• 2003 年施安辉等通过对粘红酵母GRL513 生产油脂的研究发现, 最终 油脂产量可达菌体干重的67.2%
Hale Waihona Puke • 国外对于微生物油脂的研究工作起步较早,早在第一次世界大战前, 德 国科学家就曾试图利用酵母、单细胞藻类和菌类生产油脂, 以缓解当 时食用油脂供应不足的状况, 后因战争爆发而中止研究。 • 在20 世纪40 年代, 人们发现了高产油脂的斯达凯依酵母、粘红酵母、 曲霉属及毛霉属。
• 2.清理血栓
降低血液黏稠度，增进红细胞携氧的能力。鱼油中的EPA，还有防止血小板 粘连、凝聚的功能，因此它可以有效防止血栓的形成，预防中风。
• 3.免疫调节
补充EPA、DHA。可以增强机体免疫力，提高自身免疫系统战胜癌细胞的能 力。日本的研究发现鱼油中的DHA能诱导癌细胞“自杀”。
• 4.维护视网膜提高视力
菌种的筛选
• 用于工业化生产油脂的菌株必须具备以下 条件: • ①油脂积蓄量大, 含油量应达50%左右, 油 脂生成率高, 转化率不低于15% • ②能适应工业化深层培养, 装置简单 • ③生长速度快, 杂菌污染困难 • ④风味良好、食用安全无毒、易消化吸收
细菌生产油脂
• 细菌是最简单,最小的微生物细胞.大多数产 油细菌在高葡萄糖时产生不饱和的甘油三 脂,但大多数细菌不产生甘油三酯而是积累 复杂的脂类.加之产生于细胞外膜上,提取困 难,因此产油细菌无工业意义。
• 此外, 不同微生物的最佳培养时间也不相同。
酿 酒 酵 母
㈢温度对菌体产油脂的影响
• 温度的改变之所以能调节脂肪酸成分, 是由于细胞 对外界温度的变化会产生一种适应性反应。
• 通常情况下, 不饱和脂肪酸的熔点比饱和脂肪酸低, 短链脂肪酸的熔点比长链脂肪酸低。 • 因此当菌株从高温转移到低温时, 细胞膜中不饱和 脂肪酸及短链脂肪酸含量增加, 主要是棕榈油酸或 油酸等含量的增加; 当温度升高时, 平均链长就增 长, 有利于细胞膜的正常流动和增强其通透性。
㈠碳源和氮源对菌体产油脂的影响
⒈碳源是微生物产油脂的一个关键因素, 当培养基中 碳源充足而其它营养成分缺乏时, 微生物菌株会将过 量的碳水化合物转化为脂类。
目前最常用的碳源是葡萄糖, 因为以葡萄糖为碳源可获得更 高的菌体生物量, 而且其价格相对于其它碳源更便宜, 有利于降 低成本。
⒉氮源的主要作用是促进细胞的生长, 高C/N 有利于 菌体生长, 低C/N有利于油脂的积累, 此外氮源的种类 也会影响油脂的积累。
另外，食品工业的废弃物，如淀粉厂的废水、 糖厂的废糖蜜、乳品厂的乳清等，也是产油微生 物的好原料。
菌体的培养
• 微生物培养可采用液体培养法、固体培养 法和深层培养法。
培养过程影响微生物油脂积累的因素
• 不同种属的微生物产油脂量,油脂成分及含量 各不相同。而就同一种微生物菌株,在不同培 养条件下,其产油脂量,油脂成分及含量也各不 相同。产油菌种是生产微生物油脂的关键,而 培养基组成,培养时间,温度,PH值等,又是影响 各类菌种油脂得率的重要因素,必须综合考虑。
微生物油脂的制备工艺
• 菌种筛选→原料→灭菌→菌体培养→菌体 收集→预处理→油脂提取→精炼→成品油 脂
菌种的筛选
