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2 0 粮 食 与 油脂 2 0 0 7年第 6期 微 生 物 不 饱 和 油 脂 研 究 张丽霞。 王兴国 ( 江南大学食品学院， 江苏无锡2 1 4 1 2 2 ) 摘要： 该文概述微生物油脂研究现状 ， 列举不饱和脂肪酸功能、 微 生物不饱和油脂特 点， 包括产 油微生物必备条件 、 生产原料、 生成油脂的影响因素等 ； 同时， 介绍不饱和脂肪酸合成途径及制备工 艺， 并展望其应用前景。 关键词 ：微生物油脂 ； 不饱和脂肪酸 ： 功能性油脂 Re s e a r c h 0 n un s a t ur a t e d f a t s a nd o i l s o f mi c r o o r g a ni s m ZHANG Li - x i a，W ANG Xi n g -g u o 【 S c h o o l o f F o o d S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， S o u t h e r n Y a n g t z e U n i v e r s i t y ， J i a n g s u Wu x i 2 1 4 1 2 2 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h e d e v e l o p me n t s i t u a t i o n o f t h e r e s e a r c h o n mi c r o b i a l l i p i d s wa s r e v i e we d T h e f u n c t i o n o f u n s a tur a t e d f a t t y a c i ds a n d t h e c ha r a c t e r o f m i c r o bi a l un s a tur a t e d o i l s we r e a l s o di s c us s e d i n cl u di n g t h e n e c e s s a r y c o n d i t i o n o f mi c r o o r g a n i s m，t h e r a w ma t e r i a l s ， t h e ma i n i n fl u e n c i n g f a c t o r s e t c I n a d d i t i o n， t he p r o p os e d p a t h wa y o f u ns a tur a t e d fat t y a c i d s un d e r t he a ffe c t i o n o f mi c r o o r g a ni s m wa s i n t r o d u c e d Th e a p p l i c a t i on o f un s a t u r a t e d fat s a n d o i l s o fmi c r o o r g an i s m i n f utur e wa s a l s o p r o s p e c t e d Ke y Wo r d s ： mi c r o b i a l o i l ； u n s a tur a t e d fat t y a c i d ； f u n c t i o n o i l 中图分类号 ： T S 2 2 5 文献标 识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 8 -9 5 7 8 ( 2 0 0 7 ) 0 6 0 0 2 0 0 3 1前言 油脂不仅是食品中不可缺少重要成分之一，且在 工业上有重要用途。随着生物技术迅猛发展，依靠生 物工程发展微生物油脂是继植物油脂、动物油脂后又 一 人类开发食用油脂新资源。 微 生物油 脂 ( Mi c r o b i a l o i l ) ，又称为单细胞油脂 ( S i n g l e c e l l o i l ， S C O ) ， 是微 生物在 一定条件下 ， 利用碳 水化合物、 碳氢化合物和普通油脂作为碳源， 在菌体内 产生大量油脂 。微生物油脂 除主要含有甘油三酯外 ， 与 一 般植物油脂相比， 还含有较多量其它脂质成分。 目前对微 生物油脂研 究和 开发主要集 中在利用微 生物 生产 高附加值 的特殊用途 功能性 油脂 方面。利用 微 生物可生产含各种类型脂肪酸油脂 ，有单不饱和脂 肪酸， 如棕榈油酸、 油酸等 ； 多不饱和脂肪酸， 如亚油 酸 、 亚麻 酸、 花 生 四烯 酸 ( A A ) 、 二 十碳五 烯酸 ( E P A ) 、 二十二碳六烯酸 ( D H A) 等； 这些具有特殊生物功能和 特殊用途 的功能性 油脂在 促进 人类健康方面具有越来 越 重要作用 “ 吲 。