微生物生產(chǎn)多不飽和脂肪酸的研究進(jìn)展

1、收稿日期 :2008202223作者簡(jiǎn)介 :李淑梅 (19642 , 女 , 河南項(xiàng)城人 , 副教授 , 主要從事動(dòng)物學(xué)課程與教學(xué)論研究 。微生物生產(chǎn)多不飽和脂肪酸的研究進(jìn)展李淑梅 1, 白獻(xiàn)曉 2, 閆明田 3, 陳建偉 4(1. 周口師范學(xué)院 生命科學(xué)系 , 河南 周口 466000; 2. 河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 畜牧獸醫(yī)研究所 , 河南 鄭州 450002;3. 信陽(yáng)市明港鎮(zhèn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展中心 , 河南 信陽(yáng) 464194; 4. 滎陽(yáng)市豫龍鎮(zhèn)人民政府 , 河南 滎陽(yáng) 461559 中圖分類號(hào) :S831. 5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A 文章編號(hào) :100423268(2008 0720017203

2、隨著人們生活水平的提高 , 膳食結(jié)構(gòu)對(duì)人類健 康的重要性越來(lái)越受到重視 。 脂類在人類膳食中占 有重要地位 , 而脂肪酸是脂肪的重要組成部分 。多 不飽和脂肪酸 (PU FA 營(yíng)養(yǎng)保健功能及富含多不飽 和脂肪酸產(chǎn)品的生產(chǎn) 、 開發(fā)和利用 , 則是近年來(lái)國(guó)內(nèi) 外研究的熱點(diǎn)問(wèn)題 。 PU FA 之所以受到廣泛關(guān)注 , 其原因是 n -6系列的亞油酸和 n -3系列的 -亞 麻酸是人體不可缺少的必需脂肪酸 , 并且由亞油酸 和 -亞麻酸在體內(nèi)代謝轉(zhuǎn)化或由特定食物資源中 攝入的幾種 PU FA , 對(duì)人體具有重要的生理功能 , 能 夠調(diào)節(jié)人體的脂質(zhì)代謝 、 抗癌 、 對(duì)抗肥胖 , 促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育 1PU

3、 FA , 、 植 , FA 新資源的開發(fā) 非常重要 。 , , 一些微生 物具有合成 PU FA 的能力 24。因此 , 微生物有望 成為 PU FA 廣泛的來(lái)源 。 1 產(chǎn) PUFA 微生物的種類產(chǎn) PU FA 的微生物多種多樣 , 主要包括細(xì)菌 、酵母 、 霉菌和藻類 。 1. 1 細(xì)菌主要 包括嗜 酸乳 桿 菌 CRL640、 混 濁 紅 球 菌 PD630、 弧菌 CCU G35308等 ?；鞚峒t球菌 PD630在葡萄糖或橄欖油中生長(zhǎng)時(shí) , 甘油酯中的脂肪酸含 量占細(xì)胞干重的 76%87%。 弧菌 CCU G35308脂 肪酸主要為偶碳鏈脂肪酸 (16 0,16 1,18 1和 20

4、 5 , 可用于 EPA 20 5(n -3 的生產(chǎn)研究 中 。 1. 2 酵母酵母主要包括彎假絲酵母、 淺白色隱球酵母、 膠黏紅酵母、 斯達(dá)氏油脂酵母、 產(chǎn)油油脂酵母等。 一般油酸是酵母中最豐富的脂肪酸 , 其次是亞油酸。 紅酵 母和假絲酵母可用于開發(fā)生產(chǎn)可可脂及其代用品。 1. 3 霉菌霉菌主要有深黃被孢霉、 高山被孢霉、 卷枝毛霉、 米曲霉、 土曲霉、 雅致枝霉、 特別是 被孢霉屬 , 主要用于生產(chǎn) (G LA 和花生四 烯酸 (AA -3 含量較高 ; 4、 粉核小球藻 、 等鞭金藻 、 、 新月菱形藻等 。微藻主要用于生產(chǎn) EPA ,D HA 。對(duì)于多不飽和脂肪酸的微生物生產(chǎn) , 由

5、于細(xì)菌 產(chǎn)量低 , 目前主要集中在真菌和藻類的研究上 。 2 微生物 PUFA 的合成途徑在高等微生物如真菌和藻類中 , PU FA 的生物合成是以飽和脂肪酸硬脂酸為底物 , 經(jīng)碳鏈的延長(zhǎng) 和脫飽和 2個(gè)反應(yīng)而來(lái) 。 其分別由相應(yīng)的膜結(jié)合延 長(zhǎng)酶和脫飽和酶催化 。其中碳鏈延長(zhǎng)由延長(zhǎng)酶催 化 , 把供體 (乙酰輔酶 A 和丙二酰輔酶 A 上的 2個(gè) 碳原子引入碳鏈 , 增加其長(zhǎng)度 。脫飽和體系由微粒 體膜結(jié)合的細(xì)胞色素 b 5、 NAD H -細(xì)胞色素 b 5還 原酶和脂肪酸脫氫酶組成 , 催化脂肪酸鏈的特定位 置而形成雙鍵 。一般認(rèn)為 , 脂肪酸鏈的延長(zhǎng)和脫飽 和作用是交替進(jìn)行的 。在合成途徑

