利用隐甲藻高密度发酵产DHA油脂研究

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二十二碳六烯酸(Docosahexaenoic Acid,DHA)是具有多种生理活性的一种多不饱和脂肪酸,对生物机体的物质代谢和生理调控发挥着重要作用。DHA在动物大脑和神经系统中含量较高,对婴幼儿智力和视力的发育具有重要作用,同时还有利于免疫治疗和心血管疾病等。基于这些特殊生理功能,DHA得到了广泛的关注和应用。目前市场所售DHA油脂主要来源于鱼类脂肪组织。但从深海鱼类中提取富含DHA的鱼油不仅成本高,且易受季节和地域影响,产量和质量均不稳定。微生物发酵法生产的DHA油脂因生产周期短、生产所用空间小、发酵过程易于控制,不受产地、原料和季节的限制等,具有显著的优势和潜力成为研究热点。本论文以Crypthecodinium cohnii ATCC40750为出发菌株,针对目前油脂测定、DHA发酵产量低、葡萄糖的有效利用等问题开展研究。具体结论如下:  1)本论文对磷酸香草醛显色法的反应条件进行优化研究,建立了一种快速准确测定微生物胞内油脂的方法,并探讨该方法在微生物油脂测定上的应用。经过优化实验确定最佳比色条件为:将油脂蒸干溶剂后加入2mL98%H2SO4,于90℃水浴20min,冷却至室温后添加3mL0.25g/L磷酸香草醛溶液(34%的磷酸溶液配制),摇匀室温显色20min,除去非油脂成分干扰,在530nm波长下测定吸光度,经验证该反应体系稳定性良好。在 Schizochytrium sp.和Crypthecodinium cohnii两种产DHA油脂微生物中,通过重量法与显色法比较,进一步证实该优化方法分析结果准确可靠,分析过程快速、简便,且稳定性好,适合作为常规的分析检测方法。  2)单因素实验考察营养因素和环境条件对Crypthecodinium cohnii产DHA油脂发酵性能的影响。通过单因素试验对发酵条件进行了优化,结果表明碳源、氮源、温度、pH、接种量、转速等都对隐甲藻产DHA油脂具有重要影响,高产DHA的最优培养条件为:葡萄糖75g/L,酵母膏10g/L,初始pH6.5接种量为10%,在25℃,120rpm条件下进行发酵实验。优化条件下培养172h后生物量、油脂和DHA含量分别达到了23.35g/L、4.11 g/L、1390mg/L,相比优化前(12.15g/L、2.08g/L、733mg/L)分别提高了92.18%、98.60%、89.63%。  3)为了考察培养基中各种成分对Crypthecodinium cohni发酵产DHA油脂的影响,本工作首次利用智能可视化技术对生产DHA油脂的培养基组分进行优化研究。首先对葡萄糖、酵母粉、硫酸镁、硫酸钠、氯化钠、硝酸钠、磷酸二氢钾7因素采用均匀实验设计方法进行实验设计。将生物量干重、油脂含量及DHA产量作为指标,运用智能可视化优化软件对实验结果进行处理及预测。为了更好地了解优化趋势,分别进行了单目标、双目标及三目标的优化。对优化后的培养基配方进行验证试验,结果显示,培养基(葡萄糖74g/L,酵母膏10.6g/L,硫酸镁1.625g/L,硫酸钠8.24g/L,氯化钠4.05g/L,磷酸二氢钾0.1g/L,KCl0.1g/L,谷氨酸钠1.5g/L)有利于DHA的积累及生物量的提高。经验证利用此培养基发酵Crypthecodinium cohni的生物量、总脂质和DHA含量各为27.09g/L、4.53g/L、1.58g/L,比单因素优化后分别提高了16.0%、10.20%、13.70%,分别比优化前(12.15、2.08、0.733g/L)培养基条件下提高了122.96%、117.79%、115.55%。  4)通过补料分批发酵来实现高密度发酵Crypthecodinium cohnii产DHA油脂。实验确定了底物最佳补加策略,即初糖浓度为30g/L,当底物消耗到10g/L时补加葡萄糖,补糖策略实施后可以有效地缓解分批发酵过程中高底物浓度对生长和产物积累的限制,有效的促进生长和代谢。对Crypthecodinium cohnii ATCC40750发酵产DHA油脂进行补料分批研究,检测其随发酵时间的各参数变化情况,最高细胞干重、油脂量、DHA含量分别为27.43、4.76、1.67g/L,比分批发酵条件下的最高数据分别高1.26%、5.08%、5.70%,比优化前发酵数据(12.15、2.08、0.733g/L)提高了125.76%,128.85%,127.83%。说明补料分批发酵可以应用于隐甲藻发酵生产DHA油脂,为工业化生产DHA油脂提供了一种可行的工艺。
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