CN109196108A - 制备具有改善冷流特性的脂质的方法 - Google Patents
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Abstract
本文提供了生产具有降低的饱和脂肪酸的油的方法。所述方法包括在受控碳消耗速率下在一种或多种消泡剂存在下在发酵培养基中培养产油微生物，其中所述培养产生包含脂肪酸的油，并且其中所述油中所述脂肪酸中低于35％是饱和脂肪酸。
Description
背景技术
微生物油作为向人类和动物提供诸如DHA、DPA和EPA的必需脂肪酸的可持续的、环境友好的且素食的营养脂质来源吸引了消费者和商业界的极大关注。目前微生物油的学术和工业生产取决于生产菌株发现和/或遗传修饰，以使微生物油具有所需的组成和/或物理特性。然而，定制具有所需物理和营养特性的油的脂肪酸分布型是具有挑战性的。仅通过发酵条件而不进行微生物的遗传修饰，要实现油定制特别具有挑战性。微生物油在环境温度条件下通常是蜡质的。固化的微生物油需要加热使其熔化以便于处理。然而，就现有的食用油精炼设施而言，在高温下处理油可能是困难的或不可行的。此外，由于长时间暴露于高温，脂质的稳定性和质量可能会受到负面影响。这种加热的油要维持脂质质量可能需要进一步加工，诸如添加抗氧化剂和施加严格的氮气覆盖。所有这些额外的加工要求可能影响油的最终脂质质量并增加加工成本。
发明内容
本文提供了生产具有降低的饱和脂肪酸的油的方法。所述方法包括在受控碳消耗速率下在一种或多种消泡剂存在下在发酵培养基中培养产油微生物，其中所述培养产生包含脂肪酸的油，并且其中所述油中所述脂肪酸中低于35％是饱和脂肪酸。
附图说明
图1是示出低DHA发酵期间不受限制的碳消耗速率的图。
图2是示出在不受限制的碳消耗速率下微生物油发酵期间脂肪酸组成的时间分布型的图。
图3是示出高DHA微生物发酵期间受控碳消耗速率的图。
图4是示出在受控碳消耗速率下微生物油发酵期间脂肪酸组成的时间分布型的图。
图5是示出在高DHA/高MUFA微生物发酵期间受控碳消耗速率和连续消泡剂添加的图。
图6是示出在受控碳消耗速率和连续消泡剂添加下微生物油发酵期间脂肪酸组成的时间分布型的图。
图7是示出在微生物发酵期间连续消泡剂添加对脂肪酸分布型的影响的图。
图8是示出高DHA微生物油中的SFA含量与其倾点之间的相关性的图。
具体实施方式
本文描述了一种生产油的微生物发酵方法，所述油富含ω-3脂肪酸(即，C22:6(n-3)二十二碳六烯酸，DHA)、ω-6脂肪酸(即，C22:5(n-6)二十二碳五烯酸，DPA)和ω-7脂肪酸(即，C16:1(n-7)棕榈油酸和C18:1(n-7)十八碳烯酸)并缺乏饱和脂肪酸(即，C16:0棕榈酸)酸和C14:0肉豆蔻酸)。这样的脂肪酸分布型不仅满足将油分类并用作富含DHA或富含ω-3的营养油的需要，而且这些油由于增加的ω-7脂肪酸含量还具有改善的营养组成和价值。由于油中饱和脂肪酸的含量降低，这些油还具有改善的冷流特性。与使用先前发酵方法生产的油相比，这些油的营养价值得到提高，表现为ω-3脂肪酸(即，DHA)含量增加和ω-7脂肪酸(即棕榈油酸和十八碳烯酸含量增加(图1)。油改善的冷流特性包括改善的熔点、浊点和倾点。例如，如本文所述，通过所提供的方法生产的油包括降低的倾点(低至-9℃)，这一倾点范围比由先前发酵工艺条件产生的典型脂质的倾点(在18℃与21℃之间变化)低得多(表1)。
通过施加本文所述的工艺条件，包括受控消泡剂添加以及受控碳消耗速率，与先前发酵方法生产的油相比，微生物能够产生具有显着增加的量的多不饱和脂肪酸(PUFA)和单不饱和脂肪酸(MUFA)以及降低的饱和脂肪酸(SFA)的油。由于这些脂肪酸组成方面的变化，油具有降低的熔点、浊点和倾点。因此，油表现出显着改善的冷流特性。此外，由于PUFA(DHA和DPA)的增加和MUFA(ω-7脂肪酸)的增加，油含有改善的营养价值。
如本文所用，术语熔点是指油变得完全透明时的温度。如本文所用，术语浊点是指油开始结晶时油的温度。如本文所用，倾点是在规定的试验条件下观察到试样(例如油)移动时的最低温度的指数。这些温度可通过已知方法确定，这些方法包括由美国石油化学学会(AOCS)和美国材料与试验协会(ASTM)建立的方法，这些方法建立了确定诸如脂质和油等流体的熔点、浊点和倾点的规范。例如，可使用AOCS官方方法Cc 1-25测定熔点，可使用AOCS官方方法Cc 6-25测定浊点，并且可使用ASTM官方方法D97测定倾点。
本文提供了一种生产具有降低的饱和脂肪酸的油的方法。所述方法包括在受控碳消耗速率下在一种或多种消泡剂存在下在发酵培养基中培养产油微生物，其中所述培养产生包含脂肪酸的油，并且其中所述油中所述脂肪酸中低于35％是饱和脂肪酸。
合适的消泡剂包括但不限于基于矿物油的消泡剂、基于植物油的消泡剂、基于硅的消泡剂、基于油/水乳液的消泡剂、基于聚乙二醇(PEG)的消泡剂和基于聚丙二醇的消泡剂。合适的基于植物油的消泡剂包括但不限于大豆油和菜籽油。合适的基于硅的消泡剂包括但不限于聚二甲基硅氧烷。