• 能够产生油脂的的微生物有酵母、霉菌、细菌、藻类。目 前研究的较多的是酵母、霉菌、藻类，能够产生油脂的细 菌则较少。不同的菌种，产生微生物的油脂脂肪酸组成均 不同。 • 产脂细菌:嗜酸乳杆菌 • 产脂霉菌:深黄被孢霉，高山被孢霉，卷枝毛霉，嗜酸乳 杆菌，米曲霉，土曲霉雅致枝霉 三孢布拉氏霉等 • 产脂酵母:假丝酵母，浅白色隐球酵母，胶粘红酵母，产 油油脂酵母等 • 产制藻类:盐生杜氏藻，粉核小球藻，等鞭金藻，三角和 指藻，新月菱形藻等
• 产油酵母能在各种碳源上生长良好, 如蔗糖,糖蜜,乳糖等。 酵母转化碳水化合物为油脂的理论33%,但实际有20%左 右,虽然数值上看很低,但在所有生物油脂生产中已经很高 了。
菌体的培养
微生物油脂的培养原料：
• 碳源：葡萄糖、果糖、蔗糖、石蜡等 • 氮源有铵盐、尿素、玉米浆、硝盐等 • 无机盐类有氯化钾、硫酸镁以及铁、锌等离子
霉菌和酵母生产油脂
• 霉菌和酵母被认为是良好的产油微生物.从80年代开始,大 量的研究报道就集中到了霉菌和酵母。
• 霉菌中脂肪酸类型比酵母丰富很多。大多数霉菌油脂含量 在20%-25%之间.美霉菌主要用于生产高比列的不饱和脂 肪酸。同时需注意的是,不同霉菌的脂肪酸的组成有很大 差别。
• 酵母在脂肪酸的分布模式上相当单一,绝大多数仅有C16和 C18脂肪酸,与许多植物油脂相似,其中基本的饱和脂肪酸 是软脂酸,基本的不饱和脂肪酸是油酸,也有少数含有单不 饱和脂肪酸棕榈油酸,多不饱和脂肪酸也存在于酵母中.酵 母中油酸含量一般丰富。
• 1986 年, 日本和英国首先推出了含γ- 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。
• 20 世纪90 年代以后, 特种油脂的发展愈来愈受重视, 研究人员相继从 丝状真菌、细菌、酵母和微藻类中,开发了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了技术依据。
㈣ pH 值对菌体产油脂的影响
• 不同种类的微生物, 产油的最适pH 值也不同。
酵母产油的最适pH 值为3.5～6.0, 霉菌的为中性 至微碱性。构巢曲霉在pH 值为2.8～7.4 下培养时, 随pH 值上升, 油酸含量增加。油脂酵母培养基的 初始pH 值越接近中性, 稳定期菌体的油脂含量越 高。
㈡培养时间对菌体产油脂的影响
天
•
8 6 微生物细胞的油脂含量随微生物生长阶段的不 4 系列1 同而有显著差异, 如油脂酵母的油脂含量在生长 2 对数期较少, 在生长对数期末期开始急剧增加, 0
至稳定期初期达到最多。
黑 曲 霉 米 曲 霉 根 霉
红 酵 母
• 培养时间的长短也是一个影响因素, 培养时间不 足, 菌体总数少而影响油脂产量; 培养时间过长, 细胞变形、自溶, 合成的油脂进入培养基中难以 收集, 同样影响油脂产量。
微生物生产油脂的特点
• (1)微生物生长周期短，生长繁殖快，代谢活力强。适应 性强，易于培养和品种改良。 • (2)微生物产油脂所需劳动力低，占地面积小，且不受场 地、气候和季节变化等的限制．能连续大规模生产。 • (3)微生物生长所需原材料来源丰富且便宜，可利用农副 产品、食品加工及造纸业的废弃物(如乳清、糖蜜、木材 糖化液等)为培养基原料，十分有利于废物再利用和环境 保护。 • (4)微生物油脂的生物安全性好。 • (5)不同的菌株和培养基的产品构成变化较大，适合开发 一些功能性油脂，如富含油酸、一亚麻酸、AA、EPA、 DHA、角鲨烯、二元羧酸等的油脂以及代可可脂。 • (6)微生物油脂组成和植物油脂相似，可替代植物油脂制 取生物柴油，降低生物柴油制取成本。
