二十二碳六烯酸（DHA）生產(chǎn)工藝簡介(一)
一、DHA背景與意義 DHA（Docosahexaenoic acid, 22:6△4.7.10.13.16.19，全名二十二碳六烯酸）是一種重要的長鏈多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，簡稱PUFA），屬于ω-3系列（分子結(jié)構(gòu)式中一個雙鍵位于-COOH基團(tuán)反側(cè)的第三個鍵上，即ω-3系列）。人和其它哺乳動物只有△4、△5 、△6及△9去飽和酶，缺乏△9 以上的去飽和酶,因此無法自身合成DHA，必須由食物來提供。 1、DHA的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) DHA的分子式為C22H30O2,分子量為328.48，分子結(jié)構(gòu)為： DHA通常是順式，但在某些異構(gòu)酶作用下可變成反式。含有多個“戌碳雙烯”結(jié)構(gòu)及5個活潑的亞甲基。這些活潑的亞甲基舍得DHA極易受光、氧、過熱、金屬元素（如Fe、Cu）及自由基的影響，產(chǎn)生氧化、酸敗、聚合、雙鍵共軛等化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生以羰基化合物為主的魚臭物質(zhì)。 純DHA為無色、無味，常溫下呈液態(tài)，且具有脂溶性，易溶于有機(jī)溶劑，不溶于水，熔點為－45.5~－44.1，所以在低溫下仍然能保持較高的流動性。 2、DHA的來源 2.1 海洋動物 海洋魚類是提取DHA的主要來源。海產(chǎn)魚類特別是中上層魚類的油脂中含有大量的DHA，如鮪魚、秋刀魚、遠(yuǎn)東沙丁魚的油中DHA的含量均在10%以上。目前全世界魚油的年產(chǎn)量在100萬噸左右，理論上從中可提取10~25萬噸魚油。實際上由于分離技術(shù)等因素的限制，魚油產(chǎn)量要低于上述數(shù)字、而且提取的魚油有相當(dāng)大的部分被氧化和滲入人造黃油或起酥油中被消耗掉，真正可用于分離DHA的魚油僅占少部分。除此之外還有貝類和甲殼類。 2.2 真菌類 有許多低級的真菌中含有較多的DHA，其中藻狀菌類的DHA含量尤為豐富，是進(jìn)行DHA商業(yè)性開發(fā)的潛在來源。比如高山被孢霉中的占其總脂肪酸的15%以上，而破囊壺菌中的占總脂肪酸的含量可高達(dá)34%。 產(chǎn)DHA的真菌主要是較低級真菌中的藻狀菌，主要有壺菌綱（Class Chytridomycetes）、卵囊菌綱（ClassOomyceres）、霜霉目（OrderPeronosporales）、水霉目（Ordersaprolegniales）、結(jié)合菌綱（ClassZygomycetes）、蟲霉目（Order Entomophthorales）等，特別是破囊弧菌Thraustochytriidae，已經(jīng)報道有它的8個屬30 多個菌種能夠產(chǎn)DHA。 2.3 海藻類 許多研究證實，在金藻類、甲藻類、硅藻類、紅藻類、褐藻類、綠藻類及隱藻類等海藻中含有大量的DHA。到目前為止，已測定了上百個品種微藻的脂肪酸，其中某些種類的海藻DHA含量可達(dá)30%以上。 3、DHA的分離制備方法 如何高效地從魚油及其他海洋動植物中分離、濃縮DHA，是脂肪酸開發(fā)應(yīng)用中的難點和關(guān)鍵之一。目前，實驗室和實際生產(chǎn)中應(yīng)用的和分離方法有低溫分級法、尿素包合法、溶劑法、成鹽法、分子蒸餾法、超臨界氣體萃取法、脂酶法及高效液相色譜法等。下面簡要介紹其中幾種重要的分離方法。 3.1 低溫分級法 利用不同的脂肪酸在過冷有機(jī)溶劑中的溶解度差異來分離濃縮DHA。將魚油溶解在1~10倍的無水丙酮中，并冷卻至-25℃以下。混合液的下層即形成含有大量飽和脂肪酸及低度不飽和脂肪酸結(jié)晶，而上層含有大量高度不飽和脂肪酸的丙酮溶液。將混合液過濾，濾液在真空下蒸餾除去丙酮即可得到DHA含量較高的魚油制劑。為了提高分離效果可在無水丙酮中添加少量親水性溶劑如水或醇類。 3.2 溶劑提取法 利用不同脂肪酸的金屬鹽、在某種有機(jī)溶劑中的溶解度差異來分離濃縮DHA。