DHA工藝產(chǎn)業(yè)化研究

劉官軍 張興燦 朱維忠

（山東魯抗醫(yī)藥股份有限公司，山東 濟寧 272021）

DHA，又稱“腦黃金”，全名二十二碳六烯酸，是一種多元不飽和脂肪酸，人體自身難以合成，必須從外界攝取。DHA屬于人體必需脂肪酸之一，有重要的生理調(diào)節(jié)功能和保健作用，缺乏時可引發(fā)一系列癥狀，包括生長發(fā)育遲緩、皮膚異常、鱗屑、不育、智力障礙等，另外還對心血管疾病有特殊預(yù)防和治療效果。有關(guān)研究還表明,DHA能作用于許多不同類型的組織和細(xì)胞,具有抑制炎癥及免疫的作用,包括減少炎癥因子的產(chǎn)生,抑制淋巴細(xì)胞增殖等，DHA還具有預(yù)防老年癡呆癥、神經(jīng)性疾病的功效。

利用微生物的生物合成能力，尤其是合成ω-3多元不飽和脂肪酸的能力，進行ω-3多元不飽和脂肪酸商業(yè)化生產(chǎn)，被視為大有發(fā)展前景的DHA來源。因此，美日等發(fā)達(dá)國家紛紛對微生物發(fā)酵生產(chǎn)DHA進行研究，取得了很大的進展。

迄今為止DHA生產(chǎn)菌最有希望的來源主要集中于海生異養(yǎng)微藻和破囊壺菌、裂殖壺菌等海生真菌，在它們體內(nèi)DHA以甘油三酯形式存在，與魚油中DHA的存在形式完全一致。Bajpai等發(fā)現(xiàn)破囊壺菌ATCC34304總脂肪酸中50%均為DHA，在含2.5%淀粉的培養(yǎng)基上光照培養(yǎng)，其DHA產(chǎn)量達(dá)到511mg/L；Iida等對培養(yǎng)基進行了優(yōu)化后破囊壺菌細(xì)胞產(chǎn)量達(dá)到5.7g/L；Li Zuyi等則發(fā)現(xiàn)破囊壺菌ATCC28210在培養(yǎng)基中有更分散的形態(tài)，在初步優(yōu)化培養(yǎng)基條件后，ATCC28210最高DHA產(chǎn)量達(dá)到850mg/L；Nakahara等從Yap島珊瑚礁區(qū)域分出的一株破囊壺菌SR21無論是DHA產(chǎn)量或生產(chǎn)率都很高，5d發(fā)酵生物量和DHA產(chǎn)量分別達(dá)到59.2g/L和15.5g/L，這是迄今為止已報道的利用微生物生產(chǎn)DHA的最高值。最早將裂殖壺菌應(yīng)用于商業(yè)化生產(chǎn)的是美國的Omega生物技術(shù)公司。早在1991年，該公司就研究出了一套裂殖壺菌的培養(yǎng)工藝，培養(yǎng)48h后，菌體的生物量可達(dá)20g/L，DHA達(dá)細(xì)胞干重的10%。10多年前，Market生物科技收購了Omega生物技術(shù)公司，并已成功篩選出異養(yǎng)微藻培養(yǎng)生產(chǎn)富含DHA的菌種，并在培養(yǎng)條件上進行了深入探索，DHA產(chǎn)量提升到40～45g/L。

總之，近年來利用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)DHA的研究已經(jīng)取得了重大進展，國外已有商業(yè)化生產(chǎn)的成功先例，我國目前這方面的工作則剛起步，所進行的工作主要集中在以下幾個方面：（1）從海洋生物群中繼續(xù)篩選DHA含量高，且易于分離提純的海洋真菌、細(xì)菌和微藻；（2）對現(xiàn)有的幾種高產(chǎn)DHA的微生物繼續(xù)進行誘變等改造，以提高其生產(chǎn)能力，通過借鑒王菊芳[1]研究碳氮比對隱甲藻（Crypthecodinium cohnii）的DHA含量的影響，以及當(dāng)Nitzschia closterium培養(yǎng)溫度從10℃升高到 25℃時，DHA 含量從 8.3%下降到 6.5%[2]，對現(xiàn)有發(fā)酵工藝和反應(yīng)器進行改進；（3）研究DHA的濃縮提純技術(shù)。隨著基因工程等現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，對海洋微生物進行基因改造、篩選，發(fā)酵工藝技術(shù)和下游分離提純技術(shù)的改進，作為利用魚油生產(chǎn)DHA的替代方法的微生物發(fā)酵法生產(chǎn)DHA也已獲得巨大進步。

