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CN102676594A - 一种γ-亚麻酸的制备方法 - Google Patents

一种γ-亚麻酸的制备方法 Download PDF

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CN102676594A CN2012101676718A CN201210167671A CN102676594A CN 102676594 A CN102676594 A CN 102676594A CN 2012101676718 A CN2012101676718 A CN 2012101676718A CN 201210167671 A CN201210167671 A CN 201210167671A CN 102676594 A CN102676594 A CN 102676594A
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敬科举
肖秀玲
凌雪萍
沈亮
卢英华
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Xiamen University
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Xiamen University
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Abstract

一种γ-亚麻酸的制备方法,提供一种用于提高GLA产量的γ-亚麻酸的制备方法。以刺孢小克银汉霉菌(Cunninghamella echinulata ATCC 7929)为出发菌株,以葡萄糖、蔗糖、硫酸镁、磷酸氢二钾、柠檬酸三钠、柠檬酸、玉米浆作为培养基的主要原料用于培养菌株,通过添加不同种类不同浓度维生素,发酵生产γ-亚麻酸,γ-亚麻酸较对照组提高近一倍。采用接种时添加不同浓度不同种类的维生素的方法,发酵生产γ-亚麻酸,γ-亚麻酸产量较传统方法提高一倍以上,具有操作简单、成本低、设备要求低,效果佳等优势。

Description

一种γ-亚麻酸的制备方法
技术领域
本发明涉及一种γ-亚麻酸的制备方法。
背景技术
γ-亚麻酸(gamma linolenic acid,缩写GLA,C18:3;n-6,6,9,12-十八碳三烯酸),属n-6系列的多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid,PUFA),它的化学名称为全顺-Δ6、Δ9、Δ12-十八碳三烯酸,符号为18:3ω-6,分子式为C18H28O2,为无色油状液体,在空气中极易被氧化([1]林峰,张燕.γ-亚麻酸及其研究和应用.中国药学杂志,1994,29(5):263-267)。γ-亚麻酸是人体必需脂肪酸之一,它在生物体内经过复杂的代谢过程,产生多种次生代谢产物([2]Bjerve K.S,Fischer.S,Slmr K,AlpHa-linolenica acid deficiency in man:effect of ethyl linolenat on plasma anderythrocyte fatty acid composition and biosynthesis of prostanoids[J].Am J Clin Nutr,1995,125:3062),主要形成二高-γ-亚麻酸(DHGLA)或花生四烯酸(AA),进而转化为前列腺素(PGs)、白三烯(LT)和凝血恶烷(TXB)等。