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转让DHA高产菌株及成熟发酵工艺

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产品详细说明
 DHA,又称为“脑黄金”,全名二十二碳六烯酸(DocosahexaenicAcid),是一种Omega-3(ω-3或称n-3)多元不饱和脂肪酸,人体自身难以合成,必须从外界摄取。DHA分子式为C22H32O2,分子量为328.49。
DHA属于人体必需脂肪酸之一,有重要的生理调节功能和保健作用,缺乏时可引发一系列症状,包括生长发育迟缓、皮肤异常鳞屑、不育、智力障碍等。DHA是人脑的主要组成物质之一,占人脑脂质的10%左右。其增强记忆与思维、提高智力等作用十分显著。DHA还能保护视网膜,有预防近视和改善视力的作用。DHA是视网膜组织的重要组成成分,它不规则的分布在视杆细胞外围感光部分的磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸中,约占其中总脂肪酸含量的30-40%。DHA对婴幼儿的视觉发育、视觉功能的正常发挥有非常重要的作用。相关研究表明,如果婴幼儿的饮食中富含DHA,则他们比普通儿童的视觉灵敏,而且视觉功能得以快速发育。如果妇女妊娠期膳食中缺乏DHA,可能会导致胎儿失明。FAO(联合国粮农组织)/WHO(世界卫生组织)油脂营养专家顾问报道,婴儿出生体重偏低,有许多原因,缺乏DHA是最重要原因之一。怀孕期间接受DHA补充的女性,怀孕期较长,婴儿出生体重较高。DHA是ω-3系中唯一可以通过胎盘的不饱合脂肪酸,经胎盘进入胎儿脑部的DHA可提供胎儿脑细胞分裂所需,健全脑细胞组织,帮助胎儿脑部之发育成长。为能生下聪明健康的孩子,母亲应多补充DHA。
高血脂症是导致心脑血管疾病的最重要致病因素,目前全球每年有数千万人因心脑血管病患死亡或残疾,已成为人类的“第一杀手”。已经证实,DHA不仅是构成高等动物细胞的重要成分,而且对心血管疾病有特殊的预防和治疗效果。DHA能调节血脂有效成分,具有清理血清胆固醇和甘油三醇、扩张和软化血管、健脑益智的功效,能从许多环节上有效地防止动脉粥样硬化性疾病和血栓性疾病。
  有关研究还表明, DHA能作用于许多不同类型的组织和细胞, 具有抑制炎症及免疫的作用, 包括减少炎症因子的产生, 抑制淋巴细胞增殖等。DHA还具有预防老年痴呆症、神经性疾病的功效。
基于以上原因,从饮食中获取DHA已成为人们的共识,而传统的DHA产品正是通过在食物中添加DHA达到这个目的。
除了在一些低级的陆地绿叶植物的茎和叶中含有少量的DHA外,大多数植物及动物体内很少含有EPA和DHA,在自然界中DHA主要分布在海洋生物中,特别是生活在深海和寒冷地区的海洋生物中含量尤为丰富。目前DHA的主要来源是海产鱼油,如:沙丁鱼、Anchovy和Menhaden的眼窝脂肪。但鱼油来源的DHA存在以下不足:(1)鱼油资源有限,产量不稳定,鱼油产量及品质波动很大,远远不能满足市场需求;(2)鱼油中DHA含量不高,仅占7%~14%,且很难与大量的EPA和其它结构类似的高度不饱和脂肪酸分离;(3)纯化工艺复杂,产品得率低。要获得纯度较高的DHA,分离纯化工艺非常复杂,成本也比较高。并且在实际生产过程中鱼油多被氢化,ω-3多不饱和脂肪酸被氢化饱和,降低了其在鱼油中的含量,造成了原料的浪费,同时也损害了DHA和EPA的品质;(4)鱼油易于氧化,难以应用于食品添加剂行业。由于鱼油含有很重的且难闻的鱼腥味,虽然经过复杂的提纯工艺,鱼腥味仍然难以除去,使得用海产鱼油生产的DHA推广受到一定的限制;(5)不利于环境资源的保护。对DHA等ω-3多不饱和脂肪酸的市场需求也在不断增加,也会导致某些为了商业利益而不计后果的过量捕捞行为的出现,给环境资源保护带来了负面影响。因此,寻找DHA的商业化生产的可替代性来源受到了广泛关注。
研究表明,作为DHA商业来源的深海鱼类,自身不能合成DHA,它们体内所含有的DHA来自于海洋微生物、植物性浮游生物和动物性浮游生物,它们是通过海洋食物链而富积在海洋鱼类、爬行动物和软体动物中的。在海洋食物链中脂肪酸的主要生产者是海洋藻类,在许多植物性浮游生物和海藻中已发现含有高水平的EPA和DHA,同时研究表明在鱼和动物性浮游生物中这两种ω-3多不饱和脂肪酸的含量与在相同水域中的一些海藻中的相同。除了海洋藻类外,还发现有一些海洋微生物具有合成DHA的能力,特别是在某些低等的真菌和细菌的脂肪中含有丰富的DHA(如Mucrales、Thaustochytrium、Schizochytrium、Entomophthora obscyura)等,其中一些海洋真菌的DHA含量尤为丰富,例如破囊壶菌(Thraustochytrium aureum) 中的DHA占总脂肪酸含量的34%。已经报道有它的8个属30多个种能够产DHA。除此以外,有好几种海洋微生物(微藻)含有DHA,其中最有应用价值的是裂殖壶菌(Schizochytrium sp.)和破囊壶菌(Thraustochytrium sp.)。它们都属于真菌门(Eumycota)、卵菌纲(Oomycetes)、破囊壶菌科(Thraustochytriaceae),生活在海洋、河口、红树林地区和内陆盐湖的真菌。裂殖壶菌又称为裂壶藻。与破囊壶菌相比,裂殖壶菌因其生长速度快、易于培养、细胞内脂肪酸和DHA含量高等优势
