Микробное масло

Одноклеточное масло , также известное как микробное масло, состоит из внутриклеточных запасаемых липидов, триацилглицеринов . Оно похоже на растительное масло , еще одно масло, полученное биологическим путем. Они производятся маслянистыми микроорганизмами (это термин для тех бактерий, плесени, водорослей и дрожжей), которые могут накапливать от 20% до 80% липидов своей биомассы. ^[1] Накопление липидов происходит к концу логарифмической фазы и продолжается во время стационарной фазы до тех пор, пока источник углерода не начнет уменьшаться при ограничении питания.

Наиболее важным источником являются некоторые виды дрожжей, которые способны превращать пищу в триглицериды и накапливать образующиеся липиды при употреблении углеводов. ^[2] Производство микробного масла было исследовано для производства биодизельного топлива , поскольку нечистые углеводы, такие как сельскохозяйственные отходы , например, отходы патоки, могут использоваться в качестве сырья для производства масла. ^[3]

Производство ШОС

Микробиологическое производство SCO может проводиться методом глубинной (SmF) или твердофазной ферментации (SSF). Наиболее часто используемым источником углерода является глюкоза. ^[4] Содержание клеточных липидов выше 60% было получено с использованием ксилозы, глюкозы и фруктозы в качестве субстратов с использованием Mortierella isabellina . ^[4] Выбор подходящего источника углерода необходим, но источник азота влияет на накопление SCO. В литературе также используются органические и неорганические источники азота по отдельности или в сочетании. К ним относятся дрожжевой экстракт, мочевина, пептон, глицин, KNO ₃ , NH ₄ NO ₃ и (NH ₄ ) ₂ SO ₄ . ^[5] Соотношение C/N влияет на накопление липидов. Зарегистрированные соотношения варьируются от 35 до 340 моль моль-1. ^[6] В принципе, маслянистые микроорганизмы можно культивировать в периодическом, периодическом или непрерывном культивировании. Культивирование M. alpina в реакторе с мешалкой приводило к увеличению накопления липидов в клетках по сравнению со встряхивающимися колбами. ^[7]

Разрушение

Разрушение клеток очень важно, поскольку эффективность разрушения клеток напрямую влияет на последующие последующие операции и общую эффективность экстракции. Этого можно добиться механическим и немеханическим способом.

Фрезерование бисера

Клетки разрушаются под воздействием мелющих шариков и биомассы, а также в результате уплотнения и сдвига и, как следствие, передачи энергии. ^[8] Разрушение клеток путем дробления является простым, эффективным и подходит для широкого спектра микроорганизмов.

Гомогенизация

В процессе гомогенизации биомасса пропускается под высоким давлением через отверстие. Эффективность разрушения клеток зависит от приложенного давления, количества проходов и организмов.

УЗИ

Ультразвук с использованием частот около 25 кГц — это еще один метод сдвига жидкости, который часто используется в промышленности и оказался подходящим для разрушения клеток.

Декомпрессия

Разрушение клеток путем декомпрессии достигается путем смешивания клеточной суспензии со сверхкритическим газом под давлением и последующего сброса давления. Газ, попавший в клетки, расширяется при сбросе давления и вызывает разрушение клеток из-за высокого давления.

Осмотический шок

Осмотический шок применяется путем воздействия на клетки среды, содержащей высокую концентрацию растворенного вещества, например, соли или сахара, оказывающего высокое осмотическое давление, и последующего внезапного разбавления среды, приводящего к увеличению внутриклеточного давления. Микроорганизмы с клеточными стенками не разрушаются при осмотическом шоке.

Добыча

Экстракция Сокслета

Экстрактор Сокслета был изобретен Францем Сокслетом в 1879 году для экстракции липидов из сухого молока. ^[9] и является одним из наиболее распространенных полунепрерывных методов экстракции липидов из образцов твердых пищевых продуктов. Образец высушивают, измельчают до мелкого порошка и помещают на пористый стакан внутри экстракционной камеры. Образец экстрагируют путем нескольких промывок органическим растворителем (первоначально петролейным эфиром) с обратным холодильником. После экстракции растворитель выпаривают и остаток взвешивают, получая общую сухую массу экстрагированного липида.

