Mikrobna sinteza lipidov - Univerza v Ljubljani

UNIVERZA V LJUBLJANI 

BIOTEHNIŠKA FAKULTETA 

ŠTUDIJ ŽIVILSKA TEHNOLOGIJA 

MIKROBNA SINTEZA LIPIDOV 

(Kaja ERČULJ-ROGEL, Lucija SENČAR, Polona SKOK, Miha SKUBIC) 

(študentje tretjega letnika študija Živilske tehnologije) 

asist. Maja Paš, dipl. inž. in prof. dr. Peter Raspor (mentorja) 

Ljubljana, 2000 

* Seminarska naloga pri predmetu Biotehnologija

Industrijski bioprocesi;Proizvodnja mikrobnih lipidov, Seminar, Biotehniška fakulteta, Študij živilske tehnologije, 2000. 1 

POVZETEK 

Številni mikroorganizmi kot so bakterije, kvasovke, alge in glive proizvajajo poleg drugih 

snovi tudi lipide. Mikrobni lipidi dajejo veliko možnosti za njihovo biotehnološko 

izkoriščanje.Velika prednost mikrobnih olj je konstantna sestava, ki v rastlinskih oljih ni 

dosegljiva zaradi vedno drugačnih ekoloških pogojev. Kljub temu obstajajo dvomi, zakaj 

bi proizvajali mikrobna olja, če jih lahko dobimo iz rastlin ter živali. Poleg tega pa važno 

vlogo pri odločitvi za industrijsko proizvodnjo mikrobne biomase igrajo stroški investicij, 

surovin in energije. Edina zanimiva možnost izkoriščanja mikroorganizmov, bi bilo 

proizvajanje mikrobnih olj kot stranskih produktov pri čiščenju odpadkov. Mikrobna olja 

se uporabljajo kot dodatki v prehrani in ker vsebujejo tudi večkrat nenasičene maščobne 

kisline (EPA, ETA, GLA, ARA, DHA, DHGLA) imajo dietičen in zdravilni učinek. 

Pomembno vlogo v prehrani in drugih industrijah (farmacija) imajo tudi karotenoidi, 

steroli, voski in ostali lipidi. 

SUMMARY 

Numerous microorganisms such as bacteria, yeasts, fungi and algae produce lipids besides 

other substances. Microbial lipids offer many possibillities for biotechnological 

exploitation. The great advantage of microbial oils is constant composition, which in plant 

oils is not attainable because of different ecological conditions. However, there are some 

doubts, why should microbial oils be producing, if we can obtain them from plants and 

animals. Besides the important role at deciding for industrial production of microbial 

biomass play costs of investments, raw materials and energy. The only way that such 

process could therefore be economically viable would be if the microbial oil was being 

produced as an adjunct to some waste disposal process. Microbial lipids are being used as 

additives in food and because they contain polyunsaturated fatty acids (EPA, ETA, GLA, 

ARA, DHA, DHGLA) they have dietary and medical effect. Important function in food and 

other industries (pharmacology) have also carotenoids, sterols, waxes and other lipids.


KAZALO VSEBINE 

1. UVOD 

2. ZGODOVINA BIOPROCESA 

3. MIKROBIOLOŠKE OSNOVE BIOPROCESA 

4. BIOKEMIJSKE OSNOVE BIOPROCESA 

5. BIOINŽINIRSKE OSNOVE BIOPROCESA 

6. EKOLOŠKI ASPEKT BIOPROCESA, IMPLIKACIJE DRUGIH TEHNOLOGIJ IN 

IMPLIKACIJE NA DRUGE TEHNOLOGIJE 

7. UPORABA BIOPROIZVODOV V PROIZVODNJI HRANE, V MEDICINI IN 

V FARMACIJI 

8. REFERENCE


1. UVOD 

Dandanes se posamezni produkti mikrobnih lipidov proizvajajo v komercialne namene in 

vidiki novih raziskav niso več daleč. Metoda za proizvodnjo lipidov je nova in vključuje 

kultivacijo bakterije s srednjo vsebnostjo alifatskih ogljikovih hidratov in odkrivanju 

akumuliranih lipidov iz bakterije. Lipidi so uporabni tudi v kozmetiki. Samo najboljša olja 

imajo možnosti v proizvodnji z biotehnološkimi metodami, ker je nemogoča proizvodnja 

olj za mikroorganizme tako poceni kot je proizvodnja iz rastlinskih in živalskih virov. 

Celotna proizvodnja rastlinskih in živalskih olj narašča za približno 3%. Olja ali maščobe v 

celoti sestavljajo triacilgliceroli (>98%). S posameznimi tehničnimi uporabami olj je 

maščobna kislina potrebna in posledična saponifikacija triacilglicerolov omogoči maščobni 

kislini, da je uporabljena ali modificirana namenjenim derivatom. 

Cilj biotehnoloških procesov je proizvodnja produktov, ki so cenejši od dobljenih iz drugih 

virov. Če pogledamo mikroorganizme, kot možne vire širokega tipa lipidov, potem je 

možno napovedati število pomembnih produktov. Uporaba genskega inžiniringa dandanes 

si nabira mesto kot tip proizvodnje olj in maščob a vendar bo težko nadomestila 

tradicionalno rastlinsko vzrejo. 

1.1. LIPIDI 

Lipos je grška beseda za maščobo. V skupini lipidov prevladujejo estri, toda najdemo tudi 

etre in druge bolj zapletene spojine. 

Med lipide torej spadajo: 

· nevtalne maščobe (triacilgliceroli) 

· fosfolipidi 

· vitamini 

· steroidi 

Nevtralne maščobe so estri glicerola in maščobnih kislin in predstavljajo rezervno obliko 

energije. Maščobne kisline so sestavljene iz dolge verige alifatskih kislin in imajo običajno 

od 12-22 ogljikovih atomov. Poznane pa so tudi krajše in daljše maščobne kisline. Med 

najbolj pomembne spadajo tiste z 16-18 ogljikovimi atomi v vseh celicah. Maščobne 

kisline so lahko nasičene ali pa nenasičene z eno ali več dvojnimi vezmi. Esterificirane z 

glicerolom dajejo več vrst estrov. Ti so: 

· monoacilgliceroli 

· diacilgliceroli 

· triacilgliceroli 

Staro ime za triacilglicerole je trigliceridi. Maščobne kisline s 14-18 ogljikovimi atomi so 

vključene v mikrobne lipide, kjer se spremenijo v tioestre. Osnovni način za degradacijo 

maščobnih kislin v celicah je ß-oksidacija. Maščobni alkoholi pa se najprej oksidirajo v 

maščobne kisline in šele nato sledi ß-oksidacija. 

Lipide lahko poimenujemo po enostavnem sistemu -x:y. Kjer x pomeni število ogljikovih 

atomov, y pa število dvojnih vezi.


2. ZGODOVINA BIOPROCESA 

Človek je začel uporabljati mikroorganizme že v prazgodovinskih časih. Prva uporaba je 

bila naključna in šele po mnogih poiskusih za napredek so mikroorganizme poskusno 

uporabljali pri izdelovanju pijač, hrane, tkanin in antibiotikov. Leta 1850 so Cagniard de 

Latowr, Kutzing in Schwann odkrili, da rast kvasovk povzroča fermentacijske procese, ki 

so vključeni v izdelavo produktov kot je vino. 

Približno 1850 leta je Pasteur uvedel znaten napredek. Pasteur je opisal bakterije in 

kvasovke iz fiziološkega vidika, predstavil aseptične metode in pojem minimalnega 

sredstva ter definiral potrebe po hranilu in kisiku. 

Monod je leta 1949 oblikoval-modeliral bakterijsko rast. Sprožil je ideje o izkoristku rasti, 

specifični hitrosti rasti in koncentracijah substratov, ki omejujejo rast. Odkritje 

mikroorganizmov je verjetno vpivalo na razvoj kultivacijskih metod. Leta 1950 so Monod, 

Novick in Scilard prikazali teoretični pristop kultivacije v kemostatu. 

Kontrola mikrobne kultivacije zahteva znanje o mikrobnih poteh, zahtevi 

mikroorganizmov po hranilu in fiziološko-kemijskih pogojih, ki so potrebni za optimalno 

rast. Za nadaljnji razvoj in spremembe v kultivacijski opremi se moramo zahvaliti 

napredku v procesnem inžinirstvu, ki je omogočil optimalno proizvodnjo 

mikroorganizmov in njihovih metabolitov. Poleg tega tradicionalnega kmetijskoprehranjevalnega 

pridelovanja (vino, pivo, mlečni izdelki, kruh, ….) so odkrili njihovo 

uporabo v farmacevtskem oddelku (antibiotiki, vitamini, …) in v proizvodnji metabolitov 

(encimi, aminokisline). 

Razvili so mnoge procese za proizvajanje mikroorganizmov, ki so sposobni uporabljati 

organski material kot vir ogljika in energije. 

Mikroorganizme, kot so alge, bakterije, kvasovke in glive, smatramo kot vire lipidov. 

Kultivacija mikroorganizmov zaradi njihove hranilne vrednosti, se je začela na koncu 1. 

svetovne vojne. Nemci so razvili kvasno kulturo za uporabo pri dietah živali in ljudi. In 

tako je nastal izraz “kvasna krma” (Brande 1942; Weitzel in Winchel 1932; Schulein 

1937). Po 2. svetovni vojni so v ZDA odkrili nekatere procese. Uporabili so ogljikove 

substrate kot so sirupi, zdrobljeni kavovec in semenska kaša palme. 

Zanimanje za proizvodnjo mikrobne biomase kot hrano ali krmo je naraščalo po letu 1950 

in doseglo vrh do leta 1977. 

Z zgodovinskega aspekta je potrebno omeniti vsaj tri izvore mikrobne biomase, ki so igrale 

določeno vlogo v človeški prehrani. Sem spadajo gobe v evro-azijski civilizaciji, alge v 

afriški in ameriški prehrani in pekovski kvas v novejšem obdobju. 

3. MIKROBIOLOŠKE OSNOVE BIOPROCESA 

Za proizvodnjo biomase uporabljamo štiri tipe mikroorganizmov: 

· bakterije 

· kvasovke 

· mikroglive ali plesni 

· makroglive ali gobe


· alge 

Izbira mikroorganizmov je odvisna od številnih kriterijev, najpomembnejši je naravni čisti 

material, ki je na voljo. 

Drugi kriteriji so še: 

· prehranski: energijska vrednost, vsebnost lipidov 

· tehnološki: način kultivacije, zahteve po hranilu, način separacije 

· toksikološki 

Idealni mikroorganizem, naj bi imel sledeče tehnološke karakteristike: 

· visoka specifična hitrost rasti in izkoristek biomase 

· visoka afiniteta za substrat 

· nizke prehranske zahteve; malo nujno potrebnih rastnih faktorjev 

· sposobnost izkoriščanja sestavljenih substratov 

· sposobnost razviti visoko celično gostoto 

· stabilnost med razmnoževanjem 

· zmogljivost genetske modifikacije 

· dobra toleranca glede na temperaturo in pH 

Imeti mora tudi uravnoteženo proteinsko in lipidno sestavo, dobro prebavljivost in ne sme 

biti strupen. 

