基本信息
- 項目名稱：
- 微藻DHA的生產(chǎn)新工藝及產(chǎn)業(yè)化--高密度培養(yǎng)裂殖壺菌發(fā)酵生產(chǎn)DHA
- 小類：
- 生命科學
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- DHA全稱二十二碳六烯酸，是人體必需的多不飽和脂肪酸。具有促進腦細胞生長發(fā)育、保護視力、抗癌及提高免疫能力等重要生理功能。目前已廣泛應用于食品、醫(yī)藥及飼料三大工業(yè)，在國內市場處于供不應求的狀態(tài)。本作品主要通過高密度培養(yǎng)裂殖壺菌發(fā)酵生產(chǎn)DHA，其產(chǎn)量可達51.5g/L ，遠高于國內平均15g/L的發(fā)酵水平。擁有自主知識產(chǎn)權，具有良好的推廣應用前景。
- 詳細介紹：
- 本作品以浙江溫州樂清海灣紅樹林中篩選得到的高產(chǎn)DHA菌株--裂殖壺菌為研究對象，設計適合該菌株生長和DHA積累的高密度發(fā)酵培養(yǎng)基，通過培養(yǎng)條件的優(yōu)化以及代謝調控機制的研究，使細胞達到較快的生長速度及高密度培養(yǎng)要求，進而大大提高DHA含量和總油脂的產(chǎn)量。研究內容如下： 1)開發(fā)一種適于菌株高密度培養(yǎng)和DHA大量積累的簡單廉價的復合培養(yǎng)基； 2)探討不同培養(yǎng)條件對菌株細胞生長、油脂和DHA積累的影響； 3)通過發(fā)酵罐放大實驗，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(fā)酵生產(chǎn)工藝； 4)建立裂殖壺菌高密度發(fā)酵的技術放大平臺，完成8噸發(fā)酵罐規(guī)模的DHA中試試驗，為微生物發(fā)酵生產(chǎn)DHA的最終產(chǎn)業(yè)化打下基礎。 總之，本作品通過發(fā)酵罐培養(yǎng)裂殖壺菌生產(chǎn)DHA的發(fā)酵工藝優(yōu)化，生物量達到180g/L、總油脂產(chǎn)量110g/L、DHA產(chǎn)量51.5g/L ，遠高于國內DHA產(chǎn)量平均15g/L的發(fā)酵水平。且此研究成果達到了國際先進水平，并擁有自主知識產(chǎn)權，具有良好的推廣應用前景。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 以裂殖壺菌為研究對象進行培養(yǎng)基及培養(yǎng)條件的優(yōu)化。通過搖瓶實驗，探討不同碳氮源、培養(yǎng)條件對裂殖壺菌細胞生長、油脂積累的影響；在此基礎上，優(yōu)化發(fā)酵罐培養(yǎng)工藝，進而擴大培養(yǎng)規(guī)模，為實現(xiàn)DHA工業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎。 創(chuàng)新點： 1、發(fā)酵罐培養(yǎng)裂殖壺菌108h，生物量達到180g/L、總油脂110g/L、DHA產(chǎn)量51.5g/L，遠高于國內DHA產(chǎn)量平均15g/L的水平。 2、本技術生產(chǎn)的微藻DHA，在脂肪酸組成上，飽和脂肪酸的含量低，而不飽和脂肪酸DHA含量極高，更適用于嬰幼兒配方奶粉及輔食的添加。 3、本技術采用經(jīng)濟而又高產(chǎn)的培養(yǎng)基，成本低廉，填補了我國自主研發(fā)生產(chǎn)微藻DHA的空白，改變高價進口微藻DHA的現(xiàn)狀。 4、利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)DHA可減少因市場需求而大量捕撈魚類帶來的對環(huán)境的影響；同時微生物發(fā)酵生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物可實現(xiàn)資源二次利用。 技術關鍵： 我國利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)DHA的研究尚處剛剛起步階段，目前報道的DHA產(chǎn)量平均15g/L，主要原因是未獲得高產(chǎn)DHA的菌株，以及適合DHA大量積累的高密度發(fā)酵培養(yǎng)基和可行的發(fā)酵工藝。針對目前研究現(xiàn)狀，本項目擬解決以下關鍵科學問題： 1、穩(wěn)定高產(chǎn)DHA菌株的選育； 2、優(yōu)化培養(yǎng)基以促使裂殖壺菌高密度快速生長和DHA積累； 3、優(yōu)化發(fā)酵工藝，實現(xiàn)DHA的規(guī)?；a(chǎn)。 主要技術指標： 菌體生物量、總油脂產(chǎn)量、DHA產(chǎn)量和DHA含量
科學性、先進性
