本發(fā)明涉及生物細胞定向培養(yǎng)及提取技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種調(diào)控螺旋藻營養(yǎng)元素積累的方法。
背景技術(shù)：
近些年來，營養(yǎng)元素的補充越來越受到人們的關(guān)注。根據(jù)第三次全國營養(yǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)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(qū)缺硒。解決這些營養(yǎng)元素缺乏的傳統(tǒng)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(xiàn)狀，利用螺旋藻細胞營養(yǎng)元素吸收與富集的特性，將其作為載體，促進其營養(yǎng)元素積累，在細胞內(nèi)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(yǎng)元素的目的。
目前，提高藻類營養(yǎng)元素的方法主要是通過增加外源培養(yǎng)液中離子濃度來達到元素積累的目的。然而，國內(nèi)外諸多企業(yè)在養(yǎng)殖開發(fā)螺旋藻，在其養(yǎng)殖過程中，涉及到地域、季節(jié)、日溫差等的變化對藻類生長與營養(yǎng)物質(zhì)積累的影響非常大，卻未見生長環(huán)境對螺旋藻營養(yǎng)元素積累的報道。發(fā)明人經(jīng)過多年研究，結(jié)果表明環(huán)境因子(溫度，環(huán)境，pH等)不僅影響螺旋藻的生長，而且影響其生理代謝，物質(zhì)合成等功能，也對其礦物質(zhì)營養(yǎng)積累具有深刻的影響。有效調(diào)控營養(yǎng)元素在螺旋藻細胞積累對于營養(yǎng)元素有機化，人體營養(yǎng)元素的補充，拓寬螺旋藻應用范圍具有重大意義。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種提高螺旋藻營養(yǎng)元素(鈣、鐵、鋅、硒)含量的方法。
為了實現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明調(diào)控螺旋藻營養(yǎng)元素積累的方法，包括以下步驟：
1)將螺旋藻接種到培養(yǎng)基中，于溫度20-40℃，光照4-12klx，pH值8.5-10.5的條件下培養(yǎng)3天；
2)將步驟1)中的螺旋藻繼續(xù)在溫度15-35℃，光照2-20klx，pH值8.5-11.0的條件下培養(yǎng)，分別通過向培養(yǎng)基中外源添加鈣、鐵、鋅、硒元素，培養(yǎng)3-7天，獲得高營養(yǎng)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(xù)培養(yǎng)，調(diào)節(jié)溫度到15-25℃，光照控制在11-20klx，pH控制在8.5-9.0，向培養(yǎng)基中添加外源CaCO3至終濃度0.4-0.8g/L，培養(yǎng)時間為3-7天，獲得富含鈣的螺旋藻。優(yōu)選地，將步驟1)中的螺旋藻繼續(xù)培養(yǎng)，溫度調(diào)節(jié)到20℃，光照控制在12klx，pH控制在8.5，向培養(yǎng)基中添加外源CaCO3至終濃度0.6g/L，培養(yǎng)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(xù)培養(yǎng)，溫度調(diào)節(jié)到25-35℃，光照控制在2-6klx，pH控制在10-11.0，向培養(yǎng)基中添加外源FeSO4·7H2O至終濃度30-60mg/L，培養(yǎng)3-7天，獲得富含鐵的螺旋藻。優(yōu)選地，將步驟1)中的螺旋藻繼續(xù)培養(yǎng)，溫度調(diào)節(jié)到30℃，光照控制在4klx，pH控制在10.5，向培養(yǎng)基中添加外源鐵FeSO4·7H2O至終濃度40mg/L，培養(yǎng)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(xù)培養(yǎng)，溫度調(diào)節(jié)到25-35℃，光照控制在6-11klx，pH控制在8.5-9.5，向培養(yǎng)基中添加外源ZnSO4·7H2O至終濃度30-70mg/L，培養(yǎng)時間為3-7天，獲得富含鋅的螺旋藻。