被孢霉发酵生产花生四烯酸的研究进展

微生物特别是被孢霉发酵生产花生四烯酸是国内外研究热点，该文对被孢霉产生菌的选育发酵菌种的代谢调控、花生四烯酸的分离、检测方法等进行了综述。     

高山被孢霉发酵生产花生四烯酸发酵条件优化

通过对一株高山被孢霉菌株（Mortierella alpina）发酵生产花生四烯酸（ARA）的摇瓶培养研究,以菌体干质量、出油率和ARA含量为标准,确定了其最佳发酵工艺条件。摇床实验确定的最佳培养条件为摇床转速180 r/min,培养基碳氮比为3.0,发酵温度为26 ℃,pH 值为6.2,发酵周期为5 d。在此发酵条件下,在10 L自动发酵罐进行放大发酵试验,菌体干质量、出油率和ARA含量分别高达45.4 g/L、24.1 g/L和49.6%。     

利用被孢霉发酵生产花生四烯酸工艺配方优化研究

利用高山被孢霉Mortierella alpina I49-N18发酵生产花生四烯酸。优化筛选出最适于高山被孢霉斜面培养、种子摇瓶培养以及摇瓶发酵培养的配方,稳定的培养基配方为后续发酵生产提供保障。通过培养基配方单因子试验分别对碳源、氮源、无机盐、氨基酸、植物油等原料的合适添加量进行初步确定,然后设计正交实验进行验证。考察初始葡萄糖浓度在高山被孢霉发酵生产花生四烯酸过程中对脂肪酸组分的影响,分析脂肪酸主要组分在发酵过程中的变化趋势。考察结果显示发酵培养基中补充添加800 1000mg/kg磷酸盐,添加600 1000mg/kg谷氨酸钠盐、添加0.04%0.12%植物油可以有效提高发酵生产花生四烯酸的产量。通过发酵工艺放大,在200m3发酵罐规模的发酵生产中得到应用,发酵产量得到大幅度提升,培养7d发酵生产花生四烯酸(ARA)的产量达到10g/L以上。     

高山被孢霉产花生四烯酸的发酵和老化工艺

高山被孢霉对于淀粉质原料具有优良的利用能力。采用经淀粉酶液化的玉米粉-豆粕培养基,研究了高山被孢霉在5 L容积机械搅拌罐液态发酵的主要参数,如搅拌转速和通气体积比对于高山被孢霉发酵产花生四烯酸的影响,得到最优的搅拌转速和通气体积比,分别为200 r/min和1∶1。研究发现,采用发酵罐培养5 d的菌丝体,最佳的老化温度和保温时间分别是20℃和5 d。本研究把谷物粗原料成功用于高山被孢霉发酵产花生四烯酸,经发酵罐优化和菌体老化后的花生四烯酸产量达到11.7 g/L,菌体老化可以在保持产量的同时缩短发酵周期,有效降低生产成本,有望实际用于花生四烯酸的工业化生产。     

高山被孢霉发酵生产花生四烯酸的优化

研究了高山被孢霉液态发酵产花生四烯酸过程中主要底物和培养条件对花生四烯酸产量的影响。采用单因素和正交试验设计优化了碳源、氮源、无机盐的种类及浓度,找出了最佳的培养温度和变温策略。试验结果显示最佳碳源和氮源及浓度是:玉米粉66 g/L,豆粕粉54 g/L;最佳无机盐配方是:KH_2PO_43 g/L,MgSO_41 g/L,Na_2SO_42 g/L。采取逐级变温培养:30℃(3 d),25℃(4 d),20℃(4 d)。优化后生物量和花生四烯酸产量分别达到52.3和13.6 g/L。     

高山被孢霉产花生四烯酸的代谢研究

研究了3个批次的高山被孢霉发酵产花生四烯酸(ARA)过程中,生物量、糖耗、氮耗、油脂含量和ARA含量的变化.结果表明,发酵7d的生物量(干重)为30.650 g/L,糖耗85.33％,氮耗78.81％,发酵液油脂含量17.142 g/L,ARA含量7.482 g/L.     

