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微藻食用油开发前景
发布时间: 2016-10-08
来源: 新奥集团新绎健康科技有限公司 
作者:罗建涛,王雅茜,马百平,贾德贤  
  1. 微藻食用油开发

    1.1背景及优势

    据析,国内外油料作物产量停滞不前,且生物柴油产业快速发展导致油料原料更加短缺,人口过快增长使得食用油需求不断增长,在此情况下食用油价格自2008年以来多次暴涨,供给安全也存在诸多隐患。

    我国目前处于经济高速快速发展的背景下,势必也将面临发展过快所带来的

    诸多亟需解决的问题。如:环境、人口、资源供给等。食用油供给是其中一个我国必须面对的巨大挑战。我国主要油料作物包括花生、大豆、油菜籽(表1)[1]等,国内油料原料供给量占总需求42%,进口量高达58%。在油料作物自给供给率40%左右的情况下,加之国内外油料原料市场供给愈加紧张及价格日趋增高,建立食用油储备及改革制度迫在眉睫。

    表1 一些油料原料年均产量 [1] 

    Table 1   Annual output of some oil materials

油料作物

大豆

油菜

花生

2002/2003

1651

1055

1482

2003/2004

1539

1142

1342

2004/2005

1740

1318

1434

2005/2006

1635

1305

1434

2006/2007

1620

1270

1461

 

    经分析,传统油料原料的单位时间单位面积产量低和出油率低等缺点已经不能满足当前国内外对植物油的需求。对比来看,产油藻株具有单位时间和单位面积产量高、具有可实现大规模工业化生产的潜力等优势。研究表明,微藻光合效率可达6.9×104细胞/(ml·h),产油率可达12000L/h[2]。微藻中油脂分为两部分,一是位于微藻细胞膜上的磷脂,二是细胞内部的产物甘油三酯,其中甘油三酯是微藻油脂的主要

成分[3]。

根据对植物油原料分析,传统油料作物油脂含量为30-60%之间,不饱和脂肪酸占60%以上,相对来说,不同藻株在不同生长周期含油量差异较大,目前经确认的产油藻株含油量在40%左右,某些微藻的含油量甚至可以达到77%[4-7]。大多数富油藻株中脂肪酸碳链以C14、C16和C18为主,构成与传统油料原料

                                        

作者简介:罗建涛(1983—),男(汉),中级工程师,硕士,研究方向:食品科学

*通讯作者:贾德贤(1966—),女(汉),博士,邮箱:jiadexian@enn.cn

类似[8]。经过分析鉴定,个别藻株多不饱和脂肪酸含量较高,内含饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸的藻株较为常见[4]。从含油量及脂肪酸组成上看,产油微藻具有作为食用油来源的潜力。

目前,藻类新资源食品如表2所示,油脂方面只有DHA藻油一种,来源:裂壶藻(Schizochytrium sp.)吾肯氏壶藻(Ulkenia amoeboida)寇氏隐甲藻(Crypthecodinium cohnii)。用量:≤300mg/天(以纯DHA计)。DHA作为营养强化剂允许添加到:1.调制乳粉(仅限儿童用乳粉)≤0.5%(占总脂肪酸的百分比)。2. 调制乳粉(仅限孕产妇用乳粉)300mg/kg-1000 mg/kg。DHA食用油方面:中粮集团已推出了“福临门DHA植物调和油”,在国内市场广受好评,反响巨大。其中,DHA来源为DHA藻油。

表2 藻类新资源食品 

Table 2   Algae new resource food

中文名称

食用量

批准日期

公告号

海藻糖

作为普通食品

2014-07-18

2014年第15号

裸藻

普通食品(婴幼儿除外)

