产油微生物油脂提取技术研究进程

康 静* 冯 冲

（1 新乡医学院 生命科学技术学院，河南 新乡 453003；2 中州大学实验管理中心，河南 郑州 450044）

产油微生物油脂提取技术研究进程

康 静1* 冯 冲2

（1 新乡医学院 生命科学技术学院，河南 新乡 453003；2 中州大学实验管理中心，河南 郑州 450044）

生物柴油是一种来源广泛的可再生燃料资源，目前世界各国正掀起开发利用生物柴油资源的热潮，微生物油脂技术是缓解生物柴油规模化生产原料短缺的有效途径之一。本文重点介绍了国内外利用微生物生产油脂机制及油脂提取技术的研究进程。最后指出了能源微生物油脂研究未来发展方向。

产油微生物；油脂提取；展望

目前，世界各国经济发展都面临能源供应安全和生态环境保护的双重压力，为了实现能源、环境和经济的可持续协调发展，各国都在致力于再生能源的开发[1]。产油微生物能高效利用纤维素和半纤维素水解得到的碳水化合物来产生油脂，并且大部分微生物油脂可替代植物油脂生产生物柴油，缓解全球能源危机[2]。因此，微生物柴油的开发应用可能会成为未来主要的生物质能源。本文主要介绍了国内外利用微生物生产油脂机制及油脂提取技术的研究进程，最后指出了能源微生物油脂研究未来发展方向。

1 产油微生物

1.1 微生物产生油脂机制：微生物产生油脂的过程，与动植物产生油脂的过程十分相似，是从乙酰CoA羧化酶催化羧化的反应开始，然后经过多次链延长，或再经去饱和作用等一系列反应完成整个生化过程。在此过程中，有两个主要的催化酶，即乙酰CoA羧化酶和去饱和酶。其中乙酰CoA羧化酶催化脂肪酸合成的第一步，是第一个限速酶。乙酰CoA羧化酶是由多个亚基组成的复合酶，结构中有多个活性位点，该酶能够被乙酰CoA、ATP和生物素激活。微生物通过去饱和酶生成不饱和酸，称为脂肪酸氧化循环过程。以产脂酵母为例，粘红酵母油脂合成的机制可分为四个环节：乙酰CoA和3-磷酸甘油的形成；甲羟戊酸的合成，乙酰CoA形成脂酰CoA和鞘脂；以甲羟戊酸为前体合成甾醇、类胡萝卜素和碳水化合物；以乙酰CoA和3-磷酸甘油

1.2 产油微生物种类：油脂积累超过细胞总量20%的微生物称为产油微生物；从产油微生物中提取的油脂称为微生物油脂。细菌、酵母、霉菌、藻类均能产生油脂，但以酵母和霉菌为主[5]。

2 油脂的分离纯化方法

开展微生物油脂的研究，首先要进行油脂的提取和分析。目前，研究者常采用的油脂提取方法主要有索氏抽提法、有机溶剂浸提法、酸热法、酯交换法及超临界CO2萃取法等。

2.1 CO2超临界萃取法提取微生物油脂：超临界萃取是以一定的介质作萃取剂（目前使用较多的是CO2，当其处于临界温度和临界压力以上时，成为具有较好的流动、传质、传热和溶解性能的非凝缩性的高密度流体。但是超临界CO2萃取法需要专用设备，只适合规模化提取。

王莉娟[6]等采用超临界CO2装置萃取被孢霉油脂，确定了超临界萃取被孢霉油脂的最佳条件：压力20 MPa，时间120 min，温度40℃，原料粒度20～40目，油脂得率为46.08%。经检测，油脂成分为油酸54.2%，棕榈酸24.2%，亚油酸11.3%，γ-亚麻酸2.8%。

陈文利等[7]采用超临界CO2萃取技术提取被孢霉菌体油脂，确定的优化工艺条件为：温度32 ℃，压力13 MPa，时间70 min，甲醇10%。油脂得率为37.45%。

