微生物油脂的应用价值及研究进展概况开题报告.doc

目 录一、选题依据21、论文题目及研究领域22、论文研究的理论意义和应用价值23、目前研究的概况和发展趋势2二、论文研究的内容31、论文重点解决的问题32、论文拟开展的几个大方面33、论文拟得出的主要结论3三、论文进度计划3四、文献查阅及文献综述41、微生物油脂生产工艺42、微生物油脂特点43、 微生物油脂的价值54、微生物油脂研究展望6五、参考文献7微生物油脂的应用价值及研究进展概况一选题依据1论文题目及研究领域（1）论文题目：浅谈微生物油脂的研究进展及应用价值（2）研究领域：微生物2论文研究的理论意义和应用价值微生物油脂(microbial oils)又称单细胞油脂(SCO：single cell oil)，是由酵母、霉菌、细菌和藻类等微生物在一定的条件下，利用碳水化合物、碳氢化合物和普通油脂作为碳源，在菌体内产生的大量油脂。当前，人口的增长使得不断增加的油脂需求量与自然资源严重短缺的矛盾日益尖锐，特别是随着日趋严重的全球性能源短缺与环境恶化，使得人们不得不从环境保护与资源开发的角度出发，积极开发替代化石燃料的可再生新能源，如生物柴油(脂肪酸甲酯)就是一种具有很大发展潜力的可再生清洁能源。目前，无论是食品油脂，还是生物柴油原料油脂的主要来源仍然是植物以及动物脂肪，但是利用动物油脂、植物油脂已经不能完全满足人们的食用和生活中各种油脂的需求。所以开辟微生物油脂这一新的油脂资源的开发和研究，不仅丰富了传统的油脂工业技术，而且也将是工业化生产油脂的一个重要途径1 。3目前研究的概况和发展趋势 利用微生物生产油脂研究最早可追溯到第一次世界大战前,德国科学家就曾试图利用酵母、单细胞藻类生产油脂,以缓解当时食用油脂供应不足的状况,后因战争爆发而终止了研究。随后美国、日本等国也开始研究微生物油脂的生产。M.Woodbine等开展了应用乳清通过四十种微生物生产油脂的研E.M.Gewaily则研究了不同培养温度对多曲霉、米曲霉生产油脂的影响；S.Hamidi研究底物对青霉生产油脂的影响；铃木修利用孢霉属丝状真菌进行富含r-亚麻酸油脂的生产研究。21986年日本、英国又首先推出含r-亚麻酸(GLA)微生物油脂的保健食品、功能性饮料、高级化妆品等国内60年代就有过用霉菌和酵母生产油脂的报导，但研究较多的是在90年代，其研究重点集中在开发微生物功能性油脂方面1。微生物细胞通常仅含有23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30，甚至60，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(DHA)、二十碳五烯酸(EPA)， r-亚麻酸和花生四烯酸(AA)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3。尤其是根据各种微生物产油的培养条件及产油机理而研究微生物混合培养生产油脂、开发利用微生物油脂进行功能性油脂的生产、利用工业(特别是食品工业的)废水及废气进行微生物培养生产油脂、利用微生物油脂微生物柴油提供原料油脂等方面的研究更是具有巨大的开发潜力。二论文研究的内容1论文重点解决的问题（1）了解微生物油脂研究的现状（2）微生物油脂的研究价值及展望2论文拟开展的几个大方面（1）概述微生物油脂（2）微生物油脂的应用价值的阐述（3）微生物油脂研究展望3论文拟得出的主要结论 本文通过查阅文献资料综述微生物油脂的研究现状及发展趋势，分析微生物油脂价值的重要性让人们对微生物油脂这个概念有一个深入的理解，并了解微生物油脂巨大的开发潜力。三论文进度计划大四上半学年完成：第一部分：课题立项 （12周）第二部分：相关资料的查阅收集 （24周）第三部分：整理资料，写论文开题报告，与指导教师交换意见（45周）第四部分：做写毕业论文准备工作 （514周）大四下半学年完成：第五部分：撰写毕业论文 （110周）第六部分：修改毕业论文，准备论文答辩的演示文稿 （1012周）第七部分：毕业论文的评阅及答辩 （1215周）四文献查阅及文献综述文献综述 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23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30，甚至60，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(DHA)、二十碳五烯酸(EPA)， r-亚麻酸和花生四烯酸(AA)等脂肪酸 ，尤其是根据各种微生物产油的培养条件及产油机理而研究微生物混合培养生产油脂、开发利用微生物油脂进行功能性油脂的生产、利用工业(特别是食品工业的)废水及废气进行微生物培养生产油脂、利用微生物油脂微生物柴油提供原料油脂等方面的研究更是具有广阔的前景3。