DHA工艺产业化研究

【摘 要】DHA市场潜力巨大，估计全球在市场开发阶段每年需求DHA量为10万吨，通过微生物发酵法生产高品质的DHA产品具有较大的生产优势。

【关键词】DHA；裂殖壶菌；产业化

DHA，又称“脑黄金”，全名二十二碳六烯酸，是一种多元不饱和脂肪酸，人体自身难以合成，必须从外界摄取。DHA属于人体必需脂肪酸之一，有重要的生理调节功能和保健作用，缺乏时可引发一系列症状，包括生长发育迟缓、皮肤异常、鳞屑、不育、智力障碍等，另外还对心血管疾病有特殊预防和治疗效果。有关研究还表明，DHA能作用于许多不同类型的组织和细胞，具有抑制炎症及免疫的作用，包括减少炎症因子的产生，抑制淋巴细胞增殖等，DHA还具有预防老年痴呆症、神经性疾病的功效。

利用微生物的生物合成能力，尤其是合成ω-3多元不饱和脂肪酸的能力，进行ω-3多元不饱和脂肪酸商业化生产，被视为大有发展前景的DHA来源。因此，美日等发达国家纷纷对微生物发酵生产DHA进行研究，取得了很大的进展。

迄今为止DHA生产菌最有希望的来源主要集中于海生异养微藻和破囊壶菌、裂殖壶菌等海生真菌，在它们体内DHA以甘油三酯形式存在，与鱼油中DHA的存在形式完全一致。Bajpai等发现破囊壶菌ATCC34304总脂肪酸中50%均为DHA，在含2.5%淀粉的培养基上光照培养，其DHA产量达到511mg/L；Iida等对培养基进行了优化后破囊壶菌细胞产量达到5.7g/L；Li Zuyi等则发现破囊壶菌ATCC28210在培养基中有更分散的形态，在初步优化培养基条件后，ATCC28210最高DHA产量达到850mg/L；Nakahara等从Yap岛珊瑚礁区域分出的一株破囊壶菌SR21无论是DHA产量或生产率都很高，5d发酵生物量和DHA产量分别达到59.2g/L和15.5g/L，这是迄今为止已报道的利用微生物生产DHA的最高值。最早将裂殖壶菌应用于商业化生产的是美国的Omega生物技术公司。早在1991年，该公司就研究出了一套裂殖壶菌的培养工艺，培养48h后，菌体的生物量可达20g/L，DHA达细胞干重的10%。10多年前，Market生物科技收购了Omega生物技术公司，并已成功筛选出异养微藻培养生产富含DHA的菌种，并在培养条件上进行了深入探索，DHA产量提升到40～45g/L。

总之，近年来利用微生物发酵法生产DHA的研究已经取得了重大进展，国外已有商业化生产的成功先例，我国目前这方面的工作则刚起步，所进行的工作主要集中在以下几个方面：（1）从海洋生物群中继续筛选DHA含量高，且易于分离提纯的海洋真菌、细菌和微藻；（2）对现有的几种高产DHA的微生物继续进行诱变等改造，以提高其生产能力，通过借鉴王菊芳[1]研究碳氮比对隐甲藻（Crypthecodinium cohnii）的DHA含量的影响，以及当Nitzschia closterium培养温度从10℃升高到25℃时，DHA含量从8.3%下降到6.5%[2]，对现有发酵工艺和反应器进行改进；（3）研究DHA的浓缩提纯技术。随着基因工程等现代生物技术的发展，对海洋微生物进行基因改造、筛选，发酵工艺技术和下游分离提纯技术的改进，作为利用鱼油生产DHA的替代方法的微生物发酵法生产DHA也已获得巨大进步。

我们的DHA工艺产业化研究主要集中于以下几个方面：

1）技术路线：用DHA高产菌株裂殖壶菌，采用廉价的发酵培养基碳源、氮源等，利用代谢控制法实现裂殖壶菌的高密度培养的同时提高总脂肪含量及DHA含量，然后选择合适方法进行提取，最大效率地节能减排，实现清洁生产，降低生产成本，如下图所示：

图1

2）通过自控罐研究不同底物流加、溶氧、pH等的变化对细胞生长、油脂和DHA积累的影响，探索发酵生产工艺，以实现该菌株的高密度培养；

3）在自控罐上研究不同碳氮比对发酵干重和DHA含量的影响；

4）利用发酵放大技术，将DHA种子罐生产工艺进行逐级放大，进行800L，2.5T，8T种子罐放大研究，对种子罐控制工艺如通气量，培养温度，搅拌速度等进行深入研究，摸索最佳的种子罐工艺；

5）利用发酵放大技术，将DHA发酵罐生产工艺进行逐级放大，通过36T发酵罐放大研究，对发酵罐控制工艺如通气量，培养温度，搅拌速度，补糖量等进行深入研究，摸索最佳的发酵工艺，实现裂殖壶菌的高密度培养，并且在菌体密度高的同时保证较高的总脂肪含量，在菌体密度、总脂肪含量高的同时保证DHA的高含量；

6）对DHA的提取工艺进行研究，进行酸法破壁提取、高压破壁提取、酶法破壁提取对比试验。通过比较，选择合适的酶法破壁制备毛油，DHA含量达到45%以上，比国标高约10个百分点，质量具有明显优势；

7）毛油进行精制，得到DHA精油，质量符号GB26400-2011。

DHA产品有着广泛的应用领域：（1）在人类的高级营养保健品和食品领域，目前比较普遍应用在婴幼儿、孕妇及其他成人奶粉制品中。（2）在水产养殖业的饲料添加剂领域。（3）在畜禽和家畜工业的饲料添加剂领域。（4）在宠物饲料添加领域。（5）日本莱新药公司制成无鱼腥味且容易饮用的DHA保健营养饮料。（6）将鱼油精制后制成化学性能稳定的DHA粉末。可将该产品直接添加到人造奶油、蛋黄酱、冰淇淋和面包等功能性食品中去。（7）目前，国际上已开发出了DHA和EPA婴儿奶粉、DHA饮料、富含DHA和EPA的鸡蛋、香肠、罐头等多种食品。（8）日本相模中央化学研究所和洼田味增酱油公司共同研究开发出含DHA成份的酱油新产品。另外，如中粮集团和益海嘉里集团，成功开发了DHA食用油。

DHA市场潜力巨大，估计全球在市场开发阶段每年需求DHA量为10万吨，市场总价值在300-800亿美元。蒙牛含DHA未来星奶2009年产值达到20亿，2010年达到35亿，而中国儿童乳制品市场容量达150亿以上，微藻DHA奶制品将在中国有很大的发展。目前，国内用于水产养殖的饵料及饵料DHA饲料添加剂年需求量1000吨以上，今后几年的需求量可达3000吨以上，年产值达50亿元。由于微藻DHA对维持健康的重要性以及医学上良好的疗效，使它一跃而成为一种新型营养品、保健品、疗效食品，目前国内保健品行业的DHA相关产品的年产值达100亿元。日本已把高含量DHA微藻确定为21世纪的智能食品加以开发应用，也是唯一得到美国食品与药物管理局（FDA）认可的儿童DHA补充剂来源。

【参考文献】

[1]王菊芳.碳氮比对隐甲藻（Crypthetodinium cohnii）总脂及DHA 含量的影响[J].华南理工大学学报：自然科学版.

[2]Renaud S M. Effect of temperture on the growth，totai iipid ，content and fatty acid . Composition of recentiy isoiated tropicai. Microaigae Isochrysis sp. et ai[J]. Journai of Appiied Phycoiogy，1995，7：595-602.