雨生红球藻的培养及其虾青素的提取、稳定性和应用研究

论文摘要

虾青素是一种具有高经济价值的类胡萝卜素,鉴于其强大的抗氧化功能,在饲料、食品、保健品、化妆品及医药等行业均存在广泛应用和广阔的发展前景。作为所有已知的虾青素合成生物体中积累量最高的物种,雨生红球藻已成为近年来该领域的研究热点之一。本文首先开展了雨生红球藻混合营养和异养培养方式下的最佳碳源及其浓度研究,结果表明,在混合营养和异养培养条件下,醋酸钠均是较丙二酸钠更适于雨生红球藻生长和虾青素积累的碳源,其最佳初始浓度分别为1.0 g·L-1和2.0g·L-1。其细胞平均生长速率分别为0.29 d-1和0.136 d-1;胁迫7 d后细胞干重和虾青素含量分别为0.987±0.101 g·L-1,20.304±0.705 mg·L-1和0.763±0.051 g·L-1,14.928±0.518 mg·L-1,混合营养较对照组（光合自养）提高25%和21%,而异养培养则下降。因此结果表明以1.0 g·L-1醋酸钠为碳源的混合营养方式是适合雨生红球藻培养的最佳营养方式。其次开展最佳营养方式结合半连续培养模式研究发现较一次培养,半连续培养模式下一定的更新率（20%,30%）能有效促进雨生红球藻的生长和虾青素的积累,其中20%更新率组的藻粉产率最高,达1.32 g·L-1;而30%更新率组的虾青素产率最高,达22.94 mg·L-1,但与20%更新率组差异不显著（p＞0.05）。此外利用光生物反应器培养雨生红球藻,能使雨生红球藻细胞获得快速生长,提高生物量,并缩短胁迫周期,但虾青素的产率并不高。本文还开展了CO2超临界萃取雨生红球藻中虾青素的工艺研究,在国内尚属首次。以虾青素提取率为指标,通过考察萃取压力、萃取温度、CO2萃取流速三因素对该指标的影响,应用了中心组合设计实验与响应面分析方法,建立了最佳工艺条件为:萃取压力44.6 MPa,萃取温度64.2℃,CO2流速7.1 L·h-1,萃取时间3.5 h,在此条件下获得的虾青素提取率可达1.028%。本研究还针对雨生红球藻来源的虾青素的稳定性开展研究发现:温度高于40℃可影响色素的稳定性;光照可导致虾青素的降解,不同光照对虾青素稳定性影响作用的大小顺序为避光＜室内光＜室外光;虾青素对碱不稳定,碱浓度越大,游离虾青素降解越严重,因此虾青素酯皂化过程中应选择合适的碱浓度和皂化时间,以减小碱对虾青素的降解作用;添加一定量（0.2%）的BHT还原剂对虾青素有较好的保护作用,可使虾青素保存一周时间内含量基本没有变化。同时探讨了雨生红球藻来源的虾青素对血鹦鹉观赏鱼的生长、着色及抗氧化能力的影响。结果表明与对照组相比,喂食添加虾青素饲料的鱼在生长、着色以及机体抗氧化能力均有显著提高。喂食添加虾青素饲料实验组鱼体增重300%,较对照组提高50%;鱼皮肤、鳞片中虾青素、类胡萝卜含量分别是实验前含量的174%,184%和207%,256%;鱼肌肉中的总抗氧化能力在实验过程中始终显著高于对照组。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1 虾青素的化学结构、理化性质、生理功能及其应用
• 1.1 虾青素的化学结构
• 1.2 虾青素的理化性质
• 1.3 虾青素的生理功能
• 1.4 虾青素的应用
• 2 虾青素的主要生产方法
• 2.1 化学合成法
• 2.2 化学提取法
• 2.3 生物技术法
• 3 雨生红球藻的生物学特性
• 4 培养方式及环境因子对雨生红球藻生长和虾青素积累的影响
• 4.1 培养方式
• 4.2 环境因子对雨生红球藻合成虾青素的影响
• 5 雨生红球藻来源的虾青素的提取
• 5.1 雨生红球藻细胞壁的破碎方式
• 5.2 雨生红球藻来源的虾青素的提取
• 5.3 虾青素的分离纯化及分析方法
• 6 目前利用雨生红球藻生产天然虾青素存在的问题
• 7 本研究的目的、意义及主要内容与研究思路
• 7.1 研究目的和意义
• 7.2 主要研究内容
• 7.3 研究思路
• 第二章 雨生红球藻的培养方式研究
• 1 材料
• 1.1 实验材料
• 1.2 实验药品及试剂
• 1.3 实验仪器
• 2 方法
• 2.1 雨生红球藻的培养
• 2.2 藻细胞数的测定
• 2.3 细胞平均生长速率的测定
• 2.4 细胞干重的测定
• 2.5 色素的提取
• 2.6 色素的测定
• 2.7 培养方式的研究
• 2.8 光生物反应器的高密度培养
• 2.9 数据分析
• 3 结果与讨论
• 3.1 混合营养培养
• 3.2 异养培养
• 3.3 三种营养方式的比较
• 3.4 半连续培养模式研究
• 3.5 光生物反应器中雨生红球藻的培养
• 4 小结
• 2超临界萃取法'>第三章 虾青素的CO₂超临界萃取法
• 1 材料
• 1.1 实验材料
• 1.2 实验药品及试剂
• 1.3 实验仪器
• 2 方法
• 2超临界萃取工艺流程'>2.1 CO₂超临界萃取工艺流程
• 2.2 虾青素酯的皂化
• 2.3 游离虾青素的高效液相色谱法测定
• 2超临界萃取法提取工艺及其优化'>2.4 CO₂超临界萃取法提取工艺及其优化
• 2.5 数据分析及处理
• 2 结果与讨论
• 2.1 萃取压力对雨生红球藻中虾青素提取效率的影响
• 2.2 萃取温度对雨生红球藻中虾青素提取效率的影响
• 2流速对雨生红球藻中虾青素提取效率的影响'>2.3 CO₂流速对雨生红球藻中虾青素提取效率的影响
• 2.4 虾青素超临界提取工艺的优化
• 3 小结
• 第四章 雨生红球藻来源的虾青素的稳定性及其应用初探
• 1 材料
• 1.1 实验材料
• 1.2 试剂及其他耗材
• 1.3 实验仪器
• 2 方法
• 2.1 环境因子等对雨生红球藻来源虾青素的稳定性的影响
• 2.2 雨生红球藻来源的虾青素的应用初探
• 2.3 数据分析
• 3 结果与讨论
• 3.1 温度对雨生红球藻来源虾青素的稳定性研究
• 3.2 光照对雨生红球藻来源的虾青素的稳定性研究
• 3.3 碱浓度对雨生红球藻来源虾青素的稳定性研究
• 3.4 还原剂对雨生红球藻色素来源虾青素的稳定性研究
• 3.5 雨生红球藻来源的虾青素的生理功能初探
• 4 小结
• 第五章 结语
• 1 主要研究成果
• 1.1 培养方式的研究
• 2超临界萃取工艺研究'>1.2 雨生红球藻中虾青素的CO₂超临界萃取工艺研究
• 1.3 雨生红球藻来源的虾青素的稳定性及其应用的初步研究
• 2 主要创新点与特色
• 3 存在的不足与展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