6、中 , 第 1個(gè)雙鍵 總是導(dǎo)入飽和脂肪酸的 9位置 。因此 , 棕櫚油酸 (16 1順 9 和油酸 (18 1順 9 是微生物中最常見(jiàn) 的單烯 。 油酸通常由 12脫飽和酶脫飽和產(chǎn)生亞油 酸 。 這 3種脂肪酸是 n -9,n -6和 n -3脂肪酸系 列的基本母體 。 n -3族從合適的脂肪酸母體被 671 河南農(nóng)業(yè)科學(xué)脫飽和酶脫飽和 , 再發(fā)生相繼的鏈延長(zhǎng)和脫飽和 , 產(chǎn) 生相應(yīng)的 C 20和 C 22PU FA 。 n -9族 PU FA 從油酸開始合成 , 由 6脫飽和酶 、 延長(zhǎng)酶 、 5脫飽和酶作 用產(chǎn)生 MA 。 n -6型脂肪酸通常由亞油酸通過(guò)脫飽和 (6, 5,4 和延長(zhǎng)而形

7、成 , 從亞油酸到 G LA , AA ,adrenic acid (22 4順 7, 10, 13, 16 DPA (22 5n -6 。 與其他生物一樣 , 細(xì)菌也需要多種酶參與脂肪 酸的合成 , 通常稱為脂肪酸合成酶 。大多數(shù)細(xì)菌脂 肪酸合成采用 型脂肪酸合成酶系 , 其中心為酰基 載體蛋白 (ACP 。在脂肪酸合成過(guò)程中 , 反應(yīng)中間 體與 ACP 結(jié)合 , 合成涉及多個(gè)脂肪酸的脫氫和碳鏈 延長(zhǎng) , 某些細(xì)菌還有類似動(dòng)物合成脂肪酸的 型脂 肪酸合成酶系 。 但是 , 海洋細(xì)菌 PU FA 的合成機(jī)制 不同于其他生物 , 合成過(guò)程中不涉及重要的脂肪酸 脫氫和延長(zhǎng)機(jī)制 , 其合成由一種聚酮

8、合酶 (P KS 催 化 。 目前認(rèn)為 , 在低溫海洋生態(tài)系統(tǒng)中 , 細(xì)菌 PU FA 的合成部分是 P KS 酶作用的產(chǎn)物 5。 3 微生物生產(chǎn) PUFA 的研究現(xiàn)狀近 10多年來(lái) , 日益受到人們的青睞 , 主 脂 , 肪酸的生產(chǎn)上 3. 1-亞麻酸 -亞麻酸是人體必需脂肪酸之一 , 具有明顯 的降血脂和降低血清膽固醇的作用 , 目前被廣泛應(yīng) 用于醫(yī)藥 、 保健食品 、 高級(jí)化妝品中 。據(jù)董欣榮報(bào) 道 ,1948年 ,Bernhard 和 Albercht 首先從布拉克須 霉的菌絲 體脂 肪中鑒 定出 真 菌 G L A , 含 量 高 達(dá) 16%。 1985年 , Suzuki 等利用深

9、黃被孢霉 、 葡酒色 被孢霉 、 拉曼 被孢霉 和矮 被 孢 霉 以 濃 度 為 60400g/L 的葡萄糖為碳源發(fā)酵培養(yǎng) , 菌體油脂含量 達(dá) 35%70%, G L A 占 3%11%6。英國(guó)科學(xué)家 使用瓜哇鐮刀菌 , 以小麥淀粉生產(chǎn)的葡萄糖作為培 養(yǎng)基進(jìn)行發(fā)酵 , G L A 含量高達(dá) 16%7。陳波等 8以深黃被孢霉為出發(fā)菌株 , 經(jīng)紫外線 誘變處理 , 采用抗性篩選法 , 直接在梯度平板上挑取 抗脂肪酸脫氫酶抑制物抑芽丹的菌株進(jìn)行初篩 , 然 后經(jīng)搖瓶發(fā)酵法測(cè)定相關(guān)性能指標(biāo)進(jìn)行復(fù)篩 , 獲得 1株生產(chǎn)性能比出發(fā)菌株顯著提高的突變株 M80; 其菌體收率達(dá) 25. 10g/L 、 油脂

10、產(chǎn)率達(dá) 12. 35g/L , G LA 產(chǎn)率達(dá) 771. 88mg/L 。呂颯音等 9通過(guò)紫外線誘變和甘草酸篩選 , 獲得高產(chǎn)菌株被孢霉 A02, 其 搖瓶培養(yǎng)生物量達(dá) 12g/L , G L A 產(chǎn)量為 0. 96g/L 。張玲等 10以雅致枝霉 As3. 3456為出發(fā)菌株 , 經(jīng) 2次 5-氟尿嘧啶 、 紫外線 、 氯化鋰復(fù)合誘變處 理 , 得 突 變 株 TE7-15。經(jīng) 培 養(yǎng) , 生 物 量 為 19. 04g/L , 粗 脂 含 量 為 3. 94g/L , 產(chǎn) 脂 率 為 20. 67%, G L A 產(chǎn)率達(dá) 1079. 95mg/L , 能滿足工 業(yè)化生產(chǎn)的要求 。目前 -

