摘要：  综述了培养微生物生产油脂的发展历史及研究现状, 产油微生物利用可再生资源,得到的微生物油脂与植物油脂具有相似的脂肪酸组成,有的还含有丰富的多不饱和脂肪酸,具有广阔开发应用前景。讨论了产油影响因素，对微生物油脂的制备、影响因素及开发利用等方面做了综述。展望了采取微生物混合培养方法生产油脂技术研究的发展前景。

关键字：微生物油脂； 产油微生物；研究历史；制备工艺；发展前景

1.   产油微生物及微生物油脂概述

某些微生物在一定条件下能将碳水化合物、碳氢化合物和普通油脂等碳源转化为菌体内大量贮存的油脂,如果油脂含量能超过生物总量20 % ,即称为产油微生物(Oleaginousmicroorganisms)[1]。

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[2] 。

2.  微生物油脂的研究历史及现状

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。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[3] 。

2.1    国外微生物油脂的研究状况

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了研究。其后美国对微生物油脂也作过研究[4]。利用微生物生产油脂的研究,从20 世纪40 年代发现高产油脂的斯达凯依酵母、粘红酵母、曲霉属及毛霉属等微生物开始。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的新技术,结束用蓖麻油裂解合成十三碳二元酸历史。1986 年日本、英国又首先推出含γ2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。自20 世纪90 年代以后,特种油脂的发展愈来愈受到重视；而且相继从丝状真菌、细菌、酵母和微藻类中,寻找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[5] 。最新文献报道在氮源缺陷型培养基中,深黄被孢霉表现出了显著的生长活性(其生物量达3519 gPL) 和高糖摄入量,即使培养基的初始浓度很高(如100 gPL) 也如此。待氮源耗尽后,真菌菌体中将会大量积累脂肪(能达菌体干重的50 %～55 %) ,从而导致培养结果是得到一个可观的油脂产量1811 gPL 。总菌体干重和油脂得率都得到大幅度的增加(每消耗1g 葡萄糖分别增加0134g 和0117g) 。所得到的微生物油脂中,其γ2亚麻酸的质量分数为:315 %±110 % ,即相当于每g 干菌体可以得到16~19 mgγ2亚麻酸(GLA) ,每L 培养基液可得到γ2亚麻酸的最大质量浓度为01801g[6] 。

2.2 国内微生物油脂的研究状况

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[7] 。其中国内利用微生物生产多不饱和脂肪酸油脂是从上世纪80 年代末期开始的。1988 年上海工业微生物研究所报道了γ2亚麻酸油脂的发酵生产,其γ2亚麻酸占油脂总量的810 %。1993 年张峻等人选到一株被孢霉的突变株M6 ,其菌体得率为25 % ,油脂含量为3218 % ,γ2亚麻酸含量为8184 %。同年,据南开大学生物系报道,他们用深黄被孢霉As 313410 为出发菌株,经紫外诱变得变异株,在10 L 罐中发酵产生GLA 时,菌体得率为2913 % ,油脂含量达4417 % ,其中GLA含量达9144 %。据1998 年菌物系统报道,以拉曼被孢霉( Mortierella ramanniana) SM541 为原始菌株,经过紫外线复合氯化锂诱变处理,得到突变株SM54129 ,其生物量由1216 gPL 提高到2818 gPL ,油脂含量由518 gPL 提高到1517 gPL ,AA 含量由321 mgPL 增加到623 mgPL ,传代实验表明,SM54129 具有良好的遗传稳定性。2003 年施安辉、周波通过对粘红酵母GRL513生产油脂最佳小型工艺发酵条件的探讨发现,最终油脂产量可达菌体干重的6712 %。油脂成份分析结果为: 33131 %的棕榈酸; 3180 %的油酸;0120 %的γ2亚油酸; 2160 % 的EPA 和3160 % 的DHA[8] 。清华大学吴庆余、缪晓玲通过异养转化细胞工程技术获得了脂类含量高达细胞干重55 %的异养藻细胞[9] 。

3        微生物油脂的制备工艺

3.1 微生物合成油脂的影响因素

影响微生物合成油脂的因素有很多。首先是菌种问题。不同的微生物,其产生油脂的含量及油脂脂肪酸组成均不同(如表1 所示)[10] 。然后是培养条件的变化,如温度、培养时间(不同微生物的最佳培养时间也不相同,如黑曲霉、米曲霉、根霉、红酵母、酿酒酵母的最佳培养时间分别为3、7、7、5、6 d) 、培养基质(微生物发酵产油脂大体分二个阶段,即菌体增殖期和油脂积累期。发酵培养的前期为细胞增殖期,这个时期微生物要消耗培养基中的氮源,吸收利用蛋白质,以保证菌体代谢旺盛。接着菌体细胞分裂速度剧增,以消耗碳氮源为主,并合成积累大量油脂,这个时期为油脂积累期。微生物高产油脂的一个关键因素是培养基的碳源充足而其它营养成份缺乏,在这种情况下,微生物菌体不再进行细胞增殖,而是将过量的碳水化合物转为脂类[6] ) 、酸度(酵母最适pH 值为315～610 ,霉菌为中性至微碱性,藻类一般适宜中性或微碱性培养) 、通气量等。

表1 　不同菌种在同样培养条件下的油脂含量[10]

3.2 微生物油脂的制备工艺

微生物油脂的生产工艺流程如下[3] :

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

4.  发展前景与展望

随着科学技术的进步和生物科学的发展,微生物油脂的研究正逐渐被重视,尤其是根据各种微生物产油的培养条件及产油机理而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。根据各种产油微生物的培养条件及生长特性可以尝试微生物混合培养生产油脂。例如粘红酵母培养的初始pH 值为510~610 ,培养后期pH 值下降到210~310 为了保证油脂的含量培养期间需要将pH值回调至512~515[11] ,而鱼腥藻野生藻的最适pH值为615~715 ,培养期间需要加入HEPES 缓冲液以防pH 值升高而使藻种光合活性降低,生长受到抑制[12] ；另外酵母培养生产油脂过程中需要不断通(氧) 气以促进油脂特别是不饱和油脂的形成[13] ,而在培养过程中呼吸排出CO2 ,而微藻可以利用光合作用而产生氧气,并且需要通入CO2 (或加入NaHC2O3 ) 作为碳源[12]。由此可见,要是利用它们的协同效应二者混合培养则是微生物油脂的一个新的研究方向。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γ2亚麻酸的生产[14] ,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。

因此,微生物产油脂领域具有广阔的研究发展空间。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, 微生物油脂的研究技术在不断趋向成熟,而且将成为新世纪油脂工业的一个发展方向,使油脂行业的加工范围更加广阔,并在促进人类保健方面、解决人类能源问题中将起着越来越重要的作用。通过微生物转化和利用基于碳水化合物的可再生资源已成为社会经济可持续发展的要求,使微生物产油的研究领域取得更快的发展。

参考文献：

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[10]李小松,余扬帆,微生物油脂,食品科技,1997(5):82-91

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