3.1. KVASOVKE 

Kvasovke so netaksonomska kategorija gliv, definirana z ozirom na morfološke in 

fiziološke značilnosti. So filogenetsko različna skupina organizmov in pripadajo dvem 

glavnim taksonom in sicer Ascomycotiona in Basidiomycotina. 

Kvasovke se nespolno praviloma množijo z brstenjem oziroma nekatere s cepljenjem. V 

aerobnih razmerah metabolizirajo številne sladkorje, medtem ko imajo v anaerobnih 

razmerah sposobnost fermentacije samo nekatere vrste. Kvasovke so redko toksične ali 

patogene in njihova specifična hitrost rasti je relativno majhna oziroma počasna 

(generacijski čas je 2-5 ur). 

3.2. BAKTERIJE 

Čeprav bakterije ne proizvajajo triacilglicerolov se ponavadi smatrajo kot viri novih 

lipidov. Posamezne vrste so znane kot proizvajalci nenasičenih maščobnih kislin, ki imajo 

tudi farmakološki pomen. Specifična hitrost rasti in izkoristek biomase je večji kot pri 

katerihkoli drugih mikroorganizmih. V prehrani lahko uporabljamo omejeno število 

bakterijskih specisov, ker jih je mnogo patogenih. Poleg tega je separacija bakterij zaradi 

njihove velikosti, so majhne, zelo težka. 

3.3. GLIVE 

Generacijski čas (5-12 ur) je izrazito daljši kot pri kvasovkah in bakterijah. Imajo 

sposobnost izkoriščanja velikega števila sestavljenih rastnih sestavin, kot sta celuloza in 

škrob. 

3.4. PLESNI


V vsakdanjem življenju imenujemo nižje, nitaste ali filametozne glive plesni. V naravi so 

zelo razširjene pretežno kot saprofiti, delno pa tudi kot paraziti, ki povzročajo bolezni pri 

človeku, živalih in rastlinah. Njihov organizem je sestavljen iz hif, cilindričnih celic, ki 

rastejo na enem koncu. Razmnožujejo se s pomočjo spor, nastalih s spolnim oziroma 

nespolnim razmnoževanjem. Iz spore zraste hifa, ki je običajno brezbarvna. Hife rastejo se 

prepletajo in nastane micelij. Po funkciji delimo hife na fertilne (producirajo spore) in 

vegetativne (rastejo v substrat, kjer razgrajujejo in absorbirajo dostopne hranilne snovi). 

Plesni lahko klasificiramo tudi glede na to ali so njihove hife septirane ali neseptirane. 

Na splošno plesni glede prehrane niso preveč zahtevne, ker imajo številne encime, ki jim 

omogočijo rast na zelo različnih snoveh kot so les, usnje in tekstil. Ker nimajo 

asimilacijskih barvil, ne morejo asimilirati ogljikovega dioksida in so vezane na organski 

ogljik v obliki sladkorjev, škroba, celuloze, maščobe in drugih snovi ob prisotnosti 

mineralov. 

Plesni potrebujejo za rast kisik (aerobne), zato rastejo na površini gojišč. Na tekočinah 

tvorijo debelo žametno kožico. Zunanji izgled rasti plesni včasih zadostuje za oceno 

pripadnosti rodu. Optimalna temperatura za rast je pri večini 25-30 stopinj. Večina plesni 

je torej mezofilnih. V nasprotju z bakterijami, ki uspevajo v nevtralnih do rahlo alkalnih 

medijih, uspevajo plesni tudi pri kislem pH. Tudi glede vlage so plesni manj zahtevne od 

bakterij saj uspevajo pri sorazmernih vodnih aktivnostih. 

3.5. ALGE 

Izraz alge pokriva 14 izrazitih biotehnoloških skupin ter vključuje mikro in makro alge. 

Glavni problem pri biotehnološkem izkoriščanju alg je njihova kultivacija. Gojenje alg je 

specifično saj za rast potrebujejo veliko svetlobe, kot vir ogljika jim služi ogljikov dioksid. 

Gojenje na prostem pride v poštev le v določenih zemljepisnih širinah, kjer je na voljo 

dovolj sončne energije, ki je z ekonomskega vidika najpomembnejši vir svetlobe.V poštev 

pa pride tudi umetna svetloba z valovno dolžino 700nm. Rast alg je običajno omejena z 

vsebnostjo ogljikovega dioksida v zraku. Ko alge rastejo zunaj v ribnikih ali lagunah je 

potrebna topla obdajajoča temperatura. Mnoge alge so občutljive na onesnaženje. 

Namnoževanje alg je zelo počasno in ekonomsko ne preveč ugodno. 

3.6. KAROTENOIDI 

Karotenoidi se pojavljajo v mikrobiološkem svetu, prisotni pa so tudi drugod v naravi. 

Zlasti pomembni so kot del pigmentnega sistema v kloroplastih, ki je nujno potreben za 

rastline saj le tu poteka fotosinteza. Nahajajo se tudi v živalskem svetu, namreč v skeletu 

morskih nevretenčarjev kot so raki , lososi. Mikroorganizmi jih sintetizirajo sami. 

Nahajajo se praktično v vseh algah, proizvajajo pa jih tudi nekatere kvasovke. 

Pigmente oziroma obarvane spojine, ki jih vsebujejo alge, se nahajajo v kloroplastih 

oziroma posebnih celičnih organelih, kjer je lokaliziran fotosintetski aparat. Ti pigmenti 

absorbirajo energijo sončne svetlobe v vidnem območju elektromagnetnega valovanja ter s 

tem omogočijo dvig elektronov na višji energetski nivo. Tako poteka fotosinteza. 

Karotenoide vsebujejo tudi modro-rjave alge (Spirulina platensis, Dunaliella salina ali D. 

bazdawil). Phaeophyta je modro -rjava alga. Značilno rjavo barvo jim dajejo karotenoidi. 

Poleg karotenoidov pa vsebujejo še klorofil a in c. Zelo pomembna je alga Sargassum 

volgare, ki živi v predelih hladnega morja na severni in južni polobli. Zelo pomembne so 

pri proizvodnji biomase, ter v gospodarskem pomenu.


Spirulina platensis je razširjena predvsem v predelih Afrike ter ima velik pomen zlasti iz 

prehranskega vidika med prebivalci Čada. Vsebuje le 0.4% suhe teže karotenoidov. 

Dunaliella salina spada med halofilne kvasovke saj za svojo rast potrebuje večjo 

koncentracijo NaCl.V primerjavi z ostalimi algami proizvaja velike količine ß-karotena, 

zato jo v ta namen gojijo v predelih Avstralije, kjer uporabljajo gojišča v obliki bazenov. 

Številne pigmente, karotenoide, pa vsebujejo tudi kvasovke, vendar je v naravi poznanih le 

nekaj kvasovk, ki predstavljajo vir halofilnih barvil. Pridobivanje in uporaba le teh pa je 

zlasti pomembna v živilski industriji. Kljub temu, da je le nekaj kvasovk, ki proizvajajo 

naravna barvila, je njihova vrednost v tem, da jih lahko namnožimo tudi v večjih količinah. 

3.7. STEROLI 

Visoke koncentracije ergosterola so našli pri rodovih kvasovk: Sitccfiaromyces, 

Kluyveromyces, Metschnikowia, Pichia in Torulaspora iz njih so ekstrahirali sterol ter 

opazili, da največje koncentracije ergosterola sintetizirajo kvasovke iz rodu 

Saccharomyces. Na splošno pa ekstrahirani steroli predstavljajo le od 0.03-6% suhe teže 

celice kvasovk. Poleg sterolov, ki jih sintetizirajo kvasovke so našli tudi mnogo različnih 

sterolov v nekaterih rodovih plesni: Mucorales, Penicillium, Funiculosum, Aspergillus 

fumigatos, Mortierella alppina. 

3.8. POLIPRENOIDI IN POLIESTRI 

Lipidne komponente, ki v mikrobiološkem svetu niso tako razširjene. Poliprenoid se 

pojavlja kot glavna lipidna komponenta alge Botryococcus braunil. Alga je pomembna 

zlasti v tem, da odstranjuje fosfate in dušik iz odpadnih vod iz gospodinjstev ter na ta način 

čisti odpadne vode, poleg tega pa proizvaja tudi hidroogljik, ki ga uporabljajo kot vir 

energije in za pridobivanje goriv. 

Med najbolj znane in komercialno pomembne poliestre spadata ß-hidroksibutirat (PHB) in 

ß-hidroksivaleat (PHA), ki pa ju producirajo le bakterije. 

3.9. OSTALI LIPIDI 

Površinsko aktivne bio snovi so lipidne komponente, ki jih producirajo številni 

mikroorganizmi ter jim omogočajo rast na substratih, ter vezavo na površine listov ali pa 

na ostale dele rastlin. Zelo pomembni predstavniki,ki producirajo površinsko aktivne bio 

snovi so posebne vrste kvasovk, ki producirajo glikolipide z eno ali večimi maščobnimi 

acilnimi ostanki , ki so vezani na mono ali disaharide. 

Poleg glikolipidov, kot vrste lipidov, je zanimiva še spiculisporna kislina, ki jo producira 

Penicillium spiculisporium, ki ima prav tako vlogo površinsko aktivne bio snovi. 

Lipidni etri so prisotni le med najenostavnejšimi organizmi. To so arheabakterije. Njihova 

prednost je tudi v tem, da so neobčutljive na različne vplive iz okolja. Prenesejo 

temperaturo okrog 110 stopinj ter slanost blizu zasičenja, preživijo pa tudi pri zelo nizkem 

pH-ju (pH=1). 

4. BIOKEMIJSKE OSNOVE BIOPROCESA 

4.1. TRIACILGLICEROLI IN MAŠČOBNE KISLINE 

Maščobne kisline so običajno esterificirane z glicerolom, občasno pa tudi z voskom. 

Triacilgliceroli (TAG) so glavni produkt kvasovk in plesni. Njihov delež v lipidih je


običajno okrog 80 %, lahko pa celo več kot 90 %. Delež TAG je odvisen od velikega 

števila faktorjev, ki vključujejo celotno količino lipidov v celicah (več kot je akumuliranih 

lipidov, večji je odstotek TAG), ter od metode ki se uporablja za ekstrakcijo lipidov. Bolj 

resne metode ekstrakcije odstranijo tako proste, kot vezane lipide, nežnejše metode pa 

ekstrahirajo samo prosto topne lipide. Iz biotehnološkega vidika ima vsebnost 

triacilglicerolov v celici največji pomen, saj je to oblika v kateri bo olje ponujeno za 

prodajo. 