更重要的是微 生物油脂生物安全性 好 ， 更有利于健康， 这一点可抵消其价格略高缺陷 。 如 一亚麻酸 ( -y l i n o l e n i c a c i d ， G L A ) 、 A A含量高 的微 生物相继在 日本、 英 国、 法 国、 新 西兰等 国投入工 业化生产， 日本、 英国已有 A A发酵产品投入市场 。 2 0世纪 9 0年代以来，开发利用微生物进行功能性油 脂生产已成为一大热点， 如利用深黄被孢霉进行 GL A 生产 ， 及利用 微生物 培养 生产 E P A、 D H A 等营养 价值 高， 且具有特殊保健功能 的油脂研 究 。 在我 国，从事微生物油脂研究 的有 华中科技 大学 生命科学院 、中国热带农业科学 院热作 生物技术 国家 重点 实验 室等 ，在微 生 物油脂 富 含多 不饱 和脂 肪酸 ( P U F A s ) 方面研 究取得 一定进展 。中国科学 院等离子 体物理研 究所 利用低等离子辐射诱变方法 ，筛选出富 含花生四烯酸 高产 菌种 ，武汉烯王 生物工程有 限公司 进一步研究并利用这一技术， 实现工业化生产； 武汉福 星生物药业有限公司 目前 已实现 大规模工业 化生产富 含 A A 微生物油脂 。 从食用到粉末涂料 、 可塑剂 、 润滑油 、 香料和农药等 生产的出发原料和精细化工中间体，微生物油脂都有着 广泛用途 。且利用微生物生产油脂具有很多优点旧： 微生 物细胞生长繁殖快、 生产周期短、 代谢活动旺盛、 易于培 养； 生长所需原料丰富， 价格便宜， 如淀粉和糖类， 还可 利用食品工业和造纸行业废弃物， 如废糖蜜、 木材糖化 液等， 从而减少环境污染。 用微生物发酵生产油脂， 比传 统农业生产油脂所需劳动力少， 且不受季节和气候变化 影响， 能连续大规模生产， 这些优点为微生物油脂生产 提供广阔前景 。同时， 由于天然 A A、 E P A、 D H A 多富集 于海洋动物油脂中， 资源十分有限； 且多不饱和脂肪酸 具多种生理功能， 其产品具有相当高经济价值 。 2不饱 和脂肪 酸对健康 影响 含有 两个或 两个 以上 双键 的 C1 8 2 2多不饱和 脂肪酸， 在生物体内具有多种重要生理功能 ， 现简介 如下： 共轭亚油酸 ( C o n j u g a t e d l i n o l e i c a c i d ， C L A) 是一 系列 含 有共 轭双键 、具 有位 置和 几何 异构 的亚 油酸 ( L A) 异构体总称。 C I A作为一种功能性油脂 日益引起 人们关注 ， 近 年研 究发现 ， C L A具有 广谱抗肿瘤 、 抗动 脉粥样硬化、 参与脂肪代谢( 减肥) 等多种重要生理功 能 们 。C L A作为药品或功能性 食品、 食 品防腐剂 、 饲 料添 加剂应用 前景 广阔“ ”。 G L A是人体 必需不饱和脂肪酸 ， 是 各组织生物膜 结构 组份， 又是 前列腺素 、 白三烯 、 花 生四烯酸 等物质 前体 物 ， 具 有抗 菌 、 抗 H I V 感染 、 抗肿瘤 、 抗炎 、 降血 脂、 抗动脉 粥样硬 化、 治疗高血压 、 抑制血小 板 聚集和 血 栓素 A z 合成、 改善糖尿病并发症等作用“ 。 E P A和 D H A对心血管疾病具有独特功效 “ 。 E P A和 D H A生理功能就在于能使人体血浆中甘油三 酯 、 总胆 固醇 、 极低密度脂 蛋 白和低 密底脂蛋 白降低 ， 增加高密度脂蛋白含量， 从而改善血液循环， 降低血液 粘度， 增进 胆固醇排泄， 降低血 中胆 固醇含量 。E P A和 收稿 日期 ： 2 0 0 7 0 5 1 4 作者简介： 张丽霞( 1 9 7 8 ) ， 女， 博士研究生， 主要从事油脂化学和油脂深加工研究。 维普资讯 2 0 0 7年第 6期 粮食 与油脂 2 l D H A还能通过控制 AA代谢途 径去饱和酶 ( D e s a t u r a s e ) 和环氧化酶 ( C y t o o x y g e n a s e ) ， 减少 A A和凝血 黄素 ( T X ) 合成 ， 抑制血小 板凝 集， 降低 血栓和 动脉 硬 化形成 机率“ 。 动物试验表明， E P A和 D H A可 明显 抑 制乳腺 肿瘤 生长 。 A A是人体一种重要必需多不饱和脂肪酸，是人体 前列腺素合成重要前体物质。研究表明， 花生四烯酸在 保护皮肤 、 降低胆 固醇、 抑制血小 板聚集 、 提高免疫 功 能 、 促进胎儿发育等方 面具有 独特生物活性 ， 已在 保健 食品、 医药、 化妆 品等领域得到广泛应用 。 3微 生物油脂应用 3 1 医药方面 不饱和脂肪酸对人体健康有诸多益处，大量研究 结果也表明“ ： 人体缺乏 P U F A将产生某些疾病， 或 者说某些疾病伴随着 P U F A含量减少而产生，而补充 P U F A则可预防或治疗某些疾病。 例如， 在新生儿湿疹 治疗中， 给患处涂抹小麻油或红花油( 含亚油酸) ， 可很 快见效 ， 这是患儿缺乏 P U F A所致 。再如 ， 精神分裂症 患者 体 内 A A 含 量较 正常 人低 许多 。