在培养期间，可以连续地或间歇地将消泡剂加入发酵培养基中。任选地，在整个培养过程中将一种或多种消泡剂连续地加入发酵培养基中。任选地，在整个培养过程中将一种或多种消泡剂间歇地加入发酵培养基中。任选地，在整个培养过程中每1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30分钟或1至30分钟之间的任何时间量(包括端值)加入消泡剂。任选地，在整个培养过程中每1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55或60秒或1至60秒之间的任何时间量(包括端值)加入消泡剂。任选地，将一种或多种消泡剂以每小时0.0075至0.05g/L的速率加入发酵培养基中。
如本文所述，所述方法包括在受控碳消耗速率下在一种或多种消泡剂存在下在发酵培养基中培养产油微生物。任选地，碳消耗速率控制在每小时1.5与4.5g/L之间。任选地，碳消耗速率控制在每小时每克生物质0.01至0.15g碳。碳消耗率可以通过多种方法来控制。任选地，通过通气、搅拌、容器反压或它们的组合来控制碳消耗速率。任选地，通过在整个培养过程中连续添加(一种或多种)碳源来控制碳消耗速率。
通过所提供的方法生产的油具有改善的冷流特性，例如，它们具有改善的熔点、浊点和倾点温度。因此，通过所提供的方法制备的油可具有20℃至33℃或20℃与33℃之间的任何温度(包括端值)的熔点。因此，油的熔点温度可为20℃、21℃、22℃、23℃、24℃、25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃、31℃、32℃或33℃或其任何部分。任选地，通过所提供的方法制备的油具有5℃至20℃或5℃与20℃之间的任何温度(包括端值)的浊点。因此，油的熔点温度可为5℃、6℃、7℃、8℃、9℃、10℃、11℃、12℃、13℃、14℃、15℃、16℃、17℃、18℃、19℃或20℃或其任何部分。任选地，通过所提供的方法制备的油具有-10℃至15℃或-10℃与15℃之间的任何温度(包括端值)的倾点。因此，油的倾点温度可为-10℃、-9℃、-8℃、-7℃、-6℃、-5℃、-4℃、-3℃、-2℃、-1℃、0℃、1℃、2℃、3℃、4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、9℃、10℃、11℃、12℃、13℃、14℃或15℃或之间的任何部分温度。
如本文所述，在受控碳消耗速率下在一种或多种消泡剂存在下在发酵培养基中培养产油微生物产生具有脂肪酸的油，其中所述油中所述脂肪酸中低于35％是饱和脂肪酸。任选地，所述油中所述脂肪酸中低于20％是饱和脂肪酸。任选地，所述油中所述脂肪酸中低于25％是饱和脂肪酸。任选地，所述油中所述脂肪酸中低于30％是饱和脂肪酸。因此，任选地，所述油中所述脂肪酸中低于15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％或35％是饱和脂肪酸。饱和脂肪酸百分比始终表示为油中总脂肪酸的百分比。任选地，所述油中所述脂肪酸中30％至35％是饱和脂肪酸，并且油能够在9℃与15℃之间的温度下流动。任选地，所述油中所述脂肪酸中25％至30％是饱和脂肪酸，并且油能够在-9℃与9℃之间的温度下流动。任选地，所述油中所述脂肪酸中低于25％是饱和脂肪酸，并且油能够在0℃与4℃之间的温度下流动。
通过本文描述的方法生产的油中的饱和脂肪酸包括但不限于C12:0(月桂酸)、C14:0(肉豆蔻酸)、C15:0(十五烷酸)、C16:0(棕榈酸)、C17:0(十七烷酸)和C18:0(硬脂酸)。任选地，在所提供的方法中通过培养产油微生物产生的C14:0(肉豆蔻酸)的量为总饱和脂肪酸的8％至12％。任选地，在所提供的方法中通过培养产油微生物产生的C16:0(棕榈酸)的量为总饱和脂肪酸的14％至22％。任选地，在所提供的方法中由培养的产油微生物产生的C12:0(月桂酸)、C15:0(十五烷酸)、C17:0(十七烷酸)和C18:0(硬脂酸)的量为总饱和脂肪酸的0至2％
所提供的方法还产生具有ω-7脂肪酸的油。与通过先前发酵方法生产的对照油相比，本文提供的油具有更高的ω-7脂肪酸含量。术语更高、增加、升高或提升指的是高于对照的增加。例如，对照水平是剂添加之前或不存在时的水平。通常，使用其他发酵方法由微生物生产的油(即对照油)具有低于5％的ω-7脂肪酸。如本文所述，在受控碳消耗速率下在一种或多种消泡剂存在下在发酵培养基中培养产油微生物，任选地产生具有10％至30％的ω-7脂肪酸的油。因此，在通过所提供的方法生产的油中的总脂肪酸中，总脂肪酸的10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％或30％或更多可以是ω-7脂肪酸。油中的ω-7脂肪酸包括例如棕榈油酸(C16:1(n-7))、顺式十八碳烯酸(C18:1(n-7))或它们的组合。