Экстракция Фолча

Метод экстракции Фолча ^[10] является общепринятым стандартным методом восстановления общих липидов. Первоначально он был изобретен как простой метод экстракции общих липидов из тканей животных (мозга, печени и мышц) и использует систему растворителей хлороформ:метанол (2:1) и добавление солей к сырому экстракту. При промывании сырого экстракта водой или раствором соли образуется двухфазная система, в которой липидная фракция находится в нижней фазе, а нелипидная фракция - в верхней (водянистой) фазе. ^{[ нужна ссылка ]}

Экстракция жидкости под давлением

Жидкостная экстракция под давлением (PLE) аналогична экстракции в Сокслете, но в ней используются жидкие растворители при повышенных температурах и давлениях, что приводит к повышению эффективности экстракции благодаря улучшенным свойствам растворимости и массообмена. Пробу помещают в экстракционную ячейку, нагреваемую до 80–200°С. Растворитель закачивается в экстракционную ячейку и находится определенное время, обычно 5–10 мин, под повышенным давлением (10–20 МПа). Затем вводят свежий растворитель и экстракт хранят во флаконе для сбора. Наконец, весь растворитель вытесняется во флакон для сбора с помощью азота под давлением.

Экстракция сверхкритических флюидов

Сверхкритические жидкости определяются как любое вещество, температура и давление которого превышают его критическую температуру. В сверхкритическом состоянии вещества обладают весьма желательными свойствами, делающими их пригодными для экстракции: они могут проникать в твердые тела и выделяться сквозь них, как газ, но растворяют липиды или любые другие аналиты, как жидкость.

Приложения

Питание человека

Полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК) необходимы для поддержания биофункций млекопитающих, таких как человек, поскольку люди не могут синтезировать эти незаменимые жирные кислоты, их необходимо получать из различных источников пищи, таких как рыбий жир и печень. Маслянистые микроорганизмы также являются потенциальным источником таких жирных кислот. В промышленных масштабах ферментативное производство может осуществляться методом погруженной (SmF) или твердофазной ферментации (SSF).

Биодизель

SCO может использоваться для производства дизельного топлива (метиловых или этиловых эфиров жирных кислот). Биодизель можно производить растительным и животным способом, но из-за экологических проблем, поскольку для производства дизельного топлива требуется большая площадь земли. В то время как микробный источник занимает меньше места и может быть сделан более продуктивным, используя генетические технологии для массового производства необходимого соединения. Однако высокая стоимость использования SCO для производства биодизеля препятствует коммерческому производству.

Олеохимия

Олеохимические вещества обычно определяются как химические продукты, полученные из триацилглицеринов растений или животных. ^[11] теперь мы знаем, что можем производить его и из микробного источника. Олеохимические вещества включают жирные кислоты, жирные спирты и метиловый эфир. В частности, жирные спирты и сложные эфиры жирных кислот и жирных спиртов (эфиры воска) могут применяться в различных отраслях промышленности, например, в мыле, моющих средствах, косметических добавках, феромонах и ароматизаторах. ^[12] Кроме того, мы можем использовать метаболитную инженерию для производства жирных спиртов и восковых эфиров из немаслянистого организма.