Lipidna ekstrakcija predstavlja veliko težav. Prisotnost mono in diacilglicerolov v 

ekstraktu nam pove o zgrešenem postopku ekstrakcije, ki je bila neuspešna zaradi skrite 

aktivnosti lipaz in fosfoliaz. Ta encima uspešno delujeta v raztopljenih sistemih, kjer se 

uporabljata za lipidno ekstrakcijo in potrebujeta inaktivacijo (ponavadi s segrevanjem), da 

nam ne spreminjata lipidov. 

4.2. AKUMULACIJA LIPIDOV 

4.2.1. Vzorci akumulacije 

Vsi mikroorganizmi se ne smatrajo za bogat vir olj in maščob. Mikroorganizmi, kot tudi 

vse žive celice, vsebujejo lipide, ki se nahajajo v membranskih strukturah. Od 600 

različnih vrst kvasovk jih samo 25 vrst lahko akumulira oz. kopiči 20 % lipidov. Od 60000 

vrst gljiv pa jih manj kot 50 vrst akumulira 25 % lipidov. 

Lipidi, ki se kopičijo v mikroorganizmih so večinoma triacilgliceroli. Keterikoli drug lipid, 

če je potreben, razen triacilglicerolov, je vzet na račun izboljšanja njihove produkcije. 

Bakterije običajno ne kopičijo zalog triacilglicerolov, veliko pa jih akumulira voske in 

poliestre. Ključ do lipidne akumulacije leži v dopuščanju količin zalog dušika v kulturi, ki 

postane izčrpana v 24. do 48. urah. Izčrpanje hranil lahko vodi do začetka lipidne 

akumulacije. Uporaba ogljika je kulturi na voljo takoj, ko se izčrpajo zaloge dušika in se 

nadaljuje z asimilacijo v celico in je direktno spremenjena v lipide. Nujno potrebni 

mehanizmi, ki delujejo da organizem ni sposoben sintetizirati esencialnih celičnih sestavin 

(proteinov, nukleinskih kislin), zaradi pomanjkanja hranil in se ne nadaljuje produkcija 

novih celic. 

Proces lipidne akumulacije v dvofaznem šaržnem sistemu poteka tako, da je prva faza 

sestavljena iz uravnotežene rasti z vsemi hranili na voljo. Naslednja faza je, po izčrpanju 

hranil različnih od ogljika in kisika. Akumulacija lipidov pa je dosežena tudi v kontinuirani 

kulturi v kateri je tudi lipidna produkcija hitrejša. Na koncu lipidne akumulacije je nujno, 

da so celice takoj v procesu. Če glukoza ali drug substrat postane izčrpan na koncu 

fermentacije, potem organizem izkorišča lipide kot rezervne zaloge ogljika, energije in celo 

vode. 

4.2.2. Učinkovitost akumulacije 

Nekatere bakterijske vrste lahko proizvajajo in shranjujejo lipide in olja, ki jih 

ekstrahiramo s kislinskim delovanjem, to pa poteka pri pH vrednosti, ki je nižja od 2. 

Učinkovitost spremembe substrata v lipid je bila preiskana v šaržnem in kontinuiranem 

poskusu. Sprememba glukoze in drugih ogljikovih hidratov, vključoč laktozo in škrob, v 

lipide do 22 %, je bila zabeležena pri različnih kvasovkah. Nižji izkoristek se nanaša na 

plesni. Razlog za to razliko ni jasen, vendar je mogoč razlog v počasnejši rasti plesni od 

kvasovk. Če je kot substrat uporabljen etanol je teoretičen izkoristek lipidov 54 %.V


hranljivo-šaržnem poskusu pri kulturi Lipomyces strakeyi je bila sprememba etanola v 

lipide samo 21 %. Razlog za te vrednosti leži v učinkovitosti pri kateri je lahko etanol 

spremenjen v acetil CoA kot začetni substrat za biosintezo lipidov. Etanol je skoraj dvakrat 

bolj učinkovit kot glukoza pri zagotavljanju C2 enot. Večina mikroorganizmov kopiči 

lipide enako dobro iz različnih virov ogljika, poznanih pa je nekaj vrst kvasovk, za katere 

velja, da akumulirajo lipide le takrat, ko je vir dušika organskega izvora. 

4.2.3. Biokemija akumulacije 

Da lahko celico usmerjamo v sintezo določenega mikrobnega produkta, moramo natančno 

poznati njegovo sintezo. Tvorba lipidov se ne razlikuje od tvorbe drugih produktov. Pot 

biosinteze vsebuje tvorbo lipidov v mikroorganizmih in spremljanje kontrolnih 

mikroorganizmov, ki nam povedo kako poteka lipidna akumulacija v teh organizmih. V 

organizmih, ki ne proizvajajo lipidov, se ključni encim ATP-citrat liaza ne nahaja in pride 

do nastanka acetil CoA po drugi poti. 

ATP-citrat liaza ima v lipidni akumulaciji glavno vlogo. Mikroorganizmi, katerim 

primanjkuje tega encima, ne akumulirajo več kot 10 do 15 % lipidov. 

4.3. NENASIČENE MAŠČOBNE KISLINE V BAKTERIJAH 

Veliko bakterijskih vrst je bilo izoliranih iz virov, ki lahko sintetizirajo eikozapentaenojsko 

kislino (EPA) in dokozaheksaenojsko kislino (DHA). EPA je bila najdena v večjem številu 

vrst bakterij kot so npr.: Altermonas, Shewanella, Flexibacter in Vibrio. Vsebina EPA v 

suhih celicah je približno 2 %. Za osvoboditev EPA iz fosfolipidnih frakcij pa je potrebna 

popolna hidroliza ekstrahiranih lipidov. Tako kot EPA je tudi DHA v vseh primerih 

povezana s fosfolipidi, prevladuje pa DHA, če bakterije rastejo pri temperaturah okoli 2°C 

in visokih tlakih (približno 10 5 Pa). 

Komercialna vrednost EPA in DHA kot posameznih maščobnih kislin je še nejasna. 

4.4. KVASOVKE 

Število kvasovk, ki proizvajajo olja, je v primerjavi z drugimi vrstami precej majhno. 

Poleg tega, da kvasovke proizvajajo triacilglicerole, le-te običajno proizvedejo tudi med 2- 

10% vseh svojih lipidov in sicer v obliki fosfolipidov z manjšimi količinami sterolov in 

sterolnih estrov. (tabela 1, str. 12) 

Maščobne kisline, ki jih kvasovka potrebuje za sintezo triacilglicerolov, nastajajo v celici s 

kondenzacijo acetilnih enot. Pomemben faktor v tej reakciji pa je koencimA. KoencimA se 

najprej aktivira, da nastane tioester. Energijo za to reakcijo daje ATP, ki pa se ne 

hidrolizira do ADP-ja in Pi, ampak iz njega nastaneta AMP in PPi (pirofosfat). 

ATP + acetat → AMP - acetil + PP 

i 

AMP - acetil + HS - CoA → AMP + acetil - S - CoA 

Shema 1: Reakcijska shema biosinteze karboksilnih kislin pri kvasovkah (Lynen, 1973)


1. Začetna reakcija je prenos acetilne skupine 

HSc HSc 

CH3-COSCoA + encim « encim + HSCoA 

HSp CH3-COSp 

2. Reakcije s katerimi se podaljšuje karboksilno kislinska veriga 

a) prenos malonilne enote 

COOH 

COOH HSc CH2COSc 

+ encim « encim 

CO2-COSCoA CH3-(CH2-CH2)n-COSp CH3-(CH2 -CH2)nCOSp 

b) kondenzacija 

COOH O 

CH2COc 

CH3-(CH2-CH2)n-C-CH2-COSn 

encim « encim + CO2 

CH3-(CH2 -CH2)nCOSp HSp 

c) prva redukcija 

O 

CH3-(CH2-CH2)n-C-CH2-COSc 

HSp 

encim + NADPH +H - « 

OH 

CH3-(CH2-CH2)n-C-CH2-COSc 

encim + NADP +


d) dehidracija 

OH 

CH3-(CH2-CH2)n-C-CH2-COSc CH3-(CH2-CH2)n-CH=CH-COSc 

encim « encim 

HSp HSp 

e) druga redukcija 

CH3-(CH2-CH2)n-CH=CH-COSc 

f) prenos acila 

HSp 

encim + NADPH + H - ® 

CH3-(CH2-CH2)n+1-COSc 

HSp 

HSp 

CH3-(CH2-CH2)n+1-COSc 

HSc 

encim « encim 

HSp CH3-(CH2-CH2)n+1-COSp 

3. Prenos palmitila 

encim + NADP + 

CH3-(CH2-CH2)n+1-COSc HSc 

encim + HSCoA «encim + CH3-(CH2-CH2)n+1-COSCoA 

HSp HSp


V zgornji proces sta vključena dva encimska sistema in sicer: acetil-CoA karboksilaza in 

maščobno kislinska sintaza. Karboksilna veriga se podaljšuje, dokler ne doseže dolžine 16. 

do 18. ogljikov. Takšne verige pa se potem uporabljajo za biosintezo lipidov in njihovih 

kompleksov. 

Tabela 1: Lipidna sestava in maščobnokislinski profil kvasovk, ki proizvajajo olja 

(Ratledge and Evans, 1989) 

vrsta kvasovke max 

vsebnost 

lipidov v % 

(w/w) 

glavni maščobno kislinski ostanki drugi m.k. 

ostanki 

16:0 16:1 18:0 18:1 18:2 18:3 

Candida diddensiae 37 19 3 5 45 17 5 18:4 (1%) 

Candida sp. 107 42 44 5 8 31 9 1 

Cryptococcus albidus 

var. aerius 

65 12 1 3 73 12 / 

C. albidus 65 16 sledi 3 56 / 3 21:0 (7%) 

22:0 (12%) 

C. curvatus D 58 32 / 15 44 8 / 

C. curvatus R 51 31 / 12 51 6 / 

C. laurentii 32 25 1 8 49 17 1 

Endomyces magnusii 28 17 19 1 36 25 / 

Galactomyces 

geotrichum 

50 

Williopsis saturnus 28 16 16 / 45 16 5 

Waltomyces lipofer 64 37 4 7 48 3 / 

Lipomyces starkeyi 63 34 6 5 51 3 

L. tetrasporus 67 31 4 15 43 6 1 

Rhodosporidium 

66 18 3 3 66 / / 23:0 (3%) 

toruloides 

24:0 (6%) 

Rhodotorula glutinis 72 37 1 3 47 8 / 

R. graminis 36 30 2 12 36 15 4 

R. mucilaginosa 28 

Trichosporon beigelii 45 12 / 22 50 12 / 

T. fermentans 20 17 1 4 42 34 sled 

T. pullulans 65 15 / 2 57 24 1 

Yarrowia lipolytica 36 11 6 1 28 51 1


Fosfolipidi so sestavljeni iz alkoholne skupine glicerola zaestrene s fosforno kislino, ki je 

povezana s komponento, ki vsebuje dušik (npr. holin, lecitin, etanolamin,...). So zelo 

pomembna sestavina celične membrane saj ji dajejo elastičnost in pa permeabilnost. Izmed 

vseh poznanih fosfolipidov je največ fosfatidiletanolamina, v manjšini pa so prisotni še 

fosfatidilholin, fosfatidilserin,... 