通过所提供的方法生产的油还可包括α亚麻酸、花生四烯酸、二十二碳六烯酸、二十二碳五烯酸、二十碳五烯酸、γ-亚麻酸、亚油酸、亚麻酸或它们的组合。任选地，油包含选自由以下组成的组的脂肪酸：棕榈酸(C16:0)、肉豆蔻酸(C14:0)、棕榈油酸(C16:1(n-7))、十八碳烯酸(C18:1(n-7))、二十二碳五烯酸(C22:5(n-6))、二十二碳六烯酸(C22:6(n-3))以及它们的组合。
使用所提供的方法生产的油可以从多种微生物获得。所述油可以源于一种微生物群体，例如产油藻类、真菌、细菌和原生生物。微生物任选地选自长形壶菌属(Oblongichytrium)、海洋壶菌属(Aurantiochytrium)、破囊壶菌属(Thraustochytrium)、裂殖壶菌属(Schizochytrium)和吾肯氏壶菌属(Ulkenia)或它们的任何混合物。任选地，微生物是破囊壶菌目(Thraustochytriales)的破囊壶菌(Thraustochytrid)，并且更具体来说，是破囊壶菌目的破囊壶菌属。示例性微生物包括如美国专利No.5,340,594和5,340,742中所述的破囊壶菌目，所述美国专利以引用的方式整体并入本文。微生物可为破囊壶菌属物种，诸如如美国专利No.8,163,515中所述的以ATCC登录号PTA-6245保藏的破囊壶菌属物种(即ONC-T18)，所述美国专利以引用的方式整体并入本文。因此，任选地，微生物属于破囊壶菌科(Thraustochytriaceae)。任选地，微生物属于破囊壶菌属。任选地，微生物是ONC-T18。
微藻在领域内被公认为代表不同的生物群。出于本文件的目的，术语微藻用于描述源于水生和/或陆地环境的单细胞微生物(一些蓝细菌栖息在陆地/土壤)。水生环境从海洋环境延伸至淡水湖泊和河流，并且还包括咸水环境，诸如河口和江口。微藻可以是光合作用的；任选地，微藻是异养的。微藻可具有真核性质或原核性质。微藻可以是非运动性的或运动性的。
如本文所用，术语“破囊壶菌”是指破囊壶菌目的任何成员，破囊壶菌目包括破囊壶菌科。描述为破囊壶菌的菌株包括以下生物：目：破囊壶菌目；科：破囊壶菌科；属：破囊壶菌属(种：arudimentale、金黄色破囊壶菌(aureum)、benthicola、球破囊壶菌(globosum)、金尼破囊壶菌(kinnei)、动孢破囊壶菌(motivum)、多增殖性破囊壶菌(multirudimentale)、厚皮破囊壶菌(pachydermum)、层出破囊壶菌(proliferum)、粉红破囊壶菌(roseum)、纹带破囊壶菌(striatum))；吾肯氏壶菌属(种：变形吾肯氏壶菌(amoeboidea)、克格伦吾肯氏壶菌(kerguelensis)、小吾肯氏壶菌(minuta)、深海吾肯氏壶菌(profunda)、福射吾肯氏壶菌(radiata)、sailens、沙氏吾肯氏壶菌(sarkariana)、schizochytrops、威瑟氏吾肯氏壶菌(visurgensis)、约肯氏吾肯氏壶菌(yorkensis))；裂殖壶菌属(种：聚生裂殖壶菌(aggregatum)、limnaceum、红树林裂殖壶菌(mangrovei)、微小裂殖壶菌(minutum)、八孢裂殖壶菌(octosporuni))；日本壶菌属(Japoniochytrium)(种：marinum)；Aplanochytrium属(种：haliotidis、克格伦吾肯氏壶菌、深海吾肯氏壶菌、阿尔托尼氏壶菌属(Althornia)(种：crouchii)；或埃氏壶菌属(Elina)(种：marisalba、sinorifica)。吾肯氏壶菌属中描述的菌种被认为是破囊壶菌属的成员。被描述为属于破囊壶菌属的菌株可以与裂殖壶菌属共享共同的性状，也可以描述为属于裂殖壶菌属。例如，在一些分类学分类中，ONC-T18可被视为属于破囊壶菌属，而在其他分类中其可被描述为属于裂殖壶菌属，因为它包含指示这两个属的性状。
如前所述，在产生目标化合物(例如，低于35％的饱和脂肪酸)的条件下培育本文提供的微生物。培养可以进行一至数天。任选地，所述方法还包括从微生物中提取油。所提供的方法包括根据本领域已知的方法培养微生物并从中获得油的额外步骤，或可以与这些额外步骤结合使用。例如，破囊壶菌，例如破囊壶菌属可以根据美国专利公布2009/0117194、2012/0244584或2015/0176042中描述的方法培育和提取，所述美国专利公布中关于本文使用的方法的每个步骤或组合物通过引用整体并入本文。
