[发明专利]以菊芋为原料的产油微生物生产微生物油脂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及含油微生物培养及微生物油脂生产技术领域，具体的说，涉及 以菊粉为原料、限磷/硫调控结合两阶段法培养含油微生物并利用该类微生物生 产微生物油脂的方法。

背景技术

微生物油脂(microbialoil)又称单细胞油脂(singlecelloil,SCO)，是由酵母、 霉菌、细菌和藻类等产油微生物利用碳水化合物、碳氢化合物和普通油脂为碳 源、氮源、辅以无机盐在一定条件下生产的油脂。相对于动植物油脂，微生物 油脂生产周期短，不受季节与气候限制，原料来源广，基本不占用额外耕地资 源，易于实现规模生产，被认为是很有潜力的新型油脂资源。因此，微生物油 脂不仅可能作为食用油或其它功能性油脂的替代品，还可能在可再生液体燃料 生物柴油产业发展中发挥重要作用。

产油微生物油脂积累过程是一个高度依赖生长环境的生物过程，尤其是营 养可得性。早期研究表明，产油微生物在培养基中的碳源过量而其它营养元素 不足的条件下能将多余的碳源储存为胞内油脂，这些限制性营养元素包括氮、 磷、锌、铁和镁等。至今为止，氮源限制是促发微生物积累油脂的最普遍手 段，通常采用较高的C/N比来实现。如当培养基中的C/N比从83.5上升到133.5 时，深黄被孢霉的油脂含量从原来的50.0％增加到56.0％；刺孢小克银汉霉 (Cunninghamellaechinulata)的油脂含量从36.0％增加到47.0％(PapanikolaouS., etal.JournalofAppliedMicrobiology,2004,97(4):867-875.)。此外，也有人尝试 采用磷元素限制或者硫元素限制等方式，提高微生物积累油脂的能力。例如吴 思国等在研究圆红冬孢酵母积累油新方法，采用磷元素限制的方式，调控微生 物油脂的含量，结果表明，当C/P从72上升到9552时微生物油脂的含量从 21.2％上升到62.1％；采用硫元素限制方式能够取得类似结果，当C/S从150上 升到18310时微生物油脂的含量从20.8％到55.8％。天然原料往往都富含氮，由 于脱氮比脱磷或者脱硫的难度更大、成本更高，因此采用磷元素限制和硫元素 限制替代氮元素限制，不失为一种行之有效的调控微生物油脂积累的方式。

菊芋又名洋姜、鬼子姜，适于生长在滩涂地、盐碱地；产量大，其块茎干 物质亩产可达1.2吨，茎叶干重1.3吨以上，超过玉米和小麦的生物量单产水 平。菊芋块茎中菊粉含量很高，可占湿重的20％左右、干重的80％左右，而菊 粉为多聚果糖，易于转化为可发酵的果糖，可直接被微生物利用。因此，采用 菊芋为微生物发酵原料生产生物柴油，可实现不与粮挣地，又符合我国生物柴 油发展的产业政策。然而，菊芋应用于微生物油脂生产面临含氮量过高、菌体 生长缓慢、目标产物得率不高等问题，不利于大规模工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于，开发一种以菊芋为原料的产油微生物培养方法，该方 法可以提高菌体油脂积累速度，实现油脂的高效合成；解决菊芋原料除氮元素 困难，无法采用限氮调控积累油脂的问题，进一步提高油脂生产强度和底物转 化率，实现培养原料的有效利用，降低生产成本，改善微生物油脂发酵技术经 济性的目的，实现大规模工业化生产。

为达到上述目的，本发明提供了一种以菊芋为原料的产油微生物生产微生 物油脂的方法，包括如下步骤：

S1、制备菊芋水解液：将菊粉与水按质量比1:1～10混合，采用3mol/L盐酸 调节pH至1～4；饱和蒸汽下水解10～40min，调节pH至中性，得到菊芋水解液；

S2、制备种子培养基：取步骤S1制得的菊芋水解液的二分之一，添加氮源 至1～20g/L，添加磷酸二氢钾至1.0g/L，添加MgSO₄·7H₂O至0.5g/L，灭菌，得 到微生物的种子培养基；

S3、菌体增殖培养：以10％(V/V)接种量接入产油微生物种子液 (OD_600nm＝1～10)于步骤S1制得的种子培养基中，在20～40℃、转速为 40～800rpm条件下，通气培养12～96h，离心分离，收集菌体，即为增殖后的产 油微生物菌体；

上述菌体增殖培养过程在摇床里进行，摇床的转速为40～800rpm；