我們的DHA工藝產(chǎn)業(yè)化研究主要集中于以下幾個方面：

1）技術(shù)路線：用DHA高產(chǎn)菌株裂殖壺菌，采用廉價的發(fā)酵培養(yǎng)基碳源、氮源等，利用代謝控制法實現(xiàn)裂殖壺菌的高密度培養(yǎng)的同時提高總脂肪含量及DHA含量，然后選擇合適方法進行提取，最大效率地節(jié)能減排，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，如下圖所示：

圖1

2）通過自控罐研究不同底物流加、溶氧、pH等的變化對細(xì)胞生長、油脂和DHA積累的影響，探索發(fā)酵生產(chǎn)工藝，以實現(xiàn)該菌株的高密度培養(yǎng)；

3）在自控罐上研究不同碳氮比對發(fā)酵干重和DHA含量的影響；

4）利用發(fā)酵放大技術(shù)，將DHA種子罐生產(chǎn)工藝進行逐級放大，進行800L，2.5T，8T種子罐放大研究，對種子罐控制工藝如通氣量，培養(yǎng)溫度，攪拌速度等進行深入研究，摸索最佳的種子罐工藝；

5）利用發(fā)酵放大技術(shù)，將DHA發(fā)酵罐生產(chǎn)工藝進行逐級放大，通過36T發(fā)酵罐放大研究，對發(fā)酵罐控制工藝如通氣量，培養(yǎng)溫度，攪拌速度，補糖量等進行深入研究，摸索最佳的發(fā)酵工藝，實現(xiàn)裂殖壺菌的高密度培養(yǎng)，并且在菌體密度高的同時保證較高的總脂肪含量，在菌體密度、總脂肪含量高的同時保證DHA的高含量；

6）對DHA的提取工藝進行研究，進行酸法破壁提取、高壓破壁提取、酶法破壁提取對比試驗。通過比較，選擇合適的酶法破壁制備毛油，DHA含量達(dá)到45%以上，比國標(biāo)高約10個百分點，質(zhì)量具有明顯優(yōu)勢；

7）毛油進行精制，得到DHA精油，質(zhì)量符號GB26400-2011。

DHA產(chǎn)品有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域：（1）在人類的高級營養(yǎng)保健品和食品領(lǐng)域，目前比較普遍應(yīng)用在嬰幼兒、孕婦及其他成人奶粉制品中。（2）在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的飼料添加劑領(lǐng)域。（3）在畜禽和家畜工業(yè)的飼料添加劑領(lǐng)域。（4）在寵物飼料添加領(lǐng)域。（5）日本萊新藥公司制成無魚腥味且容易飲用的DHA保健營養(yǎng)飲料。（6）將魚油精制后制成化學(xué)性能穩(wěn)定的DHA粉末?？蓪⒃摦a(chǎn)品直接添加到人造奶油、蛋黃醬、冰淇淋和面包等功能性食品中去。（7）目前，國際上已開發(fā)出了DHA和EPA嬰兒奶粉、DHA飲料、富含DHA和EPA的雞蛋、香腸、罐頭等多種食品。（8）日本相模中央化學(xué)研究所和洼田味增醬油公司共同研究開發(fā)出含DHA成份的醬油新產(chǎn)品。另外，如中糧集團和益海嘉里集團，成功開發(fā)了DHA食用油。

DHA市場潛力巨大，估計全球在市場開發(fā)階段每年需求DHA量為10萬噸，市場總價值在300-800億美元。蒙牛含DHA未來星奶2009年產(chǎn)值達(dá)到20億，2010年達(dá)到35億，而中國兒童乳制品市場容量達(dá)150億以上，微藻DHA奶制品將在中國有很大的發(fā)展。目前，國內(nèi)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的餌料及餌料DHA飼料添加劑年需求量1000噸以上，今后幾年的需求量可達(dá)3000噸以上，年產(chǎn)值達(dá)50億元。由于微藻DHA對維持健康的重要性以及醫(yī)學(xué)上良好的療效，使它一躍而成為一種新型營養(yǎng)品、保健品、療效食品，目前國內(nèi)保健品行業(yè)的DHA相關(guān)產(chǎn)品的年產(chǎn)值達(dá)100億元。日本已把高含量DHA微藻確定為21世紀(jì)的智能食品加以開發(fā)應(yīng)用，也是唯一得到美國食品與藥物管理局(FDA)認(rèn)可的兒童DHA補充劑來源。

［1］王菊芳.碳氮比對隱甲藻（Crypthetodinium cohnii）總脂及 DHA含量的影響[J].華南理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版.

［2］Renaud S M.Effect of temperture on the growth，totai iipid ，content and fatty acid .Composition of recentiy isoiated tropicai.Microaigae Isochrysis sp.et ai[J].Journai of Appiied Phycoiogy，1995,7：595-602.