Tabela 2: Sestava fosfolipidov v celi celici, celični membrani in celični steni za S. 

cerevisiae (Nurminen in Suomalainen, 1973) 

Fosfolipid % vseh deležev fosforja v fosfolipidih 

cela celica celična stena celična membrana 

fosfatidilholin 55 45 20 

fosfatidiletanolamin 20 15 20 

fosfatidilserin 15 30 35 

fosfatidilna kislina < 5 5 5 

difosfatidilglicerol < 5 < 5 5 

nedefinirani fosfatidi 5 5 10 

4.5. PLESNI 

Tabela 3: Seznam nekaterih vrst plesni, ki proizvajajo olja, zraslih v vegetativnem 

miceličnem stanju (vzeto iz Ratledge, 1986, 1989a, 1993; Lösel, 1988) 

vrsta vsebnost oljnatih 

maščob 

Conidiobolus nanodes 26 

Entomophthora conica 38 

Glomus caledonius 72 

Absidia corymbifera 27 

Blakesleea trispora 37 

Cunninghamella echinulata 45 

Mortierella alpina 33 

Phycomyces blakesleeanus 33 

Rhizopus arrhizus 32-57 

Zygorhynchus moelleri 40 

Pythium irregulare 42 

Aspergillus fisheri 53 

Chaetomium globosum 54


Fusarium bulbigenum 50 

Gibberella fujikuroi 48 

Humicola lanuginosa 75 

Penicillium gladioli 32 

Stilbella thermophila 38 

Claviceps purpurea 31-60 

Pellicularia practicola 39 

Cladosporium herbarum 49 

Malbranchea pulchella 27 

Sclerotium bataticola 46 

Lepista nuda 48 

Sphacelotheca reiliana 41 

Tilletia controversa 35 

Komercializacija olj iz plesni, v nasprotju z olji iz kvasovk, ni tako odvisna od količine 

olja, ki ga plesni izdelajo, ampak od kakovosti tega olja. Kakovost olja je določena s 

profilom njegove maščobne kisline. Nekatere maščobne kisline, zlasti večkrat nenasičene, 

ki so prehransko in zdravstveno pomembne, so zato izbrani cilji za potek raziskav na tem 

področju. 

Število vrst plesni, ki proizvajajo olja je večje, kot število kvasovk, ki proizvajajo olja, saj 

je nekaj 10-krat več plesni kot kvasovk. Na splošno plesni proizvedejo več večkrat 

nenasičenih kislin 18:2 in 18:3 kot kvasovke. Kljub temu, da plesni vsebujejo različne 

maščobne kisline, je tržno zanimanje osredotočeno predvsem na posamezne večkrat 

nenasičene maščobne kisline (PUFA - poly unsaturated fatty acid), ki imajo dietetične ali 

zdravstvene aplikacije. 

Plesni proizvajajo sledeče, večkrat nenasičene, maščobne kisline: 

· g- linolenska kislina (GLA, 18:3 w-6) 

Nižje glijive, to so “phycomycetes”, nenehno proizvajajo g-izomerno 18:3 namesto bolj 

pogoste a-izomere. Shaw je bil leta 1966 prvi, ki je opozoril na to razliko med glivami, 

čeprav sta o pojavu GLA v lipidih iz gliv prva poročala Bernhard in Albrecht (1948), ki sta 

preiskala lipid iz Phycomyces blazesleeanus. 

· Dihomo g-linolenska kislina (DHGLA, 20:3 w-6) 

DHGLA je pridelana biosintetično iz GLA z verižno elongacijo. Pogosto je manjša 

komponenta lipidov iz gliv in alg, najdemo pa jo tudi v živalih. 

Majhne količine DHGLA, do 5 % skupnih maščobnih kislin, so našli v oljih iz vrst 

Conidiobolus (Nakajima in Izu, 1992) in vrst Mortierella. 

· Arahidonska kislina (ARA, 20:4 w-6) 

ARA in EPA sta intermediata v formaciji več ključnih prostaglandinov in levkotrienov, ki 

se uporabljajo za temeljito fiziološko kontrolo nad različnimi telesnimi funkcijami in so 

predmet mnogih prehranskih zdravstvenih raziskav.


Vsi sodobni raziskovalci so se strinjali, da je družina w-6 PUFA, ki vključuje tako ARA 

kot GLA, omejena na “nižje glive”. Radwan in Soliman pa sta leta 1988 našla ARA v 

lipidih številnih askomicet (ali višjih gliv): Aspergillus versicolor, A. niger, A. oryzae, .A. 

ustus, A. fumigatus, Paecilomyces lilacinus, Penicillium sp. Fusarium oxysporum in 

drugih Fusarium sp. V vseh primerih so bile glive kultivirane na posamezni, skrajšani, 

verigi maščobnih kislin, bodisi da je ena nasičena ali nenasičena, 14:0, 16:0, 18:0 ali 18:1. 

Ker identiteta ARA ni bila potrjena z analizami (GC, TLC), obstajajo resni dvomi o 

verodostojnosti teh trditev. S stališča biokemije, bi bila lahko vzrok reakcija, ki bi lahko 

spremenila maščobno kislino serije w-3, ki so jo razgradile glive (Lösel, 1988), v serijo 

w-6. Zato, kot trdita Radwan in Soliman (1988), PUFA 20:4 kot ARA verjetno ni izomera 

w-6, ampak w-3. Kljub temu, je za te višje glive še vedno izjemno, da so zapisane kot 

proizvajalci katerekoli maščobne kisline z več kot 18 C-atomi v dolžino. Iz tega lahko 

sklepamo, da je bila kultivacija teh gliv na skrajšani verigi maščobnih kislin tista, ki je 

vodila do tega neobičajnega rezultata. 

· Eikozapentaenojska kislina (EPA, 20:5 w-3) 

EPA je tako kot ARA predhodnik prostaglandinov in levkotrienov. Ribje olje je sedaj 

glavni vir EPA, ki se običajno nahaja v nižjih koncentracijah skupaj z dokozaheksaenojsko 

kislino (DHA). V plesnih pa se EPA pogosto nahaja skupaj z ARA. Konverzija ARA v 

EPA poteka neposredno v glivah, ne pa v živalih. Majhne količine EPA, pod 10 % 

maščobnih kislin, so našli v številnih nižjih glivah in v morskih glivah Thraustochytrium in 

Schizochytrium spp. 

· Dokozaheksaenojska kislina (DHA, 22:6 w-3) 

Veliko DHA je v fosfolipidih mrežnice in možganskega tkiva ter jo cenimo kot esencialno 

maščobno kislino za ljudi in živali. Nahaja se v ribjih oljih. Ribe ne sintetizirajo EPA in 

DHA, ampak ju dobijo pri hranjenju s planktonskimi algami. DHA so v manjših količinah 

našli v lipidih iz Conidiobolus in Entomophthora spp; več pa so je našli v lipidih iz 

morskih gliv: Thraustochytrium in Schizochytrium. Največje količine DHA so dobili preko 

T. aureum ATCC 34304 to je do 50% njenih skupnih maščobnih kislin, ampak z lipidno 

vsebnostjo manj kot 15%. 

· Eikozatrienojska kislina (ETA, 20:3 w-9) 

To kislino najdemo zelo redko. V majhnih količinah se nahaja v lipidih živalskih tkiv; 

nastaja pa pri neposredni elongaciji in nenasičenju oleinske kisline (18:1 w-9). 

Tabela 4: Prikaz rodov plesni - proizvajalcev večkrat nenasičenih maščobnih kislin 

ime kisline oznaka rodovi - proizvajalci 

g-linolenska GLA - 18:3 

(6C, 9C, 12C) 

Mucor, Rhyzopus, Mortierella 

dihomo-g-linolenska DHGLA - 20:3 

(8C, 11C, 14C) 

Phycomycetes 

arahidonska ARA - 20:4 

Conodiobolus, 

(5C, 8C, 11C, 14C) 

Entroporphthora


eikozapentaenojska EPA - 20:5 

(5C, 8C, 11C, 14C, 17C) 

Transtochytrium 

dokozaheksaenojska DHA - 22:6 

(4C, 7C, 10C, 13C, 16C, 19C) 

Transtochytrium 

4.6. ALGE 

Biomasa iz alg je temne barve, pustega in grenkega okusa in jo je treba za dodatek hrani ali 

krmi primerno obdelati. Mikroalge so kot vir lipidov zanimive zaradi njihove visoke 

vsebnosti večkrat nenasičenih maščobnih kislin. V nasprotju z oljnatimi kvasovkami in 

plesnimi, alge pridelajo veliko število lipidov, od katerih jih ima mnogo funkcionalno 

vlogo pri procesih fotosinteze. 

Tabela 5: Seznam oljnatih mikroalg; zraven so podane max vsebnosti lipidov kot % 

biomase suhe teže (Roessler, 1990 in Ratledge, 1989a) 

vrsta vsebnost lipidov 

Anabaena cylindrica 9 

Calothrix castelli 10 

Nostoc sp. 8 

Oscillatoria ssp. 18 

Spirulina maxima 2 

S. platensis 17 

Amphiprora pyalina 30 

Ankistrodesmus sp. 40 

Chlorella minutissima 23 

C. pyrenoidosa 36, 72 

C. vulgaris 40 

Chlamydomonas applanta 33 

Chrysochromulina ssp. 33-48 

Crypthecodinium cohnii 25 

Cyclotella cryptica 37 

Dunaliella bardawil 47 

Euglena gracilis 14-20 

Isochyrysis galbana 22 

Monalanthus salina 72 

Nannochloris sp. 48, 55 

N. oculata 42 

Navicula acceptata 38 

N.pelliculosa 22-45 

Neochloris oleoabundans 35-54 

Nitzschia palea 40


Ochromonas danica 39-71 

Oocystis polymorpha 35 

Ourococcus sp. 50 

Peridinium cinctum 36 

Phaeodactylum tricornutum 14 

Porphyridium cruentum 14, 22 

Prymnesium parvum 22-38 

Radiosphaera negevensis 43 

Scenedesmus acutus 26 

S. dimorphus 16-40 

S. obliquus 49 

Scotiella sp. 16-35 

Alge proizvajajo sledeče večkrat nenasičene maščobne kisline: 

· g-linolenska kislina (GLA, 18:3 w-6) 

· arahidonska kislina (ARA, 20:4 w-6) 

· eikozapentaenojska kislina (EPA, 20:5 w-3) 

· dokozaheksaenojska kislina (DHA, 22:6 w-6) 

Tabela 6: Prikaz rodov alg - proizvajalcev večkrat nenasičenih maščobnih kislin 

ime kisline oznaka rodovi - proizvajalci 

g-linolenska kislina GLA Spirulina, Chlorella 

arahidonska kislina ARA Porphyridium 

eikozapentaenojska kislina EPA Chlorella, Isochrysis, 

Porphyridium 

dokozaheksaenojska kislina DHA Crypthecodinium, Isochrysis 


Karotenoidi kemijsko spadajo v skupino ogljikovodikov. Uvrščamo jih v skupino barvil 

oz. pigmentov, ki so obarvani rdeče, oranžno ali rumeno. 