將乙醇、魚油及NaOH按一定比例混合，然后力熱使魚油皂化。皂化后的混合液經(jīng)壓濾分別得到皂液及皂粒。皂液在攪拌下加人H2SO4至PH為1~2。分離上層粗脂肪酸乙醇混合液，加熱回收乙醇，并反復(fù)水洗祖脂肪酸至中性，即得DHA含量較高的精制魚油。 3.3 尿素包合法 脂肪酸與尿素的結(jié)合能力取決于其不飽和程度。脂肪酸的不飽和度越高、則與尿素的結(jié)合能力越弱。依此原理即可將飽和脂肪酸、低度不飽和脂肪酸與高度不飽和脂肪酸分離開來。在魚油中加人尿素甲醇（或乙醇）后加熱混合、過濾并用適當(dāng)溶劑萃取濾液，即得萃取液脫去溶劑、真空干燥后即得到DHA含量較高的精制魚油。 尿素包合法是一種比較簡便有效的分離方法，但在實際生產(chǎn)中應(yīng)用時，存在溶劑損耗大、排水和因尿素添加物而引起的廢物處理等問題。為此，Kazuhiko開發(fā)了一種尿素包合與連續(xù)精餾相結(jié)合的分離方法，既解決了上述問題，又避免了魚油因與空氣接觸而氧化，還可以提高分離效果，適合工業(yè)化生產(chǎn)。 3.4 超臨界氣體萃取法 即將含有DHA的魚油溶解于超臨界狀態(tài)的CO2中，通過改變溫度和壓力，達(dá)到分離DHA的目的。此法能分離出高純度的DHA，但對碳數(shù)相同而雙鍵數(shù)不同的脂肪酸的分離效果較差。為此，可利用銀離子能與雙鍵絡(luò)合形成可逆的絡(luò)合物的特性，在超臨界CO2萃取裝置中增加1支AgNO3－硅酸色譜柱，達(dá)到將碳數(shù)相同而雙鍵數(shù)不同的脂肪酸分離的目的。 上述分離方法同樣適用于通過選擇和培養(yǎng)某些真菌和海藻來提取DHA的途徑。 4、DHA的生理功能 4.1 抗凝血、抑制血栓形成 DHA能抑制血小板凝集，減少血栓素形成，從而預(yù)防心肌梗塞、腦梗塞的發(fā)生。血小板合成的血栓素（TXA2）具有促進(jìn)血小板凝集和收縮血管的作用，血管內(nèi)皮產(chǎn)生的前列腺素（PGI2）具有抑制血小板凝集和舒張血管的作用，TXA2 和PGI2 之間的平衡是調(diào)節(jié)血小板和血管功能，促進(jìn)血栓形成的關(guān)鍵。TXA2 和PGI2 是以花生四烯酸（AA）為前體，通過磷酸化酶的作用從細(xì)胞膜磷酸甘油酯中釋放出來。DHA和EPA可競爭性抑制AA向TXA2 和PGI2 轉(zhuǎn)化而生成TXA3 和PGI3，TXA3 幾乎沒有生物活性，而PGI3 與PGI2 的生理功能和活性相似，因而減少了血小板凝集并增加了血管舒張作用，使血栓形成減少。對血栓病患者,可使患者的血小板存活時間延長,血小板計數(shù)減少, 血小板因子的血漿水平下降， 血漿中血栓球蛋白降低，可阻止血小板與動脈壁相互作用，延緩血栓形成。 4.2 降血脂、防動脈硬化 DHA可以降低血清中甘油三酯生成及從肝臟排出；降低低密度脂蛋白、極低密度脂蛋白、增加高密度脂蛋白，改變脂蛋白中脂肪酸的組成，從而增加其流動性；增加膽固醇的排泄，抑制內(nèi)源性膽固醇的合成。因此，可以預(yù)防和治療動脈硬化，對高血壓、心血管疾病有一定的治療作用，被人譽(yù)為“心血管疾病無可比擬的特效品”，是血管的“清道夫”。 4.3 抗炎作用 調(diào)查發(fā)現(xiàn)，愛斯基摩人很少患?xì)夤苎住L(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等慢性疾病，用EPA喂飼小鼠，其實驗性炎癥的水腫程度降低。原因：慢性反應(yīng)物質(zhì)SRSA是三種特異的白三烯，是變態(tài)反應(yīng)中的活性物質(zhì)，在過敏性反應(yīng)中調(diào)節(jié)支氣管收縮和血管通透性?；ㄉ南┧岽龠M(jìn)白三烯LTB4形成，LTB4有助炎作用；DHA和EPA可促進(jìn)白三烯LTB5形成，它幾乎無生理活性，從而EPA具有抗炎作用。用ω-PUFA防治某些炎性疾病如類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、帶狀泡疹及紅斑、疤疹、哮喘等已取得良好效果，是一種理想的功能性食品原料。 