2013-10-30

2013年第10号

DHA藻油

≤300mg/天

2010-03-09

2010年第3号

盐藻及提取物

≤15mg/天

2009-12-22

2009第18号

极大螺旋藻

作为普通食品

2004-08-17

2004年第17号

1.2传统油料作物含油量及脂肪酸组成分析

传统油料原料:油脂资源依赖于植物的种子、果实或陆、海产动物,对于前者(植物油制备)的生产和流通而言,后者(动物油制备)的特点在于它是肉或乳制品的副产品。作为油脂原料,在经济上有重要地位的植物种子,称为油料。在联合国工业发展组织的报告书中,油料以大豆、棉籽、花生、菜籽、向日葵、亚麻子、芝麻、椰干等8种为代表(表3)[9]。部分油料作物含油量如下[10]:

表3 传统油料作物含油量 

Table 3   Oil content of traditional oil crops

作物名称

植株部位

含油量(%)

向日葵

种子

23.5~45.0

油用亚麻

种子

36.8~49.5

蓖麻

种子

45.1~58.5

大豆

种子

10.0~25.0

大麻

种子

30.0~38.9

芝麻

种子

46.2~61.0

花生

种仁

40.2~60.7

芥菜

种子

35.0~46.0

苏子

种子

43.4~48.7

油莎豆

块茎

20.0~30.0

文冠果

种仁

60以上

常用植物油脂肪酸组成及其相对含量如表4[11]:

表4传统油料原料脂肪酸含量

Table 4   Fatty acid content of traditional oil raw material

脂肪酸名称

花生油

大豆油

玉米油

含量

含量

含量

棕榈酸

10.9

10.5

11.6

硬脂酸

2.7

3.0

1.3

花生酸

1.1

0.2

/

二十四碳烷酸

0.5

/

/

饱和脂肪酸

16.8

13.7

12.9

十六碳烯酸

/

/

/

油酸

46.8

23.1

30.6

二十碳烯酸

0.7

0.2

/

亚油酸

35.3

56.5

55.8

不饱和脂肪酸

83.2

86.3

87.1

    植物油脂肪酸基本比例及口味特色如下:

花生油:脂肪酸成份:单不饱和脂肪酸51%、饱和脂肪酸28%、多元不饱和脂肪酸26%。由于花生油风味浓郁、独特,市场前景广阔,脂肪酸配比较均衡,适用于高温烹饪,稳定性佳。

芝麻油:不饱和脂肪酸含量高达90%。芝麻油的食用历史悠久,在我国一直被用做烹饪时的调味油,其不饱和度较高,具有较强抗氧化作用,在人体内起到清除自由基的作用,是天然便捷的抗氧化剂。但其烟点较低等特点决定其不能用作高温烹饪。

大豆油:不饱和脂肪酸达85%。卵磷脂、维生素及胡萝卜素含量丰富。烟点较低,加热易产生油烟,不利于身体健康。经过调和后可改善。

橄榄油:不饱和脂肪酸占87%。抗氧化性好,且极其稳定,不需添加稳定剂。抗热性好,可用于高温烹饪油。具有防止动脉硬化、降低胆固醇的功效。

  1. 产油藻株及开发前景

    2.1裂殖壶菌

    裂殖壶菌,Schizochytrium 又称裂壶藻,属于真菌门(Eumycota)、卵菌纲(Oomycetes)、水霉目(Saprolegniales)、破囊壶菌科(Thraustoytriaceae)的一类类藻的海洋真菌,单细胞,球形。目前已有五个种被分离出,分别是:S.aggregatum、S.minutum、S.octosporum、S.mangrovei和S.limacinum。裂殖壶藻细胞能够在生长周期各个阶段产生大量对人体健康有利的活性物质。包括脂肪酸、角鲨烯、多糖、β胡萝卜素等[12]。总脂肪酸含量高达细胞干重70%以上,不饱和脂肪酸含量较高,其中DHA百分含量高达45%左右,裂殖壶藻细胞中90%的油脂都是以甘油三酯(TG)形式存在的,极易被人体吸收。少部分以卵磷脂形式存在[13]。据安全评价显示,未发现裂殖壶藻有任何毒副作用[14],已得到Food and Drug Administration的认可,可以应用于食品、饲料、医药等领域的产品开发研究。此藻株油脂占细胞干重比较高,且富含不饱和脂肪酸,满足食用油原料需求。DHA含量高,通过提取纯化得到高纯度DHA,可以作为调和油原料。