優(yōu)選地，將步驟1)中的螺旋藻繼續(xù)培養(yǎng)，溫度調(diào)節(jié)到30℃，光照控制在8klx，pH控制在8.5，向培養(yǎng)基中添加外源鋅ZnSO4·7H2O至終濃度40mg/L，培養(yǎng)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(xù)培養(yǎng)，溫度調(diào)節(jié)到28-35℃，光照控制在11klx以上，pH控制在9.0-10.0，向培養(yǎng)基中添加外源硒Na2SeO3至終濃度80-120mg/L，培養(yǎng)時間為3-7天，獲得富含硒的螺旋藻。優(yōu)選地，將步驟1)中的螺旋藻繼續(xù)培養(yǎng)，溫度調(diào)節(jié)到30℃，光照控制在12klx，pH控制在9.5，向培養(yǎng)基中添加外源硒Na2SeO3至終濃度100mg/L，培養(yǎng)5天，獲得富含硒的螺旋藻。
優(yōu)選地，步驟1)具體如下：將螺旋藻接種到培養(yǎng)基中，在30℃，12klx，pH值9.5的條件下培養(yǎng)3天。
在本發(fā)明的一個具體實施方式中，調(diào)控螺旋藻營養(yǎng)元素積累的方法具體如下：
1)將螺旋藻接種到培養(yǎng)基中，在30℃，12klx，pH值9.5的條件下培養(yǎng)3天；
2)將步驟1)中的螺旋藻繼續(xù)培養(yǎng)，溫度調(diào)節(jié)到20℃，光照控制在12klx，pH控制在8.5，向培養(yǎng)基中添加外源CaCO3至終濃度0.6g/L，培養(yǎng)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(xù)培養(yǎng)，溫度調(diào)節(jié)到30℃，光照控制在4klx，pH控制在10.5，向培養(yǎng)基中添加外源鐵FeSO4·7H2O至終濃度40mg/L，培養(yǎng)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(xù)培養(yǎng)，溫度調(diào)節(jié)到30℃，光照控制在8klx，pH控制在8.5，向培養(yǎng)基中添加外源鋅ZnSO4·7H2O至終濃度40mg/L，培養(yǎng)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(xù)培養(yǎng)，溫度調(diào)節(jié)到30℃，光照控制在12klx，pH控制在9.5，向培養(yǎng)基中添加外源硒Na2SeO3至終濃度100mg/L，培養(yǎng)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(yǎng)基為Zarrouk氏培養(yǎng)基(表1和表2)。
表1 Zarrouk培養(yǎng)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)中接種螺旋藻后，藻液的OD560值為0.3。
前述方法中，用質(zhì)量濃度為0.1mol/L的磷酸調(diào)節(jié)pH值，所述螺旋藻為鈍頂螺旋藻。
本發(fā)明向藻液中外源添加的營養(yǎng)元素相對于螺旋藻是過量的，主要目的是提高營養(yǎng)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(fā)明還提供由上述方法制備的富含營養(yǎng)元素鈣、鐵、鋅、硒的螺旋藻。
本發(fā)明進一步提供上述方法在調(diào)控螺旋藻營養(yǎng)元素積累中的應用。
本發(fā)明通過研究環(huán)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(guān)系，優(yōu)化螺旋藻營養(yǎng)元素吸收積累的環(huán)境條件，進而達到螺旋藻細胞一定生長量的前提下，使營養(yǎng)元素積累量達到最大。即通過環(huán)境條件的調(diào)控和外液離子濃度的調(diào)控的雙軌制，實現(xiàn)螺旋藻細胞營養(yǎng)元素的定向積累。這在實際生產(chǎn)中具有重要價值。即以利用不同地域，季節(jié)環(huán)境條件的變化和光熱組合養(yǎng)殖螺旋藻來實現(xiàn)營養(yǎng)元素的定向積累為目標，指導生產(chǎn)實踐，生產(chǎn)出不同營養(yǎng)元素含量高及其有機化程度高的藻粉，使螺旋藻產(chǎn)品多元化，不僅極大提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，而且克服目前營養(yǎng)元素補充的缺陷，推動我國螺旋藻產(chǎn)業(yè)和健康產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
