二十二碳六烯酸生产工艺简介模板.doc

二十二碳六烯酸（DHA）生产工艺介绍一、DHA背景和意义DHA（Docosahexaenoic acid, 22:64.7.10.13.16.19，全名二十二碳六烯酸）是一个关键长链多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，简称PUFA），属于-3系列（分子结构式中第一个双键在-COOH基团反侧第三个键上，即-3系列）。人和其它哺乳动物只有4、5 、6及9去饱和酶，缺乏9 以上去饱和酶,所以无法本身合成DHA，必需由食物来提供。1、DHA结构和性质DHA分子式为C22H30O2,分子量为328.48，分子结构为：DHA通常是顺式，但在一些异构酶作用下可变成反式。含有多个“戌碳双烯”结构及5个活泼亚甲基。这些活泼亚甲基舍得DHA极易受光、氧、过热、金属元素（如Fe、Cu）及自由基影响，产生氧化、酸败、聚合、双键共轭等化学反应，产生以羰基化合物为主鱼臭物质。纯DHA为无色、无味，常温下呈液态，且含有脂溶性，易溶于有机溶剂，不溶于水，熔点为45.544.1，所以在低温下仍然能保持较高流动性。2、DHA起源2.1 海洋动物海洋鱼类是提取DHA关键起源。海产鱼类尤其是中上层鱼类油脂中含有大量DHA，如鲔鱼、秋刀鱼、远东沙丁鱼油中DHA含量均在10%以上。现在全世界鱼油年产量在100万吨左右，理论上从中可提取1025万吨鱼油。实际上因为分离技术等原因限制，鱼油产量要低于上述数字、而且提取鱼油有相当大部分被氧化和渗透人造黄油或起酥油中被消耗掉，真正可用于分离DHA鱼油仅占少部分。除此之外还有贝类和甲壳类。2.2 真菌类有很多低级真菌中含有较多DHA，其中藻状菌类DHA含量尤为丰富，是进行DHA商业性开发潜在起源。比如高山被孢霉中占其总脂肪酸15%以上，而破囊壶菌中占总脂肪酸含量可高达34%。产DHA真菌关键是较低级真菌中藻状菌，关键有壶菌纲（Class Chytridomycetes）、卵囊菌纲（ClassOomyceres）、霜霉目（OrderPeronosporales）、水霉目（Ordersaprolegniales）、结合菌纲（ClassZygomycetes）、虫霉目（Order Entomophthorales）等，尤其是破囊弧菌Thraustochytriidae，已经报道有它8个属30 多个菌种能够产DHA。2.3 海藻类很多研究证实，在金藻类、甲藻类、硅藻类、红藻类、褐藻类、绿藻类及隐藻类等海藻中含有大量DHA。到现在为止，已测定了上百个品种微藻脂肪酸，其中一些种类海藻DHA含量可达30%以上。3、DHA分离制备方法怎样高效地从鱼油及其它海洋动植物中分离、浓缩DHA，是脂肪酸开发应用中难点和关键之一。现在，试验室和实际生产中应用和分离方法有低温分级法、尿素包正当、溶剂法、成盐法、分子蒸馏法、超临界气体萃取法、脂酶法及高效液相色谱法等。下面简明介绍其中多个关键分离方法。3.1 低温分级法利用不一样脂肪酸在过冷有机溶剂中溶解度差异来分离浓缩DHA。将鱼油溶解在110倍无水丙酮中，并冷却至-25以下。混合液下层即形成含有大量饱和脂肪酸及低度不饱和脂肪酸结晶，而上层含有大量高度不饱和脂肪酸丙酮溶液。将混合液过滤，滤液在真空下蒸馏除去丙酮即可得到DHA含量较高鱼油制剂。为了提升分离效果可在无水丙酮中添加少许亲水性溶剂如水或醇类。3.2 溶剂提取法利用不一样脂肪酸金属盐、在某种有机溶剂中溶解度差异来分离浓缩DHA。将乙醇、鱼油及NaOH按一定百分比混合，然后力热使鱼油皂化。皂化后混合液经压滤分别得到皂液及皂粒。皂液在搅拌下加人H2SO4至PH为12。分离上层粗脂肪酸乙醇混合液，加热回收乙醇，并反复水洗祖脂肪酸至中性，即得DHA含量较高精制鱼油。3.3 尿素包正当脂肪酸和尿素结合能力取决于其不饱和程度。脂肪酸不饱和度越高、则和尿素结合能力越弱。依此原理即可将饱和脂肪酸、低度不饱和脂肪酸和高度不饱和脂肪酸分离开来。在鱼油中加人尿素甲醇（或乙醇）后加热混合、过滤并用合适溶剂萃取滤液，即得萃取液脱去溶剂、真空干燥后即得到DHA含量较高精制鱼油。尿素包正当是一个比较简便有效分离方法，但在实际生产中应用时，存在溶剂损耗大、排水和因尿素添加物而引发废物处理等问题。