[发明专利]采用木质纤维素生产富含多不饱和脂肪酸油脂的方法

说明书

针对现有技术所存在的问题，本发明提供了以木质纤维素类农林废弃物为原料发酵高山被孢霉制备富含多不饱和脂肪酸的油脂的工艺。所述工艺包括预处理、糖化、高山被孢霉发酵和油脂提取等步骤。本发明中高山被孢霉的发酵阶段采用温度逐级降低的方法，可以显著提高ARA产量，降低饱和脂肪酸在油脂中的比例，ARA占总油脂比例可达48％。与现有技术相比，本发明所述工艺采用了采用基于产纤维小体细菌的纤维素酶制剂实现木质纤维素的糖化，显著降低了碳源成本和糖化阶段的用酶成本，纤维素糖化效率为80％‑90％。此外，木质纤维素糖化阶段培养基与发酵培养基可循环使用，可以显著节水和减少化学品使用，具有减少废水排放和降低成本的显著效果。

技术领域

本发明涉及微生物发酵工程领域，具体涉及一种利用木质纤维素原料培养高山被孢霉生产富含花生四烯酸等多不饱和脂肪酸的油脂的方法。

背景技术

高山被孢霉(Mortierella alapina)是结合菌纲毛霉目被孢霉科被孢霉属丝状真菌，广泛分布于土壤、粪便及其他腐败的有机物质中，是目前产花生四烯酸的真菌中唯一具有正式安全性评估的菌种(GRAS)。由于能积累相当比例的花生四烯酸(Arachidonic Acid,简称ARA或AA)，与同属于被孢霉属的深黄被孢霉受到广泛关注，是公认的花生四烯酸生产优良菌株。花生四烯酸(Arachidonic Acid,简称ARA或AA)是一种人体必需的Ω-6长链多不饱和脂肪酸，必须从膳食中获取。花生四烯酸是构成神经组织的重要结构脂成分，具有帮助神经系统信息传递、提高记忆力和视力等功能，尤其是可以促进婴幼儿神经发育和视力发育。花生四烯酸也是人体内众多二十碳衍生物(如：白三烯、前列腺素和前列环素等)的前体物质。此外，花生四烯酸的代谢产物在预防和治疗肿瘤方面也具有广泛的应用前景。

除了能积累花生四烯酸外，高山被孢霉还能积累亚油酸(LA)、亚麻酸(GLA)、二十碳五烯酸(EPA)等多不饱和脂肪酸。二十碳四烯酸也是一种重要的人体必需多不饱和脂肪酸。二十碳五烯酸(Eicosapentaenoic Acid，简称EPA)，是人体必需的Ω-3脂肪酸之一。已经证实，适量摄取EPA对治疗冠状动脉心脏病、高血压和炎症(例如风湿性关节炎)有效。鉴于花生四烯酸和二十碳五烯酸对人的神经和心血管方面等的重要作用，成年人尤其是中老年人适量补充将大有益处。然而，现有的高山被胞霉的发酵方法都是以玉米淀粉来源的葡萄糖作为主要碳源(如专利CN201510062057、CN201410222240、CN201310577448等)，因此葡萄糖的供给和原料成本是影响ARA和EPA产能和经济性的主要限制因素。因此，开发低成本新型碳源以及配套的生物制备技术具有必要性和广阔的应用前景。

木质纤维素是一类供应丰富且环境友好的可再生生物质，包括秸秆、废纸浆、稻壳、酒糟等农林废弃物。木质纤维素主要由纤维素、半纤维素和木质素三大部分组成。其中，纤维素是由葡萄糖组成的。因此，木质纤维素生物质是潜在的廉价葡萄糖原料，发展以木质纤维素原料为底物的葡萄糖酸钠的生产方法，可以显著降低ARA等多不饱和脂肪酸的生产成本，并同时解决农林废弃物的综合利用问题。

目前，木质纤维素制备多不饱和脂肪酸技术中，一般都是采用真菌来源的纤维素酶。例如，发明专利2013105714130采用真菌来源的纤维素酶、半乳糖苷酶和果胶酶对预处理后的秸秆进行水解，再利用水解液进行多不饱和脂肪酸的发酵生产。发明专利申请200910251734.6公开了“一种生产含有花生四烯酸的微生物油脂的方法”。该申请采用低能离子束诱变的方法，诱变筛选出可以高效利用木糖的高山被孢霉，以葡萄糖和木糖的混合糖作为碳源发酵生产富含花生四烯酸的微生物油脂。该发明采用廉价的木质纤维素水解糖中的木糖为发酵底物，经产油微生物转化获取油脂，将显著降低微生物油脂生产成本。然而，该申请的核心是诱变改良高山被孢霉菌株，且并未公开如何得到木质纤维素水解糖；基于充分公开的原则，推断其采用的是现有技术中的商业化的真菌来源的纤维素酶。