11、亞麻酸的發(fā)酵生產(chǎn)已實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生 產(chǎn) , 以被孢霉系列居多 。對(duì)被孢霉來(lái)說(shuō) , 葡萄糖 、 蔗 糖為最適碳源 , 天冬酰氨 、 尿素為最適氮源 。 后期適 當(dāng)降低 溫 度 和 良 好 的 通 氣 條 件 有 利 于 G L A 的 積累 。 3. 2 花生四烯酸植物油中 , 但含量極低 , 。 其 代謝產(chǎn)物 , 、 血栓 、 傷 。等 深 黃 被 孢 霉 AS3. 2793和 , 以及硫酸 , 涂布在誘變培養(yǎng)基上 , 對(duì) 分離出的突變株進(jìn)行搖瓶發(fā)酵初篩 , 從中得到 1株 產(chǎn)花生四烯酸的菌株 。 該菌株在搖瓶產(chǎn)脂培養(yǎng)基中 發(fā)酵 8d :生物量達(dá) 16. 57g/L , 油脂含量達(dá) 49. 10

12、%, 油脂得率達(dá) 8. 14g/L , 油脂中花生四烯酸的含量為 0. 9%。3. 3 EPA 和 D HA天然 EPA 和 D HA 主要富集在深海魚油中 , 具 有預(yù)防和治療動(dòng)脈粥狀硬化 、 血栓及高血壓 ; 預(yù)防乳 腺癌 、 前列腺癌和結(jié)腸癌 ; 治療氣喘 、 關(guān)節(jié)炎 、 周期性 偏頭痛等 ; 促進(jìn)嬰兒神經(jīng)系統(tǒng)和視覺(jué)系統(tǒng)的發(fā)育等 重要的生理功能 。傳統(tǒng)上 EPA 和 D HA 的主要來(lái)源是魚油 , 但由 于其產(chǎn)量不穩(wěn)定 、 得率低 、 易氧化 、 魚腥味重等原因 , 使得生產(chǎn)和使用受到限制 。近年許多研究表明 , 一 些微生物具有合成 EPA 和 D HA 的能力 , 特別是某 些真菌和

13、藻類中含量豐富 , 有望成為新的 EPA 和 D HA 的資源 。杜冰等 12通過(guò)對(duì)破囊壺菌 A TCC34304等 4株菌發(fā)酵液分析發(fā)現(xiàn) , A TCC34304易培養(yǎng) , 且 D HA 含量高 。 對(duì) A TCC34304的發(fā)酵培養(yǎng)基組分和發(fā)酵 條件深入研究后得出 , 在以淀粉為碳源的培養(yǎng)基中 , 28 ,170r/min 搖 床 光 照 培 養(yǎng) 6d , D HA 含 量 達(dá) 320. 1mg/L 。 劉吉華 13等以玉米和葡萄糖作為碳81 2008年第 7 期源 , 尿素 、 酵母 、 牛肉浸膏作為氮源發(fā)酵培養(yǎng)輪枝霉 (Diasporangium ,6d 后菌絲中的 EPA 含量達(dá)到

14、253. 7mg/L 。張秋會(huì)等 14對(duì) 8種海洋微藻進(jìn)行培養(yǎng) , 提取脂 肪所用的微藻為 1號(hào)三角褐指藻 、 2號(hào)中肋骨條藻 、 3號(hào)新月菱形藻 、 4號(hào)等鞭金藻 、 5號(hào)綠色巴夫藻 、 6號(hào)小球藻 、 7號(hào)微擬球藻 、 8號(hào)紫球藻 。 經(jīng)皂化 、 酯化 處理后用氣相色譜測(cè)定 EPA ,D HA 含量 。結(jié)果表 明 , EPA 高產(chǎn)藻株為新月菱形藻 , 產(chǎn)量為 16mg/L , 占粗脂肪重的 26%, 占細(xì)胞干重的 3. 3%; 等鞭金藻 為 D HA 高產(chǎn)株 , ,D HA 產(chǎn)量為 3. 2mg/L , 占粗脂 肪重的 9. 1%, 占細(xì)胞干重的 5. 2%。4 小結(jié)利用微生物生產(chǎn)多不飽和

15、脂肪酸 , 具有微生物 生長(zhǎng)繁殖快 、 生產(chǎn)周期短 、 易于培養(yǎng) 、 能夠大規(guī)模工 業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì) 。 這些優(yōu)點(diǎn)為微生物多不飽和脂肪 酸的生產(chǎn)提供了廣闊的前景 。同時(shí) , 若多不飽和脂 肪酸具有多種生理功能 , 其產(chǎn)品就有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià) 值 ,人們的關(guān)注 。參考文獻(xiàn) :1 劉世杰 , . J.飼料博覽 ,2004(2 :11-13.2 Eroshin V K , Satroutdinov A O ,Dedyukhina E G , et al . Arachidonic acid production by mortierella alpina with growth 2coupled lipi

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