为此，Kazuhiko开发了一个尿素包合和连续精馏相结合分离方法，既处理了上述问题，又避免了鱼油因和空气接触而氧化，还能够提升分离效果，适合工业化生产。3.4 超临界气体萃取法 立即含有DHA鱼油溶解于超临界状态CO2中，经过改变温度和压力，达成分离DHA目标。此法能分离出高纯度DHA，但对碳数相同而双键数不一样脂肪酸分离效果较差。为此，可利用银离子能和双键络合形成可逆络合物特征，在超临界CO2萃取装置中增加1支AgNO3硅酸色谱柱，达成将碳数相同而双键数不一样脂肪酸分离目标。 上述分离方法一样适适用于经过选择和培养一些真菌和海藻来提取DHA路径。4、DHA生理功效4.1 抗凝血、抑制血栓形成DHA能抑制血小板凝集，降低血栓素形成，从而预防心肌梗塞、脑梗塞发生。血小板合成血栓素（TXA2）含有促进血小板凝集和收缩血管作用，血管内皮产生前列腺素（PGI2）含有抑制血小板凝集和舒张血管作用，TXA2 和PGI2 之间平衡是调整血小板和血管功效，促进血栓形成关键。TXA2 和PGI2 是以花生四烯酸（AA）为前体，经过磷酸化酶作用从细胞膜磷酸甘油酯中释放出来。DHA和EPA可竞争性抑制AA向TXA2 和PGI2 转化而生成TXA3 和PGI3，TXA3 几乎没有生物活性，而PGI3 和PGI2 生理功效和活性相同，所以降低了血小板凝集并增加了血管舒张作用，使血栓形成降低。对血栓病患者,可使患者血小板存活时间延长,血小板计数降低, 血小板因子血浆水平下降， 血浆中血栓球蛋白降低，可阻止血小板和动脉壁相互作用，延缓血栓形成。4.2 降血脂、防动脉硬化 DHA能够降低血清中甘油三酯生成及从肝脏排出；降低低密度脂蛋白、极低密度脂蛋白、增加高密度脂蛋白，改变脂蛋白中脂肪酸组成，从而增加其流动性；增加胆固醇排泄，抑制内源性胆固醇合成。所以，能够预防和诊疗动脉硬化，对高血压、心血管疾病有一定诊疗作用，被人誉为“心血管疾病无可比拟特效品”，是血管“清道夫”。 4.3 抗炎作用调查发觉，爱斯基摩人极少患气管炎、风湿性关节炎等慢性疾病，用EPA喂饲小鼠，其试验性炎症水肿程度降低。原因：慢性反应物质SRSA是三种特异白三烯，是变态反应中活性物质，在过敏性反应中调整支气管收缩和血管通透性。花生四烯酸促进白三烯LTB4形成，LTB4有助炎作用；DHA和EPA可促进白三烯LTB5形成，它几乎无生理活性，从而EPA含有抗炎作用。用-PUFA防治一些炎性疾病如类风湿性关节炎、带状泡疹及红斑、疤疹、哮喘等已取得良好效果，是一个理想功效性食品原料。4.4 健脑作用DHA 是人脑关键组成物质之一，占人脑脂质10%左右，在一定程度上能够提升脑柔软性，抑制脑老化。其在人脑中关键以磷脂形式存在，存在于大脑灰白质部，磷脂对脑细胞形成和结构起关键作用，假如缺乏神经元突起就不能维持，所形成网状组织易被破坏，大脑传输信息就不灵，也影响人智力，记忆和思维能力。在脑细胞形成过程中，DHA有利于脑细胞突起延伸和重新产生。在胎儿时期，从受精卵在母亲子宫内分裂开始就需要DHA，所以，孕妇应摄入足量DHA，以促进胎儿大脑发育和脑细胞增殖。正常情况下，一位孕妇天天应摄入0.51.5 g DHA（一般人需要0.51.0 g），尤其是在胎儿大脑发育最快妊娠第4个月至婴儿出生后1岁末未发育完成这一关键时期，DHA 摄入尤为关键。一样，幼、童及青少年也应该进补，她们正处于接收大量信息学习阶段，这对脑细胞是一个刺激，补充能确保脑细胞突触延长，使神经细胞之间联络加强，信息传输更为快速，大脑功效增强，记忆力提升。另外也是老年人不可忽略营养素，补充能够延缓大脑萎缩，预防大脑功效衰退和老年性痴呆症发生。所以，有些人称DHA为“脑黄金”。4.5 保护视力在人体各组织细胞中，DHA 含量最高是眼睛视网膜细胞，DHA 能保护视网膜、改善视力。首先，DHA 能使视网膜和大脑保持良好联络，预防视力减退，改善视力；其次，充足DHA能预防视网膜血栓产生，阻止脂质渗出，从而根本改善视力，甚至复明。DHA含量降低，对光敏感性就降低，视力则下降。4.6 抗癌作用据文件报道英国教授发觉并分离出造成癌症患者身体消瘦一个物质。这种名叫卡奇非克因子物质类似荷尔蒙，这种蛋白质经血液抵达人体内脂肪组织后，直接使脂肪组织分解使人消瘦。而鱼油中DHA和EPA可阻滞这种蛋白质因子形成，使肿瘤患者消瘦过程得到逆转，从而起到增强患者体质，进而起到抗肿瘤作用。