GLA和其系列代谢物在免疫系统、心血管系统、生殖系统、内分泌系统中都具有重要而广泛的生理作用([3]Fan Y Y,Ramos K S,Chapkin R S.Dietaryγ-Linolenic Acid enhances mouse macrophage-derived prostaglandin E1 which inhibits vascularsmooth muscle cell proliferation.The Journal of Nutrition,1997,127(9):1765-1771;[4]Giamarellos-Bourboulis E J,Grecka P,Dionyssiou-Asteriou A,et al.In vitro influence ofpolyunsaturated fatty acids on nosocomial Pscudomonas aeruginosa:a preliminary report.International Journal of Antimicrobial Agents,1995,6(1):47-50;[5]苏桂红.亚麻酸的开发与应用.黑龙江医药,2004,17(2):142-143;[6]张耀,方向明.γ-亚麻酸干预经前综合征的临床观察.中国医师杂志,2002,4(11):1281),其潜在的药用价值受到了广泛的关注。GLA的需求量增加,市场前景巨大([7]S.Fakas,S.Papanikolaou,M.Galiotou-Panayotou,M.Komaitis and G.Aggelis.Organic nitrogen of tomato waste hydrolysate enhances glucose uptake and lipid accumulation inCunninghamella echinulata.Journal of Applied Microbiology,2008,1364-5072)。
1919年,Hei duschka首次从柳叶菜科(Evening Primrose Family)植物月见草中发现γ亚麻酸(3%~15%,典型值为8%)([8]Heiduschka A,Luft K.Das fette Oel der Samen derNachtkerze(Oenothera biennis)und über eine neue
Figure BDA00001683826000021
Archiv der Pharmazie,1919,257(1):33-69)。后来发现,玻璃苣油(borage oil,15%~25%)和黑醋栗油(black currant oil,12%~20%)也含有相当数量的γ-亚麻酸([9]田歆珍,王贤磊,孙桂琳,等.γ-亚麻酸的研究进展.生物技术,2008,18(1):89-92)。但是植物种子采集难,含油量不很稳定,受气候、产地等条件的影响较大,且精炼成本高,不能满足市场的需求。1948年,Bernhard和Albercht([10]BerhardK,Albrecht H.Die lipide aus phycomyces blakesleeanus.Helvetica Chimica Acta,1948,31(4):977-988)首次从布拉克须霉(Phycomyces blakesleeanus)的菌体脂肪中鉴定出含有γ-亚麻酸,揭开了微生物发酵法生产γ-亚麻酸的序幕。1976年日本铃木修等发现,接合菌类(包括被孢霉菌、根菌属、小克银汉霉菌、枝霉属和螺旋藻属的某些菌株)能产高含量γ-亚麻酸油脂,到了1985年,日本和英国等国家开始使用微生物发酵法工业化生产γ-亚麻酸,并推出含微生物γ-亚麻酸油脂的功能性食品和系列化妆品。
