微生物油脂生产与利用.pdf

2 0 0 5年第 1 0期 粮食 与油脂 l 3 微 生 物 油 脂 生 产 与 利 用 王祯旭 ( 西南农业大学食品科 学学院， 重庆4 0 0 7 1 6 ) 摘要 ： 微生物油脂是 一种油脂新 资源 ， 该文介绍微 生物油脂生产的优点 、 工艺、 影响 因素及其利 用形 式。 关键词 ： 微生物油脂 ； 功能性油脂； 微生物 The Pr o d uc t i o n a nd Ut i l i z a t i o n o f M i c r o b i a l Oi l s W ANG Zh e n- x u I C o l l e g e o f F o o d S c i e n c e ， S o u t h w e s t A g r i c u l t u r e a i U n i v e r s i t y ， C h o n g q i n g 4 0 0 7 1 6 。 C h i n a ) Ab s t r a c t ： M i c r o b i a l o i l i s a n e w r e s o u r c e o f o i l T h e a d v a n t a g e ， t e c h n o l o g y ， e ffe c t f a c t o r s i n p r e p a rat i o n o fmi c r o bi a l o i l s a nd i t s u t i l i z a t i o n we r e i no du c e d i n p a p e r Ke y W o r ds ： m i c r o b i a l o i l ； f u nc t i on o i l ； mi c r o be 中图分类号： T S 2 1 0 J； T S 2 2 5 6 文献标识码： A 文章编号： l 0 0 8 9 5 7 8 ( 2 o 0 5 ) l o _ 0 l 3 0 2 微 生物油脂 一般又称 之为单细胞 油脂 ， 即微生物 以碳水化合物、 碳氢化合物和普通油脂为碳、 氮源、 辅 以无机盐生产 的油脂和另一些有商业价值脂质“ 。 微 生物细胞通 常仅含有 2 3 油 脂 ， 随 着人们 对微生物研究深入， 发现某些微生物在特定条件下培 养， 干菌体含油率可达 3 0 ， 甚至 6 0 ， 如此之高含油 量使微生物油脂实际开发成为可能 。尤其 引人注 目的 是 ， 某 些微 生物还可产 生具有 生理活性 功能 的二十二 碳六 烯 酸 ( D H A) 、 二 十碳 五烯 酸 ( E P A) ， 亚 麻酸 和 花生四烯酸 ( 从 ) 等脂肪酸 ， 在 人们 日益关 注 自身健 康今天 ， 具有保健功能油脂开发拥有广阔发展前景。 1微 生物油脂 生产 1 1微生物生产 油脂优点 与 动、 植物 油 生产相 比， 微 生物油 脂 生产 具有 许 多优点 ： ( 1 ) 微 生物细胞增殖 快 、 生 长周期短 ； ( 2 ) 微 生 物 生长所 需原 料 丰富 ，且 能利用 农 副产 品及 食 品工 业 、 造纸工业 中产生废弃物 ， 起到 保护环 境作用 ： ( 3 ) 所 需劳 动力少 ， 同时不 受季 节、 气候变 化限制； ( 4 ) 能连 续 大规模生产， 降低成本； ( 5 ) 利用细胞融合、 细胞诱变等 方法 ， 能使微 生物 产生更能符 合人体 需要的 高营养油 脂或某些特定脂肪酸组成油脂， 如 E P A、 D H A、 类可可 脂等 。 1 2微 生物 油脂 生产工艺 微生物油脂一般按如下工艺生产 ： 筛选菌种一菌种扩大培养一收集茵体一干茵体 预处理一油脂提取一精制 1 2 1产油微生物菌种筛选 用于工业化生产菌株 必须具备 以下条件 ： ( 1 ) 油脂 积累 量大 ， 含油 量应达 5 0 以上 ， 且油脂 转化 率不 低 于 l 5 ： ( 2 ) 生 长繁殖速度快 ， 不易污 染杂菌 ； ( 3 ) 能适 应工业化深层培养， 装置简单； ( 4 ) 油风味良好 ， 安全无 毒， 易消化 吸收“ 。 目前研 究用 于生产微 生物油脂 菌种 主要 有藻类 、 酵母和霉菌 。