微生物油脂及其开发利用研究进展谢小萍（武汉工业学院食品科学与工程食工 082 班 080107305 ）摘 要：微生物油脂 ( 亦称单细胞油脂， sco) 是一种前景广阔的新型油脂资源，正 越来越受到人们的重视， 尤其在生产富含多不饱和脂肪酸的功能性油脂方面已成 为研究热点。 该文对微生物油脂制备、 影响因素及开发利用等方面作一综述，并 展望其应用前景。 关 键 词：微生物油脂；制备；开发利用 0 引 言 微生物油脂又称单细胞油脂(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作为碳源，在菌体内产 生的大量油脂。 对微生物油脂的研究最早始于第一次世界大战期间，德国曾准备 利用内孢霉属 Endomyces vernalis 和单细胞藻类镰刀菌属 Fusarium 的某些菌种 作为油脂生产菌， 以解决当时食用油的不足。 之后，美国也开始研究微生物油脂 的生产，但由于不能进行深层培养，故结果不终于筛选出适合深层培养的菌株， 于是开始工业化生产微生物油脂。 利用微生物生产油脂有许多优点： (1) 微生物繁殖速度快， 生产周期短；(2) 可利用农副产品下脚料、 工业废弃物作为微生物生长原料，既降低处理废物的成 本，又保护环境； (3) 所需劳动力少，同时不受场地、季节、气候变化的影响； (4) 利用生物技术改良菌种或选择不同培养基，可使微生物生产经济价值高的功 能性油脂和有特殊用途的油脂，如富含Y一亚麻酸、花生四烯酸、 EPA 、DHA 等油 脂及代可可脂。 而且，由于人口增长使得日益增加的油脂需求量与自然资源严重 短缺的矛盾愈发尖锐开辟微生物油脂这一新的油脂资源更具有重要的现实意义。 1 微生物油脂制备 微生物油脂的生产工艺流程一般为： 原料灭菌茵体培养茵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 11 菌种选择 用于工业化生产的菌株必须具备以下条件：(1) 油脂积累量大，含油量应达50 以上，且油脂转化率不低于l5 ：(2) 生长繁殖速度快，杂菌污染困难；(3) 能 适应工业化深层培养，装置简单；(4) 风味良好，安全无毒，易消化吸收。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，如蜡、聚酯、聚 - - 羟丁酸等【1】，目前研究较多的是酵母、霉菌和藻类，如产油油脂酵母(Lipomyces lipofera)、胶粘红酵母 (Rhodotorula glutinis)、高山被孢霉 (Mortierella alpina)、深黄被孢霉 (Mortierella isabellina)等。 12 茵体预处理 微生物油脂通常积累在菌体细胞内，由坚韧的细胞壁包裹， 部分与蛋白质 或糖类结合以脂蛋白、 脂多糖的形式存在， 故分离较为困难， 因此必须对菌体进 行预处理才利于油脂的提取。 预处理方法主要有四种： 干菌体掺砂共磨法、 与稀盐酸共煮法、菌体自溶法、菌体蛋白变性法【2】。其中干菌体掺砂共磨法接近传统的植物油生产前处理工艺， 目前在研究和生产中应用较多。 但李魁等认为在处 理干菌体细胞的过程中， 可造成细胞物质的流失， 使油脂实际产量降低， 故提出 湿菌体过滤细砂磨碎后烘干制取油脂新工艺，其油脂得率比干法提高 6 12【3】。13 油脂提取 用于油脂浸提的溶剂主要有乙醚、异丙醚、氯仿、乙醚一乙醇、石油醚、 氯仿一甲醇等。 磨碎的微生物干菌体由于颗粒较细，浸提时溶剂渗透性极差， 混 合油不易沥出， 因此在浸提前可对干菌体进行造粒处理，这样能提高浸出设备利 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， 最好不高于 50 ，以防止油脂氧化【4】，浸提后通过减压蒸发回收溶剂。 14 油脂精炼 微生物油脂的精炼工艺与食用植物油基本相同，主要包括水化脱胶、 碱炼、 脱色、脱臭等工序。精炼后的油脂其分析指标包括：气味和滋味、色泽、水分、 比重、透明度、酸价、碘价、过氧化值、脂肪酸组成、甘油三酯组成等【5】。2 影响微生物油脂合成因素 21培养基组成 培养基中氮源浓度和 CN 比是影响微生物油脂含量主要因素。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； 缺乏含氮化合物， 则油脂积 累。当培养基中氮浓度一定时，增加碳源可增加菌体油脂含量。当然对碳、氮源 的绝对 有限制，氮源太少则细胞的油脂含量多而细胞增殖显著减少；碳源太多 则渗透压增大而使细胞收获量减少。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的油脂提高到后期百分之几十的油脂 量此外，氮源的种类也会影响油脂的积累【6】。22培养时间 微生物细胞的油脂含量随微生物生长阶段的不同而有显著差异，如油脂酵 母Lipomyces starkeyi的油脂含量在生长对数期较少，在生长对数期末期开始急 剧增加，至稳定期初期达最多【2】。培养时间的长短也有重要影响，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。 此外，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 3d、7d、7d、5d、6d【7】。23 无机盐类 对真菌而言，适当增加无机盐和微量元素的添加量，能提高油脂合成速度 和产油量。 