4.4 健腦作用 DHA 是人腦的主要組成物質(zhì)之一，占人腦脂質(zhì)的10%左右，在一定程度上可以提高腦的柔軟性，抑制腦的老化。其在人腦中主要以磷脂的形式存在，存在于大腦的灰白質(zhì)部，磷脂對腦細(xì)胞的形成和構(gòu)造起重要作用，如果缺少神經(jīng)元的突起就不能維持，所形成的網(wǎng)狀組織易被破壞，大腦傳遞信息就不靈，也影響人的智力，記憶和思維能力。在腦細(xì)胞形成的過程中，DHA有利于腦細(xì)胞突起的延伸和重新產(chǎn)生。在胎兒時期，從受精卵在母親子宮內(nèi)分裂開始就需要DHA，因此，孕婦應(yīng)攝入足量的DHA，以促進(jìn)胎兒大腦的發(fā)育和腦細(xì)胞的增殖。正常情況下，一位孕婦每天應(yīng)攝入0.5~1.5 g DHA（普通人需要0.5~1.0 g），特別是在胎兒大腦發(fā)育最快的妊娠第4個月至嬰兒出生后1歲末未發(fā)育完成這一重要時期，DHA 的攝入尤為重要。同樣，幼、童及青少年也應(yīng)該進(jìn)補(bǔ)，他們正處于接受大量信息的學(xué)習(xí)階段，這對腦細(xì)胞是一種刺激，補(bǔ)充能保證腦細(xì)胞突觸延長，使神經(jīng)細(xì)胞之間聯(lián)系加強(qiáng)，信息的傳遞更為迅速，大腦功能增強(qiáng)，記憶力提高。此外也是老年人不可忽視的營養(yǎng)素，補(bǔ)充可以延緩大腦萎縮，防止大腦功能衰退和老年性癡呆癥發(fā)生。因而，有人稱DHA為“腦黃金”。 4.5 保護(hù)視力 在人體各組織細(xì)胞中，DHA 含量最高的是眼睛的視網(wǎng)膜細(xì)胞，DHA 能保護(hù)視網(wǎng)膜、改善視力。一方面，DHA 能使視網(wǎng)膜與大腦保持良好的聯(lián)系，防止視力減退，改善視力；另一方面，充足的DHA能防止視網(wǎng)膜血栓的產(chǎn)生，阻止脂質(zhì)滲出，從而徹底改善視力，甚至復(fù)明。DHA的含量減少，對光的敏感性就降低，視力則下降。 4.6 作用 據(jù)文獻(xiàn)報道英國專家發(fā)現(xiàn)并分離出導(dǎo)致癌癥患者身體消瘦的一種物質(zhì)。這種名叫卡奇非克因子的物質(zhì)類似荷爾蒙，這種蛋白質(zhì)經(jīng)血液到達(dá)人體內(nèi)脂肪組織后，直接使脂肪組織分解使人消瘦。而魚油中的DHA和EPA可阻滯這種蛋白質(zhì)因子的形成，使腫瘤患者消瘦過程得到逆轉(zhuǎn)，從而起到增強(qiáng)患者體質(zhì)，進(jìn)而起到抗腫瘤的作用。 5、DHA的合成、消化以及代謝 5.1 微生物合成DHA的代謝途徑 微生物合成多價不飽和脂肪酸通常是在單不飽和脂肪酸基礎(chǔ)上開始，合成機(jī)制與高等生物一致，包括延長碳鏈和去飽和作用兩個過程，分別由相應(yīng)的膜結(jié)合延長酶和脫飽和酶所催化，使碳鏈增長；脂肪酸脫飽和體系由微粒體膜結(jié)合的細(xì)胞色素b5、NADH-細(xì)胞色素b5還原酶和脫飽和酶組成。微生物合成DHA是從油酸開始，其脫飽和途徑是ω- 3；供體(乙酰CoA或丙二酰單酰CoA)提供兩C原子，在12、13位C原子之間引入一個雙鍵，形成亞油酸，再在15、16位碳原子間引入一個雙鍵，形成α-亞麻酸，再經(jīng)進(jìn)一步的碳鏈延長和脫飽和而形成DHA，形成過程如下：油酸(18:1△2)→亞油酸(18:2△9,12)→a-亞麻酸(18:3△9,12,15)→二十碳五烯酸EPA (20:5△5,8,11,14,17)→DHA(22:6△4,7,10,13,16,19）。 5.2 DHA的消化吸收方式 DHA在體內(nèi)的消化吸收與其他脂肪酸相比，差異很大。以甘油三酯形式存在的DHA為例，在小腸中，甘油三酯被肝臟分泌的膽鹽乳化后，在胰脂肪酶和腸脂肪酶的作用下，分解成甘油二酯、甘油一酯、脂肪酸和極少量甘油。這些水解產(chǎn)物與膽固醇、溶血磷脂和膽鹽共同形成一種水溶性的混合微粒，穿過小腸絨毛表面的水屏障到達(dá)微絨毛膜以被動擴(kuò)散的方式被吸收（膽鹽除外）。 脂質(zhì)在魚體內(nèi)的吸收和哺乳動物體內(nèi)的吸收相似。