微生物油脂 410

1、目录微生物油脂的定义微生物油脂发展史微生物油脂的特点微生物油脂的生产微生物油脂的应用微生物油脂的定义微生物油脂的定义 微生物油脂（microbial oils）又称单细胞油脂（single cell oil，SCO），是由酵母、霉菌、细菌和藻类等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为碳源、氮源、辅以无机盐生产的油脂和另一些有商业价值脂质。在适宜条件下, 某些微生物产生并储存的油脂占其生物总量的 20%以上, 具有这样表型的菌株称为产油微生物。 微生物油脂的发展史早在一次世界大战前,德国科学家试图利用产脂内孢霉生产油脂以缓解当时使用油脂供应不足的状况,后因战争爆发而中止了研究。

2、之后,美国也开始着手微生物油脂的研究,但没有实现工业化生产。直至二次世界大战前夕,德国科学家筛选到了适于深层培养的菌种,并进行规模生产。20世纪80年代初,日本成功建立发酵法工业化生产长链二元酸新技术,结束用蓖麻油裂解合成十三碳二元酸的历史。1986年,日本、英国又首先推出含-亚麻酸(-linoleic acid,GLA)微生物油脂的保健食品、功能性饮料和高级化妆品等。20世纪90年代以后,相继从丝状真菌、微藻、细菌和酵母中,筛选到能生产许多特种油脂的菌种,并取得突破,为进一步形成生产力提供技术依据。微生物油脂的特点 微生物生产油脂不仅具有油脂含量高、生产周期短、不受季节影响、不占用耕地等优点

3、；而且可用细胞融合、细胞诱变等方法，使微生物产生高营养油脂或某些特定脂肪酸组成油脂，如EPA、DHA、类可可脂等。微生物油脂的生产微生物油脂的生产产油微生物产油微生物能够生产油脂的微生物有酵母、 霉菌、 细菌和藻类等 ,其中真核的酵母、 霉菌和藻类能合成与植物油组成相似的甘油三酯,而原核的细菌则合成特殊的脂类。目前研究得较多的是酵母、 藻类和霉菌。现在用于生产多不饱和脂肪酸的微生物主要为藻类、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。常见的产油酵母有:浅白色隐球酵母( Cryptococcus albidus) 、 弯隐球酵母( Cryptococcus albidun) 、

4、斯达氏油脂酵母( Lipomyces) 、 茁芽丝孢酵母( Trichospiron pullulans ) 、 产油油脂酵母 ( Lipomy slipo fer) 、 胶粘红酵母( Rhodotorula giutinis) 、 类酵母红冬饱( Rhodosporidium toru loides)等。常见的产油霉菌有:土霉菌( Asoergullus terreus) 、 紫瘫麦角菌( Clavicepspurpurea) 、 高梁褶抱黑粉菌( Tolyposporium) 、 高山被孢霉( Mortierella alpina) 、 深黄被孢霉( Mortierella isabell

5、ina)等。常见的产油海藻有:硅藻( diatom) 和螺旋藻( Spirulina) 。微生物油脂合成的机理微生物油脂合成的机理微生物产生油脂的过程, 本质上与动植物产生油脂的过程相似, 都是从乙酰 CoA 羧化酶催化羧化的反应开始, 然后经过多次链延长, 或再经过去饱和作用等完成整个生化过程。在此过程中, 有两个主要的催化酶, 即乙酰 CoA 羧化酶和去饱和酶。其中乙酰 CoA 羧化酶催化脂肪酸合成的第一步, 是第一个限速酶。此酶是由多个亚基组成的复合酶,结构中有多个活性位点, 因此该酶能为乙酰 CoA、ATP 和生物素所激活。去饱和酶是微生物通过氧化去饱和途径生成不饱和酸的关键酶, 这一