- 目前國內還未實現(xiàn)微藻DHA的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，主要原因是未獲得DHA高產(chǎn)菌株及適合DHA大量積累的培養(yǎng)基和可行的發(fā)酵工藝。因此，本作品針對這三方面進行研究，并注意研究方法的科學性和可行性。 先進性： 1、DHA產(chǎn)量高：優(yōu)化發(fā)酵罐流加工藝，菌體生物量可達180g/L、總油脂產(chǎn)量110g/L、DHA產(chǎn)量51.5g/L；DHA產(chǎn)量比未優(yōu)化前提高了6.2倍，達到國際先進水平，并實現(xiàn)了8噸發(fā)酵罐的中試生產(chǎn)。 2、產(chǎn)品質量高：裂殖壺菌發(fā)酵生產(chǎn)的脂質組成簡單，DHA含量高達46%，大大優(yōu)于魚油及其它微藻油的脂質組成。 3、發(fā)酵周期短：培養(yǎng)時間從144h縮短至108h，可間接降低生產(chǎn)成本30%以上。 4、生產(chǎn)成本低：搖瓶培養(yǎng)優(yōu)化實驗，得到了適合裂殖壺菌高密度、快速生長的培養(yǎng)基，并且選用廉價經(jīng)濟且工業(yè)上常見易得的葡萄糖作為碳源，玉米漿和谷氨酸鈉作為復合氮源；在工業(yè)化生產(chǎn)中直接降低了生產(chǎn)成本。 5、附加產(chǎn)值高：發(fā)酵副產(chǎn)物富含卵磷脂、皂角和生物柴油等，可再生利用。
獲獎情況及鑒定結果
- 第十屆“挑戰(zhàn)杯”某省大學生課外學術科技作品競賽特等獎。 2010-2011年度“挑戰(zhàn)杯”學生課外學術科技作品競賽校賽一等獎。 2008年12月，某市科技局對本項目合作單位完成的“高密度培養(yǎng)裂殖壺菌發(fā)酵生產(chǎn)DHA”進行了科技成果鑒定，認為本項目在8000 L罐補料分批發(fā)酵條件下，生物量≥60g細胞干重/L發(fā)酵液，DHA細胞產(chǎn)率為0.26g/g干細胞，DHA體積產(chǎn)率為16-19g/L發(fā)酵液，此研究成果達到了國內先進水平，具有良好的推廣應用前景。
作品所處階段
- 中試、生產(chǎn)階段
技術轉讓方式
- 專利技術授權使用
作品可展示的形式
- 實物展示
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 技術特點與優(yōu)勢：生產(chǎn)菌株生長快，發(fā)酵周期短，生產(chǎn)效率高。且操作簡單，過程容易控制，成本低廉。DHA產(chǎn)量51.5g/L，遠高于國內15g/L的平均水平，且DHA含量高達46.8%，大大優(yōu)于魚油及其它藻油脂質組成。 適用領域：嬰幼兒配方乳粉和食品、醫(yī)藥和營養(yǎng)保健品、動物飼料及其他領域。 推廣前景：本項目在實驗室階段取得了可喜的成果，并在8噸罐上完成了中試實驗，解決了國內微藻DHA生產(chǎn)的瓶頸問題，具有良好的產(chǎn)業(yè)化推廣前景。 市場分析：國內DHA生產(chǎn)以魚油為主，且大部分依賴進口。國內DHA保健品的年銷售額約在37億元，國外品牌產(chǎn)品約30億元，基本控制著國內市場。國內魚油生產(chǎn)企業(yè)少，且沒有市場品牌占有率，因此開發(fā)自主產(chǎn)權的DHA產(chǎn)品有廣闊的市場前景。 經(jīng)濟效益預測：若建成一條年生產(chǎn)100噸DHA含量大于40%的食品級精油工廠，每年新產(chǎn)值將達到1.2億以上。
同類課題研究水平概述
- 八十年代初隨著人們對 PUFAs生理作用認識的加強，DHA的生物合成引起了人們的極大關注，特別是日本、美國在微生物發(fā)酵生產(chǎn)DHA的研究工作上取得了很大進展。 早在1964年，Haskins等人就報道破囊壺菌T.aureum總脂中有含量高達34%的DHA。但直到1991年，Bajpai等人才首次報道了關于破囊壺菌產(chǎn)DHA的生產(chǎn)率：搖瓶培養(yǎng)破囊壺菌ATCC 34304，在最佳條件下培養(yǎng)6天后，DHA產(chǎn)量達到511mg/L，脂質中DHA含量為51%。1996年，Nakahara等從Yap島珊瑚礁區(qū)域分出的一株破囊壺菌SR21無論是DHA產(chǎn)量或生產(chǎn)率都很高，通過5天發(fā)酵其生物量和DHA產(chǎn)量分別達到59.2g/L和15.5g/L。2007年，Chi等利用甘油作為裂殖壺菌的原料發(fā)酵產(chǎn)DHA，生物量達 22.1g/L，DHA產(chǎn)量達 4.91g/L。2009年，Chi等采用轉化溶氧法，即在細胞數(shù)量生長期控制較高水平，在油脂積累期控制較低溶氧水平，使裂殖壺菌的生物量和DHA含量分別提高到37.9g/L和6.56g/L。 關于DHA的生產(chǎn)在日本和一些歐美國家已進入工業(yè)化生產(chǎn)階段，最早將裂殖壺菌應用于商業(yè)化生產(chǎn)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(yǎng)工藝，培養(yǎng)48h后，菌體生物量可達20g/L，DHA達細胞干重的10%。10多年前，Martek生物科技公司收購了Omega生物技術公司，成功篩選出異養(yǎng)培養(yǎng)生產(chǎn)富含DHA的菌種，并在培養(yǎng)條件上進行了深入探索，將DHA產(chǎn)量提升到40～45g/L，奠定了該公司在DHA生產(chǎn)市場的主導地位。 近年來國內一些科研機構如華南理工大學、浙江大學、南京工業(yè)大學等對裂殖壺菌發(fā)酵產(chǎn)DHA 進行研究，并取得一定進展。陳誠通過培養(yǎng)裂殖壺菌發(fā)酵生產(chǎn)DHA產(chǎn)量12.6g/L（陳誠，2007）。Ren等通過改變通氣量培養(yǎng)裂殖壺菌發(fā)酵生產(chǎn)DHA，最后菌體生物量71g/L，油脂產(chǎn)量 35.75g/L，DHA產(chǎn)量17.5g/L（Ren等，2010）。我國微生物發(fā)酵生產(chǎn)DHA，產(chǎn)量和質量與國外相比均有一定差距，導致很多化妝品及食品行業(yè)仍需要進口的微膠囊DHA。