攝食的脂肪在內(nèi)腔水解后，單甘油酯和游離脂肪酸以微團(tuán)的形式通過擴(kuò)散作用在腸道的上皮細(xì)胞被吸收。在粘膜細(xì)胞內(nèi)重新組裝成甘油三酯，形成乳糜微粒，通過淋巴系統(tǒng)進(jìn)入血液循環(huán)。而長聯(lián)脂肪酸（LFA）則只在膽鹽乳化作用下就可被吸收，吸收后的LFA仍需合成甘油三酯再通過淋巴進(jìn)入血液循環(huán)。在人體，主要通過淋巴途徑和靜脈途徑吸收DHA，有人提出了第三途徑即十二指腸途徑。 一般來說，短鏈脂肪酸比長鏈脂肪酸易于被吸收，不飽和脂肪酸比飽和者更易被吸收。魚類對不飽和脂肪酸和短鏈脂肪酸的消化吸收率高達(dá)95％，對飽和脂肪酸和長鏈脂肪酸的吸收約為85％。 5.3 影響DHA消化吸收的因素 首先，是脂肪酸的組分和結(jié)構(gòu)差異對其被消化吸收的影響。有研究者認(rèn)為脂質(zhì)來源及脂肪酸存在的形式的差異可能會影響吸收、分配和生物利用。以磷脂形式存在的DHA比以甘油三酯形式存在的更易被吸收。甘油三酯被胰脂肪酶水解成2-甘油一磷酸和游離脂肪酸，而磷脂被胰磷酸脂酶A2水解生成溶血磷脂和游離脂肪酸，離子化的脂肪酸和2-甘油一磷酸進(jìn)入膽汁微團(tuán)后和磷脂形成水溶性混合顆粒，有助于無極性的脂類穿過小腸絨毛表面的水屏障到達(dá)微絨毛膜被吸收。 脂肪酸在甘油三酯中的位置決定其是以2-甘油一磷酸酯還是以游離脂肪酸的形式被吸收。當(dāng)DHA在甘油三酯Sn-2位置上，它們最容易被吸收。一般情況下，磷脂代謝重建酶可選擇性地將不飽和脂肪酸置于甘油酯的Sn-2位置,而將飽和脂肪酸置于Sn-1位置。 其次，是脂肪酸所含的基團(tuán)或包容物的互相作用對其被消化吸收的影響。攝食的磷脂所含的磷酸鹽基團(tuán)和氮基（主要是維生素B復(fù)合體），可能會在幾個代謝途徑中互相影響；脂肪酸的磷脂源（來自雞蛋蛋黃和動物組織）含有大量的膽固醇，也會影響脂肪酸的消化吸收；此外，脂肪酸的消化率還與它的熔點有關(guān)，含不飽和脂肪酸越多，熔點越低，越容易消化。 總之，影響DHA消化吸收的 因素很多，內(nèi)外有之，而且不同物種和個體之影響因素可能會相異，其機(jī)理正在研究中。 5.4 DHA在體內(nèi)的存在形式 在哺乳動物和水產(chǎn)動物體內(nèi)，DHA主要以磷脂形式存在，游離脂肪酸很少。磷脂主要存在于細(xì)胞膜中。 5.5 DHA的分解代謝 天然不飽和脂肪酸多為順式，需轉(zhuǎn)變?yōu)榉词綐?gòu)型，才能被β－氧化酶系作用，進(jìn)一步氧化分解。在生物體內(nèi)，不飽和脂肪酸的氧化需要更多酶的參與才能順利進(jìn)行，由于雙鍵的存在，是DHA比飽和及單不飽和脂肪酸很難氧化分解。 n-3脂肪酸的氧化供能，主要是在過氧化物酶體和線粒體中通過β-氧化進(jìn)行。DHA在大鼠肝中的代謝不能在線粒體內(nèi)進(jìn)行β-氧化，而是通過被過氧化物酶體氧化。人類皮膚表皮細(xì)胞對不飽和脂肪酸（PUFAs）的代謝表現(xiàn)出很高的活性，皮膚表皮15-脂氧合酶的活性非常高，可將2-高-γ-亞麻酸（DGLA）轉(zhuǎn)化為15-羥基二十碳三烯酸，將EPA轉(zhuǎn)化為15-羥基二十碳五烯酸，將DHA轉(zhuǎn)化為15-羥基二十碳六烯酸。 DHA被哺乳動物吸收后，絕大部分被結(jié)合在甘油三酯。DHA是哺乳動物和魚類生物膜的重要組成部分和一些激素的主要前體，DHA并不是作為機(jī)體的主要能量來源，只是在特殊情況下，如饑餓時其他脂肪酸被大量利用后，DHA才可能會被氧化分解。 6、DHA的應(yīng)用及開發(fā)前景 6.1 醫(yī)藥保健用品 由于 DHA 和EPA可增加腦部益智、保護(hù)視力、降血脂、防動脈硬化、抗凝血等生理功能，目前市場上有大量的魚油制品出售，其DHA+EPA的含量在20%~80%之間。一般每天服用DHA+EPA約1 g會產(chǎn)生很好的保健效果。 6.1.1 DHA魚油膠囊 目前，在國內(nèi)外市場上，DHA和EPA的主要產(chǎn)品是魚油膠丸，其含量為30％左右。 