微生物油

単細胞油は微生物油とも呼ばれ、細胞内貯蔵脂質であるトリアシルグリセロールで構成されています。これは、別の生物学的に生成される油である植物油に似ています。これらは、バイオマスの20％から80％の脂質を蓄積できるバクテリア、カビ、藻類、酵母を指す油性微生物によって生成されます。^[1]脂質の蓄積は対数増殖期の終わりまでに起こり、炭素源が栄養制限で減少し始めるまで、定常期の間継続します。

最も重要な供給源は、食物をトリグリセリドに変換し、炭水化物を与えると生成された脂質を蓄積することができる酵母のいくつかの種です。^[2]農業残渣、例えば廃糖蜜などの不純な炭水化物は油の生産のための原料として使用できることから、微生物油の生産はバイオディーゼルの生産のために研究されてきました。 ^[3]

SCOの生産

SCOの微生物生産は、液中発酵（SmF）または固体発酵（SSF）によって行うことができます。最も頻繁に使用される炭素源はグルコースです。^{[4] 60％を超える細胞脂質含有量は、}モルティエラ・イサベリナを用いてキシロース、グルコース、フルクトースを基質として生成されました。^[4] 適切な炭素源の選択は必要ですが、窒素源はSCOの蓄積に影響を与えます。同様に、文献では有機および無機窒素源が個別または組み合わせて使用されています。これらには、酵母エキス、尿素、ペプトン、グリシン、KNO ₃、NH ₄ NO ₃、および（NH ₄）₂ SO ₄が含まれます。^[5] C/N比は脂質の蓄積に影響を与えます。報告されている比率は35〜340 mol mol−1の範囲です。^[6]原則として、油性微生物はバッチ培養、フェドバッチ培養、または連続培養として培養できます。撹拌タンク反応器でM. alpinaを培養すると、振とうフラスコと比較して細胞内に蓄積される脂質が増加した。^[7]

混乱

細胞破壊は非常に重要です。細胞破壊の効率は、その後の下流操作と全体的な抽出効率に直接影響するからです。これは、機械的および非機械的方法によって実現できます。

ビーズミル加工

細胞は粉砕ビーズとバイオマスの衝撃、および圧縮とせん断作用とその結果生じるエネルギー伝達によって分解されます。^[8]ビーズ粉砕による細胞破壊はシンプルで効果的であり、幅広い微生物に適しています。

均質化

均質化プロセスにより、バイオマスは高圧下でオリフィスを通過させられます。細胞破壊の効率は、加えられる圧力、通過回数、および生物に依存します。

超音波

約 25 kHz の周波数を使用する超音波は、業界で頻繁に使用され、細胞破壊に適していることがわかっているもう 1 つの液体せん断方法です。

減圧

減圧による細胞破壊は、細胞懸濁液を加圧された超臨界ガスと混合し、その後圧力を解放することによって達成されます。細胞内に侵入したガスは圧力解放時に膨張し、高圧により細胞破壊を引き起こします。

浸透圧ショック

浸透圧ショックとは、高浸透圧を及ぼす塩や砂糖などの高濃度の溶質を含む培地に細胞をさらし、その後培地を急激に希釈して細胞内圧を上昇させることによって生じます。細胞壁を持つ微生物は浸透圧ショックによって破壊されません。

抽出

ソックスレー抽出

ソックスレー抽出器は、1879年にフランツ・ソックスレーによって粉乳からの脂質抽出のために発明され^[9]、固形食品サンプルからの脂質抽出のための最も一般的な半連続法の1つです。サンプルは乾燥され、細かい粉末に粉砕され、抽出チャンバー内の多孔質の円筒形容器に置かれます。サンプルは、還流下で有機溶媒（元々は石油エーテル）で数回洗浄することによって抽出されます。抽出後、溶媒を蒸発させ、残留物を計量して、抽出された脂質の総乾燥質量を算出します。

フォルチ抽出

フォルチ抽出法^[10]は、総脂質を回収するための標準的な技術として一般的に認められています。この方法はもともと動物組織 (脳、肝臓、筋肉) から総脂質を抽出するための簡単な方法として発明されたもので、クロロホルム:メタノール (2:1) 溶媒系と粗抽出物への塩の添加を使用します。粗抽出物を水または塩溶液で洗浄すると、脂質画分が下相に、非脂質画分が上相 (水相) にある二相性システムが形成されます。^[要出典]

加圧液体抽出

加圧液体抽出 (PLE) はソックスレー抽出に似ていますが、高温高圧の液体溶媒を使用するため、溶解度と物質移動特性が向上し、抽出性能が向上します。サンプルは 80～200°C に加熱された抽出セルに入れられます。溶媒は抽出セルにポンプで送り込まれ、一定時間 (通常は 5～10 分) 高圧 (10～20 MPa) 下で保持されます。その後、新しい溶媒が導入され、抽出物は収集バイアルに保存されます。最後に、加圧窒素を使用して溶媒全体が収集バイアルに押し出されます。

超臨界流体抽出

超臨界流体は、臨界温度と臨界圧力を超える物質として定義されます。超臨界状態の物質は、抽出に適した非常に望ましい特性を持ちます。つまり、ガスのように固体に浸透して浸透し、液体のように脂質やその他の分析対象物を溶解することができます。

アプリケーション

人間の栄養

多価不飽和脂肪酸 (PUFA) は、人間のような哺乳類の生体機能の維持に不可欠です。人間はこれらの必須脂肪酸を合成できないため、魚油や肝臓などのさまざまな食品源から摂取する必要があります。油性微生物も、このような脂肪酸の潜在的な供給源です。工業規模では、液中発酵 (SmF) または固体発酵 (SSF) によって発酵生産を行うことができます。

バイオディーゼル

SCO はディーゼル (脂肪酸メチルまたはエチルエステル) の製造に使用できます。バイオディーゼルは植物や動物の原料から製造できますが、ディーゼル製造プラントの生産には広大な土地が必要となるため、環境上の懸念があります。一方、微生物の原料はより少ないスペースで済み、遺伝子技術を使用して必要な化合物を大量生産することで生産性を高めることができます。ただし、SCO をバイオディーゼル製造に使用するとコストが高くなるため、商業生産が妨げられます。

油脂化学品

オレオケミカルは通常、植物または動物のトリアシルグリセロールから得られる化学製品として定義されます。^[11]今では、微生物源によっても生産できることがわかっています。オレオケミカルには、脂肪酸、脂肪アルコール、メチルエステルが含まれます。特に脂肪アルコールと脂肪酸と脂肪アルコールのエステル（ワックスエステル）は、石鹸、洗剤、化粧品添加物、フェロモン、香料など、さまざまな産業に応用できます。^[12]さらに、代謝産物工学を使用して、非油性生物から脂肪アルコールとワックスエステルを生産することができます。

参考文献

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さらに読む

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