为了从微生物中分离油，使微生物在生长培养基(也称为培养基)中生长。多种培养基中的任一种都适用于培养本文所述的微生物。任选地，培养基为微生物供给各种营养性组分，包括碳源和氮源。用于破囊壶菌培养的培养基可包括多种碳源中的任一种。碳源的实例包括脂肪酸(例如油酸)、脂质、甘油、三甘油、碳水化合物、多元醇、氨基糖和任何种类的生物质或废物流。碳水化合物包括但不限于葡萄糖、纤维素、半纤维素、果糖、右旋糖、木糖、乳果糖、半乳糖、麦芽三糖、麦芽糖、乳糖、糖原、明胶、淀粉(玉米淀粉或小麦淀粉)、乙酸盐、肌肉肌醇(例如源于玉米浆)、半乳糖醛酸(例如源于果胶)、L-海藻糖(例如源于半乳糖)、龙胆二糖、葡糖胺、α-D-葡萄糖-1-磷酸酯(例如源于葡萄糖)、纤维二糖、糊精、α-环糊精(例如源于淀粉)和蔗糖(例如来自糖蜜)。多元醇包括但不限于麦芽糖醇、赤藻糖醇和阿东糖醇(adonitol)。氨基糖包括但不限于N-乙酰基-D-半乳糖胺、N-乙酰基-D-葡糖胺和N-乙酰基-β-D-甘露糖胺。
微生物可以在盐水或含盐培养基中培养。任选地，所选择的培养基包括NaCl或者天然或人工海盐和/或人工海水。破囊壶菌可以例如在盐浓度为约0.5g/L至约50.0g/L、约0.5g/L至约35g/L、或约18g/L至约35g/L的培养基中培养。任选地，本文所述的破囊壶菌可以在低盐条件(例如，盐浓度为约0.5g/L至约20g/L或约0.5g/L至约15g/L)下生长。
另选地，在有无NaCl的情况下，培养基可包括非含氯钠盐作为钠的来源。适于根据本发明方法使用的非氯钠盐的实例包括但不限于苏打灰(碳酸钠和氧化钠的混合物)、碳酸钠、碳酸氢钠、硫酸钠以及它们的混合物。参见，例如美国专利No.5,340,742和6,607,900，所述美国专利各自的整个内容以引用的方式并入本文。总钠中的很大部分例如可由非氯盐供给以使培养基中总钠的小于约100％、75％、50％或25％由氯化钠供给。
用于微生物培养的培养基可包括多种氮源中的任一种。示例性氮源包括铵溶液(例如，含NH4的H2O)、铵或胺盐(例如，(NH4)2SO4、(NH4)3PO4、NH4NO3、NH4OOCH2CH3(NH4Ac))、蛋白胨、胰蛋白胨、酵母提取物、麦芽提取物、鱼粉、谷氨酸钠、大豆提取物、酪蛋白氨基酸和酒糟。合适培养基中的氮源的浓度通常在约1g/L与约25g/L之间的范围内，并且包括约1g/L和约25g/L。
培养基任选地包含磷酸盐，诸如磷酸钾或磷酸钠。培养基中的无机盐和微量营养物可包括硫酸铵、碳酸氢钠、原钒酸钠、铬酸钾、钼酸钠、亚硒酸、硫酸镍、硫酸铜、硫酸锌、氯化钴、氯化铁、氯化锰、氯化钙和EDTA。可包括维生素，诸如盐酸吡哆辛、盐酸硫胺、泛酸钙、对氨基苯甲酸、核黄素、烟酸、生物素、叶酸和维生素B12。
可使用酸或碱，当适当时，和/或使用氮源，将培养基的pH调整至在3.0与10.0之间，并且包括3.0和10.0。任选地，可将培养基灭菌。
通常，用于培养微生物的培养基是液体培养基。然而，用于培养微生物的培养基可为固体培养基。除如本文讨论的碳源和氮源之外，固体培养基可含有一种或多种提供结构支撑和/或使培养基呈固体形式的组分(例如琼脂或琼脂糖)。
对所得生物质进行巴氏杀菌以使生物质中存在的不合需要的物质失活。举例来说，可对生物质进行巴氏杀菌以使化合物降解性物质诸如降解酶失活。生物质可存在于发酵培养基中或从发酵培养基分离以进行巴氏杀菌步骤。巴氏杀菌步骤可通过将生物质和/或发酵培养基加热至高温来进行。举例来说，可将生物质和/或发酵培养基加热至约50℃至约95℃(例如约55℃至约90℃或约65℃至约80℃)的温度。任选地，可将生物质和/或发酵培养基加热约30分钟至约120分钟(例如约45分钟至约90分钟或约55分钟至约75分钟)。可使用合适加热手段诸如像通过直接蒸汽喷射来进行巴氏杀菌。
可根据多种方法收集生物质，所述方法包括当前为本领域技术人员所知的那些。举例来说，生物质可使用例如离心(例如用固体排出离心机)和/或过滤(例如交叉流过滤)从发酵培养基收集。任选地，收集步骤包括使用沉淀剂来达成对细胞生物质的加速收集(例如磷酸钠或氯化钙)。
任选地，用水洗涤生物质。任选地，可使生物质浓缩直至约20％固体。例如，可使生物质浓缩至约1％至约20％固体、约5％至约20％固体、或约7.5％固体至约15％固体、或至所叙述范围内的任何百分比。
任选地，油可以例如通过冬化进一步加工。可使用多种方法中的一种或多种从生物质或微生物获得或提取油或多不饱和脂肪酸，所述方法包括当前为本领域技术人员所知的那些。举例来说，分离油或多不饱和脂肪酸的方法描述于美国专利No.8,163,515中，所述美国专利以引用的方式整体并入本文。另选地，如美国公布No.2015/0176042中所述分离油或多不饱和脂肪酸，所述美国公布以引用的方式整体并入本文。任选地，一种或多种多不饱和脂肪酸是选自由以下组成的组：α亚麻酸、花生四烯酸、二十二碳六烯酸、二十二碳五烯酸、二十碳五烯酸、γ-亚麻酸、亚油酸、亚麻酸以及它们的组合。
油、脂质或它们的衍生物(例如多不饱和脂肪酸(PUFA)和其他脂质)可用于利用其生物学、营养学或化学特性的多种应用中的任一种。因此，油、脂质或它们的衍生物可用于生产生物燃料。任选地，油、脂质或它们的衍生物可用于药物、营养食品、食物补充剂、动物饲料添加剂、化妆品等中。