Carrido 等人对构巢曲霉 Aspergillus nidulans的研究结果表明，调 整培养基中 Na+K+、M g2+、SO 42 、 PO43-等的含量比，可使油脂含量从25 26 ( 油脂生成率 67 79) 提高到 51( 油脂生成率 172) o长沼等人通过 研究油脂酵母发现， 增加培养基的铁离子浓度可使油脂合成速度加快，而增加锌 离子浓度可使油脂含量增加。 一般讲，在比生长最适浓度稍高的盐浓度下油脂会 积累，但太高时就被阻止。 24 温度 温度会影响油脂的含量和组成。 通常油脂合成的最适温度为25 低于20 或高于 4o ，油脂产量均明显降低；培养温度较低时油脂中不饱和脂肪酸含量增加。 25 pH 值 不同种类的微生物产油的最适pH 也不同，酵母为 3560，霉菌为中性 至微碱性。构巢曲霉 Aspergillus nidulans 在pH2.87.4 培养时，随 pH 值上升， 油酸含量增加。油脂酵母 Lipomyces starkeyi培养基的 pH值越接近中性，稳定期 菌体的油脂含量越高。 26 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 给充足的氧。 27 其它添加物 在培养基中添加乙醇、乙酸盐、乙醛等脂肪酸合成的中间产物或能形成中 间产物的 c2化合物可增加油脂含量，有些菌株还要求B族维生素。添加 EDTA 可抑 制糖和盐类复合物的形成，减少同化性糖损失，并增加油脂含量。 3 微生物油脂脂肪酸组成 微生物油脂脂肪酸组成和一般植物油基本相同，大部分为偶数碳数， 尤其棕榈 酸、油酸、亚油酸和硬脂酸的含量很高， 但有些微生物油脂中多不饱和脂肪酸如 亚麻酸、花生四烯酸、 EPA 、DHA 等含量特别高，见表 I1,7。 表1 部分微生物油脂脂肪酸组成 菌 种脂肪酸 ( ，w w，总脂肪酸 ) 16：0 16 ：1 18 ：0 18 ：1 18 ：2 18 ：3 其它 浅白色隐球酵母 （Cryptococcus albidus） l6 l 3 56 3 产油油脂酵母 (Lipomyces lipofera) 37 4 7 48 3 一 斯达氏油脂酵母 (Lipomyces starkeyi) 34 6 5 5l 3 一 胶粘红酵母24：0 (Rhodotorula ghutinis) l8 l 6 60 12 2 1% 茁芽丝孢酵母 (Trichosporon pullula) l5 2 57 24 l 紫蠢麦角菌18： 1 OH (Claviceps purpurea) 23 6 2 l9 8 42 高山被孢霉20： 4 (Mortierella alpina) 8 一 l0 2l 7 40 深黄被孢霉 (Mortierella isabellina) 21 一 4 37 22 l0 普通小球藻 (Chlorella vulgaris) l6 2 2 58 9 l4 16:2,16% 淀粉核衣藻 3l 3 l 4 35 8 16:3,3% 4 微生物油脂开发利用 由于微生物油脂在成本上还无法与植物油相竞争，因此目前对微生物油脂的 研究和开发主要集中在利用微生物生产经济价值高的功能性油脂和特殊用途油脂方面。 41 y- 亚麻酸 (GLA) r 亚麻酸是人体必需脂肪酸之一，具有明显的降血脂和降低血清胆固醇的作 用，已被广泛应甩于医药、保健食品、高级化妆品中。传统上GLA 主要从月见草 油中提取，但受天气、产地等影响，其产量少且不稳定，不能满足市场需要。 1948年Bernhard和Albercht 首先从布拉克须霉的菌丝体脂肪中鉴定出真菌 GLA ，含量达16 。1985年Suzuki 等利用深黄被孢霉、葡酒色被孢霉、拉曼被孢 霉和矮被孢霉以浓度为 60-400 g L的葡萄糖为碳源发酵培养，菌体油脂含量达 35 70 ，GLA 占3 11 。英国科学家使用爪哇镰刀菌，以小麦淀粉 生产的葡萄糖作为培养基进行发酵，一亚麻酸含量高达 16 。日本 Onada Cement 公司生物研究所的 Mofio Hiramo 和东京农业技术大学生物工程系的Yunki Miura 等对新鲜海水中的蓝丝藻 Spirulina plaktensis和小球藻 Chlorella spNKG4 ，240进行光照培养均获得 GLA ，其含量分别为总脂肪酸的2625 和 108。 国内， 1988年上海工业微生物研究所张秀鲁等利用MIO2 菌株发酵生产 GLA ， 其含量占总脂肪酸的 8%【9】。1993年，张峻等人筛选到深黄被孢霉的突变株M6 ， 其菌体得率为 25 ，油脂含量 328 ，GLA 含量为 884【10】。史国利等以深 黄被孢霉 As33410为出发菌株，经紫外诱变，在l0L 罐中发酵生产 GLA ，菌体得 率为293 ，油脂含量 447 ，其中GLA 含量达 944【11】。1998年，黄建 中等以深黄被孢霉 As33410为出发菌株，经紫外、硫酸二乙酯、亚硝基胍复合 诱变处理后，进行 60 m 大罐三级发酵，菌体油脂含量高达792【1 2】。42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 成前列腺素的前体， 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。 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。他们还发现，不同培养时间的菌丝体(35 d) 在室温下老化 15 d， 总油