6.1.2 DHA乙酯膠囊 該產(chǎn)品主要將富含DHA的油與乙醇進(jìn)行醋化，生成DHA的乙醋，經(jīng)提純后，含量可達(dá)90％以上，作為醫(yī)藥品使用，售價每克達(dá)1萬日以上。 6.1.3 DHA甲酯膠囊 主要是將富含DHA的油進(jìn)行甲醋化, 從而得到DHA甲醋型魚油制劑膠丸，含量可達(dá)60％~70％。 6.1.4 微膠囊化DHA 該產(chǎn)品主要將密封于20~30μm微粒子中。膠囊的制法是將含DHA的精制魚油、乳化劑、抗氧化劑、玉米蛋白及有孔淀粉等混合調(diào)制后，加入乙醇、水，再高溫微粉末化。產(chǎn)品特點為氧化穩(wěn)定性好，貯存天14后pov不上升，DHA含量無減少。耐高溫，180℃加熱后貯存, 上述數(shù)值沒有什么變化, 消化性能很好。 6.1.5 DHA為主的保健營養(yǎng)飲料 日本萊新藥公司制成無魚腥味且容易飲用的DHA保健營養(yǎng)飲料。根據(jù)動物實驗的結(jié)果, 得出人類每日須攝取0.5~1.0g DHA。該公司研制的DHA飲料每瓶500mL，價格300及500日元二種。產(chǎn)品中除含DHA外，也含有EPA、紫蘇油、紅花油、天然維生素、蜂王乳、大蒜精、胡羅卜素、人參精、茶葉萃取物、蜂蜜、葡萄糖、果糖等。 6.1.6 DHA粉末 將魚油精制后制成化學(xué)性能穩(wěn)定的DHA粉末。可將該產(chǎn)品直接添加到人造奶油、蛋黃醬、冰淇淋和面包等功能性食品中去。 6.2 食品工業(yè) 目前，國際上已開發(fā)出了 DHA 和EPA 嬰兒奶粉，DHA 飲料，富含DHA 和EPA的雞蛋、香腸、罐頭等多種食品。 6.2.1 DHA醬油 日本相模中央化學(xué)研究所和洼田味增醬油公司共同研究開發(fā)出含DHA成份的醬油新產(chǎn)品。魚油中的魚腥味一般很難脫除，但醬油中含有一種稱之為“曲酸”的成份具有消除腥臭味的功能。為此, DHA成份添加入醬油中，腥臭成份便自然消減, 并利用乳化劑等解決了DHA魚油的上浮現(xiàn)象。 6.2.2 DHA的嬰兒配方奶粉 明治乳業(yè)股份公司自1987年就開始銷售添加了DHA油的嬰兒配方奶粉。母乳中含的DHA含量隨著母親的飲食不同而有很大差異。FAO/WHO為了使嬰幼兒的大腦及腦網(wǎng)膜等發(fā)育正常, 把高度不飽和脂肪酸的攝取比例標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為ω-6系/ω-3系。 除此之外，現(xiàn)在已開發(fā)和正在開發(fā)的產(chǎn)品還有，用各種維生素、礦物質(zhì)、必需氨基酸相結(jié)合的飲料食品，如病人專用飲料、兒童乳酸菌飲料。用纖維類組合的方便食品、病后康復(fù)食品。用于魚糕、魚香腸之類魚制品制成的高級食品、提高水產(chǎn)貝類罐頭的附加值。添加到牛奶、酸乳酪、胚芽等食品中。6.3 飼料工業(yè) 淡水魚類喂富含 DHA 的飼料，可大大提高其DHA含量，從而提高其品質(zhì)；養(yǎng)殖富含DHA的海藻作成飼料，將很有前途，日本人用含DHA的魚粉喂母雞，結(jié)果生產(chǎn)出了富含DHA的雞蛋—“健腦蛋”。 二、DHA生產(chǎn)工藝研究1、從魚油中獲得DHADHA主要是從魚油中分離制備，具有代表性的沙丁魚，金槍魚、黃金魚和肥壯金槍魚。但DHA含量高且可作為提取DHA原料的是金槍魚和鏗魚油。從魚眼窩脂肪酸中提取DHA的工藝如下：魚頭——摘出眼窩脂肪——分煮沸抽提——油層分離——脫臘——脫色——脫臭——精制DHA油但是隨著漁業(yè)資源的日漸緊缺，從魚油中提取 DHA時也面臨著一些問題：（1）從魚油中提取的DHA因膽固醇含量高，并且?guī)в恤~腥味，極大地影響了產(chǎn)品的品質(zhì)；（2）魚油中DHA的含量又是隨著魚的種類、季節(jié)、地理位置以及人類的捕撈時間等條件的變化而變化；（3）在對魚油進(jìn)行加工過程中的氫化處理工藝降低了魚油中的DHA產(chǎn)量，造成了DH不必要的浪費；（4）由于一般魚油中的DHA含量不是很高，同時還含有大量其他飽和及低不飽和的脂肪酸，因而濃縮較為困難，加工處理過程復(fù)雜，從而提高了DHA生產(chǎn)的成本，使得DHA的價格極為昂貴。