任选地，可将根据本文所述的方法生产的油的液体部分和油的固体部分掺入最终产品(例如食物或饲料补充剂、婴儿配方食品、药物、燃料等)中。任选地，将固体部分掺入动物饲料中。任选地，将液体部分掺入食物补充剂，例如营养或膳食补充剂诸如维生素中。油或脂质可被掺入其中的合适食物或饲料补充剂包括饮料诸如奶、水、运动饮料、能量饮料、茶和果汁；甜食诸如糖果、果冻和饼干；含脂肪食物和饮料诸如乳制品；加工食品诸如软质米饭(或粥)；婴儿配方食品；早餐谷物；等。
任选地，可将其中的一种或多种油或化合物(例如PUFA)掺入营养食品或药物产品中。此类营养食品或药物的实例包括各种类型的片剂、胶囊、饮剂等。任选地，营养食品或药物适于局部施加。剂型可包括例如胶囊、油剂、颗粒剂、细粒剂、散剂、片剂、丸剂、糖锭等。
可将根据本文所述的方法产生的油或油部分与多种其他试剂中的任一种组合掺入如本文所述的产品中。举例来说，可使此类化合物与一种或多种粘合剂或填充剂、螯合剂、色素、盐、表面活性剂、保湿剂、粘度调节剂、增稠剂、润肤剂、芳香剂、防腐剂等或它们的任何组合进行组合。
所公开的材料、组合物以及组分可用于所公开的方法和组合物，可与所公开的方法和组合物联合使用，可用来制备所公开的组合物，或者是所公开的方法和组合物的产品。本文公开了这些材料和其他材料，应当理解，如果公开了这些材料的组合、子集、相互作用、群组等，而没有明确地公开对各种个体和集体组合以及这些化合物的排列的具体提及，则每种情况均得到本文的明确涵盖和描述。例如，如果公开并讨论了方法，并且讨论可对多种分子(包括所述方法)进行的多种修改，则除非明确相反地指示，否则明确涵盖所述方法的每一种组合和排列以及可能的修改。同样地，也明确涵盖并公开这些修改的任何子集或组合。这个概念适用于本公开的所有方面，包括但不限于使用所公开的组合物的方法中的步骤。因此，如果有多种另外的步骤可进行，那么应当理解，这些另外的步骤中的每一个均可与所公开方法的任何具体方法步骤或方法步骤的组合一起进行，并且每种这样的组合或组合的子集均得到明确涵盖并应视为得到公开。
本文所引用的出版物以及引用这些出版物所涉及到的材料特此以引用的方式明确地整体并入。
以下实施例意图进一步说明本文所述的方法和组合物的某些方面，并且不意图限制权利要求的范围。
实施例
在所有实施例中使用名为T18的破囊壶菌菌株。与其他破囊壶菌相似，此菌株产生含有几种主要脂肪酸的脂质，这些脂肪酸包括C14:0肉豆蔻酸、C16:0棕榈酸、C16:1(n-7)棕榈油酸、C18:1(n-9)十八碳烯酸、C22:5(n-6)二十二碳五烯酸(DPA)和C22:6(n-3)二十二碳六烯酸(DHA)。如本文所述，取决于所施加的发酵条件，每种主要脂肪酸的合成水平可以改变，因此整体油中这些主要脂肪酸的相对含量可以改变。不同的工艺条件使得脂质合成得到更理想的脂肪酸分布型，即更高的DHA和更高的MUFA以及降低的SFA。
实施例1.不施加受控碳消耗率下的微生物发酵
此实施例说明了在不受限制的碳消耗速率下通过微生物发酵可获得的典型脂肪酸分布型。在工作容积为150L与350L之间的500L发酵罐中进行发酵，随着在发酵过程中进给葡萄糖浆，容积增加。初始发酵培养基含有(每升)：60g葡萄糖；2g大豆蛋白胨；1.65g氯化钠；4g硫酸镁七水合物；2.2g磷酸二氢钾；2.4g磷酸氢二钾；20g硫酸铵；0.1g氯化钙二水合物；0.003g氯化铁；0.003g硫酸铜五水合物；0.0015g钼酸钠脱水物；0.003g硫酸锌七水合物；0.0015g氯化钴六水合物；0.0015g氯化锰四水合物；0.0015g硫酸镍六水合物；0.00003g维生素B12；0.00003g生物素；盐酸硫胺0.006g。在必要时，少量使用基于硅的消泡剂来抑制泡沫形成，并且在整个发酵过程中使用小于0.3g/L的该消泡剂。控制发酵罐的搅拌、通气和反压，使得培养物具有高达10g/L-h的不受限制的碳消耗速率(图1)。在整个培养或发酵过程中将葡萄糖浆形式的另外的碳进给至发酵罐，使得培养基中始终存在葡萄糖供培养物消耗。
如脂肪酸组成的时间分布型所示(图2)，在整个发酵过程中，DHA含量相对较低，为总脂肪酸的20％与23％之间。在不受限制的碳消耗速率下，最终获得的油仅含有21％的DHA，远低于商业的富含DHA的微生物油中所需的35％-40％的DHA。
表1中所示的两批500L发酵显示了这种具有相对低DHA含量的最终分布型的再现性。虽然这些脂肪酸分布型中的总MUFA(C16:1n-7棕榈油酸和C18:1n-7十八碳烯酸)在15％与20％之间并且可以被认为是显着的，但是相对低的DHA含量将使这种总体分布型作为商业的富含DHA的海藻油来说不合需要。
表1.低DHA微生物发酵的脂肪酸分布型。
实施例2.在受控碳消耗率下的高DHA发酵
此实施例说明了使用特定碳消耗速率控制通过相同菌株的微生物发酵获得的高DHA脂肪酸分布型。在500L发酵罐中进行发酵。初始发酵培养基含有与实施例1相同的营养物质配方，不同之处在于大豆蛋白胨和氯化钠的浓度分别增加至10g/L和9g/L。在必要时，少量使用基于硅的消泡剂来抑制泡沫形成，并且在整个发酵过程中使用小于0.3g/L的该消泡剂。控制发酵罐的搅拌、通气和反压，使得培养物在整个运行过程中仅能达到受限的碳消耗速率，如图3所示。在整个发酵过程中将葡萄糖浆形式的另外的碳源进给至发酵罐，使得培养基中始终存在葡萄糖供培养物消耗。
