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背景介紹

嗜硫原始紅藻 (Galdieria sulphuraria) 作為一種極端環(huán)境來源的單細(xì)胞微藻（圖1），具有極度耐酸、耐高溫、耐高氨氮、耐高鹽和耐重金屬離子等突出生理特性，還可合成高價(jià)值的耐熱型藻膽蛋白。藻膽蛋白是一種由藻膽素色基和脫輔基蛋白通過共價(jià)鍵連接而成的天然色素-蛋白質(zhì)復(fù)合體，因其具有天然色素屬性，且無毒、不致癌、穩(wěn)定性較強(qiáng)，可用作食品、軟飲料、化妝品的天然著色劑。此外，藻膽蛋白具有熒光量子產(chǎn)率高、斯托克斯位移大、不易淬滅等特性，是一種理想的熒光標(biāo)記物，被廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)研究、腫瘤診斷和光治療示蹤等領(lǐng)域。除此之外，藻膽蛋白還具有抗氧化、抗炎、抗癌、神經(jīng)保護(hù)、肝保護(hù)等多種生理活性。

圖1 嗜硫原始紅藻

目前有研究在封閉式生物反應(yīng)器中進(jìn)行嗜硫原始紅藻的高密度培養(yǎng)。兼養(yǎng)條件下(光發(fā)酵)嗜硫原始紅藻可利用葡萄糖、甘油等有機(jī)碳源快速生長，因此底物的供應(yīng)十分重要。目前多數(shù)實(shí)驗(yàn)通常采用人工檢測、校正、恒速流加進(jìn)行糖濃度控制，然而由于發(fā)酵過程的高度復(fù)雜性和高時(shí)效性，糖濃度往往難以及時(shí)、精確調(diào)控，甚至出現(xiàn)碳源耗盡、藻類生長受限等情況。除此之外，微藻生長周期相對較長，需要研究者耗費(fèi)大量的精力去關(guān)注其生長狀況及底物消耗情況。

本案例采用賽多利斯（7 L）生物反應(yīng)器進(jìn)行嗜硫原始紅藻培養(yǎng)，培養(yǎng)過程中與天木生物自主開發(fā)的生物培養(yǎng)過程在線檢測儀（BODS）聯(lián)用，對生物反應(yīng)器進(jìn)行全自動在線取樣、處理、檢測和留樣，并通過反饋控制補(bǔ)料泵及時(shí)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)底物的精確流加，為嗜硫原始紅藻的高密度培養(yǎng)提供強(qiáng)有力的支持。

圖2 天木生物生物培養(yǎng)過程在線檢測儀（BODS）

實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)菌株：嗜硫原始紅藻

實(shí)驗(yàn)設(shè)備：賽多利斯（7 L）生物反應(yīng)器；天木生物生物培養(yǎng)過程在線檢測儀（BODS）

工藝參數(shù)條件：見表1

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本次實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)周期為9 d，BODS智能補(bǔ)料策略在無操作人員的情況下，可自動展示發(fā)酵過程中OD值和葡萄糖含量，及時(shí)反饋細(xì)胞生長和底物消耗情況，根據(jù)設(shè)置值實(shí)時(shí)調(diào)整補(bǔ)料速度，從第4天起使葡萄糖濃度穩(wěn)定維持在5 ± 0.8 g/L，結(jié)果如圖3所示，培養(yǎng)到第8 d得到了最優(yōu)的結(jié)果，其中OD680值為85.27，細(xì)胞干重為65.67 g/L。本次實(shí)驗(yàn)比同期搖瓶（殘?zhí)呛谋M時(shí)補(bǔ)糖至5 g/L）的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)量OD₆₈₀值提高了136%（搖瓶OD₆₈₀值36.13），細(xì)胞干重提高了2.3倍（搖瓶細(xì)胞干重為20 g/L）。

結(jié)論

采用天木生物自主開發(fā)的生物培養(yǎng)過程在線檢測儀（BODS），可以通過自動取樣、留樣及智能補(bǔ)料策略，實(shí)現(xiàn)嗜硫原始紅藻的高密度培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)過程中儀器可自動展示發(fā)酵過程中OD值和葡萄糖含量，及時(shí)反饋細(xì)胞生長和底物消耗情況，并進(jìn)行自動反饋補(bǔ)料，精確控制培養(yǎng)液中葡萄糖含量，為該藻高密度培養(yǎng)提供了有力支撐。整個(gè)生物培養(yǎng)過程中 “無人值守”，大幅降低實(shí)驗(yàn)人員工作量，提高工作效率。

產(chǎn)品詳情

生物培養(yǎng)過程在線檢測儀BODS