5、DHA合成、消化和代谢5.1 微生物合成DHA代谢路径微生物合成多价不饱和脂肪酸通常是在单不饱和脂肪酸基础上开始，合成机制和高等生物一致，包含延长碳链和去饱和作用两个过程，分别由对应膜结合延长酶和脱饱和酶所催化，使碳链增加；脂肪酸脱饱和体系由微粒体膜结合细胞色素b5、NADH-细胞色素b5还原酶和脱饱和酶组成。微生物合成DHA是从油酸开始，其脱饱和路径是- 3；供体(乙酰CoA或丙二酰单酰CoA)提供两C原子，在12、13位C原子之间引入一个双键，形成亚油酸，再在15、16位碳原子间引入一个双键，形成-亚麻酸，再经深入碳链延长和脱饱和而形成DHA，形成过程以下：油酸(18:12)亚油酸(18:29,12)a-亚麻酸(18:39,12,15)二十碳五烯酸EPA (20:55,8,11,14,17)DHA(22:64,7,10,13,16,19）。5.2 DHA消化吸收方法DHA在体内消化吸收和其它脂肪酸相比，差异很大。以甘油三酯形式存在DHA为例，在小肠中，甘油三酯被肝脏分泌胆盐乳化后，在胰脂肪酶和肠脂肪酶作用下，分解成甘油二酯、甘油一酯、脂肪酸和极少许甘油。这些水解产物和胆固醇、溶血磷脂和胆盐共同形成一个水溶性混合微粒，穿过小肠绒毛表面水屏障抵达微绒毛膜以被动扩散方法被吸收（胆盐除外）。脂质在鱼体内吸收和哺乳动物体内吸收相同。摄食脂肪在内腔水解后，单甘油酯和游离脂肪酸以微团形式经过扩散作用在肠道上皮细胞被吸收。在粘膜细胞内重新组装成甘油三酯，形成乳糜微粒，经过淋巴系统进入血液循环。而长联脂肪酸（LFA）则只在胆盐乳化作用下就可被吸收，吸收后LFA仍需合成甘油三酯再经过淋巴进入血液循环。在人体，关键经过淋巴路径和静脉路径吸收DHA，有些人提出了第三路径即十二指肠路径。通常来说，短链脂肪酸比长链脂肪酸易于被吸收，不饱和脂肪酸比饱和者更易被吸收。鱼类对不饱和脂肪酸和短链脂肪酸消化吸收率高达95，对饱和脂肪酸和长链脂肪酸吸收约为85。5.3 影响DHA消化吸收原因首先，是脂肪酸组分和结构差异对其被消化吸收影响。有研究者认为脂质起源及脂肪酸存在形式差异可能会影响吸收、分配和生物利用。以磷脂形式存在DHA比以甘油三酯形式存在更易被吸收。甘油三酯被胰脂肪酶水解成2-甘油一磷酸和游离脂肪酸，而磷脂被胰磷酸脂酶A2水解生成溶血磷脂和游离脂肪酸，离子化脂肪酸和2-甘油一磷酸进入胆汁微团后和磷脂形成水溶性混合颗粒，有利于无极性脂类穿过小肠绒毛表面水屏障抵达微绒毛膜被吸收。脂肪酸在甘油三酯中位置决定其是以2-甘油一磷酸酯还是以游离脂肪酸形式被吸收。当DHA在甘油三酯Sn-2位置上，它们最轻易被吸收。通常情况下，磷脂代谢重建酶可选择性地将不饱和脂肪酸置于甘油酯Sn-2位置,而将饱和脂肪酸置于Sn-1位置。其次，是脂肪酸所含基团或包容物相互作用对其被消化吸收影响。摄食磷脂所含磷酸盐基团和氮基（关键是维生素B复合体），可能会在多个代谢路径中相互影响；脂肪酸磷脂源（来自鸡蛋蛋黄和动物组织）含有大量胆固醇，也会影响脂肪酸消化吸收；另外，脂肪酸消化率还和它熔点相关，含不饱和脂肪酸越多，熔点越低，越轻易消化。总而言之，影响DHA消化吸收 原因很多，内外有之，而且不一样物种和个体之影响原因可能会相异，其机理正在研究中。5.4 DHA在体内存在形式在哺乳动物和水产动物体内，DHA关键以磷脂形式存在，游离脂肪酸极少。磷脂关键存在于细胞膜中。 5.5 DHA分解代谢天然不饱和脂肪酸多为顺式，需转变为反式构型，才能被氧化酶系作用，深入氧化分解。在生物体内，不饱和脂肪酸氧化需要更多酶参与才能顺利进行，因为双键存在，是DHA比饱和及单不饱和脂肪酸极难氧化分解。n-3脂肪酸氧化供能，关键是在过氧化物酶体和线粒体中经过-氧化进行。DHA在大鼠肝中代谢不能在线粒体内进行-氧化，而是经过被过氧化物酶体氧化。人类皮肤表皮细胞对不饱和脂肪酸（PUFAs）代谢表现出很高活性，皮肤表皮15-脂氧合酶活性很高，可将2-高-亚麻酸（DGLA）转化为15-羟基二十碳三烯酸，将EPA转化为15-羟基二十碳五烯酸，将DHA转化为15-羟基二十碳六烯酸。DHA被哺乳动物吸收后，绝大部分被结合在甘油三酯。DHA是哺乳动物和鱼类生物膜关键组成部分和部分激素关键前体，DHA并不是作为机体关键能量起源，只是在特殊情况下，如饥饿时其它脂肪酸被大量利用后，DHA才可能会被氧化分解。