高山被孢霉发酵生产多不饱和脂肪酸的初步研究

高山被孢霉具有很强的脂肪合成能力,并可积累多种多不饱和脂肪酸,为进一步提高高山被孢霉多不饱和脂肪酸产量,对碳源、氮源等对高山被孢霉菌体生长和多不饱和脂肪酸(PUFA)生产的影响进行分析。研究结果表明:甘油可以作为葡萄糖的替代物用于高山被孢霉工业化发酵生产多不饱和脂肪酸;当脱脂豆粉与硝酸钾的比例为2∶1时,此时菌体形态最利于脂肪酸生产,脂肪酸和花生四烯酸的产量分别为11.20g/L和5.89g/L,花生四烯酸的产量提高了4.0倍。      

高山被孢霉突变株产花生四烯酸培养条件的研究

为了研究高山被孢霉突变株12-2-2产花生四烯酸(ARA)的培养条件,选取温度、p H、摇床转速和培养时间为4个影响因素,以生物量、油脂产量和ARA产量为综合评价指标,进行单因素实验和正交实验。结果表明,影响高山被孢霉突变株12-2-2产ARA的因素主次顺序为:温度﹥培养时间﹥摇床转速﹥p H;最优培养条件为:温度26℃,培养时间7 d,摇床转速160 r/min,p H 8。在最优培养条件下,高山被孢霉突变株12-2-2的生物量为32.31 g/L,油脂产量为12.98 g/L,ARA产量为5.12 g/L。     

气升式反应器中高山被孢霉发酵生产花生四烯酸过程的动态温度控制研究

在利用高山被孢霉发酵生产花生四烯酸(Arachidonic Acid,ARA)过程中,考察了不同规模和培养环境下,单一以及动态温度控制对菌体生长和ARA合成的影响。结果表明:相对于机械搅拌罐,利用气升式反应器发酵生产ARA具有明显优势。同时,较高温度(25℃)有利于高山被孢霉菌体生长,而较低温度(16℃)有利于ARA合成。在此基础上进行动态控温发酵,即起始发酵温度25℃,72h后以每12h下降1.5℃至16℃,然后保持16℃至发酵结束。采用此控制策略,ARA产量达到4.7g/L,与单一温度(25℃)控制相比提高了38.2%。      

高产花生四烯酸的高山被孢霉突变株的选育

为获得高产花生四烯酸的高山被孢霉突变株,利用~(60)Co-γ射线对实验室保藏的高山被孢霉M12进行辐照诱变育种。在辐照剂量为1、2和3 kGy时,致死率分别为73.6%、80.6%和93.8%。以生物量、含油率和花生四烯酸产量为综合评价指标,经初筛和复筛,选育出了一株M12-2-2突变株。经摇瓶发酵,该突变株的生物量为30.73 g/L,含油率为40.51%,ARA产量为4.75 g/L,其ARA产量比出发株提高了1.65倍。经十代传接培养后,该突变株的遗传性能稳定。     

利用乙醇胁迫作用提高花生四烯酸产量

利用乙醇胁迫作用提高花生四烯酸(AA)产量。探讨了乙醇加入时间及加入量,并通过发酵后期降低转速延长了乙醇胁迫作用时间,确定了降低转速的时间点。结果表明,发酵5d后添加4%的乙醇,并在5.5d后降低转速减少机械力所带来的对发酵后期菌丝体的破坏作用,最终将AA产量从10.6g/L提高到17.6g/L。     

利用响应面分析法优化高山被孢霉M E - 1 生产花生四烯酸培养基成分研究

在利用高山被孢霉ME-1 生产花生四烯酸(ARA)过程中,采用响应面分析法,对摇瓶中的培养基成分进行优化。建立了两个标准的多项式模型：在长达6.5d 发酵过程中,当葡萄糖、酵母膏、KH2PO4 和NaNO3 浓度分别为90.16、12.50、3.80 和3.54g/L 时,生物量将到最大,约36.86g/L;当葡萄糖、酵母膏、KH2PO4 和NaNO3浓度分别为103.16、11.66、3.80 和3.43g/L 时,AA 产量将到最大,约9.65g/L。预测值通过实验得到了充分的证实,预测值和实验结果相关性很好。发酵罐实验结果表明,在高山被孢霉ME-1 大规模发酵生产过程中,对培养基进行优化,将同时引起生物量(发酵5d,约34.21 ± 1.01g/L)和AA 产量(发酵6d,约9.86 ± 0.45g/L)的增加。     

