一种利用高压电场放电刺激提高微藻胞外多糖分泌的装置 |
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| 申请号 | CN202221241568.9 | 申请日 | 2022-05-19 | 公开(公告)号 | CN218372350U | 公开(公告)日 | 2023-01-24 |
| 申请人 | 江苏大学; | 发明人 | 朱菲菲; 袁杰; 霍书豪; 管国强; 胡新娟; 崔溢; 钱静亚; 张存胜; 马海乐; | ||||
| 摘要 | 本实用新型属于 生物 培养技术领域，提供了一种利用高压 电场 放 电刺激 提高微藻胞外多糖分泌的装置，包括高压发生装置和培养装置，高压电场发生装置的正极通过正极 导线 延伸至柱式培养管中的培养体系的液面上方，负极通过负极导线连接到培养体系的液面以下。在通气培养微藻的过程中，通过对微藻养殖体系间断性的施加1‑3kv/cm的高压电场刺激微藻，改变微藻细胞膜的通透性，增加了细胞内外运输物质效率。在不添加外源化学物质的情况下，提高微藻胞外多糖产量，安全高效；产生的胞外多糖可用于医学、 化妆品 行业，实现低成本获得高产量微藻胞外多糖。(ESM)同样的 发明 创造已同日 申请 发明 专利 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种利用高压电场放电刺激提高微藻胞外多糖分泌的装置，其特征在于，包括高压电场发生装置(17)和培养装置，高压电场发生装置(17)的正极(15)通过正极导线(18)延伸至柱式培养管中的培养体系的液面上方，负极(16)通过负极导线(19)连接到培养体系的液面以下。 |
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| 说明书全文 | 一种利用高压电场放电刺激提高微藻胞外多糖分泌的装置技术领域[0001] 本发明涉及微藻养殖技术领域，具体涉及一种利用高压电场放电刺激提高微藻胞外多糖分泌的装置。 背景技术[0002] 绝大部分微藻是一类品种极其丰富的海洋植物，是海洋生物资源的重要组成部分。微藻多糖是从藻类中提取的一类化学结构新颖、活性多样的大分子天然化合物，根据其来源可分为褐藻多糖、红藻多糖、蓝藻多糖、绿藻多糖等。此类多糖不仅可以为微藻提供了多种的生物学功能,还可以应用到医疗研究上。目前，微藻多糖主要研究被应用在抗氧化活性、抗菌活性、调节免疫活性、抗肿瘤活性、降低血脂活性、降血糖活性等。研究表明，微藻多糖越来越受到人们重视，对现代医疗技术有着出色帮助，而对微藻多糖的深入探究和开发也必将为人类的生活和健康提供更多的应用价值。 [0003] 目前，几种常用的提高微藻胞外多糖的方法，虽然均能不同程度上增加其胞外多糖含量，但其劣势也相当明显。例如超声法会对多糖分子造成一定的结构破坏，使其生物活性下降；而氮饥饿方法会造成微藻生物量的降低，而且藻胆蛋白含量大量降低，经济损失较大；增加外源碳方法价格较高。 发明内容[0004] 为了解决上述问题，本发明提供一种利用施加高压电场放电刺激提高微藻胞外多糖分泌的装置及方法。通过高压电场刺激培养基中微藻，改变微藻细胞膜的通透性，增加了细胞内外运输物质效率。在不添加外源化学物质的情况下，提高微藻胞外多糖产量。 [0005] 本发明技术方案如下： [0006] 一种利用高压电场放电刺激提高微藻胞外多糖分泌的装置，其特征在于，包括高压发生装置和培养装置，高压电场发生装置的正极通过正极导线延伸至柱式培养管中的培养体系的液面上方，负极通过负极导线连接到培养体系的液面以下。 [0007] 进一步地，所述高压发生装置中，12‑36V直流电源通过导线连接瞬时接触继电器、延时继电器的接口，在瞬时接触继电器、延时继电器出口连接两组导线为并联关系，分别依次连接一组滑动变阻器与升压装置，在升压装置输出端连接放电装置；高量程电压表以并联方式接于两组放电装置中间。 [0008] 进一步地，所述升压装置包括震荡电路与倍压整流电路；电流经三极管进入振荡电路，经绕组一阶段升压；利用交流电正反两个方向来回导通与二极管单向导电的特性，不断给电容翻倍充电，经三次充电后与输出电压端释放。在振荡电路、倍压整流电路中分别设置第一保护电阻、第二保护电阻，用于保护电路。 [0010] 进一步地，所述微藻培养体系中，培养液占据培养容器中高度的一半以上，保证培养液液面距柱式管底部的深度需确保微藻能够随气泡循环流动。 [0011] 进一步地，所述高压发生装置的释出电压为1kv/cm～3kv/cm。 [0012] 电场作为生物技术的一部分，是克服微藻发育局限性的一种很有前途的处理手段。与传统方法相比，电场可以刺激一些微藻细胞的生长和新陈代谢，促进生物量积累和高价值的胞外多糖。本发明利用施加高压电场放电刺激提高微藻胞外多糖分泌的方法。通过高压电场刺激培养基中微藻，改变微藻细胞膜的通透性，增加了细胞内外运输物质效率。在不添加外源化学物质的情况下，提高微藻胞外多糖产量。电场刺激具有不含化学物质、成本低、见效快等优点，利用电场刺激来提升微藻胞外多糖分泌量，既经济高效又无污染的方法，生产出的胞外多糖无其他化学添加剂，可用作生物医药以及化妆品原料，具有广阔的应用价值。 [0014] 图1是高压电场发生装置的电路图。 [0015] 图2是升压装置的电路图。 [0016] 图3是本发明中用于刺激微藻多糖生产方法中高压电场刺激装置与长管中通气培养的微藻相互连接的结构图。 [0017] 图4是实施例1中的不同电压情况下紫球藻胞外多糖分泌量比较图。 [0018] 图5是实施例2用于刺激紫球藻多糖生产方法中不同频率情况下紫球藻胞外多糖分泌量比较图。 [0019] 图6是实施例3用于刺激具鞘微鞘藻多糖生产方法中不同频率情况下具鞘微鞘藻胞外多糖分泌量比较图。 [0020] 图中： [0021] 1.12‑36V可调节直流电源箱、2.瞬时接触继电器、3.延时继电器、4.滑动变阻器、5.升压装置、6.放电装置、7.高量程电压表、8.第一保护电阻、9.三极管、10.绕组、11.电容、 12.二极管、13.第二保护电阻、14.输出电压端、15.正极、16.负极、17.高压电场发生装置、 18.正极导线、19.负极导线、20.通气橡胶管、21.柱式培养管。 具体实施方式[0022] 下面通过具体实施例对本发明做进一步阐释。 [0023] 在本发明所使用的高压发生装置17中，如图1所示，12‑36V可调节直流电源箱1通过导线连接瞬时接触继电器2、延时继电器3的接口，在瞬时接触继电器2、延时继电器3出口连接两组导线为并联关系，分别依次连接一组滑动变阻器4与升压装置5，在升压装置5输出端连接放电装置6；高量程电压表7以并联方式接于两组放电装置6中间。 [0024] 在上述高压发生装置中，通过时间继电器控制两组放电装置6的通断，其次通过滑动变阻器4控制进入升压装置5的输入电压大小，输入电压经过升压装置5后获得需要的高压电场刺激；通过并联于输出电压两端的高量程电压表7检测输出电压的大小。 [0025] 在图2所示的升压装置中，主要分为左侧震荡电路与右侧倍压整流电路两部分。电流经三极管9发出振荡电路，经绕组10进行一阶段升压；利用交流电正反两个方向来回导通与二极管12单向导电的特性，不断给电容11翻倍充电，经三次充电后与输出电压端14释放。在振荡电路、倍压整流电路中分别设置第一保护电阻8、第二保护电阻13，用于保护电路。 [0026] 图3所述为本发明所用的培养装置示意图，所述高压电场发生装置17的正极15通过正极导线18延伸至柱式培养管21中的培养体系的液面上方，负极16通过负极导线19连接到培养体系的液面以下。当需要施加高压电场刺激时，正极导线18伸入培养体系液面以下，实现电路的导通，完成高压电场的刺激。所述柱式培养管中通过橡胶管20向培养体系中通气。 [0027] 实施例1： [0028] (1)紫球藻活化：在无菌条件下，挑选保存在平板上并生长良好的单一藻株接入含有50ml液体ASW培养基的100ml的三角瓶中。所述ASW培养基配方为NaCl 27g/L、 MgSO4.7H2O 6.6g/L、MgCl2.2H2O 1.5g/L、KNO3 1.0g/L、KH2PO40.07/L、NaHCO30.04g/L、 Tris.HCl(PH7.6)50mM/L、FeEDTA 0.5mM/L、微量元素ZnCl 24ug/L、H3BO3 60ug/L、 CaCl2.2H2O 4ug/L、MnCl2.4H2O 40ug/L、(NH4)6MO7O24.4H2O 37ug/L。三角瓶放在摇床上以 120r/min速度摇晃，温度保持25℃，调节PH7.6，光强3500lux，全程光照。