بخشی از مقاله
چکیده:
لیپیدهای میکروبی - - single cell oil، روغن تک یاخته ای نامیده می شوند؛ این میکروارگانیسم ها درصد بالایی از تری آسیل گلیسرول خود را به عنوان ذخیره سلولی انباشته می کنند. به علت کاهش منابع سوخت های فسیلی و نگرانی های زیست محیطی،سوخت های جانشین هر روز بیشتر مورد توجه قرار می گیرند. به خاطر ویژگی های مثبت روغن میکروبی در زمینه استفاده از آن به عنوان بیودیزل،در این زمینه آینده ی روشنی برای روغن های میکروبی پیش بینی می شود. گرایش به سوی روغن های میکروبی به طور انحصاری از درک اهمیت ویژه ی اسیدهای چرب بلند زنجیرLC-PUFA ایجاد شده است. در این مقاله سعی شده است به تعریف و ویژگی های روغن تک یاخته ، مکانیسم تولید آن و میکروارگانیسم های مولد روغن و ارزش تغذیه ای ARAوDHA و تحقیقاتی که در این زمینه صورت گرفته است پرداخته شود.
واژه های کلیدی: روغن میکروبی ،بیودیزل،.PUFA
مقدمه:
لیپید میکروبی یعنی لیپیدهای تک سلولی - - SCO؛چربی هایی هستندکه توسط میکروارگانیسمهای روغنی تولید می شوند، هم چنین منافع بالقوه برای محققان در دهه های گذشته با توجه به وظایف مهم و ویژگی های خاص و وضعیت اقتصادی آن بوده است. به طور سنتی به میکروارگانیسم هایی مانند: باکتری ها، مخمرها، قارچ ها و ریزجلبک ها که قادر به تجمع چربی بیش از 20درصد توده سلولی خود باشند، روغن تک یاخته - - SCOگفته می شود - . - 8 پتانسیل میکروارگانیسم های چربی به عنوان منبعی از تری آسیل گلیسرول - - TAG توجه زیادی را به خود جلب کرده است - . - 4 پژوهش ها بر روی SCO دارای سابقه طولانی است. قبل از سال 1980 میلادی تجمع چربی توسط میکروارگانیسم های روغنی آشکار بوده است و اولین تولید تجاری SCO در سال 1985 آغاز شد و به علت مشکلات اقتصادی و مقرون به صرفه نبودن ، تنها به مدت 6 سال انجام شد. این روغن در انگلستان توسط Mucor circinelloides با یک طراحی گران قیمت برای تولید PUFA به عنوان جایگزین روغن پامچال تولید شد.
این فرایند در فرمنتورهای با ظرفیت 220 m3 انجام شد که شامل مراحل استخراج پالایش و تصفیه نهایی بود که هم اکنون روی پژوهش های بسیاری از دانشمندان متمرکز شده است - 8و. - 12 روغن های میکروبی منابع ارزان کارامد برای تولید اسیدهای چرب غیراشباع هستند و از اهمیت دارویی برخوردار هستند - . - 6 از دهه 1980 میلادی،SCO به عنوان منبعی برای مکمل چربی ها و روغن ها مورد توجه قرار گرفت. روغن های تک یاخته شباهت ساختاری و ترکیب زیادی به روغن های گیاهی دارند؛ این موضوع پتانسیل کاربرد آنها را برای تولید سوخت زیستی افزایش می دهد - . - 1 به علت کاهش منابع سوخت های فسیلی و نگرانی های زیست محیطی،سوخت های جانشین هر روز بیشتر مورد توجه قرار می گیرند.
در بین این جانشین ها، بیودیزل های تولید شده از چربی های حیوانی و روغن های نباتی، به خاطر ویژگی های تجزیه پذیر بودن، غیر سمی بودن وپاک و تجدید پذیر بودن، بیشتر مورد توجه هستند. اگر چه قیمت بالای این محصولات مانع بزرگی برای توسعه و گسترش کاربرد آنها محسوب می شود. اخیراً توجه زیادی به یافتن یک منبع جدید روغن برای تولید بیودیزل شده است؛ در این میان روغن های میکروبی گزینه های مناسبی به نظر می آیند، زیرا دارای ترکیب اسید چربی شبیه روغن های نباتی هستند. تلاش های بسیاری برای استفاده از پسماندهای صنعتی و کشاورزی به عنوان محیط کشت ارزان برای تولید روغن های میکروبی صورت گرفته است - . - 11
-2بیوشیمی ذخیره کردن چربی:
اگر چه همه ارگانیسم های زنده باید حداقل میزانی از لیپید را برای غشا و سایر ساختار ها بسازند،تنها مقدار اندکی از میکروارگانیسم ها قادر به ذخیره کردن لیپید بیش از %20 جرم سلولی هستند - . - 7 میکروارگانیسم ها به طور مداوم تبدیل کربن به چربی را داخل سلول پس از کاهش نیتروژن یا منیزیم ، فسفر و آهن انجام می دهند. این میکروارگانیسم ها زمانی رشد می کنند و بزرگ می شوند و چربی را در خود ذخیره می کنند که منابع کربن در محیط کشت خیلی زیاد و منابع مغزی کم باشد . منابع کربن قابل استفاده شامل: گلوکز، ملاس، محصولات هیدرولیز نشاسته، گلوکز، دکسترین، فروکتوز، آب پنیر هیدرولیز شده، ضایعات هیدرولیز شده گوجه فرنگی و برنج، الکلهای بلند زنجیر هستند.