食 用适 量 富含 P U F A微生物油脂， 可明显降低高脂、 高胆固醇血症患 者血浆内脂质和胆固醇水平，同时提高血浆内载脂蛋 白A和高密度脂蛋白水平， 所以， 利用微生物生产微 生物油脂在医药行业应用前景广阔。 3 2食 品_T -,_ lk 从被孢霉属真菌油脂提取出G L A， 添加到奶或奶 粉中可提高其营养价值， 使之接近母乳“ ”。在冷冻糕 点中， 都含有一定量油脂， 油脂既能作为油脂源又有利 于产品质构与口感，用富含亚油酸微生物油作为油脂 来源， 可使亚油酸及其它活性物质产生协同增效作用， 对高血压 、动脉硬化起到积极预防效果 。以富含不饱 和脂肪酸功能性油脂为油相，用乳糖酶对脱脂乳中乳 糖进行水解， 以此溶液为水相， 添加适量乳化剂， 制成 水包油型乳化饮料代替牛乳， 既可避免乳糖不适症， 又 可预防动脉硬化“ 。 3 3饲料工业 微生物油脂在对虾、蛋鸡饲料添加剂新产品中也 有应用。 粗制品作为微生物饲料添加剂加入饲料中， 可 明显提高畜禽消化吸收率， 改善肉类和蛋之品质等“ 。 4微生物油脂特点 4 1产油微 生物必备 条件c 1 8 ( 1 ) 具备或改良后具备合成油脂能力， 油脂积累量 大， 含油量稳定在 5 0 以上， 且油脂转化率不低于 l 5 ； ( 2 ) 能进行工业化深层培养， 培养装置简单； ( 3 ) 使用安全， 具有良好风味和消化吸收性； ( 4 ) 生长速度快 ， 抗污染 能力强 ； ( 5 ) 油脂易提取。 4 2微 生物油脂生产原料 生产食用微生物油脂主要原料为下列几类物质“ ： 碳源， 如葡萄糖、 果糖、 蔗糖、 糖蜜及淀粉等； 氮源， 如胺 盐、 尿素和无机氮盐等及少量无机盐； 这些原料在食品 加工和造纸行业废料中十分丰富， 可加以利用。 现在用于生产不饱和脂肪酸微生物主要为藻类、 细 菌和真 菌， 由于细菌产量低 ， 所以 目前主要集中在 藻 类和真菌 q”。在各种藻类中， 金藻纲、 黄藻纲、 硅藻 纲、 绿藻纲、 隐藻纲和甲藻纲中藻类都能产生高含量多 不饱和脂肪酸 。 例如 ： P h a e o d a c t y l u m和 Mo n o d u s 是 产 E P A 良好来源； 在 Mo r t i e r e l l a生产油脂中， 有很高 A A 产量： T h r a u s t o c h y t r i u m， S c h i z o c h y t n u m 和 C r y p t h e c o d i n i t u n是生产 D H A 良好底物来源。 4 3微 生物油脂生成影响 因素 影响微 生物合成油 脂因素有很 多 。首先是菌 种， 不同微生物， 其合成油脂数量及油脂脂肪酸组成均 不相同； 然后是培养条件， 如温度、 培养时间、 培养基 质、 p H值、 C N比孢子数量等， 是影响各类菌种产油率 重要因素， 必须综合考 虑。 由于微 生物菌体 内生物合成酶在 高温 条件下部分 失活， 减弱物质合成反应速度； 在不适宜温度下， 微生 物繁殖速度也受到影响， 微生物个体总数减少， 从而减 少油脂产量 。 当培养时间不足时，微生物菌体总数达不到最大； 培养时间过长时， 微生物个体发生变形、 自溶， 使已形成 油脂进入培养基质中而难于收集，同样影响油脂产量， 因此， 培养时间长短对微生物油脂产量影响很大 。 糖浓度和 C N对油脂积累影响较大。一般情况 下， 培养基中含氮量越高， 则细胞中蛋 白质含量越高； 且氮含量越高， 油脂积累量越高 。 不同油脂积累菌 种最佳 C N 比不 同， 在实际生产 中要根据 不同产油菌 株，合理调节好菌体细胞增殖期和油脂积累期的培养 基中 C N比， 以获取理想真菌油脂。 油脂是由基质糖类还原而成，微生物细胞增殖需 要大量氧， 因此在深层培养中有必要通入一定风量。 自养型藻类是靠光合作用合成有机物质，因此控 制光照周期和光照强度， 不仅能提高藻类油脂产量， 还 可控制不饱和脂肪酸含量。 无机盐类对各个菌种影响不同。C a r r i d o等曾对 A s p u n i o l u l a n s 进行研究， 发现调整N a 、 K 、 Mg 2 + s o 2 一 、 P 0 4 3 一 等离子含量 比， 使 油脂含量从 2 5 2 6 提高到 5 l 。磷含量对藻类积累油脂有利 。 5微生物不饱和脂肪酸合成途径 微生物产生油脂过程本质上与动植物产生油脂过 程相似 ， 都是从利用乙酰 C o A羧化酶羧化催化反应 开始 ，经多次链延长及经去饱和酶 一系列去饱和作用 等，完成整个生化过程。其中去饱和酶是微生物通过 氧化去饱和途径生成不饱和脂肪酸关键酶，该过程称 之为脂 肪酸氧化循环 。不饱和脂肪 酸 G L A、 E P A、 D H A、 A A合成途径如 图 1 所示 。 在此过程中 ， 乙酰 C o A羧化酶和去饱和 酶是 2个 主要催化酶。 乙酰 C o A羧化酶催化脂肪酸合成是一种 限速酶， 乙酰 C o A羧化 酶结构 中有多个活性位 点。