本發(fā)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(yǎng)元素的含量，并且使營養(yǎng)元素與細胞內(nèi)有機質(zhì)結(jié)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(yǎng)的螺旋藻細胞的鈣鐵鋅的含量比傳統(tǒng)養(yǎng)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
以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。若未特別指明，實施例中所用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)手段，所用原料均為市售商品。
實施例1
1)將螺旋藻接種到Z氏培養(yǎng)基中，接種螺旋藻后，藻液的OD560值為0.3。在30℃，12klx，pH＝9.5的培養(yǎng)條件下培養(yǎng)3天。
2)將步驟1)中培養(yǎng)3天的螺旋藻繼續(xù)培養(yǎng)，溫度調(diào)節(jié)到20℃，光照控制在12klx，pH控制在8.5，向培養(yǎng)基中添加外源鈣CaCO3至終濃度0.6g/L，培養(yǎng)3天，獲得富含鈣的螺旋藻(螺旋藻中鈣元素含量為2.52mg/g)。鈣的有機化程度為53.57％。螺旋藻生長率K＝0.0465。
實施例2
1)將螺旋藻接種到Z氏培養(yǎng)基中，接種螺旋藻后，藻液的OD560值為0.3。在30℃，12klx，pH＝9.5的培養(yǎng)條件下培養(yǎng)3天。
2)將步驟1)中培養(yǎng)3天的螺旋藻繼續(xù)培養(yǎng)，溫度調(diào)節(jié)到20℃，光照控制在12klx，pH控制在8.5，向培養(yǎng)基中添加外源鈣CaCO3至終濃度0.6g/L，培養(yǎng)5天，獲得富含鈣的螺旋藻(螺旋藻中鈣元素含量為5.64mg/g)。鈣的有機化程度為72.14％。螺旋藻生長率K＝0.0448。
實施例3
1)將螺旋藻接種到Z氏培養(yǎng)基中，接種螺旋藻后，藻液的OD560值為0.3。在30℃，12klx，pH＝9.5的培養(yǎng)條件下培養(yǎng)3天。
2)將步驟1)中培養(yǎng)3天的螺旋藻繼續(xù)培養(yǎng)，溫度調(diào)節(jié)到20℃，光照控制在12klx，pH控制在8.5，向培養(yǎng)基中添加外源鈣CaCO3至終濃度0.6g/L，培養(yǎng)7天，獲得富含鈣的螺旋藻(螺旋藻中鈣元素含量為18.21mg/g)。鈣的有機化程度為84.17％。螺旋藻生長率K＝0.0411。
實施例4
1)將螺旋藻接種到Z氏培養(yǎng)基中，接種螺旋藻后，藻液的OD560值為0.3。在30℃，12klx，pH＝9.5的培養(yǎng)條件下培養(yǎng)3天。
2)將步驟1)中的培養(yǎng)3天的螺旋藻繼續(xù)培養(yǎng)，溫度調(diào)節(jié)到30℃，光照控制在4klx，pH控制在10.5，向培養(yǎng)基中添加外源鐵FeSO4·7H2O至終濃度40mg/L，培養(yǎng)7天，獲得富含鐵的螺旋藻(螺旋藻中鐵元素含量為1538.26ppm)。鐵的有機化程度為84.95％。螺旋藻生長率K＝0.0332。
實施例5
1)將螺旋藻接種到Z氏培養(yǎng)基中，接種螺旋藻后，藻液的OD560值為0.3。在30℃，12klx，pH＝9.5的培養(yǎng)條件下培養(yǎng)3天。
2)將步驟1)中培養(yǎng)3天的螺旋藻繼續(xù)培養(yǎng)，溫度調(diào)節(jié)到30℃，光照控制在4klx，pH控制在10.5，向培養(yǎng)基中添加外源鐵FeSO4·7H2O至終濃度40mg/L，培養(yǎng)3天，獲得富含鐵的螺旋藻(螺旋藻中鐵元素含量為1634.34ppm)。鐵的有機化程度為89.98％。螺旋藻生長率K＝0.0411。
實施例6
1)將螺旋藻接種到Z氏培養(yǎng)基中，接種螺旋藻后，藻液的OD560值為0.3。在30℃，12klx，pH＝9.5的培養(yǎng)條件下培養(yǎng)3天。
