微生物油脂的应用价值及研究进展概况

微生物油脂的应用价值及研究进展概况摘要：微生物油脂是近年来的一个热门课题。

本文综述了微生物油脂的概念，研究历史及现状。

通过与植物、动物油脂比较阐述微生物油脂对人类身体健康的重要性等说明微生物油脂的应用价值。

展望了微生物油脂在食用油脂、生物柴油、功能性油脂等方面的广阔应用前景。

关键词：微生物油脂；多不饱和脂肪酸；应用价值；功能性油脂；Abstract: microbial oils is a hot topic in recent years. This article states the concept of microbial oils, studying history and current conditions. Compared with the plant fat, animal fat and microbe oil to human health that explanation the application of microbial oils. And Forecast the microbe oil in edible oil, bio-diesel oil, functional oil .Key word: Microbial oils; Polyunsaturated fatty acid ; Application; Functional Oils;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] 。

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、细胞诱变等方法，能使微生物产生更能符合人体需要的高营养油脂或某些特定脂肪酸组成油脂，如二十二碳六烯酸(DHA)、二十碳五烯酸(EPA)、g-亚麻酸(GLA)和花生四烯酸(AA)、类可可脂等[2]。

１.微生物油脂的研究进展概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[3]。

其后美国对微生物油脂也作过研究。

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(Lipomyces starkeyi)、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g-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[4]。

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。

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[1]。

在我国，从事微生物油脂研究的有华中科技大学生命科学院、中国热带农业科学院热带作物生物技术国家重点实验室等，他们在微生物油脂富含多不饱和脂肪酸（简称PUFAs)方面的研究取得一定进展。

中国科学院等离子体物理研究所第四研究室的专家利用低等离子辐射诱变方法，筛选出富含花生四烯酸的高产菌种，武汉烯王生物工程有限公司进一步研究并利用这一技术，实现了工业化生产。

武汉福星生物药业有限公司目前已实现大规模工业化生产富含AA（花生四烯酸）的微生物油脂[5]。

微生物细胞通常仅含有2％～3％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)，g-亚麻酸(GLA)和花生四烯酸(AA)等脂肪酸[6]，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。

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、利用微生物油脂为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[1]。

２.微生物油脂的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[7]。

微生物油脂一般按如下工艺生产[8]：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[4]。

３.微生物油脂的应用价值３.１微生物油脂在食用油脂方面的应用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。

在高浓度碳源(300g/L)的培养条件下,菌体系数高达40.1,干菌脂肪含量为53%。

如按每升培养液生产100g干菌计算，食用油脂生成量为50g/L。

依此推算，1000m3 的培养槽，生产一年，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走出实验室，出现企业化的萌芽及正规化生产的趋势。

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[9]。

３.２微生物油脂在功能性油脂方面的应用利用微生物生产油脂其成本高于一般动植物油脂生产成本，因此，该技术应用主要集中在高附加值油脂产品方面，如富含g-亚麻酸、花生四烯酸、EPA、DHA 的油脂；羟基脂肪酸及糖脂、代可可脂等。

这类油脂主要营养成分在天然动植物油脂中存在量很少，甚至不存在，但具有较强生理功能和特殊用途，因而我们统称为微生物功能性油脂[9]。

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[8]。

但研究开发单细胞油脂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g-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0.2 mg／g(干细胞)[10]。

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0.83 g ／L。

（2）g-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，g-亚麻酸含量高达16％[11]。

我国上海工业微生物研究所张秀鲁[12]等利用Mlo2菌株发酵生产g -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 51.9％、SOS l8.4％、POP 6.5％(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 37.6％、S 14.3％、O 37.5％脂肪酸组成[13]。

（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 Bioscience’S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 g～48g／L，硅藻油含量高达干重50％，EPA 占油总量4％～5％。

日本筛选、养殖一种海藻Chlorella mimutissma，其脂肪酸中含99％EPA[14]。