基本信息
- 项目名称：
- 微藻DHA的生产新工艺及产业化--高密度培养裂殖壶菌发酵生产DHA
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- DHA全称二十二碳六烯酸，是人体必需的多不饱和脂肪酸。具有促进脑细胞生长发育、保护视力、抗癌及提高免疫能力等重要生理功能。目前已广泛应用于食品、医药及饲料三大工业，在国内市场处于供不应求的状态。本作品主要通过高密度培养裂殖壶菌发酵生产DHA，其产量可达51.5g/L ，远高于国内平均15g/L的发酵水平。拥有自主知识产权，具有良好的推广应用前景。
- 详细介绍：
- 本作品以浙江温州乐清海湾红树林中筛选得到的高产DHA菌株--裂殖壶菌为研究对象，设计适合该菌株生长和DHA积累的高密度发酵培养基，通过培养条件的优化以及代谢调控机制的研究，使细胞达到较快的生长速度及高密度培养要求，进而大大提高DHA含量和总油脂的产量。研究内容如下： 1)开发一种适于菌株高密度培养和DHA大量积累的简单廉价的复合培养基； 2)探讨不同培养条件对菌株细胞生长、油脂和DHA积累的影响； 3)通过发酵罐放大实验，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； 4)建立裂殖壶菌高密度发酵的技术放大平台，完成8吨发酵罐规模的DHA中试试验，为微生物发酵生产DHA的最终产业化打下基础。 总之，本作品通过发酵罐培养裂殖壶菌生产DHA的发酵工艺优化，生物量达到180g/L、总油脂产量110g/L、DHA产量51.5g/L ，远高于国内DHA产量平均15g/L的发酵水平。且此研究成果达到了国际先进水平，并拥有自主知识产权，具有良好的推广应用前景。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 以裂殖壶菌为研究对象进行培养基及培养条件的优化。通过摇瓶实验，探讨不同碳氮源、培养条件对裂殖壶菌细胞生长、油脂积累的影响；在此基础上，优化发酵罐培养工艺，进而扩大培养规模，为实现DHA工业化生产奠定基础。 创新点： 1、发酵罐培养裂殖壶菌108h，生物量达到180g/L、总油脂110g/L、DHA产量51.5g/L，远高于国内DHA产量平均15g/L的水平。 2、本技术生产的微藻DHA，在脂肪酸组成上，饱和脂肪酸的含量低，而不饱和脂肪酸DHA含量极高，更适用于婴幼儿配方奶粉及辅食的添加。 3、本技术采用经济而又高产的培养基，成本低廉，填补了我国自主研发生产微藻DHA的空白，改变高价进口微藻DHA的现状。 4、利用微生物发酵生产DHA可减少因市场需求而大量捕捞鱼类带来的对环境的影响；同时微生物发酵生产过程中产生的副产物可实现资源二次利用。 技术关键： 我国利用微生物发酵生产DHA的研究尚处刚刚起步阶段，目前报道的DHA产量平均15g/L，主要原因是未获得高产DHA的菌株，以及适合DHA大量积累的高密度发酵培养基和可行的发酵工艺。针对目前研究现状，本项目拟解决以下关键科学问题： 1、稳定高产DHA菌株的选育； 2、优化培养基以促使裂殖壶菌高密度快速生长和DHA积累； 3、优化发酵工艺，实现DHA的规模化生产。 主要技术指标： 菌体生物量、总油脂产量、DHA产量和DHA含量
科学性、先进性
- 目前国内还未实现微藻DHA的产业化生产，主要原因是未获得DHA高产菌株及适合DHA大量积累的培养基和可行的发酵工艺。因此，本作品针对这三方面进行研究，并注意研究方法的科学性和可行性。 先进性： 1、DHA产量高：优化发酵罐流加工艺，菌体生物量可达180g/L、总油脂产量110g/L、DHA产量51.5g/L；DHA产量比未优化前提高了6.2倍，达到国际先进水平，并实现了8吨发酵罐的中试生产。 2、产品质量高：裂殖壶菌发酵生产的脂质组成简单，DHA含量高达46%，大大优于鱼油及其它微藻油的脂质组成。 3、发酵周期短：培养时间从144h缩短至108h，可间接降低生产成本30%以上。 4、生产成本低：摇瓶培养优化实验，得到了适合裂殖壶菌高密度、快速生长的培养基，并且选用廉价经济且工业上常见易得的葡萄糖作为碳源，玉米浆和谷氨酸钠作为复合氮源；在工业化生产中直接降低了生产成本。 5、附加产值高：发酵副产物富含卵磷脂、皂角和生物柴油等，可再生利用。