李丽娜[8]等为了提取微生物发酵液中的花生四烯酸，得到最佳的工艺条件为：温度32 ℃，压力16 MPa，时间101 min，花生四烯酸的提取率为45.7%。

2.2 酸热法提取微生物油脂。酸热法原理：首先用盐酸对菌体细胞壁进行处理，使原来结构紧密的细胞壁变得疏松，再经沸水浴及速冻处理使细胞壁进一步被破坏，然后用有机溶剂萃取出细胞中的油脂。孙晓璐[9]等研究了冻融破碎法、超声波破碎法、酸热法以及冻融和酸热结合法破碎发酵性丝孢酵母（Trichosporon ferm entans）细胞，并考察了乙醚-石油醚法和氯仿-甲醇法萃取细胞内油脂，实验结果表明，采用酸热法破碎细胞后以乙醚-石油醚作为萃取溶剂油脂提取效果较好，油脂得率高达29.8%。相对别的提取办法，酸热法提取细胞内的油脂，菌体无需干燥，操作时间短，一次可以处理大批样品，比较适合菌株快速筛选和条件优化时进行油脂含量分析。

2.3 酯交换法提取生物柴油：目前，国内外微生物油脂领域的研究大多集中于酯交换方法制备生物油脂，特别是催化剂的选择和新的催化反应体系等，至于生物油脂的后期精制处理，即如何从酯交换反应所得到生物油脂原料液中提取合格高纯度生物油脂的报道却相对较少。所以，研究和开发生物油脂精制的工艺具有十分重要的理论价值和实践价值[10]。

清华大学的柳杨，衣怀峰[11]等人以酯交换法制备的粗生物柴油为原料，通过采用柱层析进行精制纯化，然后分析产物的成分。结果表明：粗油脂经分离纯化后，纯度由原来的77.51%提高到93.87%，回收率也高达91.04%；红外光谱和磁共振的分析结果进一步验证此法能够有效地提高生物柴油的纯度，为工业化纯化生物柴油提供了依据。

西南民族大学曹耿，钟志春[12]等人研究了菜籽油毛油酯交换法制备生物柴油的优化工艺条件。最佳工艺条件为：温度60 ℃、催化剂用量1.9 wt%、醇油摩尔比7.9∶1、生物柴油的产率可达99%。

3 未来研究方向

目前针对产油微生物三酰甘油生物合成和代谢调控机制研究已取得了重要进展，接下来可利用现代生物技术，进行高产油微生物的菌株筛选，同时提高油脂的产量、积累速度及调控适合生产生物柴油的脂肪酸的积累。另外，利用现代化的发酵技术，采用先进的发酵工艺来提高产油率，降低成本。再者，继续提高微生物油脂提取纯化技术水平，为微生物油脂规模化生产奠定基础。

[1]Gerpen JV.Business management for biodiesol producers[R]. NREL Technical Report,NREL/SR-5 10 -36342,2004.

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[3]赵宗保,胡翠敏.能源微生物油脂技术进展[J].生物工程学报,2011, 27(3):427-435.

[4]易绍金,郑义平.产油微生物的研究及其应用[J].中外能源,2006, 11(2):90-94.

[5]宋安东,冯冲,王风芹,等.生物油脂高产菌株筛选方法研究[J].微生物学通报,2009,36(3):383-388.

[6]王莉娟,王卫卫,张前,等.超临界二氧化碳法萃取丝状真菌油脂及其成分测定[J].微生物学杂志,2009,29(5):95-99.

[7]陈文利,朱敏,余龙江,等.超临界CO2萃取被孢霉菌体油脂及花生四烯酸的研究[J].精细化工中间体,2003,33(1):34-37.

[8]李丽娜,于长青.超临界CO2萃取微生物油脂中ARA工艺条件的优化[J].中国粮油学报,2010,25(3):59-64.

[9]孙晓璐,孙玉梅,等.对产油脂酵母的细胞破碎方法及油脂提取效果的比较[J].河南工业大学学报,2007,28(5):259-262.

[10]Liu B,Zhao ZB.Biodiesel production by direct methanolysis of oleaginous microbial biomass[J].Chem Technol Blot,2007, 82(8):775-780.

[11]柳杨,衣怀峰.酯交换生物柴油的柱层析分离纯化与分析[J].光谱学与光谱分析版,2012,32(2):505-508.

[12]曹耿,钟志春.响应面法优化菜籽油毛油酯交换制备生物柴油生产工艺条件的实验研究[J].西南民族大学学报(自然科学版), 2013, 39(4),534-537.

R-1

A

1671-8194（2015）04-0051-02

新乡市经济社会发展重点科研项目（编号：ZG11011）为前体合成磷脂、二酰甘油、三酰甘油和磷脂酸。由此可见，乙酰CoA在酵母细胞内油脂合成的过程中起主导作用，而乙酰CoA的形成又受到AMP、氮源和异柠檬酸脱氢酶等诸多因素的影响[3-4]。