6、DHA应用及开发前景6.1 医药保健用具因为 DHA 和EPA可增加脑部益智、保护视力、降血脂、防动脉硬化、抗凝血等生理功效，现在市场上有大量鱼油制品出售，其DHA+EPA含量在20%80%之间。通常天天服用DHA+EPA约1 g会产生很好保健效果。6.1.1 DHA鱼油胶囊现在，在中国外市场上，DHA和EPA关键产品是鱼油胶丸，其含量为30左右。6.1.2 DHA乙酯胶囊该产品关键将富含DHA油和乙醇进行醋化，生成DHA乙醋，经提纯后，含量可达90以上，作为医药品使用，售价每克达1万日以上。6.1.3 DHA甲酯胶囊关键是将富含DHA油进行甲醋化, 从而得到DHA甲醋型鱼油制剂胶丸，含量可达6070。6.1.4 微胶囊化DHA该产品关键将密封于2030m微粒子中。胶囊制法是将含DHA精制鱼油、乳化剂、抗氧化剂、玉米蛋白及有孔淀粉等混合调制后，加入乙醇、水，再高温微粉末化。产品特点为氧化稳定性好，贮存天14后pov不上升，DHA含量无降低。耐高温，180加热后贮存, 上述数值没有什么改变, 消化性能很好。6.1.5 DHA为主保健营养饮料日本莱新药企业制成无鱼腥味且轻易饮用DHA保健营养饮料。依据动物试验结果, 得出人类每日须摄取0.51.0g DHA。该企业研制DHA饮料每瓶500mL，价格300及500日元二种。产品中除含DHA外，也含有EPA、紫苏油、红花油、天然维生素、蜂王乳、大蒜精、胡罗卜素、人参精、茶叶萃取物、蜂蜜、葡萄糖、果糖等。6.1.6 DHA粉末将鱼油精制后制成化学性能稳定DHA粉末。可将该产品直接添加到人造奶油、蛋黄酱、冰淇淋和面包等功效性食品中去。6.2 食品工业现在，国际上已开发出了 DHA 和EPA 婴儿奶粉，DHA 饮料，富含DHA 和EPA鸡蛋、香肠、罐头等多个食品。6.2.1 DHA酱油日本相模中央化学研究所和洼田味增酱油企业共同研究开发出含DHA成份酱油新产品。鱼油中鱼腥味通常极难脱除，但酱油中含有一个称之为“曲酸”成份含有消除腥臭味功效。为此, DHA成份添加入酱油中，腥臭成份便自然消减, 并利用乳化剂等处理了DHA鱼油上出现象。6.2.2 DHA婴儿配方奶粉明治乳业股份企业自1987年就开始销售添加了DHA油婴儿配方奶粉。母乳中含DHA含量伴随母亲饮食不一样而有很大差异。FAO/WHO为了使婴幼儿大脑及脑网膜等发育正常, 把高度不饱和脂肪酸摄取百分比标准要求为-6系/-3系。除此之外，现在已开发和正在开发产品还有，用多种维生素、矿物质、必需氨基酸相结合饮料食品，如病人专用饮料、儿童乳酸菌饮料。用纤维类组合方便食品、病后康复食品。用于鱼糕、鱼香肠之类鱼制品制成高级食品、提升水产贝类罐头附加值。添加到牛奶、酸乳酪、胚芽等食品中。6.3 饲料工业淡水鱼类喂富含 DHA 饲料，可大大提升其DHA含量，从而提升其品质；养殖富含DHA海藻作成饲料，将很有前途，日本人用含DHA鱼粉喂母鸡，结果生产出了富含DHA鸡蛋“健脑蛋”。二、DHA生产工艺研究1、从鱼油中取得DHADHA关键是从鱼油中分离制备，含有代表性沙丁鱼，金枪鱼、黄金鱼和肥壮金枪鱼。但DHA含量高且可作为提取DHA原料是金枪鱼和铿鱼油。从鱼眼窝脂肪酸中提取DHA工艺以下：鱼头摘出眼窝脂肪分煮沸抽提油层分离脱腊脱色脱臭精制DHA油不过伴随渔业资源日渐紧缺，从鱼油中提取 DHA时也面临着部分问题：（1）从鱼油中提取DHA因胆固醇含量高，而且带有鱼腥味，极大地影响了产品品质；（2）鱼油中DHA含量又是伴随鱼种类、季节、地理位置和人类捕捞时间等条件改变而改变；（3）在对鱼油进行加工过程中氢化处理工艺降低了鱼油中DHA产量，造成了DH无须要浪费；（4）因为通常鱼油中DHA含量不是很高，同时还含有大量其它饱和及低不饱和脂肪酸，所以浓缩较为困难，加工处理过程复杂，从而提升了DHA生产成本，使得DHA价格极为昂贵。故从鱼油中分离得到DHA不管是数量还是质量全部难以满足社会需求，另外从鱼油中纯化得到DHA还含有一定难度。从而寻求廉价DHA生物资源提取可替换新路径受到中国外学者广泛关注。2、微生物合成DHA伴随研究继续深入，DHA新生理功效及作用机理不停被发觉和揭示，而且不少学者发觉很多个类海洋微藻和海洋真菌全部能本身合成DHA，而且其相对含量远远高于鱼油中DHA含量，而DHA含量丰富多集中于海水金藻、甲藻、隐藻、硅藻等海生异养微藻和海洋真菌中破囊壶菌和裂殖壶菌中，而且关键以储存油和膜脂形式存在。