亚硫酸盐联合甘油在提高酿酒酵母油脂含量中的应用及方法技术

本发明专利技术提供亚硫酸盐联合甘油在提高酿酒酵母油脂含量中的应用及方法，属于生物技术领域。本发明专利技术通过研究发现，可在发酵培养基中添加亚硫酸盐和甘油，使其联合作用以提高酿酒酵母油脂含量。本发明专利技术有效避免了产油酿酒酵母菌株大规模筛选所具有的工作量庞大且结果具有随机性和不确定性的不足，同时，相比常规的微生物油脂积累诱导方法，本发明专利技术培养的酿酒酵母可以获得更高的油脂含量和油脂产量，从而有效解决高值棕榈油酸资源量不足的问题，可带来极好的经济效益和社会效益。因此具有良好的实际推广和工业化应用之价值。推广和工业化应用之价值。推广和工业化应用之价值。

【技术实现步骤摘要】
亚硫酸盐联合甘油在提高酿酒酵母油脂含量中的应用及方法


[0001]本专利技术属于生物
，具体涉及亚硫酸盐联合甘油在提高酿酒酵母油脂含量中的应用及方法。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)，主要被用于酿造业、食品加工行业，同时也是基础及应用研究的主要对象，在医药、食品等领域应用广泛。同时酿酒酵母的油脂中富含一种非常稀有且价格昂贵的ω-7单不饱和脂肪酸——棕榈油酸(十六碳烯酸)。其已被证实在一些慢性疾病如代谢综合症、糖尿病和炎症中具有良好的治疗和预防作用，并被开发成医药制剂在欧美等国家上市，但这些产品原料通常主要来自深海鱼、沙棘、澳洲坚果等难以商业化养殖或种植的野生动植物资源，难以满足市场需求。根据研究，棕榈油酸在酿酒酵母的总油脂中的占比可以达到50％左右，因此其在棕榈油酸生产领域具有非常重要的价值和良好的应用前景。但是，由于酿酒酵母自身并不能大量积累油脂，其油脂含量通常只能达到细胞干重的5％左右，即使在缺氮等油脂诱导培养基中培养，其油脂含量往往也低于细胞干重的20％，因此一般不认为酿酒酵母可以作为一种产油微生物，因而也鲜有对酿酒酵母产油的研究。这是由于酿酒酵母在发酵时会优先将有机碳源转化成细胞生物量和乙醇，而不是用于油脂的积累，因此如果要用酿酒酵母来产油，糖对油脂的得率很低，单位油脂生产的耗糖量必然很高。同时酿酒酵母细胞中过低的油含量不利于油脂的提取，油脂提取率过低。这些原因都大幅度推高了酿酒酵母生产油脂的成本。因此必须发展新的技术以提高酵母的油脂含量。
[0004]目前主要是通过优化培养基，特别是控制碳氮比等来提高酿酒酵母的油脂含量是最常采用的方法。比如杨实权等(杨实权,等.响应面法优化酿酒酵母产油脂条件.微生物学通报,2010,37(1):91-95.)报道通过响应面法实验对酿酒酵母的培养基进行优化，结果发现在葡萄糖15％(w/v，下同)，蛋白胨0.2％，酵母浸粉0.4％，柠檬酸0.471％，MgSO4·
7H2O 0.1％，ZnSO4·
7H2O 0.2％，CaCl
2 0.025％，FeSO4·
7H2O 0.005％的优化培养基中，培养96小时后的酿酒酵母油脂含量最高可达14.55％。但是实际上这一油脂含量与其他产油微生物相比是非常低的，根本不具备生产应用价值。He等(He Q,et al.Oleaginicity of the yeast strain Saccharomyces cerevisiae D5A.Biotechnology for Biofuels,2018,11(1):258)研究了一株酿酒酵母的高碳氮比培养基诱导培养，发现在优化的高有机碳浓度(50g/L)低氮浓度(5mM)的培养基发酵培养酿酒酵母，其油脂含量提高到20％。这表明高碳氮比的油脂诱导培养对于酿酒酵母油脂积累的强化作用仍然是非常有限的，根本无法满足工业生产油脂的要求(一般的产油农作物和产油微生物的油含量在40％左右，如果低于这一值则认为产油性价比不高，不宜作为油脂生产途径)。
