热带湖泊：产油酵母的新来源，为生物柴油、油脂化工和营养保健品带来新机遇

为解决传统油脂来源问题，研究人员评估哥伦比亚淡水酵母产脂能力，发现其有生物技术应用潜力。

　　

研究背景

在人类生活中，油脂（lipids）的身影无处不在，从日常饮食到化妆品、医药、家用产品，再到生物燃料领域，都离不开它。油脂来源多样，包括植物、动物和微生物，不同来源的油脂脂肪酸组成差异很大，而且加工分离方法也会对其产生影响。其中，氧化稳定性是油脂的一项关键属性，它取决于脂肪酸的饱和度以及双键位置。

目前，鱼油是 ω-3 脂肪酸的主要来源，但它存在诸多弊端。比如有难闻气味、含有饱和脂肪、可能被重金属污染、氧化稳定性差，提纯过程也很复杂。此外，对 ω-3 脂肪酸需求的增加导致过度捕捞，威胁鱼类种群，不利于可持续发展。与此同时，人们对全球变暖的担忧以及对无动物成分和素食产品的青睐，使得鱼油在膳食补充剂、药品和化妆品中的吸引力大减。

在能源领域，随着环境问题日益凸显和化石燃料储备逐渐枯竭，全球都在积极寻找可再生、可持续的替代能源。生物柴油作为一种可行的替代燃料，通常从可食用植物中提取油脂来制备，但这引发了人们对未来粮食供应的担忧。因此，开发可持续的能源以及可再生的多不饱和脂肪酸（PUFA）替代品迫在眉睫。

单细胞油（SCOs）的出现为解决这些问题带来了希望。酵母来源的 SCOs 用途广泛，可替代食用和非食用的油脂化工产品，而产油酵母因其能够快速达到高细胞密度以及多样的代谢能力，成为生产 SCOs 的理想选择。不过，目前发现的产油酵母种类有限，仍需不断探索新的产油菌株以及新颖的真菌脂质，以推动相关产业的发展。基于此，来自哥伦比亚多所大学的研究人员开展了一项研究，旨在评估从哥伦比亚淡水生态系统中分离出的野生酵母的脂质积累能力，相关成果发表在《World Journal of Microbiology and Biotechnology》上。

研究方法

1. 样本及培养：研究使用的酵母菌株来自哥伦比亚卡利的圣地亚哥德卡利大学和山谷大学的研究人员，这些菌株分离自考卡河、梅伦德斯河、废水处理厂、饮用水处理厂以及山谷大学的两个人工湖等淡水系统。研究人员用 GPY 或 GYT 培养基对菌株进行活化培养，使用脂质诱导培养基 “B'” 诱导脂质积累，其中碳源分别为葡萄糖或甘油12。
2. 分子鉴定：采用 E.Z.N.A. Yeast DNA Kit 提取酵母 DNA，通过 PCR 扩增和测序 ITS1 - 5.8S - ITS2 区域及 / 或核糖体大亚基基因（LSU）的 D1/D2 结构域来鉴定酵母种类，将测序结果与 Genbank 和 Mycobank 数据库中的模式菌株进行比对34。
3. 脂质相关分析：通过重力法测定生物量，利用己烷 / 甲醇（2:1，v/v）提取总脂质，采用气相色谱 - 质谱联用仪（GC - MS）分析脂肪酸甲酯（FAME）的组成和含量，计算脂质产量、脂质含量、生产力等参数，同时计算不饱和程度（DU）和长链饱和因子（LCSF）评估脂质适用性56。