    2.2破囊壶菌

    裂殖壶菌(Schizochytrium)又称裂壶藻,属于真菌门(Eumycota)、网粘菌纲、破囊壶菌目、破囊壶菌科的一类海洋单细胞真菌,呈球形。异养繁殖,不受季节影响,无毒无污染,状态均一稳定。具有分裂快、生长周期短,单位面积产量高,可作为大规模生产DHA的优良菌株 [15]。Schizochytrium脂肪酸含量达到细胞干重的一半以上,且富含长链不饱和脂肪酸,尤其DHA可达到百分之六十以上[16,17]。此藻株油脂含量及脂肪酸配比满足食用油需求。培养基组成,培养温度,pH,培养周期,海水浓度、搅拌桨速度和发酵形式都会对破囊壶菌的油脂生产产生影响[18]。

    2.3小球藻

    小球藻(Chlorella)为绿藻门小球藻属普生性单细胞绿藻,是一种球形单细胞淡水藻类,直径3~8微米。绿藻纲,小球藻科。单细胞藻,常单生,也有多细胞聚集[19]。当前世界上已确定的小球藻约10种,数百种变种[20]。Chlorella在有利条件下生产多糖,当遇到不利条件是,如光照、温度、射线等时,会产生自我保护,大量积累油脂,含量高达细胞干重的一半以上[21—23],且主要脂肪酸类型为C16∶0、C18∶1、C18∶2和C18∶3[4]。高产小球藻Chlorellasp. NMX37N细胞内脂肪酸组成如下图所示,油脂含量和脂肪酸比例相似,C16和C18比例接近100%。不含20个碳链以上的脂肪酸,饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸占一半左右。通过以上文献信息,小球藻因种类不同,油脂含量差异较大,脂肪酸组成目前研究较少,需要选择油脂含量较高的藻种及测定具体脂肪酸组成来确定是否能够作为食用油来源。

    表5小球藻脂肪酸含量

    Table 5   The fatty acid content of Chlorella

脂肪酸

Fatty acids

食用量

Total lipids

三酰基甘油

T

C14:0

1.2±0.05

1.6±0.12

C14:1

0.21±0.01

0.24±0.01

C16:0

31.05±1.23

30.66±0.71

C16:1

0.4±0.01

0.43±0

C18:0

1.87±0.04

1.74±0.07

C18:1

13.83±0.42

11.92±0.14

C18:2

40.22±1.2

40.08±0.48

γ-C18:3

0.13±0.08

0.12±0.05

α-C18:3

10.98±0.63

13.15±0.02

  1. 讨论

    通过对比部分传统油料原料及产油藻株,由于各藻株细胞内脂肪酸组成差异较大,因此可以作为普通食用油原料和调和油中营养强化剂来源两种方式来进行开发:

    (1)含油量及脂肪酸组成满足普通食用油原料需求,可以进行普通食用油开发利用。

    (2)可对某些富含DHA、EPA的藻株进行深加工处理,提纯分离后的特殊功效不饱和脂肪酸可作为调和油原料加以利用。

    产油微藻作为食用油原料尚存在一些问题:

    (1)藻种含油量能够达到油料原料需求,但是某些藻种脂肪酸组成尚不明确,需进行实验来确定其组成含量。

    (2)产油微藻一般为单细胞生物体,个体较小,不同于传统油料原料,不可以进行压榨提取油脂,且个别藻需破壁处理,所以在提取方式上需做进一步研究。

    (3)产油微藻具有生长快,含油量高等特点,但是目前养殖成本较高。

    微藻生产食用油技术有待加强研究,才能更好推进微藻油脂产业化及应用。

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