2.1 从微藻中取得DHA现在从海洋微藻中提取多不饱和脂肪酸工艺还处于试验室阶段，现在关键采取以下步骤：藻体搜集冷冻干燥脂肪酸萃取脂肪酸转酯化 分离纯化。2.2 真菌发酵生产DHA利用真菌发酵生产 DHA研究关键集中在破囊壶菌Thraustochytrium和裂殖壶菌Schizochytrium，二者均来自海洋，是有色素和具光刺激生长特征海生真菌。利用真菌发酵生产DHA能够克服从鱼油获取 DHA不足，能够人为控制影响原因，保持DHA产量和含量稳定。真菌发酵生产DHA时，通常合成EPA及其它多不饱和脂肪酸较少，这有利于DHA分离浓缩，制备高纯度DHA。微生物发酵生产DHA研究已经取得一定进展，但还存在以下问题：（1）缺乏高产DHA优质菌种，在发酵过程中菌体生长速率低，其脂质含量和DHA含量不高；（2）DHA微生物发酵研究大多停留在试验室摇瓶阶段，没有大规模实现工业化生产；（3）从微生物发酵液中提取DHA方法还有待于深入改善，以适应于工业化需要；（4）尚需探索微生物可利用廉价底物，以降低其生产成本。所以目前最迫切任务是从自然界微生物资源中筛选高产DHA优质菌种，加强对DHA发酵条件，代谢调控和工艺研究。理论分析3、基础发酵工艺工业发酵是利用微生物生长和代谢活动来生产多种有用物质一门现代工业，而现代发酵工程则是指直接把微生物（或动植物细胞）应用于工业生产一个技术体系，是在化学工程中结合了微生物特点一门学科。所以发酵工程有时也称作微生物工程。3.1 基础概念3.1.1 发酵一词起源发酵现象早已被大家所认识，但了解它本质却是近2来事。英语中发酵一词fermentation是从拉丁语fervere派生而来，原意为“翻腾”，它描述酵母作用于果汁或麦芽浸出液时现象。沸腾现象是由浸出液中糖在缺氧条件下降解而产生二氧化碳所引发。在生物化学中把酵母无氧呼吸过程称作发酵。我们现在所指发酵早已给予了不一样含义。发酵是生命体所进行化学反应和生理改变，是多个多样生物化学反应依据生命体本身所含有遗传信息去不停分解合成，以取得能量来维持生命活动过程。发酵产物是指在反应过程当中或反应抵达终点时所产生能够调整代谢使之达成平衡物质。实际上，发酵也是呼吸作用一个，只不过呼吸作用最终生成CO2和水，而发酵最终是取得多种不一样代谢产物。所以，现代对发酵定义应该是：经过微生物（或动植物细胞）生长培养和化学改变，大量产生和积累专门代谢产物反应过程。3.1.2 发酵定义（1）狭义 “发酵”定义在生物化学或生理学上发酵是指微生物在无氧条件下，分解多种有机物质产生能量一个方法，或更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体氧化还原产能反应。如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出二氧化碳。同时取得能量，丙酮酸被还原为乳酸而取得能量等等。（2）广义 “发酵”定义工业上所称发酵是泛指利用生物细胞制造一些产品或净化环境过程，它包含厌氧培养生产过程，如酒精、丙酮丁醇、乳酸等，和通气（有氧）培养生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等生产。产品即有细胞代谢产物，也包含菌体细胞、酶等。3.2 发酵特点发酵和其它化学工业最大区分在于它是生物体所进行化学反应。其关键特点以下： （1）发酵过程通常来说全部是在常温常压下进行生物化学反应，反应安全，要求条件也比较简单。 （2）发酵所用原料通常以淀粉、糖蜜或其它农副产品为主，只要加入少许有机和无机氮源就可进行反应。微生物因不一样类别能够有选择地去利用它所需要营养。基于这特征，能够利用废水和废物等作为发酵原料进行生物资源改造和更新。 （3）发酵过程是经过生物体自动调整方法来完成，反应专一性强，所以能够得到较为单代谢产物。 （4）因为生物体本身所含有反应机制，能够专一性地和高度选择性地对一些较为复杂化合物进行特定部位地氧化、还原等化学转化反应，也能够产生比较复杂高分子化合物。 （5）发酵过程中对杂菌污染防治至关关键。除了必需对设备进行严格消毒处理和空气过滤外，反应必需在无菌条件下进行。