研究结果

1. 脂质积累能力评估：研究人员共评估了 56 株来自淡水环境的酵母菌株的脂质积累能力。以葡萄糖为唯一碳源时，27 株分离自人工湖的酵母中有 12 株（46.15%）表现出产油特性，在其他水生系统中也有部分菌株展现出较高的脂质积累能力。例如，Clavispora lusitaniae LC191 的生物量浓度较高（3.6±0.14 g/L），而分离株 LE082 的脂质浓度最高（1.58±0.25）。此外，Cl. lusitaniae LC126 和 Rhodotorula mucilaginosa LC174 的脂质产量分别达到 43.4% g/g DWE 和 58.8% g/g DWE78。
2. 不同碳源对脂质积累的影响：研究人员进一步以甘油为唯一碳源，对 7 株酵母进行培养。结果发现，不同菌株在不同碳氮比（C/N）下的脂质积累情况有所差异。Aureobasidium sp. LC112、C. tropicalis CS7、Cl. lusitaniae LC191、P. rajashtanensis LE078 和 Y. lipolytica LC015 在甘油为碳源时，脂质产量大于 0.2 g/g DWE。不过，Cl. lusitaniae LC191 和 Y. lipolytica LC015 在 C/N 比为 225:1 时的总脂质含量低于 150:1 时，表明高浓度甘油可能对这些菌株的脂质积累产生负面影响910。
3. 酵母种类鉴定：经分子鉴定，20 株酵母属于子囊菌门，12 株属于担子菌门，还有 20 株未在任何分类水平上鉴定出来。部分菌株在鉴定时存在模糊或未达标准的情况，仅鉴定到属水平。研究排除了无法明确鉴定或可能致病的菌株，最终确定 11 株为产油酵母11。
4. 脂质谱分析：对选定酵母的脂质谱分析表明，不饱和脂肪酸的比例较高，平均为 64.0%，其中单不饱和脂肪酸（MUFAs）占 36.2%，多不饱和脂肪酸（PUFAs）的含量在 7.1 - 54.4% 之间。不同碳源会导致酵母脂质谱的差异，例如 Aureobasidium sp. LC112 在以甘油为碳源时，能产生不常见的脂肪酸，如岩芹酸（petroselinic acid，C₁₈:1Δ⁶）和甲基（Z） - 十七碳 - 10 - 烯酸酯（C₁₆:1Δ¹⁰）。Rhodotorula sp. M6 的脂质谱中含有长链脂肪酸，如花生四烯酸（C₂₀:0）、顺 - 8,4,11 - 二十二碳三烯酸（DTA，C₂₂:3Δ^8,11,14 ）、顺 - 13,16 - 二十二碳二烯酸（DDA，C₂₂:2Δ^13,16 ）等1213。

研究结论与讨论

本研究成功鉴定出哥伦比亚水生酵母菌株具有积累脂质的能力，展现了其作为微生物平台在生物技术领域的应用潜力。在评估的 56 株菌株中，有 12 株被认为是产油酵母，脂质产量超过干生物量的 20%。其中，Aureobasidium sp. LC112、LC200、Papiliotrema rajashtanensis LE078、Clavispora lusitaniae LC126 和 Rhodotorula sp. M6 表现突出，具有较高的脂质产量和生物量产量。

Aureobasidium sp. LC112 在以葡萄糖为碳源时，能积累大量多不饱和脂肪酸（PUFAs），占总脂质的 75%；以甘油为碳源时，可产生岩芹酸等特殊脂肪酸，在特种油脂化工和营养保健品领域具有潜在应用价值。Rhodotorula sp. M6 含有长链脂肪酸，在营养保健品方面有很大潜力。

该研究首次报道了哥伦比亚产油酵母，并且发现湖泊中的产油酵母比例较高，这可能与湖泊的富营养化、水温等环境因素有关。同时，研究还发现不同碳源和碳氮比会影响酵母的脂质积累和脂质谱。不过，目前这些菌株的脂质产量与理论产量仍存在差距，后续研究可从优化生长条件、代谢工程改造以及开发代谢模型等方面入手，充分挖掘这些菌株的商业应用潜力。

总的来说，该研究为生物燃料、营养保健品和高价值油脂化工产品提供了新的可持续脂质来源，为相关产业的发展开辟了新的方向。