故從魚油中分離得到的DHA無論是數(shù)量還是質(zhì)量都難以滿足社會的需求，另外從魚油中純化得到的DHA還具有一定的難度。從而尋求廉價的DHA生物資源提取的可替代的新途徑受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。2、微生物合成DHA隨著研究的繼續(xù)深入，DHA新的生理功效及作用機(jī)理不斷被發(fā)現(xiàn)和揭示，并且不少學(xué)者發(fā)現(xiàn)許多種類的海洋微藻以及海洋真菌都能自身合成DHA，并且其相對含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于魚油中的DHA含量，而DHA含量豐富多集中于海水金藻、甲藻、隱藻、硅藻等海生異養(yǎng)微藻以及海洋真菌中的破囊壺菌和裂殖壺菌中，而且主要以儲存油和膜脂形式存在。2.1 從微藻中獲得DHA目前從海洋微藻中提取多不飽和脂肪酸的工藝還處于實驗室階段，目前主要采取以下的步驟：藻體收集——冷凍干燥——脂肪酸萃取——脂肪酸轉(zhuǎn)酯化—— 分離——純化。2.2 真菌發(fā)酵生產(chǎn)DHA利用真菌發(fā)酵生產(chǎn) DHA的研究主要集中在破囊壺菌Thraustochytrium和裂殖壺菌Schizochytrium，二者均來自海洋，是有色素和具光刺激生長特性的海生真菌。利用真菌發(fā)酵生產(chǎn)DHA可以克服從魚油獲取 DHA的不足，能夠人為控制影響因素，保持DHA產(chǎn)量和含量的穩(wěn)定。真菌發(fā)酵生產(chǎn)DHA時，一般合成EPA及其他多不飽和脂肪酸較少，這有利于DHA的分離濃縮，制備高純度DHA。微生物發(fā)酵生產(chǎn)DHA的研究已經(jīng)取得一定的進(jìn)展，但還存在以下的問題：（1）缺乏高產(chǎn)DHA的優(yōu)質(zhì)菌種，在發(fā)酵過程中菌體生長速率低，其脂質(zhì)含量和DHA含量不高；（2）DHA微生物發(fā)酵研究大多停留在實驗室的搖瓶階段，沒有大規(guī)模實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；（3）從微生物發(fā)酵液中提取DHA的方法還有待于進(jìn)一步改進(jìn)，以適應(yīng)于工業(yè)化的需要；（4）尚需探索微生物可利用的廉價底物，以降低其生產(chǎn)成本。因此當(dāng)前最迫切的任務(wù)是從自然界微生物資源中篩選高產(chǎn)DHA的優(yōu)質(zhì)菌種，加強(qiáng)對DHA的發(fā)酵條件，代謝調(diào)控和工藝的研究。理論分析3、基本發(fā)酵工藝工業(yè)發(fā)酵是利用微生物的生長和代謝活動來生產(chǎn)各種有用物質(zhì)的一門現(xiàn)代工業(yè)，而現(xiàn)代發(fā)酵工程則是指直接把微生物（或動植物細(xì)胞）應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的一種技術(shù)體系，是在化學(xué)工程中結(jié)合了微生物特點的一門學(xué)科。因而發(fā)酵工程有時也稱作微生物工程。3.1 基本概念3.1.1 發(fā)酵一詞的來源發(fā)酵現(xiàn)象早已被人們所認(rèn)識，但了解它的本質(zhì)卻是近200年來的事。英語中發(fā)酵一詞fermentation是從拉丁語fervere派生而來的，原意為“翻騰”，它描述酵母作用于果汁或麥芽浸出液時的現(xiàn)象。沸騰現(xiàn)象是由浸出液中的糖在缺氧條件下降解而產(chǎn)生的二氧化碳所引起的。在生物化學(xué)中把酵母的無氧呼吸過程稱作發(fā)酵。我們現(xiàn)在所指的發(fā)酵早已賦予了不同的含義。發(fā)酵是生命體所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)和生理變化，是多種多樣的生物化學(xué)反應(yīng)根據(jù)生命體本身所具有的遺傳信息去不斷分解合成，以取得能量來維持生命活動的過程。