利用微藻联产生物柴油和虾青素的研究

The microalgal lipid is an excellent feedstock for biodiesel. How to cut the cost of its large-scale cultivation for biodiesel is a hot research point at present. The core problems faced by the microalgal oil production technology development include species selection and optimization of algae cultivation technology to reduce the cost. So we will investigate the capacity of microalga to high-yield producing bio-diesel and astaxanthin,a high-value ketocarotenoid used widely in pharmaceutics, cosmetics, and functional food additives, by Chlorella zofingiensis in this study. The research work including using an effective strain breeding method such as UV-irradiation and ethy methanesulfonate compound mutagenesis with subsequent screening to obtain the high-producing lipids and astaxanthin mutants of C.zofingiensis; obtaing the optimal culture conditions;revealing the physiological and biochemical characteristics as well as metabolites of algae cells;illustrating the key factors of resulting in the rapid growth of algal cells and massive accumulation of lipid and astaxanthin and clarifying the relationship between the mechanism and mode of lipid and astaxanthin biosynthes in this alga. In this research, the fed-batch fermentation process was set up for high-yeild production of astaxanthin and lipids simultaneously. The results will provide new ideas and possible ways to cut the high costs of large-scale cultivation by this microalga.

微藻油脂是优良的生物柴油原料，降低其大规模培养的成本是当前开发微藻生物柴油的热点问题。通过藻种选育和基于藻种的培养技术的优化来降低产油微藻的成本，是微藻产油技术开发所面临的核心难题。本项目以小球藻Chlorella zofingiensis 为研究对象，拟通过诱变育种筛选该藻的油脂和虾青素高产突变株，并采用高密度混养方式培养该藻，高产率生产用于制造生物柴油的油脂和具有显著着色能力和药理活性的高附加值产品虾青素。通过对C. zofingiensis的最适培养条件、藻细胞生理生化特性以及代谢产物的研究，搞清影响藻细胞快速生长与大量积累油脂和虾青素的关键因素；阐明藻细胞的油脂积累机理和模式及其与虾青素生物合成之间的关系；采用优化的混养培养基，在促进C. zofingiensis 快速生长的同时，实现油脂和虾青素的高产量联产，为解决其大规模培养的高成本问题提供新的思路和可能的途径。

生物柴油因其环保可再生性而具有广阔的前景，但原料不足是限制其大规模发展的瓶颈。微藻因其生长快速、油脂含量高、富含高附加值产品等特点成为了极具潜力的生物柴油原料。降低其大规模培养的成本是当前开发微藻生物柴油的热点问题。本项目以小球藻Chlorella zofingiensis为研究对象，通过添加不同种类和浓度的有机碳源异养培养该藻，跟踪测定了培养期间该藻的生物量及培养基中有机碳源的消耗情况，分析测定了该藻的各脂肪酸组分、色素组分，探究了影响藻类生长的重要营养元素碳对该藻生长、虾青素等类胡萝卜素及脂肪酸生物合成的影响，优化了利于该藻生长及脂肪酸和虾青素积累的碳源和最适浓度；探讨了该藻中虾青素和脂肪酸合成途径中关键酶基因的表达调控机制，并对该藻进行了转录组高通量测序分析。主要研究结果如下：.1.葡萄糖有利于小球藻C. zofingiensis的生长，并获得了11.75g/L的最大细胞干重和0.57d-1的比生长速率。添加1%-6%的甘油没有显著提高该藻的生物量。.2.建立了快速准确分析测定该藻中脂肪酸的气相色谱方法；添加不同有机碳源异养培养时，小球藻C. zofingiensis积累的脂肪酸组分较一致，主要为C16和C18系脂肪酸；葡萄糖比甘油更有利于该藻脂肪酸的积累，添加30 g/L葡萄糖时获得了最高总脂肪酸含量，其饱和度为1.78，具有作为生产生物柴油原料的潜力。.3、建立了快速准确测定该藻中色素的HPLC分析方法，尤其是分离、测定该藻中游离虾青素和虾青素酯。小球藻C. zofingiensis积累的类胡萝卜素主要包括虾青素、角黄质、β-胡萝卜素和玉米黄质。添加30g/L葡萄糖培养时该藻虾青素含量最高，达到1.84 mg/g。添加1%-6%的甘油均没有显著提高该藻的虾青素含量。.4、该藻中虾青素的生物合成依赖脂肪酸的生物合成，该藻中虾青素主要以二酯的形式存在；.5、转录组高通量测序获得了样品间的495个显著表达上调基因和889个下调基因，并获得了最显著富集的5个分子功能及显著富集的代谢通路。.综上所述，该藻中虾青素和脂肪酸的生物合成具有正相关性，添加30 g/L葡萄糖时该藻的总脂肪酸含量和虾青素含量均达到最大值，表明该藻具备联产生物柴油和高价值虾青素的潜力，可为解决其大规模培养的高成本问题提供新的思路和可能的途径。