Ссылки

^ Буньярит, Джерапан; Полбури, Пирапан; Хаенда, Бонгкот; Чжао, Цзунбао; Лимтонг, Савитри (23 марта 2020 г.). «Производство липидов из гидролизата верхних слоев сахарного тростника и сырого глицерина с помощью Rhodosporidiobolus fluvialis с использованием стратегии двухэтапного периодического культивирования с отдельной оптимизацией каждого этапа» . Микроорганизмы . 8 (3): 453. doi : 10.3390/microorganisms8030453 . ПМК 7143989 . ПМИД 32210119 . Биодизель последнего поколения получают из микробных липидов. [...] Маслянистые дрожжи — это вид дрожжей, которые могут накапливать более 20% своей биомассы в липидах во время производства липидов. Штаммы этого вида включают Cryptococcus albidus , Lipomyces starkeyi , Rhodosporidium toruloides , Rhodotorula Glutinis и Yarrowia lipolytica [...] и все они считаются подходящими микроорганизмами для производства липидов из-за их способности использовать широкий спектр недорогих субстратов.
^ Леман, Яцек (1997). «Маслообразные микроорганизмы: оценка потенциала». Достижения прикладной микробиологии. Том 43 . Том. 43. стр. 195–243. дои : 10.1016/S0065-2164(08)70226-0 . ISBN 978-0-12-002643-2 . ПМИД 9097415 .
^ Чжу, Л.Ю.; Зонг, Миннесота; Ву, Х. (ноябрь 2008 г.). «Эффективное производство липидов с помощью Trichosporonfermentans и их использование для приготовления биодизеля». Биоресурсные технологии . 99 (16): 7881–7885. Бибкод : 2008BiTec..99.7881Z . doi : 10.1016/j.biortech.2008.02.033 . ПМИД 18394882 .
^ Jump up to: ^а ^б Цзэн, Цзицзяо; Чжэн, Юбин; Ю, Сяочэнь; Ю, Лян; Гао, Дифэн; Чен, Шулин (1 января 2013 г.). «Лигноцеллюлозная биомасса как источник углеводов для производства липидов Mortierella isabellina». Биоресурсные технологии . 128 : 385–391. Бибкод : 2013BiTec.128..385Z . doi : 10.1016/j.biortech.2012.10.079 . ПМИД 23201519 .
^ Гао, Дифэн; Цзэн, Цзицзяо; Чжэн, Юбин; Ю, Сяочэнь; Чен, Шулин (апрель 2013 г.). «Производство микробных липидов из ксилозы Mortierella isabellina». Биоресурсные технологии . 133 : 315–321. Бибкод : 2013BiTec.133..315G . doi : 10.1016/j.biortech.2013.01.132 . ПМИД 23434808 .
^ Факас, С.; Папаниколау, С.; Галиоту-Панайоту, М.; Комайтис, М.; Аггелис, Г. (октябрь 2008 г.). «Органический азот гидролизата томатных отходов усиливает поглощение глюкозы и накопление липидов у Cunninghamella echinulata». Журнал прикладной микробиологии . 105 (4): 1062–1070. дои : 10.1111/j.1365-2672.2008.03839.x . ПМИД 18489559 . S2CID 23690122 .
^ Стресслер, Тимо; Эйзель, Томас; Раст, Джоанна; Хауншильд, Ева-Мария; Кун, Андреас; Фишер, Лутц (март 2013 г.). «Производство полиненасыщенных жирных кислот Mortierella alpina с использованием погружной и твердотельной ферментации». Технология инженера-химика . 85 (3): 318–322. doi : 10.1002/cite.201200094 .
^ Мидделберг, Антон П.Дж. (январь 1995 г.). «Масштабное разрушение микроорганизмов». Достижения биотехнологии . 13 (3): 491–551. дои : 10.1016/0734-9750(95)02007-П . ПМИД 14536098 .
^ Сокслет, Ф. (1879). «Die gewichtsanalytische Bestimmung des Milchfettes» [Весово-аналитическое определение молочного жира]. Политехнический журнал (на немецком языке). 232 : 461–465. Архивировано из оригинала 08.10.2018 . Проверено 14 сентября 2021 г.
^ Фолч, Джорди; Лиз, М.; Стэнли, Г.Х. Слоан (май 1957 г.). «Простой метод выделения и очистки общих липидов из тканей животных» . Журнал биологической химии . 226 (1): 497–509. дои : 10.1016/S0021-9258(18)64849-5 . ПМИД 13428781 .
^ Рупилиус, Вольфганг; Ахмад, Салмия (июнь 2006 г.). «Изменяющийся мир олеохимикатов» . Развитие пальмового масла : 15–28.
^ Новек, Клаус; Графаренд, Вольфганг (2006). «Жирные спирты». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.a10_277.pub2 . ISBN 978-3-527-30673-2 .

Дальнейшее чтение

Оксенрайтер, Катрин; Глюк, Клаудия; Стресслер, Тимо; Фишер, Лутц; Силдатк, Кристоф (5 октября 2016 г.). «Стратегии производства и применения микробных одноклеточных масел» . Границы микробиологии . 7 : 1539. дои : 10.3389/fmicb.2016.01539 . ПМК 5050229 . ПМИД 27761130 .
Мадани, М.; Эншайе, М.; Абдоли, А. (октябрь 2017 г.). «Одноклеточное масло и его применение для производства биодизеля». Технологическая безопасность и защита окружающей среды . 111 : 747–756. дои : 10.1016/j.psep.2017.08.027 .
Хуан, Чао; Чен, Сюэ-фан; Сюн, Лиан; Чен, Синь-де; Ма, Долго-долго; Чен, Юн (март 2013 г.). «Производство одноклеточного масла из недорогих субстратов: возможность и потенциал его индустриализации». Достижения биотехнологии . 31 (2): 129–139. doi : 10.1016/j.biotechadv.2012.08.010 . ПМИД 22960618 .