發(fā)酵產(chǎn)物是指在反應(yīng)過程當(dāng)中或反應(yīng)到達(dá)終點時所產(chǎn)生的能夠調(diào)節(jié)代謝使之達(dá)到平衡的物質(zhì)。實際上，發(fā)酵也是呼吸作用的一種，只不過呼吸作用最終生成CO2和水，而發(fā)酵最終是獲得各種不同的代謝產(chǎn)物。因而，現(xiàn)代對發(fā)酵的定義應(yīng)該是：通過微生物（或動植物細(xì)胞）的生長培養(yǎng)和化學(xué)變化，大量產(chǎn)生和積累專門的代謝產(chǎn)物的反應(yīng)過程。3.1.2 發(fā)酵的定義（1）狹義 “發(fā)酵”的定義在生物化學(xué)或生理學(xué)上發(fā)酵是指微生物在無氧條件下，分解各種有機(jī)物質(zhì)產(chǎn)生能量的一種方式，或者更嚴(yán)格地說，發(fā)酵是以有機(jī)物作為電子受體的氧化還原產(chǎn)能反應(yīng)。如葡萄糖在無氧條件下被微生物利用產(chǎn)生酒精并放出二氧化碳。同時獲得能量，丙酮酸被還原為乳酸而獲得能量等等。（2）廣義 “發(fā)酵”的定義工業(yè)上所稱的發(fā)酵是泛指利用生物細(xì)胞制造某些產(chǎn)品或凈化環(huán)境的過程，它包括厭氧培養(yǎng)的生產(chǎn)過程，如酒精、丙酮丁醇、乳酸等，以及通氣（有氧）培養(yǎng)的生產(chǎn)過程，如抗生素、氨基酸、酶制劑等的生產(chǎn)。產(chǎn)品即有細(xì)胞代謝產(chǎn)物，也包括菌體細(xì)胞、酶等。3.2 發(fā)酵的特點發(fā)酵和其他化學(xué)工業(yè)的最大區(qū)別在于它是生物體所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。其主要特點如下： （1）發(fā)酵過程一般來說都是在常溫常壓下進(jìn)行的生物化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)安全，要求條件也比較簡單。 （2）發(fā)酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他農(nóng)副產(chǎn)品為主，只要加入少量的有機(jī)和無機(jī)氮源就可進(jìn)行反應(yīng)。微生物因不同的類別可以有選擇地去利用它所需要的營養(yǎng)?；谶@—特性，可以利用廢水和廢物等作為發(fā)酵的原料進(jìn)行生物資源的改造和更新。 （3）發(fā)酵過程是通過生物體的自動調(diào)節(jié)方式來完成的，反應(yīng)的專一性強(qiáng)，因而可以得到較為單—的代謝產(chǎn)物。 （4）由于生物體本身所具有的反應(yīng)機(jī)制，能夠?qū)Ｒ恍缘睾透叨冗x擇性地對某些較為復(fù)雜的化合物進(jìn)行特定部位地氧化、還原等化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)，也可以產(chǎn)生比較復(fù)雜的高分子化合物。 （5）發(fā)酵過程中對雜菌污染的防治至關(guān)重要。除了必須對設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格消毒處理和空氣過濾外，反應(yīng)必須在無菌條件下進(jìn)行。如果污染了雜菌，生產(chǎn)上就要遭到巨大的經(jīng)濟(jì)損失，要是感染了噬菌體，對發(fā)酵就會造成更大的危害。因而維持無菌條件是發(fā)酵成敗的關(guān)鍵。 （6）微生物菌種是進(jìn)行發(fā)酵的根本因素，通過變異和菌種篩選，可以獲得高產(chǎn)的優(yōu)良菌株并使生產(chǎn)設(shè)備得到充分利用，也可以因此獲得按常規(guī)方法難以生產(chǎn)的產(chǎn)品。 （7）工業(yè)發(fā)酵與其他工業(yè)相比，投資少，見效快，開可以取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 基于以上特點，工業(yè)發(fā)酵日益引起人們重視。