如脂肪酸组成的时间分布型所示(图4)，通过施加受控的碳消耗速率，在整个发酵过程中DHA含量可以控制在相对高的范围内，即在33％与40％之间。最终的脂肪酸分布型含有39.2％的DHA，这满足富含DHA的脂质的商业要求(DHA≥35％)。然而，与实施例1中所示的利用不受限制的碳消耗速率的方法相比，此发酵方法产生的MUFA要少得多。由于饱和脂肪酸(SFA)几乎占整个分布型的50％，所得脂质具有为24℃的相对高的倾点，使得油在室温下不可流动。
如表2所示，三个批次的发酵，即实验室规模(7L，批次#1)、小中试规模(30L，批次#2)和中试规模(500L，批次#3)显示了这种具有相对高DHA含量和低MUFA含量的最终分布型的再现性。高DHA含量满足富含DHA的油的商业要求。然而，这种油在加工过程中将需要加热和高温，这可能引入额外的加工成本并损害油的长期稳定性。
表2.高DHA/低MUFA微生物发酵的脂肪酸分布型。
实施例3.在受控碳消耗率和连续消泡剂添加下的高DHA发酵
该实施例说明了使用受控碳消耗速率和连续消泡剂添加的组合通过相同菌株的微生物发酵获得的高DHA脂肪酸分布型。在500L发酵罐中进行发酵。初始发酵培养基含有与实施例1相同的营养物质配方，不同之处在于氯化钠浓度增加至9g/L。在整个发酵过程中以0.014g/L-h与0.020g/L-h之间的速率连续加入基于植物油的消泡剂。控制发酵罐的搅拌、通气和反压，使得培养物在整个发酵过程中仅能达到受限的碳消耗速率，如图4所示。在整个发酵过程中将葡萄糖浆形式的另外的碳进给至发酵罐，使得培养基中始终存在葡萄糖供培养物消耗。
如脂肪酸组成的时间分布型所示(图6)，通过施加受控碳消耗速率和连续消泡剂添加的组合，不仅可以将DHA含量控制在40％左右，在发酵后期阶段MUFA合成也是显着的，最终它达到总脂质的20％以上。随着饱和脂肪酸(SFA)降低到整个分布型的30％以下，所得到的油具有更好的冷流特性，这可以通过-9℃的倾点反映出来。
如表3所示，三个批次的发酵，即实验室规模(7L，批次#1)和中试规模(500L，批次#2和批次#3)显示了这种具有相对高DHA含量和高MUFA含量的最终分布型的再现性。高DHA含量满足富含DHA的海藻油的商业要求。同时，这种油现在具有大的ω-7MUFA含量和低得多的SFA含量。脂肪酸分布型的此类变化使得油在加工过程中更容易处理，并提供额外的营养价值。
表3.高DHA/高MUFA微生物发酵的脂肪酸分布型。
实施例4.连续消泡剂添加对高DHA脂肪酸分布型的影响
此实施例通过平行进行两次发酵说明了连续消泡剂添加的影响，其中一次发酵接受连续消泡剂添加而另一次发酵没有接受连续消泡剂添加。所有其他发酵因素都是相同的，包括来自相同接种瓶的接种物、相同的初始培养基、补料培养基、工作容积、温度、pH、通气和受控碳消耗速率范围。如图7所示，连续消泡剂添加使得在发酵的后期阶段大量合成MUFA，使得产生的油与高DHA/低MUFA脂质相比在物理和营养上更有利。
实施例5.通过改变脂质脂肪酸分布型实现冷流特性改善
此实施例说明了高DHA微生物脂质中的SFA含量与其冷流特性之间的相关性，冷流特性通过脂质的倾点来反映。将十三批高DHA(>37％)微生物脂质的倾点对每种脂质的SFA含量作图。如图8所示，在无连续消泡剂添加的情况下产生的脂质具有高于40％的SFA并且它们的倾点位于室温或高于室温。在连续消泡剂添加和受控碳消耗率下产生的油具有低于35％的SFA。当SFA％降低至35％及以下时，可观察到倾点降低。当SFA含量降低时，这些油表现出极少的结晶行为，因此它们甚至在一些情况下在零下温度下保持液态。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种生产具有降低的饱和脂肪酸的油的方法，所述方法包括：
在受控碳消耗速率下在一种或多种消泡剂存在下在发酵培养基中培养产油微生物，
其中所述培养产生包含脂肪酸的油，并且其中所述油中所述脂肪酸中低于35％是饱和脂肪酸。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述消泡剂是基于矿物油的消泡剂、基于植物油的消泡剂、基于硅的消泡剂、基于油/水乳液的消泡剂、基于聚乙二醇(PEG)的消泡剂或基于聚丙二醇的消泡剂。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述消泡剂是基于植物油的消泡剂，并且其中所述基于植物油的消泡剂是大豆油或菜籽油。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述消泡剂是基于硅的消泡剂，并且其中所述基于硅的消泡剂是聚二甲基硅氧烷。
5.如权利要求1所述的方法，其中在整个所述培养过程中将所述一种或多种消泡剂连续地或间歇地加入所述发酵培养基中。