Zelo pomemben karotenoid je b-karoten in sicer ga poznamo v cis in trans izomerni obliki. 

Cis izomere pridobivajo iz številnih mikroorganizmov (so naravnega izvora), trans izomere 

pa so pridobljene kemijsko; njegova aktivna oblika pa je provitamin A. Poleg b-karotena 

se v algah nahajata še dve obliki karotenoidov in sicer: fucoxanthin in violaksantin. 

Eden izmed pigmentov, ki ga sintetizirajo kvasovke je tudi astaksantin, kemijsko ga 

označimo kot 3,3-dihidroksi-b,b-karoten-4,4’-diol. Spada v skupino oksokarotenoidov (v 

obroču ima vezan O2 atom), obstaja pa v treh izomernih oblikah: (3R, 3’R), (3S, 3’S) in 

(3S, 3’R). Molekula astaksantina, ki ga sintetizirajo kvasovke, ima v primerjavi z molekulo 

astaksantina, ki je vsebovan v skeletu morskih nevretenčarjev nasprotno (zrcalno) 

kiralnost.


4.8. STEROLI 

Steroli spadajo med lipide in so poleg fosfolipidov eden najbolj pomembnih gradnikov 

celičnih membran. Funkcija sterolov v celični membrani mikroorganizma je predvsem v 

tem, da dajejo membrani trdnost, saj so steroli trdne in nefleksibilne molekule. Za vse 

sterole je značilen osnovni steroidni skelet, ki je kombinacija hidrogeniranega fenantrena in 

ciklopentana (tej osnovni spojini z eno besedo rečemo gonan). 

Poznamo več oblik sterolov, ki se nahajajo v mikrobiološkem svetu in v rastlinah. To so: 

lanosterol, zymosterol in najpomembnejši ergosterol. Ergosterol je provitamin vitamina D. 

S pomočjo UV-svetlobe se ergosterol pretvori v ergo kalciferol ali vitamin D2. Najvažnejši 

predstavnik vitamina D pa je holekalciferol ali vitamin D3, ki nastane s pomočjo sončne 

svetlobe iz 7-dehidroholesterola. Poleg ergosterola in holesterola so odkrili v plesni 

Mortierella alpina še eno obliko sterola in sicer 24,25-metilenholest-5-en-3b-ol. 

4.9. ESTRI VOSKOV 

Glavna komponenta voskov so estri alkoholov z dolgimi verigami C-atomov ter višjimi 

maščobnimi kislinami. Maščobne kisline in pa del alkoholov pri voskih je lahko nasičenih, 

ali pa so nenasičeni. 

V naravi je poznanih veliko voskov, ki jih pridobivajo iz: 

· lobanjskih votlin kitov (spermacet) 

· brazilskih palm rodu Copernicia (palmov vosek) 

· čebelji vosek (satovje čebel) 

· lanolin ali vosek volne 

V mikrobiološkem svetu pa je zlasti pomemben dienski ester voskov, ki je nadomestilo za 

jojoba olje. 

Produkcija dienskih estrov poteka po različnih poteh : 

· z oksidacijo maščobnih alkoholov v nenasičene maščobne alkohole ® dienski estri 

· z oksidacijo maščobnih kislin v nenasičene maščobne alkohole ® dienski estri 

· z oksidacijo hidroogljikov v maščobne alkohole ter nato oksidacija maščobnih 

alkoholov v nenasičene maščobne alkohole ® dienski estri 

· iz etanola, ocetne kisline, sukcinata v acetil CoA, ki je pomemben intermediat za 

nastanek maščobnih kislin, ter maščobnih alkoholov, ki se prav tako pretvorijo v 

dienske estre 

4.10. POLIESTRI 

Najbolj zanimivi in komercialno pomembni poliestri so poli-b-hidroksi alkanoati (PHA) 

med katerimi je najpomembnejši poli-b-hidroksi butirat (PHB), ki ga pridobivajo s 

kondenzacijo acetat-acetata. 

4.11. POVRŠINSKO AKTIVNE BIO SNOVI 

· glikozidi hidroksimaščobnih kislin, ki jih producira kvasovka Candida bombicola in 

Candida borogensis


· estri poliolov in maščobnih kislin, ki so prisotni v Rhodotorula spp. 

· lipoproteini, ki so prisotni v C. petrophilum 

4.12. LIPIDNI ETRI 

Alkilne skupine lipidnih etrov ne izhajajo iz maščobnih kislin, temveč iz menalonatne poti, 

ki pa vodi v izgradnjo tudi drugih lipidov. To so izopentenil lipidi, kamor prištevamo tudi 

sterole, karotenoide ter terpenske lipide. Lipidni etri uporabljajo glicerol kot poliol, ki ima 

vezane acilne skupine na sn mestih. Acilne skupine so pri lipidnih etrih vezane na glicerol 

na sn-2 in sn-3 mestih. Lipidni etri so lahko di- ali tetra- etri, kar pa je odvisno od njihove 

eterske vezave v lipidni molekuli. Lipidni etri, ki jih vsebujejo acidofili, metanogeni ter 

halofili so: 

· 2,3-di-o-ftanil glicerol ali arheol 

· 2,3-di-o-bifantil glicerol, ki je dien, vsebujejo pa ga termofilni metanogeni kot je npr.: 

Methanococcus jannadschii; 

· glicerol-dialkil-glicerol tetraeter ali kaldarhaeol, ki ga vsebuje vrsta Sulfobolus; 

· tetracyclized glicerol dialkilnonitol tetraeter, ki ga vsebujejo termofili in nekateri 

metanogeni; 

4.13. FOSFOLIPIDI IN SFINGOLIPIDI 

Fosfatna skupina je iz ene strani zaestrena z glicerolom (pogosto tudi z diacilglicerolom), z 

druge strani pa s holinom, serinom ali pa etanolaminom. Osnovna komponenta 

glicerofosfatida je sn-glicerol-3-fosfatna kislina oz. sn-1,2-diacilglicerol-3-fosfatna kislina. 

V primeru, da je fosfatna kislina zaestrena z diacil glicerolom pa prevladuje fosfodiesterska 

vez. Če se 1,2-diacilglicerol spoji s CDP-holinom (citozin ali fosfat) nastane: 

· lecitin ali fosfatidilholin 

· vezikli, ki jih imenujemo liposomi, če so le-ti pripravljeni umetno; Nastanek liposomov 

lahko povezujemo s hidrofobnim oz. hidrofilnim značajem fosfolipidne molekule, ter 

tvorbo liposomov oz veziklov v vodnem mediju. Hidrofilni konci lipidnih molekul se v 

vodnem mediju oblikujejo tako, da se hidrofilni deli (glave) obrnejo proti vodi, 

hidrofobni deli pa se obrnejo proč od vode. Tako nastane vezikel (liposom), ki ga 

obdaja voda tako iz notranje kot tudi iz zunanje strani. 

· sfingolipidi; To so estri hidroksi maščobnih kislin aminoalkoholov. Sfingolipidi se 

kopičijo in sintetizirajo med oksidacijo maščobnih kislin v mikroorganizmih. 

Sfingolipidne baze so naslednje: sfingozin, fitosfingozin, dehidrofitosfingozin in pa 

dihidrofitosfingozin. 

4.14. PROSTANOIDNI LIPIDI 

Prostaglandini so derivati maščobnih kislin, ki vsebujejo tri ali pa štiri nenasičene vezi. 

Zelo pomemben prokurzor je arahidonska kislina, ki je esencialna maščobna kislina, 

nastane pa iz linolne kisline. Pri sintezi prostaglandina iz arahidonske kisline sodeluje 

mnogo encimov. Pomemben encim je prostaglandin sintaza, ki katalizira nastanek endoperoksida 

iz arahidonske kisline. Tako nastane prostaglandin H2, ki se nato pretvori v 

prostaciklin oz. prostaglandin I2 ali pa prostaglandin E2. Z redukcijo prostaglandin H2 pa 

nastane prostaglandin F2. 

5. BIOINŽENIRSKE OSNOVE BIOPROCESA


5.1. SELEKCIJA MIKROORGANIZMOV 

Strategijo izbiranja mikroorganizmov lahko opišemo z naslednjimi fazami: 

1. faza je sestavljena iz: 

· določitev načinov transformacije (ogljikov substrat, tip mikroorganizma) in določitev 

ter karakterizacija dobljenega produkta 

· identifikacija mikroorganizmov, ki so sposobni željene transformacije 

· izbor mikroorganizmov v zbirki, naravnem okolju ali ugodnem okolju (čista voda, 

odpadki, itd.) 

· določitev in razvoj screening-a. 

2. faza je sestavljena iz študije in primerjave številnih prej izbranih rodov. Glavne 

raziskovalne značilnosti so rastni parametri (specifična hitrost rasti, izkoristek substrata za 

tvorbo biomase), fizikalno-kemijski parametri (pH, temperatura, potrebe po hranilu) in 

značilnosti, posebne za vsak rod (celična sestava, patogeneza, toksičnost, prehranska 

vrednost). Vse te študije lahko izvedemo v erlenmajericah ali v zaprtih bioreaktorjih. 

Po izboru mikroorganizmov, ki so pokazali najboljše karakteristike, sledi zadnja faza, ki 

vključuje preiskovanje in določanje optimalnih rastnih parametrov mikroorganizma in 

izbor najbolj primernega kultivacijskega postopka (zaprti, polzaprti, kontinuirni, reciklacija 

itd.). 

5.2. SUROVINE 

Surovine, ki se v praksi uporabljajo za proizvodnjo mikrobne biomase, morajo biti po eni 

strani poceni in na voljo v dovolj velikih količinah, po drugi strani pa morajo vsebovati vse 

potrebne snovi (vir ogljika, dušika, fosforja in žvepla ter mineralne soli) za razvoj 

mikroorganizmov. Če gojišče teh snovi nima, jih moramo dodajati. Kot vir ogljika pridejo 

v poštev predvsem razni poljedelski odpadki, odpadki živilske industrije in petrokemijske 

surovine. Med odpadki prevladujejo sladkorni sirupi in melase, škrobni odpadki od 

krompirja in žitaric, ostanki predelave sadja in zelenjave, sulfitne lužnice, lesni odpadki, 

itd. Škrobne in celulozne odpadke lahko izkoriščajo samo tisti mikroorganizmi, ki imajo 

ustrezne hidrolitične encime ali pa moramo take substrate pred uporabo hidrolizirati. 