مهمترین شرط برای القای لیپید کم بودن نیتروژن است. نیتروژن در طی مرحله رشد برای سنتز پروتیین و اسید نوکلییک ضروری است. زمانی که نیتروژن کم می شود، میزان رشد پایین می آید و سنتز پروتئین و نوکلییک اسد نیز تمایل به متوقف شدن دارند - 10و. - 4 این فرایند به هر دو صورت کشت پیوسته - شکل - b-1وناپیوسته - شکل - a-1انجام می شود. در کشت مداوم رشد نسبتا آسان میکروارگانیسمها با هر سطح از تولید چربی به سادگی با تنظیم میزان رقت فرمانتور امکان پذیر است. - - 13 دلیل افزایش ATP در میکروارگانیسم های روغنی استفاده از گلوکز به عنوان منبع کربن است. گلوکز منبع شایع برای تولید چربی است؛ ولی می شود از گلیسرول هم استفاده کرد. پس از کاهش نیتروژن متوسط رشد چربی در سلول آغاز می شود؛ پس ما باید اطمینان پیدا کنیم که نیتروژن در حال کم شدن است ودیگر مواد مغذی ثابت باقی می ماند.
از گلوکز برای ساخت چربی استفاده می کند و این روند تا جایی ادامه دارد که میکرو ارگانیسم به حد مشخصی از تورم برسد. در شرایطی که مقدار نیتروژن در محیط کاهش یابد. غلظت EMPهم کاهش می یابد و فعالیت آنزیم دهیدروژناز در داخل میتوکندری کم می شود. سیکل تری کربوکسیلیک اسید - - TCAمختل شده واسید سیتریک در میکروارگانیسم تجمع می یابد - 12و. - 5 برای قابلیت تولیدروغن در یک میکروارگانیسم دودلیل می توان بیان کرد:-1توانایی تولید acetyl-CoAمستقیماً درسیتوسل بعنوان پیش سازلازم برای سنتزاسیدچرب -2توانایی تولیدNADPHکافی بعنوان عامل احیاکننده - - reductantضروری در سنتز اسید چرب. تشکیل acetyl-CoA در میکروارگانیسم های روغنی وابسته به حضور ATP, citrate liaseاست. واکنش زیر در بسیاری از میکروارگانیسم های غیر روغنی رخ می دهد: acetyl-CoA+oxalaoacetate+ADP+pi Citrate+CoA+ATPالبته سیتریک اسیدبه عنوان قسمتی ازچرخه تری کربوکسیلیک اسید - TCA - در میتوکندری سلول ساخته می شود. بیوسنتز لیپید به عوامل مختلفی از جمله PH،دما، سطح نیتروژن، نرخ رشد، مقدار گلوکز و... بستگی دارد - . - 3 مراحل واکنشی که در اثر کم شدن نیتروژن باعث تشکیل acetyl-CoAمی شود:
- 1 افزایش فعالیت آنزیم AMP deaminaseبه 5 برابر فعالیت آن قبل از محدودیت
- 2 کاهش میزان AMPسلول درمیتوکندری
- 3 توقف عمل آنزیم isocitrate dehydrogenase
- 4 تجمع isocitrate و به تعادل رسیدن آن با سیتریک اسید
- 5 انباشته شدن سیترات در میتوکندری
- 6 انتقال سیترات به بیرون میتوکندری
- 7 شکسته شدن سیترات در سیتوسل به acetyl-CoAوoxaloacetate Acetyl-CoA - 8برای سنتز اسید چرب
- 9 تبدیل oxaloacetate به مالات
شکل 2 نموداری از رویدادها را به صورت شماتیک نشان می دهد، که چطور سیکل سیترات/مالات و سیکل سیتوزولیک می تواند مقدار کافی از acetyl-CoA وNADPH را برای تولید لیپید در میکروارگانیسم های روغنی تهیه کند. - -1 آنزیم پیرات دکربوکسیلاز-2 مالات دهیدروژناز -3 آنزیم مالیک -4پیروات دهیدروژناز -5 سینتاز سیترات ATP -6سیترات لیاز -7ترنس لوکاز مالات/سیترات -
- واکنش تعادل کربن - Acetyl CoA+CO2 پیروات - واکنش تولید NAD++NADPH+Pi - NADPH NADPH+NADP++ATP سیکل ترنس هیدروژناز می تواند مستقل از تغییرات دائمی کربن برای سیترات در میتوکندری به استیل کوانزیمA در سیتوسل کار کند. ودر نتیجه می توان همه NADPHمورد نیاز برای سنتز همه اسیدهای چرب و اسیدهای چرب غیر اشباع را فراهم کند - . - 12
تولید چربی از باکتری:
باکتری ها ساده ترین و کوچکترین سلول های میکروبی هستند . فقط نوع خاصی از باکتری توانایی جمع آوری لیپید را در برخی از محیط کشت های خاص دارند؛ مانند:مایکوباکتریا و کورینه باکتریا، اما تولید سم زیاد، ایمنی بالا و لیپیدهای پیچیده می کنند - 10و. - 13 ترکیب چربی تولیدی توسط باکتری ها کاملا متفاوت با سایر روغن های میکروبی است - . - 10 باکتری ها در کل TAGتولید نمی کنند و به جای آن پلی بتا هیدروکسی بوتیرات و