6、过程称之为脂肪酸氧化循环。综合目前国外的研究,粘红酵母油脂合成的机理可分为四个环节: 两个前体乙酰 CoA 和 3- 磷酸甘油的形成; 甲羟戊酸的合成, 乙酰 CoA 形成脂酰 CoA 和鞘脂; 以甲羟戊酸为前体合成甾醇、 类胡萝卜素和碳水化合物; 以乙酰CoA和 3- 磷酸甘油为前体合成磷脂酸、甘油二脂、甘油三脂和磷脂。由此可见, 在酵母细胞内油脂合成的多少, 乙酰 CoA 起了主导作用, 而乙酰 CoA 的形成又受到氮源多少、 AMP 和异柠檬酸脱氢酶活力等诸多因素的影响。微生物油脂的应用微生物油脂的应用 微生物油脂在食用油方面的应用微生物油脂在食用油方面的应用 微生物油脂是继植物油脂、

7、动物油脂之后开发出来的又一人类食用油脂新资源。20 世纪 80 年代以来, - 亚麻酸(GLA)、 花生四烯酸(AA)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 AA 发酵产品投入市场。20 世纪 90 年代以来, 开发利用微生物进行功能性油脂的生产成为一大热点, 如利用深黄被孢霉进行GLA 的生产, 以及利用微生物培养生产 EPA、 DHA等营养价值高且具有特殊保健功能的功能油脂的研究。 微生物油脂在生物柴油生产中的应用微生物油脂在生物柴油生产中的应用 产油微生物除可代替动植物油脂生产食用油脂, 特别是保健类功能性油脂外, 还可以作为生产生物柴油

8、的油源。生物柴油由各种动、 植物油脂经酯化或转酯化工艺而得, 而大部分微生物油的脂肪酸组成和一般植物油相近, 以 C16 和 C18 系脂肪酸,如油酸、 棕榈酸、 亚油酸和硬脂酸为主, 因此微生物油脂可替代植物油脂生产生物柴油。 由于技术经济原因, 过去单细胞油脂很少有规模化生产的报道。但随着工业生物技术的发展, 微生物油脂发酵从原料到过程都在不断取得新的进展。 最近美国国家可再生能源实验室(NREL)的报告特别指出, 微生物油脂发酵可能是生物柴油产业和生物经济的重要研究方向。 2011年网易新闻报道中科院合肥物质科学研究院与武汉烯王生物工程有限公司联手研制出一种叫“花生四烯酸（英文缩写“AA

9、”）”的微生物油脂，母乳中有少量AA，是人体大脑和视神经发育的重要物质，对提高03岁婴幼儿智力和增强视敏度具有重要作用。而牛乳中基本不含，且不能在人体内合成。经过20年攻关，该公司已建成两条生产线，产能占世界25%，被国内外100多家食品加工企业应用。我国成为世界上除美国之外，第二个掌握该合成技术并实现产业化应用的国家。 2001年福州大学林娟老师发表了一篇名为微生物油脂的开发研究微生物油脂的开发研究课题研究内容包括初筛方法确定、菌种选育、产脂条件优化、多不饱和脂肪酸（亚 油酸和-亚麻酸）富集等四个部分。经过研究发现，用她所述方法微生物油脂中多不饱和脂肪酸（亚油酸和-亚麻酸）的含量从原来的9.

10、87提高到 44.79，而其中-亚麻酸的含量从2.03提高至19.79，富集了将近10倍。微生物油脂应用现状微生物油脂应用现状 食品工业食品工业1 奶与奶制品奶与奶制品一些产油霉菌产生油脂后，可以用高油酸的葵花籽油调整花生四烯酸的浓度至40%生产的高ARA油（ARASCO），也可以用高油酸的葵花籽油调整DHA的浓度至40%制成高DHA油（DHASCO）。ARASCO和DHASCO允许在婴儿食品中使用5。目前在欧洲、中东、南亚和澳洲的市场上有许多使用ARASCO和DHASCO的婴儿食品。这些产品较那些不含此类必需脂肪酸的婴儿配制食品，更利于婴儿神经系统和视觉系统的发育。在美国DHASCO也被制成