1微生物油脂生产工艺 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CoA羧化酶的羧化催化反应开始，经过多次链的延长，或再经去饱和酶的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、生成不饱和脂肪酸的关键酶，该过程称之为脂肪酸氧化循环1。微生物油脂一般按如下工艺生产4：原料 灭菌 菌体培养 菌体收集 干燥 预处理菌种筛选油脂提取 微生物毛油 精炼 成品油脂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 3。 2微生物油脂特点与动、植物油脂的生产相比，微生物油脂的生产有许多优点：(1)微生物细胞增殖快、生长周期短；(2)微生物生长所需的原料丰富，且能利用农副产品及食品工业、造纸工业中产生的废弃物，起到保护环境作用；(3)所需劳动力少，同时不受季节、气候变化的限制；(4)能连续大规模生产，降低成本；(5)利用细胞融合、细胞诱变等手段，可使微生物生产出比动、植物油脂更符合人体需要的高营养油脂或某些特定脂肪酸组成的油脂，如类可可脂等。另外，微生物生产油脂受培养基CN比、pH值、温度、培养时间、氧气供给量、孢子数量、无机盐和微量元素等多种因素影响2,3,41，而且生产油脂的菌种有限，只有那些干基菌体含油量高，且油脂转化率也较高的微生物才能有可利用的价值。目前筛选的微生物干基菌体含油率一般为30 60 ，油脂转化率一般为15 ，个别菌种可达20 25 。因此，一般的微生物油脂经济价值还很难与植物相抗衡。不过随着各项技术的发展，存在的问题将逐步得以解决5。3 微生物油脂的价值利用微生物油脂资源生产生物柴油具有能量密度高、含硫量低、燃烧充分、润滑性能好等液体能源产品所期望的优良性能，还具有可再生、易生物降解、储运安全、抗爆性好等特点，所以可作为优质的石化柴油代用品。目前在美国、欧洲和亚洲的一些国家和地区已开始建立商品化生物柴油基地，并把生物柴油做为代用燃料广泛使用6。 传统的食用油脂主要是来源于动、植物的油脂。在当今工业生产高速发展以及世界人口不断增加的情况下，食用油脂呈现出供不应求的趋势。针对这一情况，科学家正在进行借助生物技术手段，利用微生物发酵方法，把使用价值较低的农副产品和食品工业的废弃物转化为食用油脂的研究，为食用油脂的来源开辟了一条令人振奋的新道路。利用微生物生产食用油脂，除微生物菌体油脂含量高外，还有许多优点：微生物细胞增殖快，生产周期短；微生物生长所需的原料丰富，价格便宜，如淀粉和糖类，特别是食品工业和造纸行业的废弃物都可以利用，从而减少了环境污染；用微生物方法生产食用油脂，比传统农业种植生产食用油脂所需的劳动力少，而且不受季节和气候变化的限制；能连续大规模生产，生产成本低；可以利用微生物细胞融合和细胞诱变等高科技方法，使微生物合成生产出比动、植物油脂更符合人体需要的高营养食用油脂或具有某些特定脂肪酸的油脂7。微生物油脂是当前研究领域的热点，而其中的微藻油脂则更是一个亮点。微藻的太阳能利用效率高、个体小、营养丰富、生长繁殖迅速、对环境的适应能力强、容易培养，因此受到人们的重视。另外，微藻中不但油脂含量可观，而且直接从微藻中提取得到的油脂成分与植物油相似。因此具有广泛的应用价值，不仅可以替代石油作为生物柴油直接应用于工业上，还可以作为植物油的替代品1。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4。但研究开发单细胞油脂一以弥补动植物油脂之不足，同时开展功能性油脂的研究并从丝状真菌中提取多不饱和脂肪酸如r-亚麻酸、花生四烯酸等，具有重要的理论和实际意义：（1）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PG、TX、LT具有调节脉管阻塞、血栓、伤口愈合、炎症及过敏等生理功能。