6.如权利要求5所述的方法，其中在整个所述培养过程中将所述消泡剂间歇地加入所述发酵培养基中。
7.如权利要求6所述的方法，其中在整个所述培养过程中每1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30分钟加入所述消泡剂。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中在整个所述培养过程中以每小时0.0075-0.05g/L的速率将所述一种或多种消泡剂加入所述发酵培养基中。
9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中在整个所述培养过程中将所述碳消耗速率控制在每小时1.5与4.5g/L之间。
10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中通过通气、搅拌、容器反压或它们的组合来控制所述碳消耗速率。
11.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中通过在整个所述培养过程中连续添加一种或多种碳源来控制所述碳消耗速率。
12.如权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述油的熔点为20℃至33℃。
13.如权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述油的浊点为5℃至20℃。
14.如权利要求1至13中任一项所述的方法，其中所述油的倾点为-10℃至15℃。
15.如权利要求1至14中任一项所述的方法，其中所述油中所述脂肪酸中低于20％是饱和脂肪酸。
16.如权利要求1至14中任一项所述的方法，其中所述油中所述脂肪酸中低于25％是饱和脂肪酸。
17.如权利要求1至14中任一项所述的方法，其中所述油中所述脂肪酸中低于30％是饱和脂肪酸。
18.如权利要求1至17中任一项所述的方法，其中所述脂质能在19℃至22℃的温度下流动。
19.如权利要求1至14中任一项所述的方法，其中所述油中所述脂肪酸中30％至35％是饱和脂肪酸，并且其中所述油能在9℃与15℃之间的温度下流动。
20.如权利要求1至14中任一项所述的方法，其中所述油中所述脂肪酸中25％至30％是饱和脂肪酸，并且其中所述油能在-9℃与9℃之间的温度下流动。
21.如权利要求1至14中任一项所述的方法，其中所述油中所述脂肪酸中低于25％是饱和脂肪酸，并且其中所述油能在0℃与4℃之间的温度下流动。
22.如权利要求1至21中任一项所述的方法，其中所述饱和脂肪酸包含C16:0(棕榈酸)和C14:0(肉豆蔻酸)。
23.如权利要求1至22中任一项所述的方法，其中所述油包含ω-7脂肪酸，并且其中所述油与对照油相比包含更高的ω-7脂肪酸。
24.如权利要求23所述的方法，其中所述对照油包含低于5％的ω-7脂肪酸。
25.如权利要求1至24中任一项所述的方法，其中所述油包含10％至30％的ω-7脂肪酸。
26.如权利要求23-25中任一项所述的方法，其中所述ω-7脂肪酸包含棕榈油酸(C16:1(n-7))、十八碳烯酸(C18:1(n-7))或它们的组合。
27.如权利要求1至26中任一项所述的方法，其中所述培养进行一至数天。
28.如权利要求1至27中任一项所述的方法，其中所述微生物属于破囊壶菌科。
29.如权利要求1至27中任一项所述的方法，其中所述微生物属于破囊壶菌属。
30.如权利要求1至27中任一项所述的方法，其中所述微生物是ONC-T18。
31.如权利要求1至30中任一项所述的方法，其还包括从所述微生物中提取所述油。
32.一种微生物油，其中所述油能在环境温度下流动，其中所述可流动微生物油的倾点为-10℃至15℃，并且其中所述油包含：
(a)饱和脂肪酸，其中脂肪酸中低于35％是饱和脂肪酸，
(b)ω-7脂肪酸，其中所述脂肪酸中10％-30％是ω-7脂肪酸，以及
(c)二十二碳六烯酸(DHA)，其中所述脂肪酸中高于37％是DHA。
33.如权利要求32所述的微生物油，其中所述饱和脂肪酸包含肉豆蔻酸和棕榈酸。
34.如权利要求33所述的微生物油，其中所述脂肪酸中8％-12％是肉豆蔻酸。
35.如权利要求33或34所述的微生物油，其中所述脂肪酸中14％-22％是棕榈酸。
36.如权利要求33-35中任一项所述的微生物油，其中所述饱和脂肪酸还包含月桂酸、十五烷酸、十七烷酸和硬脂酸中的一种或多种，并且其中所述脂肪酸中低于2％包含月桂酸、十五烷酸、十七烷酸和硬脂酸中的一种或多种。
37.如权利要求32-36中任一项所述的微生物油，其中所述油的熔点为20℃-33℃。
38.如权利要求32-37中任一项所述的微生物油，其中所述油的浊点为5℃-20℃。
39.如权利要求32-38中任一项所述的微生物油，其中所述油是通过在一种或多种消泡剂存在下和在受控碳消耗速率下在发酵培养基中培养产油微生物而生产的，并且其中所述多种消泡剂和在受控的碳消耗速率下，并且其中所述微生物油未被冬化。