用微生物作为替代资源,代替鱼油来发酵生产ω-3多不饱和脂肪酸,尤其是DHA具有如下优势:(1) 可以全年进行生产,不受原料和产地的限制。现在微生物发酵技术的快速发展也给高密度培养产DHA的细菌提供了必要的技术支持;(2) 从微生物中提取得到的油脂不像鱼油制品那样含有胆固醇,产品品质可以保证;(3) 微生物发酵法生产的油脂没有杀虫剂和重金属离子的污染;(4) 微生物发酵生产的油脂含有大量必需脂肪酸,微生物脂肪酸组成比较简单,多不饱和脂肪酸的含量比较高,富集也比较容易,这种高纯度简化了提纯过程,在商业生产上可大大降低生产成本;(5) 微生物发酵法生产DHA,发酵条件比较容易控制,进而为控制脂质产量和组成提供了可能;(6) 微生物可以生产含多不饱和脂肪酸(PUFA)的磷脂、糖脂等,这些物质有许多具有特殊的药用价值;(7) 产PUFA的微生物富含蛋白质、微量元素、维生素、抗氧化剂等,在膳食配方中可以作为大量营养素和微量营养素的来源;(8) 可以利用基因工程手段来选育高产菌株,并结合微生物产多不饱和脂肪酸的代谢途径,利用代谢调控的方法来控制多不饱和脂肪酸的组成;(9) 利用微生物发酵生产DHA还可以减少因市场需求而大量捕捞带来的对环境的影响,对环境资源的保护具有潜在的意义,同时微生物发酵法生产多不饱和脂肪酸产品,在生产过程中三废极少,工厂的建设和投产也不会对环境带来负面影响。
根据美国渔业部门的统计数字,2006年全球鱼油产量出现下降,而与此同时对鱼油产品的需求正在上升,DHA产品的价格呈逐年增长趋势。
国内DHA生产以鱼油来源为主。目前国内鱼油的年产量约3万吨左右,除大量用于化工业和饲养业外,鱼油保健品业所利用的原料鱼油不到5%,且大部分鱼油质量不高,大部分依赖进口,仅2006年6月份国内进口鱼油达2512.82吨,较往年增长72.8%。鱼油保健品的市场售价也日趋走高。6年市售食品级低浓度(22%-25%)DHA价格在26.9万元-36.5万元/吨;食品级高浓度(35-40%)73万元-109.5万元/吨,而纯度为99.9%的DHA售价高达16.8万美元/公斤。
国内DHA保健品的年销售额约在37亿元左右,其中国外品牌产品约30亿元,基本控制着国内市场。截止到2006年2月,经卫生部批准上市的鱼油保健品共64种,其中进口产品39种(28种来自美国,占进口品种的84%),国产产品25种。国内鱼油生产企业20多家,经销企业数千家,没有一个油类保健品产品有绝对的市场占有率。
    利用微生物的生物合成能力,尤其是它们合成ω-3多不饱和脂肪酸的能力,进行ω-3多不饱和脂肪酸商业化生产,被视为很有发展前景的DHA来源。因此,日本、美国等国纷纷对微生物发酵生产DHA进行了研究,取得了很大的进展。
迄今为止DHA生产菌最有希望的来源主要集中于海生异养微藻和破囊壶菌、裂殖壶菌等海生真菌,在它们体内DHA以甘油三脂形式存在,完全与鱼油中DHA的存在形式一致。Bajpai等发现破囊壶菌ATCC34304总脂肪酸中50%均为DHA,在含2.5%淀粉的培养基上光照培养,其DHA 产量达到511mg/L;Iida等对培养基进行了优化后破囊壶菌细胞产量达到5.7 g/L;Li Zuyi 等则发现破囊壶菌ATCC28210在培养基中有更分散的形态,在初步优化培养基条件后,ATCC28210最高DHA产量达到850  mg/L; Nakahara等从Yap岛珊瑚礁区域分出的一株破囊壶菌SR21无论是DHA产量或生产率都很高,5d发酵生物量和DHA产量分别达到59.2 g/L和15.5 g/L,这是迄今为止已报道的利用微生物生产DHA的最高值。
   总之,近年来利用微生物发酵法生产多不饱和脂肪酸DHA的研究已经取得了很大的进展,国外已有商业生产的成功先例,我国目前这方面的工作则刚起步,所进行的工作主要集中在以下几个方面:(1) 从海洋生物群中继续筛选DHA含量高,且易于分离提纯的海洋真菌、细菌和微藻;(2) 对现有的几种高产DHA的微生物继续进行诱变等改造以提高其生产能力,并对现有发酵工艺和反应器进行改进;(3) 研究DHA的浓缩提纯技术。随着基因工程等现代生物技术的发展,对海洋微生物进行基因改造、筛选,发酵工艺技术下游分离提纯技术的改进,作为利用鱼油生产DHA的替代方法的微生物发酵法生产DHA也将获得更大的进步。
该技术利用富含不饱和脂肪酸的海洋裂殖壶藻生产精制DHA藻油,完成了从菌种筛选进化、小试、中试到工业化生产的成套技术, 5吨发酵罐的主要指标达到:生物量150 g/L,总脂肪酸100 g/L,DHA 41g/L,均达到国内领先水平。
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