1979年，Lizuka等发现青霉属Penicillium cyaneum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02 mgg(干细胞)7。我国研究起步较晚，1997年朱法科等 以一株被孢霉为出发菌株，经紫外诱变获得AA高产菌，AA得率达083 gL。 （2）r-亚麻酸(GLA)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，r-亚麻酸含量高达168 。我国上海工业微生物研究所张秀鲁9等利用Mlo2菌株发酵生产 -亚麻酸，其含量占总脂肪酸8 。（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POS 519、SOS l84、POP 65(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l4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30，且其中95甘油三酯具有P 376、S 143、O 375脂肪酸组成10。（4）EPA和DHA天然EPA、DHA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Martek BioscienceS公司研究人员发现硅藻异养菌Nitzschia alba是一种很好EPA生产菌，在机械搅拌罐培养64h后，菌体浓度达到45 g48gL，硅藻油含量高达干重50，EPA 占油总量45。日本筛选、养殖一种海藻Chlorella mimutissma，其脂肪酸中含99EPA11。4微生物油脂研究展望利用微生物生产油脂是一种全新的油脂生产方法半个多世纪以来，国外科学家进行了大量的科学研究，如菌种的筛选和改良、培养工艺的摸索和微生物油脂的制取、精炼、脱毒等。目前它的前景已逐渐明朗。在高浓度碳源(390gL)的培养条件下，菌体系数高达401，干菌脂肪含量为53。如按每升培养液生产10Og干菌计算，食用油脂生成量为50gL。依此推算，1000m3的培养槽，生产1年，可得油脂7000t，同时还可得约6000t的饲料。目前利用微生物生产食用油脂已开始走出实验室，出现企业化的萌芽及正规化生产的趋势7。利用微生物油脂资源生产生物柴油具有能量密度高、含硫量低、燃烧充分、润滑性能好等液体能源产品所期望的优良性能，还具有可再生、易生物降解、储运安全、抗爆性好等特点，所以可作为优质的石化柴油代用品。产油微生物具有资源丰富、油脂含量高、生长周期短、碳源利用谱广、能在多种培养条件下生长等特点。微生物油脂生产工艺简单、高值化潜力大，有利于进行工业规模生产和开发。目前中国、日本、德国、美国等国已有商品微生物菌油或相应下游加工产品面市，但成本还较高。利用产油微生物转化废弃木质纤维素资源可降低成本，有利于环境保护和社会经济可持续发展6。利用工业废水、废气培养微生物并添加适当培养物进行油脂的生产是一项一举多得之事，一方面能够处理废水、废气等而起到环境保护的作用，另一方面因为能够生产油脂而解决人类资源短缺的问题1。含多不饱和脂肪酸的微生物油脂在未来营养品市场上将大有潜力，目前欧美和日本已有相关产品上市。我国在这方面起步较晚，但也已开始发展起来，如武汉烯王生物工程有限公司引进中科院等离子体物理研究所的花生四烯酸高产菌发酵技术，进行50 t罐生产，花生四烯酸含量在50以上。由此可见，微生物油脂的研究将成为新世纪油脂工业的一个发展方向，它将使油脂行业的范围更加广阔，在促进人类保健方面也将起着越来越重要的作用3。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 薛飞燕，张栩，谭天伟.微生物油脂的研究进展及展望 生物加工过程2005年2月第3卷第1期2 李小松，余扬帆微生物油J食品科技，1997(5)：8-93 王祯旭.微生物油脂生产与利用 粮食与油脂2005年第10期 4 颜治，陈晶.微生物油脂及其开发利用研究进展J粮食与油脂.2003(7)：1315 薛照辉，吴谋成.微生物油脂进展J.山西食品工业，2002(2)：10-116