假如污染了杂菌，生产上就要遭到巨大经济损失，要是感染了噬菌体，对发酵就会造成更大危害。所以维持无菌条件是发酵成败关键。 （6）微生物菌种是进行发酵根本原因，经过变异和菌种筛选，能够取得高产优良菌株并使生产设备得到充足利用，也能够所以取得按常规方法难以生产产品。 （7）工业发酵和其它工业相比，投资少，见效快，开能够取得显著经济效益。 基于以上特点，工业发酵日益引发大家重视。和传统发酵工艺相比，现代发酵工程除了上述发酵特征之外更有其优越性。除了使用微生物外，还能够用动植物细胞和酶，也能够用人工构建“工程菌来进行反应；反应设备也不只是常规发酵罐，而是以多种多样生物反应器而代之，自动化连续化程度高，使发酵水平在原有基础上有所提升和和创新。3.3 发酵类型依据发酵特点和微生物对氧不一样需要，能够将发酵分成若干类型：（1）按发酵原料来区分：糖类物质发酵、石油发酵及废水发酵等类型。（2）按发酵产物来区分：如氨基酸发酵、有机酸发酵、抗生素发酵、酒精发酵、维生素发酵等。（3）按发酵形式来区分，则有：固态发酵和深层液体发酵。（4）按发酵工艺步骤区分则有：分批发酵、连续发酵和流加发酵。（5）按发酵过程中对氧不一样需求来分，通常可分为：厌氧发酵和通风发酵两大类型。3.4 发酵过程组成部分3.4.1 发酵过程组成除一些转化过程外，经典发酵过程能够划分成六个基础组成部分：（1）繁殖种子和发酵生产所用培养基组份设定；（2）培养基、发酵罐及其隶属设备灭菌；（3）培养出有活性、适量纯种，接种入生产容器中；（4）微生物在最适合于产物生长条件下，在发酵罐中生长；（5）产物萃取和精制；（6）过程中排出废弃物处理。六个部分之间关系图所表示。研究和发展计划，总是围绕着就逐步改善发酵全方面效益而进行。在建立发酵过程以前，首先要分离出产生菌，并改良菌种，使所产生产物符合工业要求。然后测定培养需求，设计包含提取过程在内工厂。以后发展计划，包含连续不停改良菌种、培养基和提取过程3.4.2 发酵过程示意图图2 经典发酵过程示意图3.4.3 发酵生产条件（1）某种适宜微生物（2）确保或控制微生物进行代谢多种条件（培养基组成，温度，溶氧pH等）（3）进行微生物发酵设备（4）提取菌体或代谢产物，精制成产品方法和设备4、发酵后期酒精回收工业生产中常常采取下图所表示步骤进行操作。连续精馏装置关键包含精馏塔，蒸馏釜（或称再沸器）等。精馏塔常采取板式塔，也可采取填料塔。加料板以上塔段，称为精馏段；加料板以下塔段（包含加料板），称为提馏段。连续精馏装置在操作过程中连续加料，塔顶塔底连续出料，故是一稳定操作过程。图3 简易回收塔（1）塔板作用塔板作用是提供气液分离场所；每一块塔板是一个混合分离器，而且足够多板数可使各组分较完全分离。所以每一块塔板是一个混合分离器，经过若干块塔板上传质后（塔板数足够多），即可达成对溶液中各组分进行较完全分离目标。（2）回流作用回流关键作用就是提供不平衡汽液两相，而组成汽液两相接触传质必需条件。注意：工业用精馏塔内因为塔顶液相回流和塔底汽相回流，为每块塔板提供了汽、液起源。三、DHA生产理论研究1、DHA代谢路径1.1 DHA分解代谢天然不饱和脂肪酸多为顺式，需转变为反式构型,才能被-氧化酶系作用，深入氧化分解。在生物体内，不饱和脂肪酸氧化需要更多酶参与才能顺利进行，因为双键存在，使DHA比饱和及单不饱和脂肪酸更难氧化分解。DHA不能在线粒体中-氧化，而是被过氧化物酶体氧化，皮肤表皮15-脂氧合酶活性很高，将DHA转化为17-羟基二十碳六烯酸。DHA被哺乳动物吸收后，绝大部分结合成甘油三酯。1.2 DHA合成代谢哺乳动物本身不能合成DHA，但可由摄食油酸、亚油酸或亚麻酸转化而成。在动物体内，摄食油酸或亚油酸关键转化为AA，而合成DHA极少且缓，人体内DHA关键由植物油亚麻酸转化而来，因为转化包含3种酶（其中6去饱和酶为限速酶）代谢过程，所以转化效率较低。微生物合成多价不饱和脂肪酸通常是在单不饱和脂肪酸基础上开始，合成机制和高等生物一致，包含延长碳链和去饱和作用两个过程，分别由对应膜结合延长酶和脱饱和酶催化，使碳链增加；脂肪酸脱饱和体系由微粒体膜结合细胞色素 b5、NADH-细胞色素b5还原酶和脱饱和酶组成。