产DHA提供了实际可行的方法。
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