获奖情况及鉴定结果
- 第十届“挑战杯”某省大学生课外学术科技作品竞赛特等奖。 2010-2011年度“挑战杯”学生课外学术科技作品竞赛校赛一等奖。 2008年12月，某市科技局对本项目合作单位完成的“高密度培养裂殖壶菌发酵生产DHA”进行了科技成果鉴定，认为本项目在8000 L罐补料分批发酵条件下，生物量≥60g细胞干重/L发酵液，DHA细胞产率为0.26g/g干细胞，DHA体积产率为16-19g/L发酵液，此研究成果达到了国内先进水平，具有良好的推广应用前景。
作品所处阶段
- 中试、生产阶段
技术转让方式
- 专利技术授权使用
作品可展示的形式
- 实物展示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点与优势：生产菌株生长快，发酵周期短，生产效率高。且操作简单，过程容易控制，成本低廉。DHA产量51.5g/L，远高于国内15g/L的平均水平，且DHA含量高达46.8%，大大优于鱼油及其它藻油脂质组成。 适用领域：婴幼儿配方乳粉和食品、医药和营养保健品、动物饲料及其他领域。 推广前景：本项目在实验室阶段取得了可喜的成果，并在8吨罐上完成了中试实验，解决了国内微藻DHA生产的瓶颈问题，具有良好的产业化推广前景。 市场分析：国内DHA生产以鱼油为主，且大部分依赖进口。国内DHA保健品的年销售额约在37亿元，国外品牌产品约30亿元，基本控制着国内市场。国内鱼油生产企业少，且没有市场品牌占有率，因此开发自主产权的DHA产品有广阔的市场前景。 经济效益预测：若建成一条年生产100吨DHA含量大于40%的食品级精油工厂，每年新产值将达到1.2亿以上。
同类课题研究水平概述
- 八十年代初随着人们对 PUFAs生理作用认识的加强，DHA的生物合成引起了人们的极大关注，特别是日本、美国在微生物发酵生产DHA的研究工作上取得了很大进展。 早在1964年，Haskins等人就报道破囊壶菌T.aureum总脂中有含量高达34%的DHA。但直到1991年，Bajpai等人才首次报道了关于破囊壶菌产DHA的生产率：摇瓶培养破囊壶菌ATCC 34304，在最佳条件下培养6天后，DHA产量达到511mg/L，脂质中DHA含量为51%。1996年，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，通过5天发酵其生物量和DHA产量分别达到59.2g/L和15.5g/L。2007年，Chi等利用甘油作为裂殖壶菌的原料发酵产DHA，生物量达 22.1g/L，DHA产量达 4.91g/L。2009年，Chi等采用转化溶氧法，即在细胞数量生长期控制较高水平，在油脂积累期控制较低溶氧水平，使裂殖壶菌的生物量和DHA含量分别提高到37.9g/L和6.56g/L。 关于DHA的生产在日本和一些欧美国家已进入工业化生产阶段，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，菌体生物量可达20g/L，DHA达细胞干重的10%。10多年前，Martek生物科技公司收购了Omega生物技术公司，成功筛选出异养培养生产富含DHA的菌种，并在培养条件上进行了深入探索，将DHA产量提升到40～45g/L，奠定了该公司在DHA生产市场的主导地位。 近年来国内一些科研机构如华南理工大学、浙江大学、南京工业大学等对裂殖壶菌发酵产DHA 进行研究，并取得一定进展。陈诚通过培养裂殖壶菌发酵生产DHA产量12.6g/L（陈诚，2007）。Ren等通过改变通气量培养裂殖壶菌发酵生产DHA，最后菌体生物量71g/L，油脂产量 35.75g/L，DHA产量17.5g/L（Ren等，2010）。我国微生物发酵生产DHA，产量和质量与国外相比均有一定差距，导致很多化妆品及食品行业仍需要进口的微胶囊DHA。
