微生物油脂

在適宜條件下, 某些微生物產生並儲存的油脂佔其生物總量的 20%以上, 具有這樣表型的菌株稱為產油微生物。

微生物生產油脂不僅具有油脂含量高、生產週期短、不受季節影響、不佔用耕地等優點；而且可用細胞融合、細胞誘變等方法，使微生物產生高營養油脂或某些特定脂肪酸組成油脂，如EPA、DHA、類可可脂等。

能夠生產油脂的微生物有酵母、 黴菌、 細菌和藻類等 ,其中真核的酵母、 黴菌和藻類能合成與植物油組成相似的甘油三酯,而原核的細菌則合成特殊的脂類。研究得較多的是酵母、 藻類和黴菌。用於生產多不飽和脂肪酸的微生物主要為藻類、細菌和真菌,由於細菌產量低,所以主要集中在藻類和真菌。常見的產油酵母有:淺白色隱球酵母( Cryptococcus albidus) 、 彎隱球酵母( Cryptococcus albidun) 、 斯達氏油脂酵母( Lipomyces) 、 茁芽絲孢酵母( Trichospiron pullulans ) 、 產油油脂酵母 ( Lipomy slipo fer) 、 膠粘紅酵母( Rhodotorula giutinis) 、 類酵母紅冬飽( Rhodosporidium toru loides)等。常見的產油黴菌有:土黴菌( Asoergullus terreus) 、 紫癱麥角菌( Clavicepspurpurea) 、 高梁褶抱黑粉菌( Tolyposporium) 、 高山被孢黴( Mortierella alpina) 、 深黃被孢黴( Mortierella isabellina)等。常見的產油海藻有:硅藻( diatom) 和螺旋藻( Spirulina) 。

微生物產生油脂的過程, 本質上與動植物產生油脂的過程相似, 都是從乙酰 CoA 羧化酶催化羧化的反應開始, 然後經過多次鏈延長, 或再經過去飽和作用等完成整個生化過程。在此過程中, 有兩個主要的催化酶, 即乙酰 CoA 羧化酶和去飽和酶。其中乙酰 CoA 羧化酶催化脂肪酸合成的第一步, 是第一個限速酶。此酶是由多個亞基組成的複合酶,結構中有多個活性位點, 因此該酶能為乙酰 CoA、ATP 和生物素所激活。去飽和酶是微生物通過氧化去飽和途徑生成不飽和酸的關鍵酶, 這一過程稱之為脂肪酸氧化循環。

綜合國外的研究,粘紅酵母油脂合成的機理可分為四個環節: 兩個前體乙酰 CoA 和 3- 磷酸甘油的形成; 甲羥戊酸的合成, 乙酰 CoA 形成脂酰 CoA 和鞘脂; 以甲羥戊酸為前體合成甾醇、 類胡蘿蔔素和碳水化合物; 以乙酰CoA和 3- 磷酸甘油為前體合成磷脂酸、甘油二脂、甘油三脂和磷脂。由此可見, 在酵母細胞內油脂合成的多少, 乙酰 CoA 起了主導作用, 而乙酰 CoA 的形成又受到氮源多少、 AMP 和異檸檬酸脱氫酶活力等諸多因素的影響。

微生物油脂是繼植物油脂、 動物油脂之後開發出來的又一人類食用油脂新資源。20 世紀 80 年代以來, γ - 亞麻酸(GLA)、 花生四烯酸(AA)含量高的微生物相繼在日本、 英國、 法國、 新西蘭等國投入工業化生產, 日本、 英國已有 AA 發酵產品投入市場。20 世紀 90 年代以來, 開發利用微生物進行功能性油脂的生產成為一大熱點, 如利用深黃被孢黴進行GLA 的生產, 以及利用微生物培養生產 EPA、 DHA等營養價值高且具有特殊保健功能的功能油脂的

研究。

產油微生物除可代替動植物油脂生產食用油脂, 特別是保健類功能性油脂外, 還可以作為生產生物柴油的油源。生物柴油由各種動、 植物油脂經酯化或轉酯化工藝而得, 而大部分微生物油的脂肪酸組成和一般植物油相近, 以 C16 和 C18 系脂肪酸,如油酸、 棕櫚酸、 亞油酸和硬脂酸為主, 因此微生物油脂可替代植物油脂生產生物柴油。 由於技術經濟原因, 過去單細胞油脂很少有規模化生產的報道。但隨着工業生物技術的發展, 微生物油脂發酵從原料到過程都在不斷取得新的進展。 最近美國國家可再生能源實驗室(NREL)的報告特別指出, 微生物油脂發酵可能是生物柴油產業和生物經濟的重要研究方向。