具体如下： 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 。 常见产油酵母有： 浅 白色隐球酵母、 弯隐球酵母、 斯达氏油脂酵母、 茁芽丝孢酵母、 产油油脂酵母、 胶粘 红酵母 、 类酵母红冬孢 等。 常见产油霉菌有： 土霉菌、 紫癜麦角菌、 高梁褶孢 黑粉菌、 高山被孢霉、 深黄被孢霉等 。 1 2 2 菌种扩大培养 菌种扩大培养就是油脂发酵生产和积累过程。培 养基组 成 、 培养 条件是 此 阶段 中主 要影 响 因素 ， 直接 影响到油脂产量和质量 。 1 2 3 干菌体 预处理 在微 生物油脂 生产 过程 中， 菌体预 处理是关 键工 艺。微生物油 脂存在 于细胞 内， 有些油脂 甚至与 蛋 白 质或糖 类 呈结合 态存在 ， 且 由于细胞 壁较 坚 韧 ， 故在 有机溶剂 浸提 前须对菌体细胞进行预处理 。预处理方 法 主要 有 四种 ： 即干菌体 磨 碎法 ( 干 菌体 与细 砂 一起 研磨) ； 干菌体稀盐酸共煮法； 菌体自溶法( 让菌体在 5 0 下 保温 2 3 d ) ； 菌体蛋 白变性 法 ( 用 乙醇或 丙酮 使结合蛋 白质变性 ) 。 1 2 4 油脂提取 油脂提取一般采用有机溶剂浸提，用于油脂浸提有 机溶剂主要有 乙醚、 异丙醚 、 氯仿、 乙醚一 乙醇 、 石油醚 、 氯仿一 甲醇 等 。磨碎微生物干菌体由于颗粒较细 ， 浸 提时溶剂渗透性极差， 混合油不易浸出， 因此在浸提前可 对干菌体进行造粒处理， 这样提高浸出设备利用率， 混合 油中粉末少， 毛油质量好， 浸出系统管道不易堵塞。需要 注意的是， 造粒时须严格控制温度， 最宜不高于5 0 “ C， 以 防油脂氧 。 浸提后再通过减压蒸馏等手段回收溶剂。 1 2 5 精制 通过 水化脱胶 、 碱炼 、 活性 白土脱色和蒸汽脱臭对 微生物毛油进行精炼， 可得到品质较高微生物油脂“ 。 1 3 影响微生物油脂合成 因素 1 3 1培养基 组成 收稿日期： 2 0 0 5 - 0 8 0 9 作者简介： 王祯旭( 1 9 8 3 ) ， 男， 硕士研究生， 研究方向： 食品化学与营养。 维普资讯 l 4 粮食 与 油脂 2 0 0 5年第 1 0期 培养 基 一般 采 用食 品和 化工 加工 过程 中产 生 副 产物( 如： 废糖液、 淀粉、 尿素等) ， 外加一些微生物生长 所需生长因子 。 培养基中氮源浓度和 C N 比是影响微 生物油脂产量主要因素， 一般来说， 培养基中含氮化 合物越 多， 则 细胞蛋 白质含量越 多 。因此 在实 际生产 中 ， 培 养初 期供给 大量 氮源 使微 生物 迅 速增殖 ， 以获 取大量菌体细 胞 ， 后期 改为含糖 量多 的培养条件 以使 油脂 积累 ， 这样 可从蛋 白质合成 初期百分 之几油脂 含 量提高到后期 百分之几十油脂含量 。刘淑 君等 研 究 发现 ， C N 比为 6 1 ： l 时 ， 油脂产量和得率最高 。 1 3 2 培养温度 生成油脂 最适温 度大多在 2 5 C左右 。 温度能影响 油脂 的组 成 、 含 量 ； 培养 温度 低 时不饱 和脂 肪 酸含 量 将增加 。 1 3 3 p H 生产油脂 最适 p H值 随微 生物种 类不 同而 异 ， 酵 母为 3 5 6 0 ， 霉 菌为中性至偏碱性 ， 油脂酵 母培养 基 p H值越接近 中性 ， 稳定期 菌体油 脂含量越高 。 1 3 4 培养 时 间 培养时间对油脂合成也很重要 。如黑曲霉、 米曲霉、 根霉、 红酵母、 酿酒酵母最佳培养时间分别为 3 d 、 7 d 、 7 d 、 5 d 、 6 d 。培养时间不足 ， 微生物菌体总数达不到最大量而 影响油脂量； 培养 时间过 长， 微生物个 体变形 、 自溶 ， 形 成油脂进入 培养基中难以收集； 同样影响油脂产量 。 1 3 5通 气量 微 生物利 用糖 类基 质合 成油 脂 及不饱 和脂 肪 酸 时都需要氧气 ， 因此必须供给 充足 氧。 1 3 6 无机盐 对某 些微 生物 ， 添加 一定 量无 机盐 类 ， 可 提高其 产油量 。 1 3 7 光照 一 般来说， 对于许多硅藻和裸藻， 低光照强度增 加脂肪酸形成和积累； 但对于绿藻类， 红藻类， 紫球藻， 光照强度效果则相反 。 