目前,被高度评价为“21世纪功能性食品主角”的γ-亚麻酸已经广泛应用于医药、食品、饲料、化妆品、生物转化等方面,但是国内外发酵产量还比较低,应用前景受到限制。有报道([11]Chen,H.and Chang,C.Production of c-linolenicacid by the fungus Cunninghamellaechinulata CCRC 31840.Biotechnol Prog,1996,12:338-341)通过碳源及接种过程优化培养Cunninghamella echinulata CCRC 31840,获得GLA产量为1349mg/L,为迄今为止报道的最高,但该方法糖转化率低下、操作复杂。通过添加维生素来提高GLA产量的研究国内外并不多见。国内外仅有少数几家公司实现了工业化生产,目前市售的GLA相关产品还主要来源于植物种子。已经商品化生产的国内外厂家有中外合资北京三鸣生物工程有限公司出品、美国三鸣国际企业集团、济南裕兴化工有限公司等。本发明通过添加维生素来调节合成代谢途径中的某些关键酶以达到大量积累γ-亚麻酸的目的。上述维生素([12]王镜岩.生物化学(第三版)[M].北京:高等教育出版社,2007.1)包括:核黄素(Riboflavin),又称维生素B2,在生物体内氧化还原过程中起传递氢的作用,是氧化还原酶类的重要辅酶,以黄素单核苷酸(FMN)和黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)的形式作为黄素蛋白酶的辅基,可促进糖、脂肪和蛋白质的代谢;肌醇(Inositol),又称为环己六醇,和胆碱一样是亲脂肪性的维生素,可与胆碱结合形成卵磷脂;生物素(Biotin),又称维生素B7,由一个噻吩环和一分子尿素结合而成,侧链上有一戊酸,在体内构成羧化酶的辅酶,包括乙酰-CoA羧化酶和丙酮酸羧化酶,参与CO2的固定反应。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于提高GLA产量的γ-亚麻酸的制备方法。
本发明的技术方案是以刺孢小克银汉霉菌(Cunninghamella echinulata ATCC 7929)为出发菌株,以葡萄糖、蔗糖、硫酸镁、磷酸氢二钾、柠檬酸三钠、柠檬酸、玉米浆作为培养基的主要原料用于培养菌株,通过添加不同种类不同浓度维生素,发酵生产γ-亚麻酸,γ-亚麻酸较对照组提高近一倍。
本发明包括以下步骤:
1)平板活化培养:无菌条件下,将刺孢小克银汉霉菌(Cunninghamella echinulata ATCC7929)接入活化培养基斜面中,置于培养箱中培养;
2)揺瓶种子培养:将培养好的菌块接入盛有摇瓶种子培养基的三角瓶中,摇床培养;
3)揺瓶发酵培养:将种子液按10%的接种量接入盛有发酵培养基的摇瓶中培养,并在接种的同时,分别添加核黄素、肌醇、生物素三种维生素浓缩液,使得培养基中核黄素的浓度依次为0、0.1、5、20、35mg/L,培养基中肌醇的浓度依次为0、2、4、6、8、10mg/L,培养基中生物素的浓度依次为0、0.1、5、20、35mg/L;培养温度为28~30℃,转速为100~200rpm,发酵时间为168~192h,待菌球有些透明时,取出摇瓶;
4)菌体干重的测定:将发酵液抽滤,清洗,将抽滤所得菌体置于已恒重的称量瓶中,放入烘箱中烘干后,置于干燥器中,称重;
5)油脂的提取:将干菌体研磨,并称取0.5g菌体粉末于比色皿中,加2mL去离子水,混匀后加2.5mL盐酸,再混匀;将比色皿放入75℃恒温水浴箱中水浴;水浴结束后,加入2.5mL乙醇,混匀,冷却;再加入6mL乙醚,加塞震摇1min,开塞放气,再塞好静置10min,加入1mL石油醚,静置15min,将上清液取出放入小锥形瓶中;再用5mL乙醚萃取,取出上清液,重复用乙醚萃取直至上清液透明;上清液进行旋转蒸发,之后放入80℃烘箱中干燥2h,后转入干燥器冷却0.5h,称重得到0.5g菌粉中油脂含量;
6)油脂的甲酯化:取油脂置于50ml的磨口烧瓶中,加入5ml 0.8mol/L KOH-CH3OH溶液于65℃水浴回流15min进行皂化;待油珠溶解冷却后,加入5ml BF3-CH3OH溶液,70℃水浴中甲酯化30min;取出放冷,再加入5ml正己烷振荡,然后加入足量的饱和食盐水,静置分层后取上层正己烷相,抽取上层,并加入无水碳酸钠脱水;
7)γ-亚麻酸的测定:将上层正己烷用0.22μm的有机膜过滤,各取1μl注入气相色谱仪,以保留时间定性,峰面积定量,得到γ-亚麻酸。