微生物合成 DHA是从油酸开始，其脱饱和路径是-3；供体（乙酰CoA或丙二酰单酰CoA）提供两 个碳原子，在 12、13位C原子之间引入一个双键，形成亚油酸，再在15、16位碳原子间引入一个双键， 形成-亚麻酸，再经深入碳链延长和脱饱和而形成DHA，形成过程以下：图4 代谢图分析2、影响微藻培养生产DHA 理化原因2.1 物理原因影响微藻生长生产DHA物理原因有光照、温度、溶氧量、盐度、pH值等。（1）光照：脂肪酸合成含有藻种特异性。（2）温度：不一样温度对藻细胞生长含有较大影响。随温度升高，藻细胞代谢和呼吸作用加紧，生长速率增大。而随温度减低，藻细胞代谢和呼吸作用降低。细胞内多不饱和脂肪酸累积量逐步增大，DHA含量也逐步增大。（3）盐度：盐度对微藻脂肪酸组成影响因种而异。通常来说，在高盐浓度下，多不饱和脂肪酸含量下降。而在适宜盐度时，DHA含量伴随盐度升高而增大。（4）溶氧量：在脂肪酸代谢路径中，分子氧参与脂肪酸去饱和过程是多不饱和脂肪酸合成过程限制因子，微藻发酵生产DHA含量也受氧浓度影响。通常来说，高浓度溶氧中生产DHA含量大于低浓度中DHA含量。（5）pH值：不一样微藻全部有其适宜pH值。它不仅影响了微藻细胞内外离子平衡，也影响了藻细胞膜通透性。另外，培养周期、培养密度、保留方法也对微藻生产DHA有影响。2.2 化学原因（1） 碳氮比：培养基中氮源组成关键影响微藻细胞内饱和及不饱和脂肪酸百分比，当培养基中C/ N比升高时，Chlorellasorokiniana细胞内多不饱和脂肪酸含量增大。同时培养基碳、氮源选择也影响了微藻生产DHA产量，这表现为不一样藻种对碳、氮源有不一样适应性。（2） 氯化钠：在海洋藻类中，钠离子作用关键是调整细胞生长中胞内外渗透压。在高盐浓度下，藻细胞细胞膜流动性和渗透压降低，多不饱和脂肪酸含量下降，DHA含量也下降，而低盐度下时DHA含量较高。2.3 微藻生产DHA方法（1）自养方法对光合自养微藻进行研究，发觉部分光合自养微藻能产生 DHA。如光甲藻和隐甲藻中，DHA是磷脂酰胆碱关键成份，尤其是隐甲藻体内，快要总脂肪酸50%成份为 DHA。大家也已经从海藻中发觉DHA，含量占总脂肪酸12%36%。光合自养微藻大规模培养多采取开放式池、封闭式池和封闭式光合生物反应器系统进行培养。（2）异养方法和自养培养方法相比，其含有培养过程无需光照，降低能量；可含有较大培养密度，可提升底物转化率，缩短了发酵周期;能控制温度、溶氧等培养参数。现在，已经成功地进行了隐甲藻异养及混养研究。2.4 影响真菌合成DHA原因2.4.1 培养基组成（1）碳源：真菌发酵生产 DHA时，不一样碳源对生物量、菌体脂质量和脂质 DHA含量全部有极大影响。总体而言，葡萄糖是较佳碳源，生物量、菌体脂质量、脂质DHA含量和DHA产量全部是较高。葡萄糖也是油脂发酵生产中最常使用碳源，而且可被有效转化为油脂。（2）氮源：氮数量和起源对真菌合成多不饱和脂肪酸有着关键影响。酵母抽提物、 谷氨酸钠和胰蛋白胨有利于Thraustochytriumaureum ATCC 34304生长，其中以酵母抽提物生物量最高，谷氨酸钠还有利于脂质积累，多种氮源对脂质DHA含量影响不是十分显著，从DHA产量看，酵母抽提物和谷氨酸钠为很好氮源。（3）碳氮比：除了碳源、氮源外，培养基中碳氮比也影响真菌合成DHA。 微生物生长于碳源过剩、氮源不足，或是剥夺氮源环境，便会激发和促进脂质积累作为碳及能源备用库。通常情况下高碳氮比有利于脂质积累和促进菌体生长，但碳氮比过高，脂质中DHA含量将会下降。（4）无机盐及微量元素：在培养海洋微生物时，除非培养基中含有足够全部必需微量元素，不然，最好采取天然海水。因为破囊壶菌和裂殖壶菌均为海生真菌，所以培养基中添加一定量无机盐是很必需。（5）前体促进剂：部分有机酸和维生素对真菌合成 DHA也是十分有用 。2.4.2 通气和搅拌微生物合成多不饱和脂肪酸过程中去饱和作用需要分子氧参与，分子氧有效性决定其产生脂肪酸不饱和度。所以，提升培养基中氧浓度有利于不饱和脂肪酸合成。机械搅拌对培养Thraustochytrium 和 Schizochytrium 生产DHA有不一样影响。因为Thraustochytrium缺乏细胞壁和富含不饱和脂肪酸，细胞脆性大，机械搅拌抑制其生长。 但Schizochytrium情况则不一样，合适提升搅拌速度能促进菌体生长。另外，搅拌器叶轮类型对菌体生长也有影响。