2微生物油脂利用 由于微 生物油脂制造 成本较 高， 尚未实 现 大规 模 工业 化生产 ， 现还无 法与动植物油脂 相竞 争 。因此 目 前对 微 生物油 脂研 究和 开发 主要 集 中在利 用 微生 物 生产附加值 高的功能性油脂和特 殊用途油脂方面 。 2 1 一亚麻 酸( GL A) 一 亚麻 酸是人体必 需脂 肪酸 之一 ， 具有 明显 降血 脂和 降低胆 固醇作用 ， 已被 广 泛应 用于 医 药 、 保 健食 品、 高级 化妆品中 。 英国科学家使用爪哇镰刀菌， 以小麦淀粉生产葡 萄糖作为培养基进行发酵生产 ， 亚麻 酸含量高达 1 6 。我国上海工业微生 物研究所张 秀鲁 等c 10 利用 Ml o 2 菌株 发酵生产 - 亚麻酸 ， 其含量 占总脂肪酸8 。 2 2花 生四烯 酸( AA) 花生 四烯 酸 一般 存在 于 陆地 动物 油脂 和 一些 植 物油中， 但含量极低。它是合成前列腺素前体， 其代谢 产物 P G、 T X、 L T具 有调节脉管阻塞 、 血栓、 伤 口愈 合、 炎症及过敏等生理功能。1 9 7 9年， L i z u k a等发现青霉 属 P e n i c i l l i u m c y a n e u m 在 细 胞 内明 显积 累 花 生 四烯 酸 ， 用烷烃 作 为主要 碳源 培养 ， 其 花生 四烯 酸含 量 为 0 2 mg g ( 干细胞 ) ” ” 。 我国研究起步较晚 ， 1 9 9 7 年朱法 科 等 以一株 被 孢 霉为 出发 菌株 ， 经 紫 外诱 变 获得 A A 高产菌 ， A A得率达 0 8 3 g L 。 2 3 类可可脂 可可脂 是 一种 价格较贵 油脂 ， 其 甘油 三酯组 成主 要为 P OS 5 1 9 、 S OS l 8 4 、 P O P 6 5 ( P ： 棕桐酸 ， S ： 硬脂 酸， O： 油 酸) 。 荷 兰利用 假丝酵母属、 类酵母属 、 红 酵母属、 油脂酵母属等 l 4个属酵母变异种生产类可可 脂及其 代用 品，以 N一甲基 一 N 一亚硝基胍诱变后 得到 高产 菌种 ， 经培养 ， 油脂 含量达 3 0 ， 且其中 9 5 甘油 三 酯具 有 P 3 7 6 、 S 1 4 3 、 O 3 7 5 脂肪酸组成 。 2 4 E P A 和 DHA 天然 E P A、 D H A 主要富 集在深海 鱼油 中 ， 其 具有 重要 生理功能 ： ( 1 ) 预防和 治疗动脉粥样 硬化 、 血栓 及 高血压； ( 2 ) 防治乳腺癌、 前列腺癌和结肠癌； ( 3 ) 治疗 气喘 、 关节炎 、 周期性偏头痛等 ； ( 4 ) 促进婴儿神 经系统 和视觉系统发育 。 美 国 Ma r t e k B i o s c i e n c e S 公司研 究人员发现硅藻 异养菌 N i tz s c h i a a l b a 是 一种很 好 E P A生产 菌， 在 机械 搅拌罐培养 6 4h后 ， 菌体浓度达 到 4 5 g 4 8 g L ， 硅藻 油含量高达干 重 5 0 ， E P A 占油 总量 4 5 。日本 筛选 、 养殖 一种海 藻 C h l o r e l l a mi m u t i s s ma ， 其脂 肪 酸 中含 9 9 E P A “ 。 在 自然资源 日益 贫乏今天 ， 对新资 源研 究开 发必 将成为 全世界关 注热点。微 生物油脂 正是作为一种新 型油脂新资源出现在我们面前， 相信随着其生产技术 日趋完 善， 微 生物油脂 必定 具有广阔发展前景 。 参考文献 1 】 薛照辉， 吴谋成 微生物油脂进展 J 山西食品工业， 2 0 0 2 ， ( 2 ) ： l 一 l 2 2】 林娟 ， 杨虹 ， 郭养浩 被孢 霉菌 B H产脂 条件的研 究 J 福州 大 学学报 ( 自然科学版 ) ， 2 0 0 2 ， 3 0 ( 1 ) ：l l 9 - _ l 2 1 3 】 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 4】 蒲 海燕 ， 贺稚非 ， 刘春 芬， 等 微生物 功能性 油脂研 究概 况 J 粮食与油脂 ， 2 0 0 3 ， ( 1 1 ) ：l 2 一 l 4 【 5 】 余华 微生物油脂开发利用的研究D 粮油食品， 2 0 0 1 ，