菌丝体老化对被孢霉菌产花生四烯酸的影响

报道了花生四烯酸生产菌被孢霉菌菌丝体老化对产花生四烯酸的影响。研究结果表明：不同培养时间的菌丝（３ｄ—７ｄ）在室温下老化１５ｄ，菌丝体中总脂含量由１８％—３０％上升至３６％—４１％；菌丝体中ＡＡ含量由１．１％—２．６％上升至２．６％—３．７％。但菌丝体油脂中ＡＡ含量在老化过程中没有显著变化。不同老化温度（５℃—２５℃）对菌丝体中ＡＡ含量没有显著影响。     

高产花生四烯酸高山被孢霉的诱变育种研究

通过菌种选育获得具有优良产脂性能的菌株是实现微生物油脂工业化生产的重要前提。利用实验室前期构建的产油丝状真菌快速筛选技术,以前期筛选获得的一株性状优良的高山被孢霉TSM-3为出发菌株,通过常压室温等离子体(ARTP)诱变方法得到能够稳定遗传的高产突变菌株TSM-3-1,其油脂产量和花生四烯酸(AA)产量分别达到5.07 g/L和1.55 g/L,与出发菌株相比分别提高了47.81%和84.52%。将产油丝状真菌快速筛选技术与诱变育种相结合,提高了目标菌株筛选效率并强化了野生型菌株油脂合成能力,为产油丝状真菌菌种选育提供了新颖的研究思路及方法。     

被孢霉产γ-亚麻酸的补料工艺研究

γ－亚麻酸野生生产株的孢子经紫外诱变后，筛得一高产γ－亚麻酸的突变株，分别以基本培养基和优化培养基对其进行培养，发酵终点时基本培养基上的菌体量和油脂量以及γ－亚麻酸含量分别是２６．１、１０．２、０．８１ｇ／Ｌ；优化培养基上是４６．７、２２．４、１．７８ｇ／Ｌ。对这两种培养基的发酵进行补料，发现在基本培养基上补料的最适时间是第４８ｈ，发酵所得菌体量和油脂量及γ－亚麻酸含量分别是２９．９、１３．０、１．０２ｇ／Ｌ；优化培养基上补料的最适时间是第９０ｈ，发酵所得菌体量和油脂量及γ－亚麻酸含量分别是４９．９、２３．８、１．９２ｇ／Ｌ。通过比较两种培养基上的补料效果，发现在基本培养基上补料优于在优化培养基上补料。     

碳氮比（C/N）对高山被孢霉中花生四烯酸积累的影响

为探究氮源及碳氮比（C/N）对高山被孢霉（Mortierella alpina）中花生四烯酸（ARA）积累的影响,选取无机氮硝酸钠和有机氮尿素为氮源,分别于高、中、低C/N条件下（C/N为40∶ 1、20∶ 1和10∶ 1）进行M.alpina发酵实验。分析发酵过程中菌体生物量（DCW）、发酵液残C量、发酵液残N量的变化,并通过气相色谱质谱联用技术（GC-MS）检测菌体中脂肪酸组分及其含量的动态变化,同时对各分析指标间进行了Pearson相关性分析。结果表明,以硝酸钠为氮源,高C/N条件下所获DCW更高（6.42 g/L）,为低C/N条件下的2.3倍,且高C/N条件下ARA产量也更高（0.21 g/L）,高C/N条件下ARA产量与DCW和N消耗量呈显著正相关。以尿素为氮源,低C/N条件下获得较高的DCW（18.2 g/L）,但因低C/N条件下菌体中ARA含量较低,故ARA产量不高;且相同C/N条件下,DCW和ARA产量远高于以硝酸钠为氮源的;不同C/N条件下,ARA产量与DCW、C消耗量、N消耗量和总脂肪酸含量均呈显著正相关。综上所述,有机氮比无机氮更有利于M.alpina菌体的生长和ARA的积累,且尿素的中C/N条件更有利于提高ARA的产量（0.99 g/L）。