Zanimiva je uporaba petrokemijskih surovin, ki v velikih količinah nastajajo v rafinerijah. 

Vendar je uporaba teh surovin povezana s tehnološkimi težavami, saj se v vodi slabo tope, 

v bioreaktorje je treba uvajati velike količine zraka in izdatno hladiti. 

Po končanem bioprocesu je potrebno mikrobne celice ločiti od izrabljenega substrata. To je 

težavnejše pri uporabi manjših mikrobnih celic, predvsem bakterij. Za to uporabljajo 

predvsem kontinuirno centrifugiranje. Pri plesnih je ločitev biomase od gojišča lažja, ker 

lahko uporabimo filtracijo. 

5.3. PROIZVODNJA EIKOZAPENTANOJSKE KISLINE (EPA) Z 

MIKROORGANIZMI: 

· Mikroorganizmi, ki proizvajajo EPA: Mortierella alpina, Mortierella elongata, 

Monochrysis luteri, Pseudopedinella sp., Coccolithus huxleyi, Cricosphaera carterae, 

Monodus subterraneous, Nannochlorus sp., Nannochlorus salina, Chlorella 

minutissima, Heteromastix rotundra, Chromonas sp., Cryptomonas muculata. 

· Pot EPA formacije. 

· Faktorji, ki vplivajo na proizvodnjo EPA: sestava kultivacijskega medija, temperatura, 

pH, aeracija, intenziteta svetlobe, čas inkubacije in staranje.


· Veliko-obsežna proizvodnja EPA, uporabljajoč npr.: Porphyridium cruentum. 

· Dobivanje EPA. 

· Primerjava EPA izkoristka in produktivnosti izbranih alg in gliv: Phaeodactylum 

tricornatum, C. Minutissima, M. elongata NRRL 5513 in M. alpina 20-17 (pred in po 

staranju). 

Največji izkoristek (1350 mg/l) in produktivnost (103,8 mg/l/dan) so dobili z M. alpina 20- 

17 po staranju, največja vsebnost EPA v lipidih (39,9 % ut./ut.) pa so dobili s C. 

minutissima. 

5.4. KVASOVKE 

Izkoriščanje olj iz kvasovk je iz ekonomskega stališča precej omejeno. Zanimiv cilj je bila 

produkcija olja, ki bi imelo ekvivalentno sestavo kot kakavovo maslo (CBE - cocoa butter 

equivalent). 

CBE material mora imeti podobne fizikalne lastnosti, kot jih ima kakavovo maslo, na 

splošno pa CBE proizvajajo iz palminih olj s kristalizacijsko frakcijo, lahko pa ga 

proizvedejo tudi z encimsko transesterifikacijo palminega olja in stearinske kisline oz. 

estrov stearinske kisline. Da je CBE ustrezen, mora biti skoraj enaka količina stearinske 

kisline (18:0), oleinske kisline (18:1) in palmitinske kisline (16:0) vezane na glicerol z 

nenasičenimi kislinami na sn-2 poziciji. Tak poznan primer je post-TAG (1-palmitol-2oleil-3-steril-sn-glicerol). 

Znanstveniki so se na več načinov trudili, da bi bil CBE zadovoljiv za tržišče kot 

biotehnološki masovni produkt. Glavni problem, ki so ga morali premagati, je bil problem 

povečanja, že po naravi nizke vsebnosti stearinske kisline (max med 10-12%) v kvasovkah, 

ki proizvajajo olja, do željene vsebnosti 30 in več procentov. 

· Direktno dovajanje stearinske kisline: Najlažji način povečanja vsebnosti stearinske 

kisline v olju kvasovk je dovajanje stearinske kisline oz. njenih estrov direktno v 

kvasovke. Ob takem dodajanju nam nekaj kvasovk propade, večina pa jih preživi in te 

dodatek stearinske kisline in estrov direktno esterificirajo v skladišče triacilglicerolov v 

celici. Najboljši rezultati so bili doseženi, če so dodajali metilne estre palmitinske in 

stearinske kisline na primeru Torulopsis ATC C 20507 (Fuji Oil Co. Ltd., 1979, 1981). 

Problem, ki se je pojavil, je bil visoka cena mešanice stearinske in palmitinske kisline. 

Običajno se stearinska kislina pridobiva s termično hidrogenacijo oleinske kisline, ki jo 

relativno poceni pridobimo iz živalskih maščob. Vendar pa kvasovka CBE pridobljena 

po tem postopku ne bi bila iz popolnoma neanimalnih virov in ne bi bila zanimiva za 

vegetariance in pripadnike nekaterih religij. Ta problem je bil rešen s prihodom 

sončničnih olj z visoko vsebnostjo maščobnih kislin iz katerih lahko z relativno 

nizkimi stroški proizvedemo oleinsko kislino. 

· Inhibicija dezaturaz: Naravno nastala sterkulična kislina (cis-9,10metilenoktadecenojska 

kislina), ki jo najdemo v semenskem olju sterkulije, je učinkovit 

inhibitor D 9 dezaturaze. Moreton je leta 1985 uspešno pokazal, da 100mg te kisline na 

dolžino rastnega medija uspešno zaustavi reakcije pri naslednjih kvasovkah: Candida 

sp. 107, Rhodosporidium toruloides in Trichosporon cutaneum. Vsebnost stearinske 

kisline se na ta način precej poveča. Efekt inhibitorja je specifičen in ne vpliva na 

kasnejše pretvorbe oleinske kisline v linolejsko kislino (18:2) s sodelovanjem encima


D12 dezaturaza. V prisotnosti cis-9,10-metilen oktadecenojske in cis-12,13-metilen 

oktadecenojske kisline je olje R. toruloides (najbolj proučena kvasovka) sedaj 

zadovoljivo, saj so tri osnovne maščobne kisline: palmitinska, oleinska in stearinska 

prisotne v razmerju 1:1:2. Seveda pa morajo biti pozorni pri dodajanju tako 

pridobljenega CBE hrani, saj v končni fazi ne smejo biti prisotni ostanki inhibitorja. 

5.5. PLESNI 

Pri industrijskem načinu proizvodnje mikrobne biomase so plesni slabo zastopane, čeprav 

imajo učinkovit ekstracelularni hidrolitični potencial. To jim daje prednost pri intenzivni 

obdelavi odpadkov. Vlaknasta micelijska struktura pa omogoča izdelavo proizvodov 

naravne prijetne teksture. To veliko prednost pa močno zmanjšuje počasnost rasti. 

Močan lignolitični in celulitični spekter encimov jim odpira možnosti konverzije odpadnih 

materialov. Prav tako jim daje prednost termofilna sposobnost rasti. 

Čeprav plesni vsebujejo veliko število maščobnih kislin, se njihov biotehnološki potencial 

nahaja v njihovi sposobnosti proizvajanja nekaterih izbranih večkratnenasičenih maščobnih 

kislin v manjši količini. 

5.5.1. Gama - linolenska kislina (GLA, 18:3 omega-6) 

Leta 1976 so naredili prve korake za biotehnološko razvijanje GLA v nekaterih znanih 

nahajališčih GLA v glivah. Rod Mucor circinelloides (M. javanicus) je bil identificiran s 

pomočjo screening programa kot ustrezen mikroorganizem za proizvodnjo GLA. Prve 

prodaje olja, bogatega z GLA so bile leta 1985. 

Maksimalno produktivnost GLA (to je g/l/h) so določili v Mucor hiemalis z gama - 

linolensko kislinsko vsebnostjo olja 8-10 %. 

Zaradi visokih stroškov fermentacijskega postopka moramo poleg vsebnosti GLA 

upoštevati tudi ostale parametre: 

· Gostoto, pri kateri celice lahko rastejo - vrednosti do 25g/l niso nenavadne, ampak so 

še vedno daleč od optimalnih (približno 40-80 g/l naj bi bile dosežene). 

· Hitrost rasti - polna rast in lipidna akumulacija naj bi bili doseženi v 72-96 urah. 

· Sposobnost ekstrahiranja olja iz celic. 

Prav zaradi vseh teh razlogov je Mucor circinelloides idealen za prizvodnjo GLA. 

Rooux in sodelavci so leta 1994 ugotovili, da nekatere vrste Mucor, ki zrastejo na ocetni 

kislini, prav tako proizvajajo visoko vsebnost stearinske kisline (18:0) poleg GLA. 

Predlagali so, da bi bilo s primernim frakcioniranjem mogoče proizvajati oboje: olje, 

bogato z GLA in kakavovo maslo enakovredno maščobi. 

Lipidi termofilnih gliv so ocenjeni glede na lipidno vsebnost, razporeditev lipidov v celici, 

zmes lipidov, maščobnokislinsko sestavo lipidov, membrane lipidov in lipidno 

proizvodnjo. Plodna akumulacija triacilglicerolov se nahaja v določenih kvasovkah, ki 

proizvajajo olja in glivah. Mortierella isabellina akumulira 86 % lipidov, od katerih je 96 

% nevtralnih lipidov (večina triacilglicerolov). Za proizvodnjo ene tone enoceličnega lipida 

potrebujemo 5 ton fermentiranih ogljikovodikov, kar je ekonomično neizvedljiv proces. 

Pričakovanja za posebne produkte, kot je GLA so boljša. Mucor javanicus in M. isabellina


komercialno uporabljajo za proizvodnjo GLA. Kultivirani sta v 220-500 cum bioreaktorjih 

in lipid dobimo s solventno ekstrakcijo. 

5.5.2. Arahidonska kislina (ARA, 20:4 omega-6) 

Najvišjo vsebnost ARA so našli v Mortierella alpina z do79 % ARA v skupnih maščobnih 

kislinah, kar predstavlja 26 % suhe teže celice (Toxani in Oba, 1987). Za proizvodnjo 

največjih izkoristkov so potrebni izjemno dolgi časi fermentacije, do 16 dni. 

Leta 1985 so tudi naredili poskus, v katerem so uporabili Mortierella alpina. Za velikoobsežno 

proizvodnjo je bila gliva inokulirana v medij, sestavljen iz pšeničnih otrobov, 

peptonov in kalcijevega klorida ter kultivirana pri 20°C. Po dveh tednih so bile celice 

nakopičene, sprane, s centrifugiranjem je bila odvzeta voda, sledilo je mletje. Lipide so 

ekstrahirali z mešanico heksan-etanol, jih posušili in esterificirali. Vsebnost ARA je bila 

71,2 %, izkoristek pa 11,1 g/l. Tako dobljeni estri so bili izpostavljeni HPLC uporabljajoč 

metanol / vodo kot razvijajoče raztopilo za čiščenje estra ARA. 