在步骤1)中,所述培养箱中培养的温度可为28~30℃,培养的时间可为7~10d;所述活化培养基为土豆200g/L,食用糖20g/L,琼脂20.0~30.0g/L。
在步骤2)中,所述摇瓶种子培养基为土豆200g/L;葡萄糖20g/L;(NH4)2SO410g/L;吐温800.8mL/100mL;所述摇床培养的转速可为150~220rpm,摇床培养的温度可为28~30℃,摇床培养的时间可为168~192h。
在步骤3)中,所述发酵培养基的组成为葡萄糖10g/L;蔗糖70g/L;MgSO40.2g/L;KH2PO42g/L;Yeast Extract 2.5g/L;柠檬酸三钠9.6g/L;柠檬酸2g/L;NH4Cl 3g/L;玉米浆5g/L;吐温800.5mL/50mL;所述摇瓶中培养的转速可为150~200rpm,培养的温度可为28~30℃,培养的时间可为168~192h。
在步骤4)中,所述清洗可采用去离子水清洗3次;所述烘干的温度可为80℃,烘干的时间可为24h。
刺孢小克银汉霉菌产γ-亚麻酸的含量可达到770~1070mg/L。
本发明采用接种时添加不同浓度不同种类的维生素的方法,发酵生产γ-亚麻酸,γ-亚麻酸产量较传统方法提高一倍以上,具有操作简单、成本低、设备要求低,效果佳等优势。
附图说明
图1为实施例1中刺孢小克银汉霉菌在基础摇瓶发酵培养基中添加核黄素生产γ-亚麻酸的曲线。在基础摇瓶培养基中添加核黄素浓缩液,使得培养基中核黄素浓度依次为0.1、5、20、35mg/L,对照添加为0;培养168h后测得菌体生物量和GLA产量。在图1中,横坐标为核黄素浓度Riboflavin(mg/L),左纵坐标为菌体干质量Dry cell weight(DCW,g/L)(a),右纵坐标为菌体中γ-亚麻酸浓度GLA concentration(g/L)(b)。
图2为实施例2中刺孢小克银汉霉菌在基础摇瓶发酵培养基中添加肌醇生产γ-亚麻酸的曲线。在基础摇瓶培养基中添加肌醇浓缩液,使得培养基中肌醇浓度依次为2、4、6、8、10mg/L,对照添加为0;培养168h后测得菌体生物量和GLA产量。在图2中,横坐标为肌醇浓度Inositol(mg/L),左纵坐标为菌体干质量Dry cell weight(DCW,g/L)(a),右纵坐标为菌体中γ-亚麻酸浓度GLA concentration(g/L)(b)。
图3为实施例3中刺孢小克银汉霉菌在基础摇瓶发酵培养基中添加生物素生产γ-亚麻酸的曲线。在基础摇瓶培养基中添加生物素浓缩液,使得培养基中生物素浓度依次为0.1、5、20、35mg/L,对照添加为0;培养168h后测得菌体生物量和GLA产量。在图3中,横坐标为生物素浓度Biotin(mg/L),左纵坐标为菌体干质量Dry cell weight(DCW,g/L)(a),右纵坐标为菌体中γ-亚麻酸浓度GLA concentration(g/L)(b)。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作详细说明。
实施例1
1)菌种活化及摇瓶种子培养:无菌条件下,从~80℃超低温冰箱保藏的孢子甘油管中取200μL涂布于PDA培养基斜面中,置于28℃培养箱,依菌生长情况培养7~9d。利用接种刀将培养好的新鲜斜面上1cm2的菌丝块接入盛有种子培养基(土豆200g/L;葡萄糖20g/L;(NH4)2SO410g/L;吐温800.8mL/100mL,pH 7.0)的三角瓶中,摇床转速200rpm、28℃、培养48h。