测量其OD值判断浓度变化，大概一周后紫球藻生长至对数期时，将其按0.2g/L浓度接种到含有250ml ASW 培养基的500ml三角瓶中，除光照变为7000lux之外，其余初始条件保持不变，再培养一周后，紫球藻在新的培养基中再次生长至对数期。 [0029] (2)紫球藻柱式通气培养并施加高压电场刺激：步骤(1)中二次活化后紫球藻生长至对数期时，将其转接到含250mlAWS培养基的300ml柱式管中，接种浓度为0.2g/L。光照设置为9000lux，空气通气量0.6L/mim，其余初始条件不变，将柱式通气管分为A、B、C、D 4 组，每组3个平行，进行通气培养。在通气培养的过程中，A无外接电场刺激；B、C、D从通气培养第一天分别施加1kv/cm、2kv/cm、3kv/cm的高压电场刺激，且高压电场刺激的频率和时间一致，均为频率2hz，即每秒刺激2次，每次刺激时间0.3。 [0030] 从空气培养当天算起，每两天检测一次紫球藻的生物量与胞外多糖含量；其中生物量监测采用OD值拟合曲线估算，胞外多糖含量采用蒽酮‑硫酸法测定，测试结果如图4所示。B、 C、D3组经不同电刺激强度的紫球藻胞外多糖产量明显均高于对照组，其中在2kv/cm，刺激频率2hz，刺激时间0.3s的电场下其胞外多糖含量提升最多，达到24.23％。 [0031] 实施例2： [0032] 紫球藻活化与柱式通气培养与实施例1中的相同，将柱式通气管分为A、B、C、D 4组，每组3个平行。A无外接电场刺激，在通气培养第11天紫球藻处于对数生长后期时，B、C、 D均施加高压电场刺激，所施加的高压电场场强大小为2kv/cm，且刺激频率分别为1hz、2hz、 3hz，刺激时间均为0.3s。 [0033] 从空气培养当天算起，每两天检测一次生物量与胞外多糖含量，其中生物量监测采用OD 值拟合曲线估算，胞外多糖含量采用蒽酮‑硫酸法测定。测试结果如图5所示，3组经不同电刺激频率的紫球藻胞外多糖产量依旧明显均高于对照组，其中在2kv/cm，刺激频率3hz，刺激时间0.3s的电场下其胞外多糖含量提升最多，达到58.41％。 [0034] 实施例3： [0035] (1)具鞘微鞘藻活化，在无菌条件下，挑选保存在平板上并生长良好的单一藻株接入含有50ml液体BG‑11培养基的100ml的三角瓶中。放在摇床上以120r/min速度摇晃，温度保持25℃，调节PH7.0，光强1500lux，全程光照。通过测量干重法检测其生物量增长，大概一周后具鞘微鞘藻生长至对数期时，将其按0.2g/L浓度接种到含有250ml BG‑11培养基的500ml 三角瓶中，将光照增加到2000lux，其余初始条件保持不变。 [0036] (2)具鞘微鞘藻柱式通气培养：等上述活化中具鞘微鞘藻生长一周后至对数期时，将其转接到含250ml BG‑11培养基的300ml柱式管中，接种浓度为0.2g/L。光照设置为2500lux，空气通气量0.6L/mim，其余初始条件不变。 [0037] (3)施加高压电场刺激：将柱式通气管分为A、B、C、D 4组，每组3个平行。A无外接电场刺激；从通气培养第一天开始B、C、D分别施加1kv/cm、2kv/cm、3kv/cm的高压电场刺激，且高压电场刺激频率均为2hz，每次刺激时间0.3s。 [0038] 从空气培养当天算起，每两天检测一次生物量与胞外多糖含量，如图6所示，3组经不同电刺激强度的具鞘微鞘藻胞外多糖产量明显均高于对照组，其中在2kv/cm，刺激频率3hz，刺激时间0.3s的电场下其胞外多糖含量提升最多，达到17.1％。 [0039] 综上所述，不同刺激强度、频率、持续时间均对紫球藻胞外多糖分泌具有一定促进作用。由于在场强2kv/cm，刺激时间0.3s时，刺激频率3hz与1hz均高于紫球藻在2hz的胞外多糖分泌量。而具鞘微鞘藻的实施例中说明了高压电场对除紫球藻以外的其他藻种胞外多糖的分泌也具有一定刺激作用。虽然本发明的实验藻种仅有紫球藻与具鞘微鞘藻，但通过上述3种实施例，可以判断出高压电场对其他藻类胞外多糖的分泌也极有可能有着促进作用。 [0040] 本发明所述适用的培养体系不仅包括上述水培体系，还适用于在湍流跑道中、贴壁固体培养体系。 [0041] 所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。 |
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