[0005]近些年研究人员试图通过基因工程改造的手段提高酿酒酵母的油脂含量。但油脂产量也未得到显著提高，如Kyung等(Kyung Ok Yu,et al.Development of a Saccharomyces cerevisiae strain for increasing the accumulation of triacylglycerol as a microbial oil feedstock for biodiesel production using glycerol as a substrate.Biotechnology&Bioengineering,2012,110(1):343-347)在一项以酿酒酵母产油为目的的研究中，对酿酒酵母进行了基因改造以强化其油脂合成途径，但经过基因工程改造后其油脂含量也只有11.6％，油脂产量极低，仅有0.023g/L，而且基因工程微生物用于生产食品等原料的安全性还存在巨大争议，因此基因工程微生物生产食品类原料在短期内还难以实现商业化应用。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术，经长期的技术与实践探索，本专利技术提供亚硫酸盐联合甘油在提高酿酒酵母油脂含量中的应用及方法。本专利技术通过研究发现，可在发酵培养基中添加亚硫酸盐和甘油，使其联合作用以提高酿酒酵母油脂含量。具体的，添加亚硫酸盐的目的在于酿酒酵母发酵产生乙醇过程中的中间产物乙醛会与亚硫酸盐发生反应，生成难溶的磺化羟乙醛，从而阻断了乙醛继续作为氢受体进行乙醇的合成；添加甘油的目的在于通过提高培养液中甘油的浓度，抑制酿酒酵母细胞内3-磷酸甘油的水解，并进一步反馈抑制了磷酸二羟丙酮作为氢受体合成3-磷酸甘油；由于主要代谢产物的生成受到限制，使酿酒酵母细胞内的有机碳代谢流向倾向于脂肪酸的合成。并且，细胞内脂肪酸的从头合成过程作为氢受体体系，大量合成脂肪酸，并最终形成油脂。基于上述研究成果，从而完成本专利技术。
[0007]本专利技术是通过如下技术方案实现的：
[0008]本专利技术的第一个方面，提供亚硫酸盐联合甘油在提高酿酒酵母油脂含量中的应用。
[0009]添加亚硫酸盐的目的在于酿酒酵母发酵产生乙醇过程中的中间产物乙醛会与亚硫酸盐发生反应，生成难溶的磺化羟乙醛，从而阻断了乙醛继续作为氢受体进行乙醇的合成；添加甘油的目的在于通过提高培养液中甘油的浓度，抑制酿酒酵母细胞内3-磷酸甘油的水解，并进一步反馈抑制了磷酸二羟丙酮作为氢受体合成3-磷酸甘油；由于主要代谢产物的生成受到限制，使酿酒酵母细胞内的有机碳代谢流向倾向于脂肪酸的合成。并且，细胞内脂肪酸的从头合成过程作为氢受体体系，大量合成脂肪酸，并最终形成油脂。
[0010]本专利技术的第二个方面，提供一种提高酿酒酵母油脂含量的培养方法，所述培养方法包括：在酿酒酵母培养过程中，通过在培养基中添加亚硫酸盐和甘油，使其联合作用以提高酿酒酵母的油脂含量。
[0011]本专利技术的第三个方面，提供上述培养方法获得的油脂。
[0012]其中，所述油脂包含棕榈油酸。如前所述，棕榈油酸，其对糖尿病、代谢功能综合征、高血脂、高血压等疾病具有显著的预防和治疗效果。本专利技术提供的方法恰好可以解决棕榈油酸资源不足的问题，因此具有极大的工业化应用价值，同时可以产生极其重要的社会效益和经济效益。
[0013]上述一个或多个技术方案的有益技术效果：
[0014]1)上述技术方案具体提供了亚硫酸盐联合甘油在提高酿酒酵母油脂含量中的应
用及方法，具体的，在酿酒酵母培养过程中，通过在培养基中添加亚硫酸盐和甘油，抑制酿酒酵母细胞中的中间产物乙醛作为氢受体合成乙醇以及磷酸二羟丙酮作为氢受体合成3-磷酸甘油，从而胁迫酿酒酵母细胞内的有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.亚硫酸盐联合甘油在提高酿酒酵母油脂含量中的应用。2.一种提高酿酒酵母油脂含量的培养方法，其特征在于，所述培养方法包括：在酿酒酵母培养过程中，在培养基中添加亚硫酸盐和甘油。3.如权利要求2所述的培养方法，其特征在于，所述的亚硫酸盐在培养基中的添加量为≥1g/L且≤40g/L，所述的甘油在培养基中的添加量为≥10g/L且≤80g/L。4.如权利要求2所述的培养方法，其特征在于，所述的亚硫酸盐和甘油的添加方式为一次添加、分批次添加或连续流加。5.如权利要求2所述的培养方法，其特征在于，所述亚硫酸盐包括亚硫酸钠、亚硫酸钾、亚硫酸氢钠和亚硫酸氢钾。6.如权利要求2所述的培养方法，其特征在于，在培养基中添加亚硫酸盐和甘油这一操作过程在酿酒酵母整个培养过程的任何阶段进行；或，所述添加亚...

【专利技术属性】
技术研发人员：周文俊，刘天中，纪晓彤，高莉丽，
申请(专利权)人：中国科学院青岛生物能源与过程研究所，
类型：发明
国别省市：