去 饱和酶是微生物通过氧化去饱和途径生成不饱和酸关 键 酶， 去饱和作用 由一个复杂去饱和酶 系完成 。 花生四烯酸 广泛存在 于动物体 内，商业 A A 主 要 来 源 于猪肝 、 猪 肾 ， 但 含 量较低 ， 一般 低 于干 重 0 2 ( W W) ， 故提取分离成本高。 鉴于 A A生理活性价值， 加之其资源十分有限，人们 不断寻找富含 A A 生物 资 源， 目前获取富含 A A生物资源途径主要有两种： 一种 是利用生物技术培养富含AA微生物，另一种是培养 特定藻类 。 维普资讯 粮 食 与油脂 2 0 0 7 年第 6期 图 1 微生物 多不饱和脂肪酸合成途径 6 结束语 利用微生物 生产 油脂是 一种新 的油脂生 产方法 。 半个世纪以来国外科学家进行大量研究，如菌种筛 选、 改良及培养工艺摸索。现代生物技术发展使产油 微生物研究技术不断趋向成熟， 微生物用于油脂工业 已成为现实。 国际上对产油微生物甘油三酯生物合成 和代谢调控机制研究已取得重要进展， 如能通过基因 工程和原生质体融合， 对现有菌种进行改造， 是获得 高产油脂 菌株 一条好途径 。另外 ， 深 入研 究微 生物 在产油时， 碳源、 氮源 、 碳氮比、 温度、 p H值等因素对 其影响， 以有利于改进发酵工艺， 进一步降低发酵成 本， 最大限度发挥菌种产油脂能力 。再者， 需要继 续研究微生物油脂提取纯化技术， 为微生物油脂大规 模工业化生产打下基础。 参考文献 1】E r wi n J ， Bl o c h KBi o s y n t h e 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t h y a d u l t s L R J R e p o r t o f t h e s u b c o mm i t t e e o f i n t e r n a t i o n a l s o c i e t y f o r t h e s tud y o f fat t y a c ids and l i pi d s ，UK，2 0 0 4 9】 We s t D B，De lany J P ，C a me t P M， e t a 1 E ff e c t s o f c o n j u g a t e d l i n o l e i c a c i d o n b o d y fat and e n e r g y me t a b o l i s m i n t h e mo u s e E J Am J P h y s i o1 ，1 9 98 ， 27 5： 6 6 7 6 7 2 1 O 】 D e L a n y J P ，B l o h m F ，T r u e t t A，e t a 1 C o n j u g a t e d l i n o l e i c a c i d r a p i d l y r e d u c e s b o d y fat c o n t e nt i n mi c e wi t h o u t a ff e c t i n g e n e r gy i n t a k e J Am J P h y s i o 1 ，1 9 9 9 ， 2 7 6 ： l 1 7 2 一I l 7 9 I l 】 刘 子睿 ， 王佳 丽， 张焕春 ， 等 共轭亚油 酸的生理 功能及 安全性 研 究 J 畜禽业 ， 2 0 0 7 ， 2 l ( 4 ) ： 2 O 一21 1 2 】 徐润娴 y 一 亚麻酸的药理作用 J 交通医学， 2 0 0 6 ， 2 0 (4 ) ： 4 8 4 -4 8 6 1 3 】 秦振华 多不饱和脂肪酸及其保健价值 J 实用医技杂志， 2 0 0 6 ， 1 3 ( 5 ) ： 7 7 7 7 7 8 1 4 Bos we l l K D B，Gla d u e R，P rima B，e t a 1 S CO p r o d u c t i o n b y f e r me n tat i v e mi c r o a l g a e M C h a mp a i g n ： A me ri c an Oi l Ch e mi s t s S o c i e ty， l 9 9 2 2 7 4 -28 6 1 5 】 S h i n m e n Y Ar t i fi c i a l mi l k a dd e d wi t h h i g h l y u n s a t ur a t e d fat t y a c i d P J a p P a t e n t ：l 1 9 6 2 5 5 ， 1 9 8 9 1 6 K y le D J Mi c r o b i a l o i l mi x t u r e s and u s e s t h e r e o f P Un i t e d S tat e s P a t e n t ：5 3 7 4 6 5 7，1 9 9 4 1 7 D a v i e s 1 L 1 I n d u