2.4.3 初始pH值真菌生产DHA时,选择适宜初始 pH值也是十分关键。2.4.4 温度对DHA生产有着极其关键影响嗜冷微生物比嗜温微生物能合成更多多不饱和脂肪酸。很多研究也表明， 低温能促进微生物合成不饱和脂肪酸。Brown和Rose认为，因为低温增加氧可溶性，产生大量胞内分子氧，有利于需氧参与长链脂肪酸去饱和作用。另外，低温下，微生物产生大量多不饱和脂肪酸也是一个适应低温环境手段，因为多不饱和脂肪酸，尤其是EPA、DHA能保持微生物细胞膜低温流动性，从而维持细胞正常功效。2.4.5 种龄和接种量种龄显著影响Thraustochytriumaureum ATCC34304脂质积累和 DHA产量，对生物量和脂质DHA含量影响不大，种龄24h和5%接种量时脂质积累和 DHA产量最高。2.4.6 光照破囊弧菌和裂殖弧菌为含有光刺激生长特征海生真菌，所以，光照对其生产DHA也有影响，Thraustochytriumaureum ATCC34304在33W 荧光灯光照下生物量、脂质量和DHA产量全部比黑暗培养时高。2.4.7 培养时间破囊弧菌和裂殖弧菌发酵早期生物量和脂质量呈线形增加，至对数生长末期达成最高，以后，生物量保持平稳，而脂质量有所下降。DHA含量随培养时间改变并不显著。现在，研究多不饱和脂肪酸合成路径、去饱和酶基因性质、藻细胞内脂肪酸组成、分布、DHA合成路径及合成前体物质等也为多不饱和脂肪酸工业化生产提供了更多理论基础。四、DHA分离提取1、低温分级法利用不一样脂肪酸在过冷有机溶剂中溶解度差异来分离浓缩 DHA。立即总脂肪酸置于110倍无水丙酮中 ,并冷却至-25以下，混合液下层为饱和脂肪酸和低度不饱和脂肪酸结晶，而上层含有大量高度不饱和脂肪酸丙酮溶液，将混合液过滤，滤液在真空下蒸馏除去丙酮，就可得到较纯DHA。2、溶剂提取法利用不一样脂肪酸金属盐在某种有机溶剂中差异来分离浓缩DHA。该种方法是经过皂化后，在皂液加入H2SO4，并将pH调至12 ，分离上层粗脂肪酸乙醇混合液，加入回收乙醇，并反复水洗粗脂肪酸至pH为中性。即可得相对较纯DHA。3、尿素包正当脂肪酸和尿素结合能力取决于其不饱和程度，脂肪酸不饱和程度越高，其于尿素结合能力越弱。所以可将饱和脂肪酸、低度不饱和脂肪酸、高度不饱和脂肪酸分离开来。然后，利用合适溶剂萃取，真空干燥后可得到DHA含量较高不饱和脂肪酸。4、超临界 CO2萃取法超临界流体萃取(supercritical fluid extraction，简称 SFE)是近代发展起来一个新型化工分离技术。它原理关键是将DHA溶于超临界状态CO2中，经过改变温度和压力，达成分离DHA目标。它能够分离出较纯DHA，不过对含有相同碳数而双键不一样脂肪酸却效果较差。另外，现在还含有脂肪酶水解法、膜分离法、硝酸银层析法、高效液相色谱法等。5、酶法破碎细胞破碎方法而言可分为机械法和非机械法，机械法包含珠磨法、高压匀浆法、超声波法和微波法等；非机械法包含溶酶法、酸热法和自溶法等。酶解法是一个研究较广细胞破碎方法，它利用酶反应，分解破坏细胞壁上特殊键，从而达成破壁目标。自溶法是一个特殊溶酶方法，其所需溶胞酶是由微生物本身产生。实际上，在微生物生长代谢过程中，大多全部能产生一定水解本身细胞壁上聚合物结构酶，方便使生长繁殖过程进行下去。控制一定条件，能够诱发微生物产生过剩溶胞酶或激发本身溶胞酶活力，以达成细胞自溶目标。现在常见自溶促进剂有食盐、乙醇、甲苯、硫醇等。一些试验是经过在菌液加入NaCl使其达成一定浓度进行处理。不溶固形物含量随地理时间延长而降低，这是因为NaCl溶液中，存在渗透压差，溶剂分子大量进入细胞，引发细胞膜发生破裂，使得细胞水解酶和底物接触而被激活，分解细胞，原生质外溢，胞内产物释放致使不溶固形物降低。自溶作用是酶解另一个方法，在一定程度上能用于工业生产，但对不稳定微生物则轻易引发蛋白质变性，自溶后细胞培养液过滤速度也会降低。其使用方法为：溶菌酶是专门作用于微生物细胞壁水解酶，酶解条件为：pH值7202 molL-1磷酸钾缓冲溶液， 08 molL-1氯化钾溶液，05%溶菌酶。在30将菌体振荡不一样时间后离心，菌体酶解后加入丙酮。影响原因：温度、PH、自溶时间等对自溶效果全部有影响，依据菌体不一样而有不一样影响。酶法破碎缺点：酶法避免了大量有机溶剂使用，但酶