5.5.3. Eikozapentaenojska kislina (EPA, 20:5 omega-3) 

Največ EPA so dobili z Mortierella alpina in M. hygrophila, ki proizvedeta 29 in 41 mg 

EPA/g celic. Če jima dodamo alfa-linolensko kislino, se izkoristek poveča na 67 mg/g. 

Izkoristek z Mortierella elongata znaša 15 mg/g suhih celic, in če dodamo alfa-linolensko 

kislino, se le-ta poveča samo na 36 mg/g. 

V Pythium ultimum so dobili največjo vsebnost EPA: 34 mg/g suhe teže, kar so dosegli s 

pravilnim izborom rodu in ustreznimi pogoji kultivacije. 

5.5.4. Eikozatrienojska kislina (ETA, 20:3 omega-9) 

Formacija ETA v glivah 

Jareonkitmongkol in sodelavci so leta 1992 v svojem poskusu uničili encime (desaturaze) v 

Mortierella alpina, kar je vodilo do povečane proizvodnje DHGLA in ARA. Našli so tudi 

mutanta, ki ni bil več sposoben konvertirati oleinske kisline (18:1 omega-9) v linolensko 

(18:2 omega-6). Ta mutant je akumuliral več maščobnih kislin, serij omega-9: 18:2; 20:2 

in tudi ETA. Pod optimalnimi pogoji v polzaprti kultivaciji za 10 dni pri 20°C je ETA 

dosegla 56 mg/g suhe biomase = 0,8 g/l. 

5.5.5. Vpliv temperature na stopnjo nenasičenja v lipidih plesni 

Plesen, ki proizvaja olje, Entomophthora exitalis (NRRL 3742), zraste v kontinuirni 

kultivaciji pri konstantni hitrosti razredčevanja (0,04/h) in v temperaturnem območju 20- 

30°C. Kot je temperatura rasti padala iz 30°C do 20°C, je odstotek večkratnenasičenih 

maščobnih kislin naraščal proporcionalno iz 18 do 27 % skupnih maščobnih kislin. Porast 

v nenasičenju je bil rezulatat naraščajočega dela omega-6 večkratnenasičenih maščobnih 

kislin (posebno ARA) v fosfolipidnih, sfingolipidnih ter glikolipidnih frakcijah. 

Triacilglicerolna frakcija lipidov predstavlja zanemarljivo spremembo. Del fosfolipidov 

znotraj ekstrahiranega lipida narašča med 26°C in 20°C brez kakršnekoli spremembe v 

lipidni vsebnosti plesni. Čeprav so spremembe v lipidnem nenasičenju v korelaciji z 

napetostjo raztopljenega kisika (DOT), rast plesni pri konstantni hitrosti razredčevanja in


temperaturi 22°C izven območja DOT vrednosti ni uspela vplivati na lipidno nenasičenje. 

Zato je temperatura glavni regulacijski faktor stopnje nenasičenja v lipidih. 

5.6. ALGE 

V kontekstu alg, ki jih uporabljamo za pitanje živali, ni pomembna vrsta lipidov, dokler je 

dostopen in prebavljiv. Pri oljih za ljudsko uporabo pa je komercialen poudarek na 

proizvodnji olja, ki je sprejemljiv po videzu: čisto, bledo rumeno olje brez okusa. To 

pomeni, da morajo biti lipidi iz alg frakcionirani ali pa morajo imeti alternativno 

odstranjene sestavne maščobne kisline iz vseh lipidov s hidrolizami, bodisi s kemikalijami 

ali encimi in potem sledi re-esterifikacija. 

Tipične kultivacijske metode vključujejo naravne ribnike, visoko-tehnične ribnike, cevaste 

sončne fotoreaktorje in visoko-tehnične električne fotoreaktorje. 

5.6.1. Gama - linolenska kislina (GLA, 18:3 omega-6) 

Za algi Spirulina platensis in S. Maxima je že nekaj časa znano, da vsebujeta GLA. 

Najvišjo vsebnost GLA v suhi biomasi iz S. Platensis so leta 1990 dosegli Hirano in 

sodelavci: 12 mg/g. Proces je bil sledeč: heterotrofična kultivacija, 7 dni pri 30°C. Istega 

leta so prav ti avtorji izvedli strogo selekcijo morskih evkariontskih alg za formacijo GLA 

ter ugotovili, da je najvišja proizvodnja pri Chlorella sp. (NKGO42401), ki vsebuje 

približno 10% skupnih maščobnih kislin z 10 % vsebnostjo GLA. 

5.6.2. Arahidonska kislina (ARA, 20:4 omega-6) 

Majhne količine ARA so našli v mnogih mikroalgah, ampak samo v Porphyridium 

cruentum (rdeča alga) njena vsebnost prekorači 30 % skupnih maščobnih kislin. 

Najboljše rezultate so dosegli v zunanji kultivaciji, ki je edina primerna pot za velikoobsežno 

pridelovanje. Vendar pa to ni prav ekonomsko ugodna pot. 

5.6.3. Eikozapentaenojska kislina (EPA, 20:5 omega-3) 

Tabela 8: Fotosintetično zrasle alge kot potencialni viri EPA 

Alge Lipidna 

vsebnost 

biomase (%)* 

EPA in 

maščobne 

kisline (%) 

Reference 

Phaeodactylum tricornutum 15 35 Yongmanitchai in Ward (1992) 

Nannochloropsis oculata 14 45 Seto in sod. (1992) 

Isochrysis galbana 22 26 Molina Grima in sod. (1992, 

1993, 1994) 

Porphyridium cruentum 5,6+ 41 Cohen in sod. (1992) 

Chlorella minutissima 15 45 Seto in sod. (1984) 

* Lipidi so običajno sestavljeni iz glikolipidov, fosfolipidov in drugih polarnih lipidov s triacilglicerolom, ki 

predstavlja manjšinski del. Skupna maščobnokislinska vsebnost lipidov je lahko manjša od 50%. 

+ Skupne maščobne kisline.


5.6.5. Proizvodnja dokozaheksaenojske kisline (DHA, 22:6 omega-6) 

Številne rodove alge Crypthecodinium cohnii so uporabili za določanje rasti lipidne 

vsebnosti in karakterizacijo DHA. Raziskali so preprosti medij (kvasni ekstrakt, glukoza, 

morska sol) in pogoje fermentacije, ki dajo biomaso 10 g/l v 5 dneh fermentacije. Za 

dobro rast je zelo pomembna aeracija. Lipidna vsebina biomase rangira od 12-21 % s 40- 

50 % vsebnostjo DHA v lipidih. Raziskali so tudi medij z nižjo koncentracijo morske soli 

in ugotovili, da morska sol lahko povzroči korozivne probleme v bioreaktorjih. Ugotovili 

so tudi, da nižja koncentracija morske soli povzroča manjši izkoristek biomase. Dodatek 

kvasnega ekstrakta poveča rast alge, ampak manjša lipidno vsebino. Glukoza (do 

koncentracije 75 g/l) tudi poveča količino biomase. Boljšo DHA produktivnost bi lahko 

dobili z uporabo hitrejšega gojenja ali boljše lipidne akumulacije rodov C. cohnii. 

Algo (kot npr. Crypthecodinium sp.), ki vsebuje DHA, lahko kultiviramo heterotrofično 

pri višjih pH-jih kot je optimum za rod (0,1-7; med kultivacijo). Če uporabljamo to 

metodo, lahko z nizkimi stroški pripravimo alge z lipidi, kot je DHA, v velikih količinah. 

5.6.5. Pridobivanje visoko rafiniranih večkratnenasičenih maščobnih kislin iz olja 

mikroalg 

Postopek poteka v treh korakih: 

· maščobnokislinska ekstrakcija z direktno saponifikacijo biomase, 

· obogatitve večkratnenasičenih maščobnih kislin s sečninsko frakcijo, 

· izolacija večkratnenasičenih maščobnih kislin z uporabo HPLC. 

Na podlagi tega postopka so izolirali maščobne kisline v mikroalgi Phaeodactylum 

tricornutum. 

5.6.6. Določanje pogojev kultivacije, ki vplivajo na celično rast, proizvodnjo lipidov in 

DHA pri algah 

V Tungkang Kung morskem laboratoriju so izolirali domačo morsko mikroalgo Isochrysis 

galbana TK2. Poskusi so potekali tako, da so speminjali parametre. Enkrat so bili 

konstantni eni, drugič drugi. Rezultati so pokazali, da: 

· DHA izkoristek narašča s časom kultivacije do 8. dne, 

· optimalna temperatura kultivacije je 25°C, 

· optimalno razsvetljenost so dosegli s kontinuirno iluminacijo: 10.000 luxov, 

· sečnina je bila najboljši vir dušika z izbrano koncentracijo 0,5 mM, 

· idealna koncentracija fosforjevega vira (KH2PO4) je bila 0,25 g/l. 

Ti posamezni identificirani optimalni parametri so združeni v končni študiji celične mase, 

vsebnosti DHA v lipidih in DHA izkoristka in po 8 dneh znašajo 0,52 g/l; 13,5 % in 6,95 

mg/l. 

5.6.7. Vpliv slanosti, koncentracije dušika, pH, temperature in hitrosti razredčevanja 

na proizvodnjo EPA pri algah 

Proizvodnjo EPA v algi Porphyridium purpureum so proučevali pod različnimi pogoji 

slanosti, koncentracije dušika, pH in temperature. Največjo proizvodnjo EPA: 298 µg/50


ml, so dobili med fermentacijo pri 8°C, pH: 7,6 in mediju, ki je vseboval 41,8 g/l NaCl in 

12,1 mM dušika. 

Pri morski diatomeji Phaeodactylum tricornutum Bohlin so proučevali vpliv hitrosti 

razredčevanja (D). Ugotovili so, da visoke biomasne in lipidne produktivnosti dobimo pri 

nižjih D vrednostih. EPA je vmesni metabolit in doseže najboljšo produktivnost (6 

mg/l/dan) pri D vrednostih med 0,32 do 0,50/dan. 

5.7. PRIDOBIVANJE STEROLOV 

Sterole pridobivajo iz evkariontskih organizmov: 

· iz fermentacijskih procesov ali izrabljenih pivovarskih kvasovk 

· z ekstrakcijo izrabljenih glivnih micelijev 

· iz mikroorganizmov z ekstrakcijo in iz rastlin 

· Povečanje proizvodnje površinsko aktivnih snovi 

Proizvodnjo površinsko aktivnih snovi lahko povečamo z gojenjem mikroorganizmov na 

bazi hidroogljikov ali rastlinskih olj. Velike koncentracije površinsko aktivnih snovi pa 

lahko dosežemo že z gojenjem mikroorganizmov na vodotopnih substratih. 