2)摇瓶发酵培养:将种子液按10%的接种量接入盛有发酵培养基(葡萄糖10g/L;蔗糖70g/L;MgSO40.2g/L;KH2PO42g/L;Yeast Extract 2.5g/L;柠檬酸三钠9.6g/L;柠檬酸2g/L;NH4Cl 3g/L;玉米浆5g/L;吐温800.5mL/50mL)的三角瓶中。接种的同时,在摇瓶培养基中添加核黄素浓缩液,使得培养基中核黄素浓度依次为0.1、5、20、35mg/L,对照添加为0;培养温度28℃,转速为200rpm,培养时间168h。至培养结束时,取出摇瓶,抽虑,去离子水清洗三次,将抽滤所得菌体置于称量瓶(已恒重)中,放在80℃烘箱中24h烘干,得到菌体干重;将菌体研磨,称取0.5g菌体粉末采用酸水解法提取油脂并将其甲酯化。GLA含量通过GC法测定达到769.4mg/L。分析其曲线(图1)可知,添加核黄素对细胞生长及总油脂均有轻微地促进作用,而对GLA的积累有明显地促进作用。当核黄素含量为20mg/L时,菌体生物量为45.3g/L,较对照提高了3.2%,GLA产量最高为769.4mg/L,较对照提高了46.9%。
GC方法如下:
标准品的配制:称取脂肪酸甲酯标准品适量,用正己烷配制成2000μg/ml的标准贮备液。再分别移取各贮备液1、2、3、4、5ml于10ml容量瓶,用正己烷稀释定容,配制成200、400、600、800、1000μg/ml等5种浓度梯度的标准液。然后分别用0.22μm的有机系膜过滤,各取1μl注入气相色谱仪,进行两次平行测定,以保留时间定性,峰面积定量,以峰面积对应GLA甲酯浓度(μg/ml)绘制标准曲线。
GC条件:仪器为Agilent 7890A;色谱柱:Agilent HP-88色谱柱(60m×0.25mm×0.2μm);采用程序升温:初始温度140℃,保持5min;然后4℃/min升温,升到240℃,保持10min。载气:氦气,20cm/sec。检测器温度:260℃。进样口温度:260℃。进样量:1μl。分流比为100:1。
实施例2
1)菌种活化及摇瓶种子培养同实施例1;
2)摇瓶发酵培养:将种子液按10%的接种量接入盛有发酵培养基(葡萄糖10g/L;蔗糖70g/L;MgSO40.2g/L;KH2PO42g/L;Yeast Extract 2.5g/L;柠檬酸三钠9.6g/L;柠檬酸2g/L;NH4Cl 3g/L;玉米浆5g/L;吐温800.5mL/50mL)的三角瓶中。接种的同时,在摇瓶培养基中添加肌醇浓缩液,使得培养基中肌醇浓度依次为2、4、6、8、10mg/L,对照添加为0;培养温度28℃,转速为200rpm,培养时间168h。至培养结束时,取出摇瓶,抽虑,去离子水清洗三次,将抽滤所得菌体置于称量瓶(已恒重)中,放在80℃烘箱中24h烘干,得到菌体干重;将菌体研磨,称取0.5g菌体粉末采用酸水解法提取油脂并将其甲酯化。GLA含量通过GC法测定达到1070.6mg/L。分析其曲线(图2)可知,添加肌醇对细胞生长和总油脂的影响都不大,但对GLA的积累有明显的促进作用。当肌醇含量为6mg/L时,菌体生物量为40.58g/L,较对照降低了1.4%,但GLA产量最高为1070.6mg/L,较对照提高了76.8%。
实施例3
1)菌种活化及摇瓶种子培养同实施例1;
2)摇瓶发酵培养:将种子液按10%的接种量接入盛有发酵培养基(葡萄糖10g/L;蔗糖70g/L;MgSO4 0.2g/L;KH2PO4 2g/L;Yeast Extract 2.5g/L;柠檬酸三钠9.6g/L;柠檬酸2g/L;NH4Cl 3g/L;玉米浆5g/L;吐温800.5mL/50mL)的三角瓶中。接种的同时,在摇瓶培养基中添加生物素浓缩液,使得培养基中生物素浓度依次为0.1、5、20、35mg/L,对照添加为0;培养温度28℃,转速为200rpm,培养时间168h。至培养结束时,取出摇瓶,抽虑,去离子水清洗三次,将抽滤所得菌体置于称量瓶(已恒重)中,放在80℃烘箱中24h烘干,得到菌体干重;将菌体研磨,称取0.5g菌体粉末采用酸水解法提取油脂并将其甲酯化。GLA含量通过GC法测定达到1009mg/L。分析其曲线(图3)可知,添加生物素对细胞生长有轻微地促进作用,对GLA的积累则有明显的促进作用。当生物素含量达到20mg/L时,菌体生物量为47.84g/L,较对照提高了12.5%,GLA产量1009mg/L,较对照提高了78.7%。

