[发明专利]一种酵母菌的高密度发酵及十六碳烯酸提取方法

说明书

本发明涉及一种酵母菌的高密度发酵及十六碳烯酸提取方法。本发明提供了一种酿酒酵母的高密度发酵方法，通过调节有机碳源的补加方式，实现了菌株的高密度发酵，同时提高了油脂积累中十六碳烯酸的比例，有利于获得经济价值更高的油脂产品。进一步的，本发明还提供了一种从上述高密度发酵的酿酒酵母中提取分离十六碳烯酸的方式，通过酶解及酯类有机试剂提取，可以实现较高的油脂提取率。本发明提供的发酵方法和十六碳烯酸提取方法设备成本低，工艺方法简单易行，有利于应用于十六碳烯酸油脂的工业化生产，具有良好的实际生产应用价值。

技术领域

本发明属于生物油脂发酵技术领域，具体涉及一种酿酒酵母的高密度发酵方法，基于该发酵方法在十六碳烯酸生产领域的应用及基于该酿酒酵母提取分离十六碳烯酸的提取方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

十六碳烯酸(也即棕榈油酸，C16:1)是一种在自然界中十分珍稀的ω-7单不饱和脂肪酸。经诸多研究证实，十六碳烯酸对一些慢性疾病如代谢综合症、II型糖尿病和炎症具有良好的预防和治疗作用，已经引起人们的广泛关注，并被开发成医药制剂在欧美等一些国家上市，但这些产品的生产原料通常主要来自难以商业化养殖或种植的野生动植物资源，如深海鱼、沙棘、澳洲坚果等，这些野生资源数量极为有限，难以满足市场的需求。酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)是一类安全无害的真核微生物，其主要被用于酿造业和食品加工行业，同时其也是基础与应用研究的主要对象，在食品、医药、饲料、化工等领域应用广泛。酿酒酵母细胞的油脂中含有较高比例的十六碳烯酸，因此其在十六碳烯酸的工业化生产领域具有非常良好的应用前景。但是，通常情况下酿酒酵母的细胞自身并不能大量积累油脂，其油脂含量通常只有细胞干重的5％左右，即使在较常使用的缺氮等产油培养基中诱导培养，其油脂含量也很少超过细胞自身干重的20％，难以满足工业生产的需求，现有研究中对酿酒酵母产油特性的研究较少，而对酿酒酵母细胞中油脂的提取、浓缩以及粗油脂的制备等工艺的研究更是处于完全空白的状态。酿酒酵母产油难度大的原因在于：在发酵培养过程中优先将有机碳源转化成生物量和乙醇而不是进行油脂积累。以酿酒酵母作为油脂生产的工程菌，有机碳源的油脂转化率(也即碳源-油脂得率)很低，单位重量油脂的糖耗高，后期提取分离难度大。上述因素都显著提高了利用酿酒酵母生产富含十六碳烯酸油脂的成本。目前，通过培养基的优化，特别是控制碳氮比等来提高酿酒酵母的油脂含量是最为常用的方法。有文献报道通过响应面法实验对酿酒酵母的培养基进行优化，发酵培养4天后的酿酒酵母油脂含量最高可达14.55％，比培养基优化前有一定程度的提高。尽管如此，这一油脂含量与其他的典型产油微生物(如解脂耶氏酵母、油脂酵母、红酵母等)相比，还有非常大的差距，基本不具有生产应用价值。现有研究还报道了高碳氮比诱导培养酿酒酵母的培养方式，在高有机碳浓度(50g/L)低氮浓度(5mM)的培养基中发酵培养酿酒酵母，其油脂含量可提高到细胞干重的20％。

发明人认为，现有研究结果表明高碳氮比的油脂诱导培养方式对酿酒酵母细胞内油脂积累的促进作用仍然是极为有限的，根本无法满足工业化生产油脂的要求(例如，一般的产油作物和产油微生物的油含量在40％左右，如果低于这一值则认为其产油性价比不高，不适宜用于油脂的生产)。同时，高碳氮比往往会限制微生物的快速生长，导致酿酒酵母发酵液中菌体的生物量(即细胞密度)大幅降低，并使发酵时间延长，造成发酵设备的生产效率和产能降低，且发酵液的进一步浓缩难度也会加大，浓缩成本大幅提高。

发明内容

基于上述技术背景，本发明主要目的在于通过微生物发酵实现十六碳烯酸的制备。针对现有酵母菌发酵油脂存在的缺陷，本发明设计首先通过改善培养方式实现微生物的高密度发酵、提高产能。

因此，本发明第一方面，提供一种酵母菌的高密度发酵方法，所述发酵采用有机碳源，补加方式如下：