不飽和脂肪酸（如DHA，EPA，ARA， -7等）是重要的功能性高值脂肪酸，在醫(yī)藥、營養(yǎng)食品、保健品以及飼料領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。目前我國僅食用油脂的消費(fèi)量就達(dá)3500萬噸左右，但這些油脂中的功能性高級(jí)不飽和脂肪酸含量極低。隨著我國全民大健康戰(zhàn)略的實(shí)施，通過提高我國食用油脂中不飽和脂肪酸的品質(zhì)和含量來預(yù)防和控制高血壓、高血脂、脂肪肝、動(dòng)脈粥樣硬化等心腦血管疾病已成為我國全民大健康戰(zhàn)略下食物與營養(yǎng)發(fā)展的重要目標(biāo)。
利用微藻培養(yǎng)或微生物發(fā)酵是這些高值脂肪酸生產(chǎn)的主要途徑。但微藻光合培養(yǎng)產(chǎn)率低、不易規(guī)模化，而利用葡萄糖的微生物發(fā)酵生產(chǎn)，葡萄糖的油脂得率不高導(dǎo)致這些高值不飽和脂肪酸生產(chǎn)糖耗大、成本高。那么能不能利用生物工程的方法，將傳統(tǒng)食用油、動(dòng)物脂肪甚至廢棄餐飲油等低值脂肪酸和油脂轉(zhuǎn)化成為高值不飽和脂肪酸及油脂呢？
青島能源所劉天中研究員帶領(lǐng)的微藻生物技術(shù)研究組長期致力微藻/微生物油脂的生物合成研究。近日，該研究組在產(chǎn)油黃絲藻的異養(yǎng)發(fā)酵研究中，發(fā)現(xiàn)黃絲藻可以吸收利用外源添加的各類脂肪酸作為其胞內(nèi)脂肪酸合成的前體，通過去飽和及碳鏈延長，轉(zhuǎn)化成為各種飽和與不飽和脂肪酸，從而顯著提升了異養(yǎng)黃絲藻的油脂含量和不飽和脂肪酸的產(chǎn)率。當(dāng)外源添加肉豆寇酸（myristic acid, C14:0）時(shí)，通過多尺度發(fā)酵調(diào)控優(yōu)化，異養(yǎng)黃絲藻細(xì)胞油脂含量從20%左右提高到接近50%，其中外源添加的肉豆寇酸有30%被藻細(xì)胞轉(zhuǎn)化成了 -7、EPA、DHA等。當(dāng)外源添加豆油（soybean oil）時(shí), 也可以產(chǎn)生類似的轉(zhuǎn)化效果。研究組近期還將該策略用于其他產(chǎn)油微藻如小球藻、柵藻等的異養(yǎng)發(fā)酵中，均較大幅度提高了其油脂含量和目標(biāo)脂肪酸的產(chǎn)率。
該研究成果近期發(fā)表在生化工程領(lǐng)域的知名期刊Biotechnology and Bioengineering《生物技術(shù)與生物工程》上。利用該技術(shù)有望為我國大量的廢棄餐飲油脂的高值化利用提供新途徑，并大幅度降低高值脂肪酸的生產(chǎn)成本。
該工作主要由周文俊副研究員完成，劉天中研究員為通訊作者。以上工作得到了國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金、青島能源所-大連化物所聯(lián)合基金等項(xiàng)目的資助。
圖1 異養(yǎng)黃絲藻對外源脂肪酸的全細(xì)胞催化轉(zhuǎn)化作用
圖2 利用微藻、酵母等微生物將低值脂質(zhì)轉(zhuǎn)化成為高值脂質(zhì)的全細(xì)胞催化策略
Zhou, W., Ji, X., Zheng, L., Yang, G., & Liu, T. (2022). Producing high value unsaturated fatty acid by whole‐cell catalysis using microalga: A case study with Tribonema minus. Biotechnology and Bioengineering, 1–12.