和傳統(tǒng)的發(fā)酵工藝相比，現(xiàn)代發(fā)酵工程除了上述的發(fā)酵特征之外更有其優(yōu)越性。除了使用微生物外，還可以用動植物細(xì)胞和酶，也可以用人工構(gòu)建的“工程菌’來進(jìn)行反應(yīng)；反應(yīng)設(shè)備也不只是常規(guī)的發(fā)酵罐，而是以各種各樣的生物反應(yīng)器而代之，自動化連續(xù)化程度高，使發(fā)酵水平在原有基礎(chǔ)上有所提高和和創(chuàng)新。3.3 發(fā)酵的類型根據(jù)發(fā)酵的特點和微生物對氧的不同需要，可以將發(fā)酵分成若干類型：（1）按發(fā)酵原料來區(qū)分：糖類物質(zhì)發(fā)酵、石油發(fā)酵及廢水發(fā)酵等類型。（2）按發(fā)酵產(chǎn)物來區(qū)分：如氨基酸發(fā)酵、有機(jī)酸發(fā)酵、抗生素發(fā)酵、酒精發(fā)酵、維生素發(fā)酵等。（3）按發(fā)酵形式來區(qū)分，則有：固態(tài)發(fā)酵和深層液體發(fā)酵。（4）按發(fā)酵工藝流程區(qū)分則有：分批發(fā)酵、連續(xù)發(fā)酵和流加發(fā)酵。（5）按發(fā)酵過程中對氧的不同需求來分，一般可分為：厭氧發(fā)酵和通風(fēng)發(fā)酵兩大類型。3.4 發(fā)酵過程的組成部分3.4.1 發(fā)酵過程的組成除某些轉(zhuǎn)化過程外，典型的發(fā)酵過程可以劃分成六個基本組成部分：（1）繁殖種子和發(fā)酵生產(chǎn)所用的培養(yǎng)基組份設(shè)定；（2）培養(yǎng)基、發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備的滅菌；（3）培養(yǎng)出有活性、適量的純種，接種入生產(chǎn)的容器中；（4）微生物在最適合于產(chǎn)物生長的條件下，在發(fā)酵罐中生長；（5）產(chǎn)物萃取和精制；（6）過程中排出的廢棄物的處理。六個部分之間的關(guān)系如圖所示。研究和發(fā)展計劃，總是圍繞著就逐步改善發(fā)酵的全面效益而進(jìn)行的。在建立發(fā)酵過程以前，首先要分離出產(chǎn)生菌，并改良菌種，使所產(chǎn)生的產(chǎn)物符合工業(yè)要求。然后測定培養(yǎng)的需求，設(shè)計包括提取過程在內(nèi)的工廠。以后的發(fā)展計劃，包括連續(xù)不斷的改良菌種、培養(yǎng)基和提取過程3.4.2 發(fā)酵生產(chǎn)的條件（1）某種適宜的微生物（2）保證或控制微生物進(jìn)行代謝的各種條件（培養(yǎng)基組成，溫度，溶氧pH等）（3）進(jìn)行微生物發(fā)酵的設(shè)備（4）提取菌體或代謝產(chǎn)物，精制成產(chǎn)品的方法和設(shè)備4、發(fā)酵后期酒精回收工業(yè)生產(chǎn)中常常采用下圖所示的流程進(jìn)行操作。連續(xù)精餾裝置主要包括精餾塔，蒸餾釜（或稱再沸器）等。精餾塔常采用板式塔，也可采用填料塔。加料板以上的塔段，稱為精餾段；加料板以下的塔段（包括加料板），稱為提餾段。連續(xù)精餾裝置在操作過程中連續(xù)加料，塔頂塔底連續(xù)出料，故是一穩(wěn)定操作過程。（1）塔板的作用塔板的作用是提供氣液分離的場所；每一塊塔板是一個混合分離器，并且足夠多的板數(shù)可使各組分較完全分離。因此每一塊塔板是一個混合分離器，經(jīng)過若干塊塔板上的傳質(zhì)后（塔板數(shù)足夠多），即可達(dá)到對溶液中各組分進(jìn)行較完全分離的目的。（2）回流的作用回流的主要作用就是提供不平衡的汽液兩相，而構(gòu)成汽液兩相接觸傳質(zhì)的必要條件。注意：工業(yè)用精餾塔內(nèi)由于塔頂?shù)囊合嗷亓骱退椎钠嗷亓?，為每塊塔板提供了汽、液來源。
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2018-09-28
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