DHA工藝產業化研究

劉官軍 張興燦 朱維忠

（山東魯抗醫藥股份有限公司，山東 濟寧 272021）

DHA，又稱“腦黃金”，全名二十二碳六烯酸，是一種多元不飽和脂肪酸，人體自身難以合成，必須從外界攝取。DHA屬于人體必需脂肪酸之一，有重要的生理調節功能和保健作用，缺乏時可引發一系列癥狀，包括生長發育遲緩、皮膚異常、鱗屑、不育、智力障礙等，另外還對心血管疾病有特殊預防和治療效果。有關研究還表明,DHA能作用于許多不同類型的組織和細胞,具有抑制炎癥及免疫的作用,包括減少炎癥因子的產生,抑制淋巴細胞增殖等，DHA還具有預防老年癡呆癥、神經性疾病的功效。

利用微生物的生物合成能力，尤其是合成ω-3多元不飽和脂肪酸的能力，進行ω-3多元不飽和脂肪酸商業化生產，被視為大有發展前景的DHA來源。因此，美日等發達國家紛紛對微生物發酵生產DHA進行研究，取得了很大的進展。

迄今為止DHA生產菌最有希望的來源主要集中于海生異養微藻和破囊壺菌、裂殖壺菌等海生真菌，在它們體內DHA以甘油三酯形式存在，與魚油中DHA的存在形式完全一致。Bajpai等發現破囊壺菌ATCC34304總脂肪酸中50%均為DHA，在含2.5%淀粉的培養基上光照培養，其DHA產量達到511mg/L；Iida等對培養基進行了優化后破囊壺菌細胞產量達到5.7g/L；Li Zuyi等則發現破囊壺菌ATCC28210在培養基中有更分散的形態，在初步優化培養基條件后，ATCC28210最高DHA產量達到850mg/L；Nakahara等從Yap島珊瑚礁區域分出的一株破囊壺菌SR21無論是DHA產量或生產率都很高，5d發酵生物量和DHA產量分別達到59.2g/L和15.5g/L，這是迄今為止已報道的利用微生物生產DHA的最高值。最早將裂殖壺菌應用于商業化生產的是美國的Omega生物技術公司。早在1991年，該公司就研究出了一套裂殖壺菌的培養工藝，培養48h后，菌體的生物量可達20g/L，DHA達細胞干重的10%。10多年前，Market生物科技收購了Omega生物技術公司，并已成功篩選出異養微藻培養生產富含DHA的菌種，并在培養條件上進行了深入探索，DHA產量提升到40～45g/L。

總之，近年來利用微生物發酵法生產DHA的研究已經取得了重大進展，國外已有商業化生產的成功先例，我國目前這方面的工作則剛起步，所進行的工作主要集中在以下幾個方面：（1）從海洋生物群中繼續篩選DHA含量高，且易于分離提純的海洋真菌、細菌和微藻；（2）對現有的幾種高產DHA的微生物繼續進行誘變等改造，以提高其生產能力，通過借鑒王菊芳[1]研究碳氮比對隱甲藻（Crypthecodinium cohnii）的DHA含量的影響，以及當Nitzschia closterium培養溫度從10℃升高到 25℃時，DHA 含量從 8.3%下降到 6.5%[2]，對現有發酵工藝和反應器進行改進；（3）研究DHA的濃縮提純技術。隨著基因工程等現代生物技術的發展，對海洋微生物進行基因改造、篩選，發酵工藝技術和下游分離提純技術的改進，作為利用魚油生產DHA的替代方法的微生物發酵法生產DHA也已獲得巨大進步。

我們的DHA工藝產業化研究主要集中于以下幾個方面：

1）技術路線：用DHA高產菌株裂殖壺菌，采用廉價的發酵培養基碳源、氮源等，利用代謝控制法實現裂殖壺菌的高密度培養的同時提高總脂肪含量及DHA含量，然后選擇合適方法進行提取，最大效率地節能減排，實現清潔生產，降低生產成本，如下圖所示：

圖1

2）通過自控罐研究不同底物流加、溶氧、pH等的變化對細胞生長、油脂和DHA積累的影響，探索發酵生產工藝，以實現該菌株的高密度培養；

3）在自控罐上研究不同碳氮比對發酵干重和DHA含量的影響；

4）利用發酵放大技術，將DHA種子罐生產工藝進行逐級放大，進行800L，2.5T，8T種子罐放大研究，對種子罐控制工藝如通氣量，培養溫度，攪拌速度等進行深入研究，摸索最佳的種子罐工藝；

5）利用發酵放大技術，將DHA發酵罐生產工藝進行逐級放大，通過36T發酵罐放大研究，對發酵罐控制工藝如通氣量，培養溫度，攪拌速度，補糖量等進行深入研究，摸索最佳的發酵工藝，實現裂殖壺菌的高密度培養，并且在菌體密度高的同時保證較高的總脂肪含量，在菌體密度、總脂肪含量高的同時保證DHA的高含量；

6）對DHA的提取工藝進行研究，進行酸法破壁提取、高壓破壁提取、酶法破壁提取對比試驗。通過比較，選擇合適的酶法破壁制備毛油，DHA含量達到45%以上，比國標高約10個百分點，質量具有明顯優勢；

7）毛油進行精制，得到DHA精油，質量符號GB26400-2011。

DHA產品有著廣泛的應用領域：（1）在人類的高級營養保健品和食品領域，目前比較普遍應用在嬰幼兒、孕婦及其他成人奶粉制品中。（2）在水產養殖業的飼料添加劑領域。（3）在畜禽和家畜工業的飼料添加劑領域。（4）在寵物飼料添加領域。（5）日本萊新藥公司制成無魚腥味且容易飲用的DHA保健營養飲料。（6）將魚油精制后制成化學性能穩定的DHA粉末。可將該產品直接添加到人造奶油、蛋黃醬、冰淇淋和面包等功能性食品中去。（7）目前，國際上已開發出了DHA和EPA嬰兒奶粉、DHA飲料、富含DHA和EPA的雞蛋、香腸、罐頭等多種食品。（8）日本相模中央化學研究所和洼田味增醬油公司共同研究開發出含DHA成份的醬油新產品。另外，如中糧集團和益海嘉里集團，成功開發了DHA食用油。

DHA市場潛力巨大，估計全球在市場開發階段每年需求DHA量為10萬噸，市場總價值在300-800億美元。蒙牛含DHA未來星奶2009年產值達到20億，2010年達到35億，而中國兒童乳制品市場容量達150億以上，微藻DHA奶制品將在中國有很大的發展。目前，國內用于水產養殖的餌料及餌料DHA飼料添加劑年需求量1000噸以上，今后幾年的需求量可達3000噸以上，年產值達50億元。由于微藻DHA對維持健康的重要性以及醫學上良好的療效，使它一躍而成為一種新型營養品、保健品、療效食品，目前國內保健品行業的DHA相關產品的年產值達100億元。日本已把高含量DHA微藻確定為21世紀的智能食品加以開發應用，也是唯一得到美國食品與藥物管理局(FDA)認可的兒童DHA補充劑來源。

［1］王菊芳.碳氮比對隱甲藻（Crypthetodinium cohnii）總脂及 DHA含量的影響[J].華南理工大學學報：自然科學版.

［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.