[1] Буньярит, Джерапан; Полбури, Пирапан; Хаенда, Бонгкот; Чжао, Цзунбао; Лимтонг, Савитри (23 марта 2020 г.). «Производство липидов из гидролизата верхних слоев сахарного тростника и сырого глицерина с помощью Rhodosporidiobolus fluvialis с использованием стратегии двухэтапного периодического культивирования с отдельной оптимизацией каждого этапа» . Микроорганизмы . 8 (3): 453. doi : 10.3390/microorganisms8030453 . ПМК 7143989 . ПМИД 32210119 . Биодизель последнего поколения получают из микробных липидов. [...] Маслянистые дрожжи — это вид дрожжей, которые могут накапливать более 20% своей биомассы в липидах во время производства липидов. Штаммы этого вида включают Cryptococcus albidus , Lipomyces starkeyi , Rhodosporidium toruloides , Rhodotorula Glutinis и Yarrowia lipolytica [...] и все они считаются подходящими микроорганизмами для производства липидов из-за их способности использовать широкий спектр недорогих субстратов.

[2] Леман, Яцек (1997). «Маслообразные микроорганизмы: оценка потенциала». Достижения прикладной микробиологии. Том 43 . Том. 43. стр. 195–243. дои : 10.1016/S0065-2164(08)70226-0 . ISBN 978-0-12-002643-2 . ПМИД 9097415 .

[3] Чжу, Л.Ю.; Зонг, Миннесота; Ву, Х. (ноябрь 2008 г.). «Эффективное производство липидов с помощью Trichosporonfermentans и их использование для приготовления биодизеля». Биоресурсные технологии . 99 (16): 7881–7885. Бибкод : 2008BiTec..99.7881Z . doi : 10.1016/j.biortech.2008.02.033 . ПМИД 18394882 .

[Zeng_et_al_2013-4] Jump up to: ^а ^б Цзэн, Цзицзяо; Чжэн, Юбин; Ю, Сяочэнь; Ю, Лян; Гао, Дифэн; Чен, Шулин (1 января 2013 г.). «Лигноцеллюлозная биомасса как источник углеводов для производства липидов Mortierella isabellina». Биоресурсные технологии . 128 : 385–391. Бибкод : 2013BiTec.128..385Z . doi : 10.1016/j.biortech.2012.10.079 . ПМИД 23201519 .

[5] Гао, Дифэн; Цзэн, Цзицзяо; Чжэн, Юбин; Ю, Сяочэнь; Чен, Шулин (апрель 2013 г.). «Производство микробных липидов из ксилозы Mortierella isabellina». Биоресурсные технологии . 133 : 315–321. Бибкод : 2013BiTec.133..315G . doi : 10.1016/j.biortech.2013.01.132 . ПМИД 23434808 .

[6] Факас, С.; Папаниколау, С.; Галиоту-Панайоту, М.; Комайтис, М.; Аггелис, Г. (октябрь 2008 г.). «Органический азот гидролизата томатных отходов усиливает поглощение глюкозы и накопление липидов у Cunninghamella echinulata». Журнал прикладной микробиологии . 105 (4): 1062–1070. дои : 10.1111/j.1365-2672.2008.03839.x . ПМИД 18489559 . S2CID 23690122 .

[7] Стресслер, Тимо; Эйзель, Томас; Раст, Джоанна; Хауншильд, Ева-Мария; Кун, Андреас; Фишер, Лутц (март 2013 г.). «Производство полиненасыщенных жирных кислот Mortierella alpina с использованием погружной и твердотельной ферментации». Технология инженера-химика . 85 (3): 318–322. doi : 10.1002/cite.201200094 .

[8] Мидделберг, Антон П.Дж. (январь 1995 г.). «Масштабное разрушение микроорганизмов». Достижения биотехнологии . 13 (3): 491–551. дои : 10.1016/0734-9750(95)02007-П . ПМИД 14536098 .

[9] Сокслет, Ф. (1879). «Die gewichtsanalytische Bestimmung des Milchfettes» [Весово-аналитическое определение молочного жира]. Политехнический журнал (на немецком языке). 232 : 461–465. Архивировано из оригинала 08.10.2018 . Проверено 14 сентября 2021 г.

[10] Фолч, Джорди; Лиз, М.; Стэнли, Г.Х. Слоан (май 1957 г.). «Простой метод выделения и очистки общих липидов из тканей животных» . Журнал биологической химии . 226 (1): 497–509. дои : 10.1016/S0021-9258(18)64849-5 . ПМИД 13428781 .

[11] Рупилиус, Вольфганг; Ахмад, Салмия (июнь 2006 г.). «Изменяющийся мир олеохимикатов» . Развитие пальмового масла : 15–28.

[12] Новек, Клаус; Графаренд, Вольфганг (2006). «Жирные спирты». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . дои : 10.1002/14356007.a10_277.pub2 . ISBN 978-3-527-30673-2 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]