s t ri a l a p p l i c a t i o n s o f s in g l e c e l l o i l s M C h a m p a i gn ：Ame ric a n Oi l Ch e mi s t s S o c i e ty，l 9 9 2 1 9 62l 8 1 8 】 颜治 ， 陈晶 微 生物油脂 及其开发 利用研 究进展 J 粮油 加工 与食品机械 2 0 0 4 ， ( 3 ) ： 4 3 -4 5 1 9 Se r a p h i m Pa p a ni k i l a o u， M i c h a e l Ko ma i t i s， Ge o r g e Ag g e l i s S in g l e c e l l o i l r S C O) p r o d u c t i o n b y mo rt i e r e l l a i s a b e l l i n a g r o wn o n h i g h s u g a r c o n t e n tme d i a J B i o r e s o u r c e T e c h n o l o gy， 2 0 0 4 ， 9 5 ： 2 8 7 2 9I 2 o Co h e n Z，No r m an H A ，He i me r Y M M i c r o a l g a e a s a s o u r c e o f o me g a 一 3 fa t t ya c i d s J Wo r l dR e v Nu t r D i e t ， 1 9 9 5 ， 7 7 ： l 一3 1 2 l 】 B e ens PW， Ky l e D J Mi c r o a l g a e a s a s o u se o f f a t t ya c i d s J J J F o o d Lipi d s ， 1 9 9 6， ( 3 ) ： 2 5 9 27 2 2 2 】F an g J ，Ka t oC，S a t o T，e t a 1 Bi o s yn t h e s i san d d i e t a r y u p t a k e o f p o l y u n s a t u r a t e d fatt y a c i d s b y p i e z o p h i l i c b a c t e ri a J J C o mp Bi o c h e m P h y s i o 1 Pa r t B。 2 0 0 4， 1 3 7： 4 5 5-461 2 3 】 W en Z Y 。 J i an g Y ， Ch e n FHi g h c e l l d e n s i t y c u l t u r e o f t h e d i a t o m ni t z s c h i a l a e v i s for e i c o sap e n t a e n o i c a c i d p r o d u c t i o n： f e d b a t c hd e v e l o p me n t J P r o c B i o c h e m ， 2 0 0 2 ， 3 7 ： l 4 4 7 1 4 5 3 2 4 Yo n g mani t c h a i W ，Ward O P Gr o wt h o f an d o me g a 一 3 fatt y a c i d p r o d u c t i o n b y p h a e o d a c t y l u m t ric o mu t u m u n d e r di ffe r e n t c u l tur e c o n d i t i o n s J A p p 1 E n v i r o n Mi c r o b i o 1 ，1 9 9 1 ， 5 7 ： 4 1 9 -4 2 5 2 5 】M a i n ul H s an ，P h i l i p p e J B，Lo u i s Ma rie Gr an g e r ，e t a 1 Influ e n c e o fn i t r o g e n and io n l i mi tat i o n o n l i p i d p r o d u c t i o n b y c r y t o c o c C U S c u r v a tus gro wn i n b a t c h and f e d b a t c h c u l tur e L J j P r o c e s s B i o c h e mi s t r y。1 9 9 6 ， 3l ( 4 ) ： 3 5 5 -36 1 2 6 Ko i k e Y，Ca i H J ，Hi g a s h i y a ma K，e t a 1 E ffe c t o f c o ns u me d c arb o n t o n i t r o g e n r a t i o o f