11、胶囊产品，能显著提高DHA水平，降低血脂，提高血中高密度脂蛋白胆固醇的含量，但不影响低密度脂蛋白胆固醇的含量，使乳母的乳中DHA含量大幅提高，从而明显提高喂养婴儿的血液DHA含量。从被孢霉属真菌油脂中提取出的-亚麻酸6，添加到奶或奶粉中可提高其营养价值，使之接近母乳。亨氏公司、贝因美、飞鹤乳业、银桥乳业等知名乳品企业已添加了武汉福星生物药业有限公司生产的富含AA的微2 可可脂可可脂可可脂是世界上最贵重的油脂之一，其甘三酯组成主要为-POS 51.9%、- SOS 18.4%、- POP6.5% (P：软脂酸， S：硬脂酸， O：油酸)。利用微生物制取可可脂包括两个方面：利用微生物酶催化油脂酯交

12、换，达到可可脂要求的甘三酯组成，可制得类可可脂；在一定条件下培养微生物，使其在菌体内产生理化性质与可可脂接近的代可可脂。荷兰8利用假丝酵母属、类酵母属、红酵母属、油脂酵母属等14个属的酵母变异种生产可可脂及其代用品，以N-甲基-N-亚硝基胍诱变后，经培养油脂含量4min，样品质量为4.55.0g时，其水分含量接近干燥法所测结果。 医疗方面医疗方面 主要是从丝状真菌中提取的富含多不饱和脂肪酸10，如-亚麻酸、花生四烯酸、EPA、DHA等保健微生物油脂 处理含油脂废水处理含油脂废水 油脂废水是一种重要的水污染源15。目前对于这类废水的处理，物理方法如筛滤、沉淀、隔油等和化学方法如絮凝、吸附、电解具

13、有投资大、流程复杂、且存在二次污染的可能。微生物能将油脂作为生长的碳源和能源物质利用，从而消除油脂污染。因此，对油脂废水进行微生物处理，操作简便，费用低廉，特别是不产生二次污染，倍受人们关注。目前常用的是洋葱伯克霍尔德氏菌 (Burkholderia cepacia)X4菌株。制备生物柴油制备生物柴油随着化石资源日益枯竭和世界各国能源供应形势日趋严峻，生物柴油16的制备和应用是国内外生物能源领域研究的重点。利用产油微生物转化制备微生物油脂 ，可降低生产成本 ，解决制约生物柴油工业化的原料瓶颈。相对于传统的生物柴油 ，微生物柴油具有以下优势：1. 原材料微生物油脂不受气候及土地资源的影响 ， 由

14、于采用发酵工艺 ，易于大规模连续化生产。2. 可以与污水治理工程相结合 ，大大降低微生物油脂的生产成本。高静等用吸附法固定化假丝酵母脂肪酶（Candidia SP. 99125），然后在石油醚体系中催化废油脂 （FFA达46. 57%） 合成生物柴油 ，转化率在 70%以上。此项技术已经投入生产，生产过程不仅不产生污染 ，还有治理污染的功效。属于可再生能源生产和污水治理相结合的双效生物工程技术 ，因而具有显著的社会效益。微生物油脂的研究方向与展望微生物油脂的研究方向与展望一方面，开发利用微生物进行功能性油脂的生产已经成为当今的一大热点，如利用深黄被孢霉进行-亚麻酸的生产，以及利用微生物培养生产EPA、DHA等营养价值高且具有特殊保健功能的功能油脂的研究。微生物功能性油脂作为动植物油脂的必要补充，在促进人类保健方面起着越来越重要的作用，其研究必将成为新世纪油脂工业的一个发展方向。另一方面，当前生物柴油的研究已是世界科研的焦点，而其原料的来源更是人们急切需要解决的问题。植物油脂因为其具有占用耕地面积、生长周期长、受气候影响严重等不足而不能成为生物柴油原料油脂供应的长久之策。如果能够利用微生物生长周期短、不受气候限制、易于实现大规模生产等优点，从而开发利用微生物油脂为生物柴油的生产提供原料油脂。因此，产油微生物的研究，特别是利用产油微生物生产油脂为生物