补充足够的DHA对活化衰落的视网膜细胞有帮助，对用眼过度引起的 疲倦、老年性眼花、视力模糊、青光眼、白内障等疾病有治疗作用。 DHA可提供视觉神经所需营养成分，并防止视力障碍。
• 5.补脑健脑
DHA是大脑细胞形成发育及运动不可缺少的物质基础。人有记忆力、 思维功能都有赖于DHA来维持和提高。补充DHA可促进脑细胞充分发 育，防止智力下降，健忘及老年痴呆等。
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前言 开发生物油脂的重要意义 国内外对油脂开发的情况 生物油脂简介 微生物油脂的产油机理 生产工艺及培养步骤 生物油脂的利用和展望
前沿
• 随着石化资源日益枯竭，石油价格的不断上涨石油供求矛 盾日渐突出，寻找和开发石化资源的替代能源具有重要的 战略意义。 • 而现在科研工作者将生物柴油作为新一代替代物。它主要 是利用微生物油脂生产的。生物柴油是重要的液体可再生 能源产品之一，其化学成分主要是甲醇（或乙醇），可以 代替全部或部分石化柴油，生物柴油具有能量密度高，润 滑性好，储运安全，抗爆性好，燃烧充分等优良使用性能 和再生性，环境友好性特点。
• 6.改善关节炎症状减轻疼痛
Omega-3系列不饱和脂肪酸可以辅助形成关节腔内润滑液，提高体 内白细胞的消炎杀菌的能力，减轻关节炎症状，润滑关节，减轻疼痛。
• 国内利用微生物生产多不饱和脂肪酸油脂是从上世纪80年代末开始的。 1988年上海工业微生物研究所利用M102菌株进行发酵生产γ-亚麻油 酸，含量为8.0%。 • 1993 年南开大学生物系用深黄被孢霉为出发菌株, 经紫诱变后,在发酵 生产γ- 亚麻酸, 菌体得率为29.3%, 油脂含量达44.7%, 其中γ- 亚麻酸 含量达9.44%。 • 武汉烯王生物工程有限公司曾于2000年引进中国科学院等离子体物理 研究所的花生四烯酸高产菌发酵技术, 在50 t 罐生产时, 花生四烯酸含 量在50%以上, 干菌体得率超过3%, 总油脂超过30%。
不饱和脂肪酸的作用
• 1.调节血脂
高血脂导致高血压、动脉硬化、心脏病、脑血栓、中风等疾病的主要原因， 鱼油里的主要成分EPA和DHA，能降低血液中对人体有害的胆固醇和甘油三 脂；能有效地控制人体血脂的浓度；并提高对人体有益的高密度脂蛋白地含 量。维持低浓度血脂水平对保持身体健康，预防心血管疾病、改善内分泌都 起着关键的作用。
• 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。具有潜在商业化价值，可应用于营养保健 品、药物、水产养殖饲料和生物柴油原料等方面。
乙酰CoA 羧化酶催化脂肪酸合成的是一种限速酶, 此 酶是由多个亚基组成的以生物素作为辅基的复合酶。 乙 酰CoA 羧化酶结构中有多个活性位点, 如乙酰CoA 结合 位点、ATP 结合位点、生物素结合位点等。因此该酶能 为乙酰CoA、ATP 和生物素所激活。另外,丙酮酸盐对该 酶有轻微的激活作用, 磷酸盐对该酸的活性有较低程度的 抑制作用。 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, 去饱和作用是由一个复杂的去饱和酶系来完成 的。