《青岛能源所开发的雨生红球藻及其虾青素生产技术进入产业化实施》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2018-10-09
  • 2018年8月16日,由青岛能源所与社会资本合作共建的雨生红球藻养殖及加工项目开工仪式在云南省德宏州陇川工业园区举行。项目一期工程占地50亩,总投资4000万元人民币,青岛能源所以自主知识产权作价入股。本项目一期工程预期2019年5月投产,并逐步通过二期工程将雨生红球藻粉产能扩大至500吨/年,届时将成为国内最大、世界前三的雨生红球藻及其虾青素原料供应商。

      虾青素是迄今为止自然界中发现的最强抗氧化剂,被誉为“超级抗氧化剂”。雨生红球藻是目前最优质的天然虾青素来源,其富含3S-3'S旋光结构的虾青素,具有淬灭机体内自由基和活性氧,防止UV诱导的皮肤损伤,减小心肌血栓,治疗心脑血管疾病,防治胰腺、淋巴细胞氧化损伤,缓解疲劳和焦虑,免疫调节,治疗眼部感染和提高动物繁殖能力等功能。在功能食品、食品添加剂、化妆品及饲料添加剂等方面都有广阔的应用前景。随着“健康中国” 国家战略的推进,抗氧化、心脑血管健康维护与预防管理制剂等大健康产业将获得爆发式发展。据统计,2017年虾青素全球市场规模达3亿美元,预计到2024年将提高至21亿美元。

      雨生红球藻生长极其缓慢,培养过程极易受杂菌杂藻和原生动物污染,传统生产方法的失败率极高、产率低、虾青素含量低,生产成本高。青岛能源所微藻生物技术研究组历时五年,解决了雨生红球藻培养的生物学和工程学等系列难题,大幅度提高了生产效率;发展于从湿藻泥中直接提取虾青素的绿色提取工艺。完成了从实验室至中试,再到300平方米工业性试验,形成了具有完全自主知识产权的雨生红球藻高效培养新技术。德宏州历年平均总日照时数2220.4小时,平均气温18.8℃,无工业污染,为雨生红球藻大规模养殖生产提供了得天独厚的条件。

      项目研究得到了青岛能源所“一三五”重点培育项目的资助。

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    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2021-12-11
    • 近日,中国科学院海洋研究所藻类与藻类生物技术团队在红球藻虾青素资源开发领域取得重要进展,发现无氧呼吸糖酵解(EMP)、有氧呼吸三羧酸循环(TCA)、戊糖磷酸途径(PPP)和线粒体呼吸交替氧化酶途径(AOX)等多种非光依赖型代谢途径都对红球藻虾青素的合成积累产生重要调节作用。相关理论成果以3篇研究论文在国际Top期刊生物资源工程技术类一区《Bioresource Technology》(IF=9.642)发表,衍生出的相关技术成果分别申报了4项国家发明专利,其中2项已获专利授权。 虾青素呈鲜红色,具有非常强的着色、抗氧化能力和多种生物学功能,在营养健康食品、医药保健和化妆品等领域都有广阔的应用前景。而红球藻是一种富含虾青素的单细胞绿藻,也是国际上生产天然虾青素的最好生物资源。以往认为,红球藻虾青素的生物合成过程主要受强光驱动和营养亏缺诱导,国内外研究大多侧重于光依赖型合成代谢过程(如光合作用、光保护和细胞生长等),很少关注分解消耗性的呼吸作用。即便近年来关注呼吸,也仅涉及光依赖型的光呼吸与叶绿体呼吸作用。例如刘建国研究员团队发现光呼吸对虾青素合成具重要调控作用(Algal Research,2019,41: 101520),证实叶绿体呼吸途径并非通过减少过剩激发能、降低对光合机构的直接破坏,而是通过缓解活性氧等抑制的光损伤修复、实现保护绿色游动细胞免受光损伤的(Algal Research,2021,54:102140)。至于非光依赖型呼吸代谢途径对红球藻虾青素合成积累的作用,国内外却鲜有报道。 刘建国研究团队发现并证实多种非光依赖型呼吸代谢途径可有效调控红球藻虾青素合成积累。其中,张立涛副研究员为第一作者、刘建国研究员为通讯作者的研究论文发现,线粒体呼吸的交替氧化酶途径活性与红球藻虾青素积累呈明显负相关,当交替氧化酶途径受到抑制后,与呼吸作用密切相关的中间代谢产物丙酮酸和三磷酸甘油醛含量均显著提高,同时促进能量物质NADPH的产生,并刺激了活性氧的积累,从而有利于促进虾青素合成。由此提出调节呼吸作用可促进红球藻虾青素生物合成积累的新观点。 博士研究生于文杰为第一作者,刘建国研究员为通讯作者的另外两篇文章,主要通过外源添加呼吸作用中间代谢产物的方法,进一步证实非光依赖性呼吸作用的能量代谢中心枢纽——TCA循环,可为虾青素合成过程提供碳骨架,促进虾青素在细胞内的大量积累。其调节机制具体为:中间代谢产物延胡索酸可提高呼吸代谢的EMP、TCA和PPP三条主要途径,使得丙酮酸和三磷酸甘油醛水平显著提高,一方面通过促进虾青素合成前体异戊烯焦磷酸的生成,直接促进虾青素合成,另一方面还促进了脂肪酸的合成,进而加速虾青素酯化过程,间接促进虾青素合成。TCA循环的另一代谢产物草酰乙酸可通过提高底物和NADPH水平,直接促进红球藻虾青素合成。相对而言,草酰乙酸的促进作用比延胡索酸更快,效果也更显著,主要得益于草酰乙酸更高效的跨膜机制。 上述成果完善了红球藻虾青素规模化开发的基础理论和开发技术体系,将有利于完善基于细胞周期调控和大型封闭式光生物反应器构建等技术的红球藻开发模式,使植物细胞光合工厂的运转更加高效,推动该产业开发水平再上新台阶。同时研究成果还对其它微藻类胡萝卜素等次生代谢物质的研究与资源开发都具有明显的启发和借鉴价值。 上述研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金面上基金和联合基金等项目资助。 论文链接: (1) Zhang LT, Zhang CH, Xu R, Yu WJ, Liu JG (2021) A strategy for promoting carbon flux into fatty acid and astaxanthin biosynthesis by inhibiting the alternative oxidase respiratory pathway in Haematococcus pluvialis. Bioresource Technology, 344: 126275. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0960852421016175?via%3Dihub (2) Yu WJ, Zhang LT, Zhao J, Liu JG (2021) Exogenous sodium fumarate enhances astaxanthin accumulation in Haematococcus pluvialis by enhancing the respiratory metabolic pathway. Bioresource Technology, 341: 125788. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0960852421011299?via%3Dihub (3) Yu WJ, Zhang LT, Zhao J, Liu JG (2021) Enhancement of astaxanthin accumulation in Haematococcus pluvialis by exogenous oxaloacetate combined with nitrogen deficiency. Bioresource Technology, https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.126484. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0960852421018265
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    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2020-04-30
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