Claims (31)
1.一种生产具有降低的饱和脂肪酸的油的方法，所述方法包括：
在受控碳消耗速率下在一种或多种消泡剂存在下在发酵培养基中培养产油微生物，
其中所述培养产生包含脂肪酸的油，并且其中所述油中所述脂肪酸中低于35％是饱和脂肪酸。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述消泡剂是基于矿物油的消泡剂、基于植物油的消泡剂、基于硅的消泡剂、基于油/水乳液的消泡剂、基于聚乙二醇(PEG)的消泡剂或基于聚丙二醇的消泡剂。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述消泡剂是基于植物油的消泡剂，并且其中所述基于植物油的消泡剂是大豆油或菜籽油。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述消泡剂是基于硅的消泡剂，并且其中所述基于硅的消泡剂是聚二甲基硅氧烷。
5.如权利要求1所述的方法，其中在整个所述培养过程中将所述一种或多种消泡剂连续地或间歇地加入所述发酵培养基中。
6.如权利要求5所述的方法，其中在整个所述培养过程中将所述消泡剂间歇地加入所述发酵培养基中。
7.如权利要求6所述的方法，其中在整个所述培养过程中每1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30分钟加入所述消泡剂。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中在整个所述培养过程中以每小时0.0075-0.05g/L的速率将所述一种或多种消泡剂加入所述发酵培养基中。
9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中在整个所述培养过程中将所述碳消耗速率控制在每小时1.5与4.5g/L之间。
10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中通过通气、搅拌、容器反压或它们的组合来控制所述碳消耗速率。
11.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中通过在整个所述培养过程中连续添加一种或多种碳源来控制所述碳消耗速率。
12.如权利要求1至11中任一项所述的方法，其中所述油的熔点为20℃至33℃。
13.如权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述油的浊点为5℃至20℃。
14.如权利要求1至13中任一项所述的方法，其中所述油的倾点为-10℃至15℃。
15.如权利要求1至14中任一项所述的方法，其中所述油中所述脂肪酸中低于20％是饱和脂肪酸。
16.如权利要求1至14中任一项所述的方法，其中所述油中所述脂肪酸中低于25％是饱和脂肪酸。
17.如权利要求1至14中任一项所述的方法，其中所述油中所述脂肪酸中低于30％是饱和脂肪酸。
18.如权利要求1至17中任一项所述的方法，其中所述脂质能在19℃至22℃的温度下流动。
19.如权利要求1至14中任一项所述的方法，其中所述油中所述脂肪酸中30％至35％是饱和脂肪酸，并且其中所述油能在9℃与15℃之间的温度下流动。
20.如权利要求1至14中任一项所述的方法，其中所述油中所述脂肪酸中25％至30％是饱和脂肪酸，并且其中所述油能在-9℃与9℃之间的温度下流动。
21.如权利要求1至14中任一项所述的方法，其中所述油中所述脂肪酸中低于25％是饱和脂肪酸，并且其中所述油能在0℃与4℃之间的温度下流动。
22.如权利要求1至21中任一项所述的方法，其中所述饱和脂肪酸包含C16:0(棕榈酸)和C14:0(肉豆蔻酸)。
23.如权利要求1至22中任一项所述的方法，其中所述油包含ω-7脂肪酸，并且其中所述油与对照油相比包含更高的ω-7脂肪酸。
24.如权利要求23所述的方法，其中所述对照油包含低于5％的ω-7脂肪酸。
25.如权利要求1至24中任一项所述的方法，其中所述油包含10％至30％的ω-7脂肪酸。
26.如权利要求23-25中任一项所述的方法，其中所述ω-7脂肪酸包含棕榈油酸(C16:1(n-7))、十八碳烯酸(C18:1(n-7))或它们的组合。
27.如权利要求1至26中任一项所述的方法，其中所述培养进行一至数天。
28.如权利要求1至27中任一项所述的方法，其中所述微生物属于破囊壶菌科。
29.如权利要求1至27中任一项所述的方法，其中所述微生物属于破囊壶菌属。
30.如权利要求1至27中任一项所述的方法，其中所述微生物是ONC-T18。
31.如权利要求1至30中任一项所述的方法，其还包括从所述微生物中提取所述油。
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