发酵法生产多不饱和脂肪酸

中国生物工程杂志ChinaBiotechnology,2007,27(4):139～145发酵法生产多不饱和脂肪酸张燕鹏1,2黄凤洪23杨湄2夏伏建2(1华中农业大学食品科技学院武汉4300702中国农业科学院油料作物研究所武汉430062)摘要简要介绍微生物产多不饱和脂肪酸的生化研究现状,着重从高产菌株的筛选、工程菌株的构建、发酵条件及产业化现状等方面论述微生物发酵生产多不饱和脂肪酸的主要研究进展;概述多不饱和脂肪酸的提取制备技术,并对发酵法生产多不饱和脂肪酸研究目标和发展前景提出了建议。关键词多不饱和脂肪酸微生物发酵提取纯化中图分类号Q815收稿日期:2006210231修回日期:20072012303通讯作者,电子信箱:huangfh@oilcrops.cn多不饱和脂肪酸(polyunsaturatedfattyacid,PUFA)一般是指含两个或两个以上双键,碳链长度在十八或十八以上的脂肪酸,主要包括γ2亚麻酸(GLA)、二高2γ2亚麻酸(DHGLA)、花生四烯酸(ARA)、二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳六烯酸(DHA)等。PUFA具有许多重要的生理活性。研究表明PUFA可以转化为前列腺素类化合物(前列腺素PG、凝血垩烷和环前列腺素)和白三烯等,这些物质具有免疫应答的作用[1]。此外,DHA对脑细胞的分裂、增殖和神经传导突触的生长、发育发挥着重要的作用[2～3]。新的报道还称EPA可以治疗精神分裂症,对癌症患者也有一定的疗效[4～6]。随着人们对PUFA生物活性认识的不断提高,市场对PUFA的需求也日益增强,仅仅依靠从月见草、黑加仑等植物籽油中提取PUFA已无法满足。虽然从海洋动物如甲壳类和鱼类中也可提取PUFA,但成本太高。而利用微生物生产PUFA,具有生产周期短、生产所占空间小,不受原料、产地和季节限制等独特优势。因此利用微生物发酵生产PUFA已成为当前研究的热点和发展的趋势[7]。1PUFA在微生物中的合成一般认为PUFA在微生物体内的合成是以饱和脂肪酸———硬脂酸为底物,通过脱饱和酶的作用,在特定的碳原子处插入双键,然后再由碳链延长系统合成所需的PUFA。其主要催化酶是膜结合脱饱和酶系,整个脱饱和体酶系由三个酶组成,即尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸2细胞色素b5(NADH2Cytb5)还原酶、细胞色素b5酶(Cytb5)和末端去饱和酶[8]。不同脱饱和酶在脂肪酸链中插入双键的位置不同,研究其作用机制及活性影响因素有利于高产菌株的筛选及优化发酵工艺。Δ6脱饱和酶在亚油酸的第6位碳原子引入双键生成GLA,再经碳链的延长与Δ5和Δ4脱饱和酶的脱氢作用分别插入双键,进一步合成了ARA、EPA和DHA。高糖化合物、果糖、胰岛素等对脱饱和酶的合成与活性具有促进作用,低温有利于脱饱和酶活力的提高;而环己酰亚胺和三碘甲酰原氨酸等不利于脱饱和酶的表达。最新研究表明,微生物中PUFA的合成尚有其他途径,如真菌中脂肪酸脱饱和酶还可以催化与甘油相连接的脂肪酸脱饱和,且所作用的脂肪酸并不一定要与辅酶A(CoA)结合。Jones[9]认为变形虫Acanthamoebacastellanii中的Δ12脱饱和酶是酯酰2酯脱氢酶类型。Spychalla[10]在线虫Caenorhabditiselegans中发现fatl脱饱和酶是甘油酯脱饱和酶。此外,据ColinRatledge[7]报道,在一些微生物如Schizochutriumsp.和Ulkeniasp.中合成DHA的途径与其他的真核真菌不同,是通过类似细菌的多聚乙酰合酶途径(PKS)来合成DHA的。2PUFA的微生物发酵生产微生物发酵生产PUFA的基础研究主要集中在高产菌株的筛选、工程菌株的构建和发酵工艺的改进等中国生物工程杂志ChinaBiotechnologyVol.27No.42007三大方面,旨在提高PUFA产量,降低成本,更好地推动微生物发酵生产PUFA的产业化。2.1高产菌株的筛选与工程菌株的构建菌株的选择直接关系到油脂产量和目的多不饱和脂肪酸的含量,选择具有工业化生产价值的菌株必须具备以下几个条件:(1)油脂含量丰富,油脂中目的PUFA含量较多;(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[11]。目前在PUFA的生产中具有开发潜力的主要有霉菌和藻类。藻类中可以用来生产PUFA的主要有螺旋藻(Spirulinaspp.)、小球藻(Chlorellaspp)、紫球藻(Porohyridiumcruentum)、三角褐指藻(Phaeodactylumtricornutum)、隐甲藻(Crypthecodiniumcohnii)、绿光等鞭金藻(Isochrysisgalbana)等[12]。它们生产的PUFA含量最高可以