Claims (9)

1.一种γ-亚麻酸的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
1)平板活化培养:无菌条件下,将刺孢小克银汉霉菌(Cunninghamella echinulata ATCC7929)接入活化培养基斜面中,置于培养箱中培养;
2)揺瓶种子培养:将培养好的菌块接入盛有摇瓶种子培养基的三角瓶中,摇床培养;
3)揺瓶发酵培养:将种子液按10%的接种量接入盛有发酵培养基的摇瓶中培养,并在接种的同时,分别添加核黄素、肌醇、生物素三种维生素浓缩液,使得培养基中核黄素的浓度依次为0、0.1、5、20、35mg/L,培养基中肌醇的浓度依次为0、2、4、6、8、10mg/L,培养基中生物素的浓度依次为0、0.1、5、20、35mg/L;培养温度为28~30℃,转速为100~200rpm,发酵时间为168~192h,待菌球有些透明时,取出摇瓶;
4)菌体干重的测定:将发酵液抽滤,清洗,将抽滤所得菌体置于已恒重的称量瓶中,放入烘箱中烘干后,置于干燥器中,称重;
5)油脂的提取:将干菌体研磨,并称取0.5g菌体粉末于比色皿中,加2mL去离子水,混匀后加2.5mL盐酸,再混匀;将比色皿放入75℃恒温水浴箱中水浴;水浴结束后,加入2.5mL乙醇,混匀,冷却;再加入6mL乙醚,加塞震摇1min,开塞放气,再塞好静置10min,加入1mL石油醚,静置15min,将上清液取出放入小锥形瓶中;再用5mL乙醚萃取,取出上清液,重复用乙醚萃取直至上清液透明;上清液进行旋转蒸发,之后放入80℃烘箱中干燥2h,后转入干燥器冷却0.5h,称重得到0.5g菌粉中油脂含量;
6)油脂的甲酯化:取油脂置于50ml的磨口烧瓶中,加入5ml 0.8mol/L KOH-CH3OH溶液于65℃水浴回流15min进行皂化;待油珠溶解冷却后,加入5ml BF3-CH3OH溶液,70℃水浴中甲酯化30min;取出放冷,再加入5ml正己烷振荡,然后加入足量的饱和食盐水,静置分层后取上层正己烷相,抽取上层,并加入无水碳酸钠脱水;
7)γ-亚麻酸的测定:将上层正己烷用0.22μm的有机膜过滤,各取1μl注入气相色谱仪,以保留时间定性,峰面积定量,得到γ-亚麻酸。
2.如权利要求1所述的一种γ-亚麻酸的制备方法,其特征在于在步骤1)中,所述培养箱中培养的温度为28~30℃,培养的时间为7~10d。
3.如权利要求1所述的一种γ-亚麻酸的制备方法,其特征在于在步骤1)中,所述活化培养基为土豆200g/L,食用糖20g/L,琼脂20.0~30.0g/L。
4.如权利要求1所述的一种γ-亚麻酸的制备方法,其特征在于在步骤2)中,所述摇瓶种子培养基为土豆200g/L;葡萄糖20g/L;(NH4)2SO4 10g/L;吐温800.8mL/100mL。
5.如权利要求1所述的一种γ-亚麻酸的制备方法,其特征在于在步骤2)中,所述摇床培养的转速为150~220rpm,摇床培养的温度为28~30℃,摇床培养的时间为168~192h。
6.如权利要求1所述的一种γ-亚麻酸的制备方法,其特征在于在步骤3)中,所述发酵培养基的组成为葡萄糖10g/L;蔗糖70g/L;MgSO4 0.2g/L;KH2PO4 2g/L;Yeast Extract 2.5g/L;柠檬酸三钠9.6g/L;柠檬酸2g/L;NH4Cl 3g/L;玉米浆5g/L;吐温80 0.5mL/50mL。
7.如权利要求1所述的一种γ-亚麻酸的制备方法,其特征在于在步骤3)中,所述摇瓶中培养的转速为150~200rpm,培养的温度为28~30℃,培养的时间为168~192h。
8.如权利要求1所述的一种γ-亚麻酸的制备方法,其特征在于在步骤4)中,所述清洗采用去离子水清洗3次。
9.如权利要求1所述的一种γ-亚麻酸的制备方法,其特征在于在步骤4)中,所述烘干的温度为80℃,烘干的时间为24h。
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