2)將步驟1)中培養(yǎng)3天的螺旋藻繼續(xù)培養(yǎng)，溫度調(diào)節(jié)到30℃，光照控制在8klx，pH控制在8.5，向培養(yǎng)基中添加外源鋅ZnSO4·7H2O至終濃度40mg/L，培養(yǎng)7天，獲得富含鋅的螺旋藻(螺旋藻中鋅元素含量為132.75ppm)。鋅的有機化程度為5.34％。螺旋藻生長率K＝0.0376。
實施例7
1)將螺旋藻接種到Z氏培養(yǎng)基中，接種螺旋藻后，藻液的OD560值為0.3。在30℃，12klx，pH＝9.5的培養(yǎng)條件下培養(yǎng)3天。
2)將步驟1)中培養(yǎng)3天的螺旋藻繼續(xù)培養(yǎng)，溫度調(diào)節(jié)到30℃，光照控制在8klx，pH控制在8.5，向培養(yǎng)基中添加外源鋅ZnSO4·7H2O至終濃度40mg/L，培養(yǎng)3天，獲得富含鋅的螺旋藻(螺旋藻中鋅元素含量為88.30ppm)。鋅的有機化程度為58.28％。螺旋藻生長率K＝0.0429。
實施例8
1)將螺旋藻接種到Z氏培養(yǎng)基中，接種螺旋藻后，藻液的OD560值為0.3。在30℃，12klx，pH＝9.5的培養(yǎng)條件下培養(yǎng)3天，使其達到對數(shù)生長期。
2)將步驟1)中培養(yǎng)3天的螺旋藻繼續(xù)培養(yǎng)，向培養(yǎng)基中添加外源硒Na2SeO3至終濃度100mg/L，培養(yǎng)7天，獲得富含硒的螺旋藻(螺旋藻中硒元素含量為350.27ppm)。硒的有機化程度為40.16％。螺旋藻生長率K＝0.0246。
實施例9
1)將螺旋藻接種到Z氏培養(yǎng)基中，接種螺旋藻后，藻液的OD560值為0.3。在30℃，12klx，pH＝9.5的培養(yǎng)條件下培養(yǎng)3天，使其達到對數(shù)生長期。
2)將步驟1)中培養(yǎng)3天的螺旋藻繼續(xù)培養(yǎng)，向培養(yǎng)基中添加外源硒Na2SeO3至終濃度100mg/L，培養(yǎng)3天，獲得富含硒的螺旋藻(螺旋藻中硒元素含量為399.70ppm)。硒的有機化程度為58.62％。螺旋藻生長率K＝0.0277。
實施例10
1)將螺旋藻接種到Z氏培養(yǎng)基中，接種螺旋藻后，藻液的OD560值為0.3。在30℃，12klx，pH＝9.5的培養(yǎng)條件下培養(yǎng)3天，使其達到對數(shù)生長期。
2)將步驟1)中培養(yǎng)3天的螺旋藻繼續(xù)培養(yǎng)，向培養(yǎng)基中添加外源硒Na2SeO3至終濃度100mg/L，培養(yǎng)5天，獲得富含硒的螺旋藻(螺旋藻中硒元素含量為1011.00ppm)。硒的有機化程度為70.54％。螺旋藻生長率K＝0.0265。
比較例1
1)將螺旋藻接種到Z氏培養(yǎng)基中，接種螺旋藻后，藻液的OD560值為0.3。在30℃，4klx，pH＝9.5的培養(yǎng)條件下培養(yǎng)3天。
2)將步驟1)中培養(yǎng)3天的螺旋藻繼續(xù)培養(yǎng)，溫度調(diào)節(jié)到30℃，光照控制在4klx，pH控制在9.5，培養(yǎng)4天，鈣的積累量為244.66ppm。螺旋藻生長率K＝0.0852。
比較例2
1)將螺旋藻接種到Z氏培養(yǎng)基中，接種螺旋藻后，藻液的OD560值為0.3。在40℃，8klx，pH＝8.5的培養(yǎng)條件下培養(yǎng)3天。
2)將步驟1)中培養(yǎng)3天的螺旋藻繼續(xù)培養(yǎng)，溫度調(diào)節(jié)到40℃，光照控制在8klx，pH控制在8.5，培養(yǎng)4天，鐵的積累量為192.64ppm。螺旋藻生長率K＝0.0804。
比較例3
1)將螺旋藻接種到Z氏培養(yǎng)基中，接種螺旋藻后，藻液的OD560值為0.3。在40℃，12klx，pH＝9.5的培養(yǎng)條件下培養(yǎng)3天。
2)將步驟1)中培養(yǎng)3天的螺旋藻繼續(xù)培養(yǎng)，溫度調(diào)節(jié)到40℃，光照控制在12klx，pH控制在9.5，培養(yǎng)4天，鋅的積累量為30.06ppm。螺旋藻生長率K＝0.0944。
由上述結(jié)果可知，本發(fā)明提供的方法能夠大大提高螺旋藻幾種營養(yǎng)元素的含量和有機化程度，對于降低對胃腸道刺激，提高人體吸收利用率提供了有效手段。
雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實施方案對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬于本發(fā)明要求保護的范圍。