5.8. BIOTRANSFORMACIJE 

Pridobivanje olja s pomočjo mikroorganizmov je vezano tudi z uporabo lipaz. Pionirsko 

delo na tem področju je opravil Macrae s sodelavci, ki je študiral uporabo lipaz za 

transesterifikacijo cenenih komercialnih olj z veliko vsebnostjo stearinske kisline za 

pripravo nadomestka kokosovemu maslu. Najnovejše študije proučujejo uporabo lipaz za 

odstranitev prostih maščobnih kislin iz olj. Te lipaze se uporabljajo tudi za purifikacijo 

nekaterih večkratnenasičenih maščobnih kislin kot sta EPA in DHA. 

6. EKOLOŠKI ASPEKT BIOPROCESA, IMPLIKACIJE DRUGIH 

TEHNOLOGIJ IN IMPLIKACIJE NA DRUGE TEHNOLOGIJE 

Problemi emisije odpadkov in akumulacija sekundarnih surovin v okolje so spremljajoči 

problemi obstoječih tehnoloških postopkov v živilski industriji. Nastajajo v velikih 

količinah v postopkih predelave, procesiranja, transporta, skladiščenja, distribucije in 

marketinga. V preteklosti je veljalo okolje kot neskončen vir vseh dobrin, ki ga lahko 

izkoriščamo brez stroškov za njegovo skrb. Dvig zavesti in spoznanje, da je okolje omejen 

vir človeških dobrin v zadnjem obdobju vpliva na nov pristop do okolja, v katerem živimo. 

Nekatere obstoječe in nove tehnologije, ki nastajajo na področju živilstva že vključujejo 

različne tehnološke in biotehnološke postopke zaščite okolja pred onesnaženjem. Sodobna 

živilska industrija je že sposobna ponuditi potrošniku svežo in procesirano hrano visoke 

kakovosti. Kljub sodobnim tehnološkim postopkom, ki se v ta namen uporabljajo se je 

nemogoče izogniti nastajanju sekundarnih surovin in odpadkov ter zračnim emisijam, ki 

potencialno vplivajo na onesnaževanje okolja. Zato je potrebno vzdrževanje in smotrno 

izkoriščanje naravnih virov bogastva s pomočjo reciklacije in izkoriščanjem sekundarnih 

surovin in odpadkov s postopki, ki zmanjšujejo obremenitev in onesnaženje okolja. Na tem 

področju nam bioprocesi omogočajo reševanje in vzpostavljanje porušenega ravnotežja 

kroženja snovi v naravi in kontrolo onesnaženja. Izdelki, ki nastajajo skozi bioprocesne 

aktivnosti iz sekundarnih surovin in odpadkov, se ponovno vključujejo v prehransko verigo


ljudi in živali in so pogosto višjega cenovnega razreda, kot izhodiščne surovine. 

Uporabljajo se tudi zaradi možnosti hitrejše transformacije organskih snovi v obliko, ki je 

okolju prijaznejša. 

Kvasovke, plesni, bakterije in alge so mikroorganizmi, ki sodelujejo v različnih 

bioprocesih transformacije sekundarnih surovin in odpadkov. Njihova konzistenca in 

sestava narekujeta izbiro in uporabo mikroorganizma in tipa bioprocesa. Tipi bioprocesov 

pa se lahko med seboj razlikujejo po tem, kakšno je gojišče, na katerem mikroorganizmi 

rastejo. Na osnovi konzistence gojišča ločimo bioprocese, ki potekajo v trdnih, poltrdnih, 

poltekočih in tekočih gojiščih. Zato so osnovne značilnosti sekundarnih surovin in 

odpadkov živilske industrije zelo pomembne za izbiro bioprocesa nadaljne obdelave in 

predelave. 

Nekatere skupne značilnosti sekundarnih surovin in odpadkov živilske industrije lahko 

združimo v naslednje kategorije: 

· tiste, ki imajo povečano vsebnost organskih komponent: proteinov, ogljikovih hidratov 

in lipidov; 

· povečano vsebnost anorganskih komponent, npr. zemlje, peska (sladkorna pesa, 

krompir, itd.); 

· povečano vsebnost suspendiranih trdnih delcev, odvisno od izvora; 

· visoko biološko in kemijsko potrebo po kisiku; 

· visoko koncentracijo dušika; 

· visoko vsebnost suspendiranih olj ali maščob; 

· visoko spremenljivost pH vrednosti. 

Skupna značilnost vseh sekundarnih surovin in odpadkov živilske industrije je, da imajo 

večjo moč onesnaženja okolja, kot je to v primeru komunalnih odpadkov. 

Več kot 30 % surovin, ki se vključujejo v tehnološki proces predelave v živilski industriji 

postane odpadek , ki potrebuje dodatno obdelavo ali predelavo (Leonard in Schaub, 1996). 

Na različnih področjih živilske industrije nastajajo vzporedno s potekom tehnološkega 

postopka tudi sekundarne surovine in odpadki. 

Predelava žit 

V tehnološkem procesu predelave žit nastajajo v različnih fazah tehnološkega postopka 

sekundarne surovine in odpadki, med katerimi so tudi olja. Zaradi zelo velike svetovne 

proizvodnje pšenice, riža, koruze in drugih žitaric nastaja velika količina sekundarnih 

surovin in odpadkov, ki se morajo vključiti v nadaljne bioprocese transformacije. 

Bioprocesi omogočajo transformacijo surovin v izdelke, ki imajo višjo izhodiščno ceno 

predvsem s pomočjo plesni in kvasovk. V odvisnosti od bioprocesa in konzistence 

sekundarnih surovin in odpadkov se vključijo tudi postopki predobdelave (separacija, 

hidroliza, sterilizacija, itd.). 

· Koruza 

Proizvodi iz koruze, ki nastajajo v procesih predelave se uporabljajo kot živila, krmila, 

živilski dodatki, surovine za proizvodnjo alkoholnih pijač in etanola. Nastanek sekundarnih 

surovin in odpadkov se nekoliko razlikuje ob uporabi različnih postopkov meljave. Mokri


postopek meljave se med drugim uporablja tudi za proizvodnjo olja. Sekundarne in 

odpadne surovine vsebujejo dele koruznega zrnja, luščin, ostanke koruznih storžev in 

slame. Bioprocesi, ki se uporabljajo za nadaljno transformacijo vključujejo plesni iz rodu 

Aspergillus sp., Penicillium sp., Trichoderma sp. in Fusarium sp.(Kahlon, 1991) in 

kvasovke, ki spadajo v rodove Endomycopsis, Schwanniomyces, Lipomyces in Torulopsis 

(Boze s sod., 1992). 

· Predelava oljnic 

Sekundarne surovine in odpadki v tehnoloških procesih pridelave oljne repice, sončnic, 

soje, itd. vključujejo odpadno olje in oljne pogače. Olje se lahko uporablja v bioprocesih 

transformacije nenasičenih maščobnih kislin v hidroksi in keto maščobne kisline. 

Kvasovka Rhodococcus rhodochrous je sposobna biotransformacije oleinske in linolenske 

kisline v odgovarjajoči hidroksi in keto stearinsko kislino (Kroyer, 1991). Geotrichum 

candidum je sposoben rasti na sekundarnih surovinah in odpadkih z veliko vsebnostjo olja. 

Generacijski čas pri rasti na odpadnem olju oljne repice pri pH 3,5 je za glivo 2,5 ure. V 

primeru rasti. Candida rugosa na istem olju pa je generacijski čas 3 ure. Kemijska sestava 

olja določa, kateri mikroorganizem je primernejši za bioproces transformacije surovine. 

(Ref. 7) 

7. UPORABA BIOPROIZVODOV V PROIZVODNJI HRANE, V 

MEDICINI IN V FARMACIJI 

7.1. PLESNI IN ALGE 

Zanimanje za olja, ki vsebujejo g-linolensko kislino (GLA), ima dolgo zgodovino. Olja iz 

semen večerne trobentice, ki tudi vsebujejo GLA so v uporabi že mnoga stoletja. 

Učinkovitost olja večerne trobentice so pripisovali njegovi vsebnosti GLA (približno 8- 

10% skupnih maščobnih kislin). GLA so priporočali za obvladovanje akutnih in kroničnih 

vnetij, za zmanjšanje koncentracije holesterola v krvi in izboljšanje atopičnega izpuščaja. 

Vendar pa leta 1991 Schäfer in Kragballe nista našla nobenega dokaza v podporo GLA 

oziroma, da GLA učinkovito deluje na atopična vnetja kože. 

Eikozapentaenojska kislina (EPA) se uporablja za številne fiziološke učinke pri hranjenju 

poskusnih živali za znižanje koncentracije triacilglicerolov v krvi. Posledično bi to 

zmanjšalo možnost koronarnega srčnega napada in zato mnogi zagovorniki spodbujajo 

uporabo EPA. Seto in sodelavci pa so leta 1984 zapisali, da je visoka vsebnost EPA v 

Chlorella minutissima napravila to algo za privlačen vir te kisline za zdrava živila in za 

farmacevtsko industrijo. 

Naravne morske alge so edinstvene v tem, da vsebujejo visoke koncentracije DHA, ter 

nobene druge n-3 maščobne kisline, ki so normalno prisotne v morskih oljih. Uporaba 

naravnih zlatih morskih alg kot dodatek krmi za perutnino, za proizvodnjo lupine jajc, 

bogatih z n-3 maščobnimi kislinami je zelo cenjena. 

DHASCO olje, ki ga proizvaja mikroalga Crypthecodinium cohnii, se uporablja v prehrani 

otrok in pa kot dietno dopolnilo. Rezultati varnostnih kliničnih vrednotenj oz. študij so 

pokazali, da so karakteristike tega olja sorazmerne ribjemu olju in potrdile njegovo 

možnost kot dietni vir DHA.


w-3 dolgoverižne maščobne kisline, kot sta npr. EPA in DHA, predstavljajo bolj 

pomemben komercialni interes, kakor to, da sta prepoznani kot pomembni dietetični 

sestavini za preprečevanje arterioskleroze, koronarnih srčnih bolezni in za ublaževanje 

vnetnih stanj, kot je npr. artritis. Odkar so mikroalge osnovni proizvajalci teh sestavin v 

morskem okolju, predstavljajo najboljšo alternativo ribjemu olju (eliminirajo nekaj okusa, 

vonja in problema stabilnosti, ki so navadno povezani z ribjim oljem). Razvit je bil tudi 

postopek za proizvodnjo DHA v komercialnem obsegu. Uporabljali so algo 

Schizochytrium sp. Produkti teh alg se uporabljajo v krmi za perutnino v namenu za 

proizvodnjo jajc, jajčnih rezancev in perutninskega mesa obogatenega z DHA. 

Preteklo desetletje se je nakopičilo vse več spoznanj o biološkem pomenu dolgoverižnih 

večkrat nasičenih (LCP; long-chain polyunsaturated) maščobnih kislin tako v prenatalnem 

obdobju kot tudi med nosečnostjo in v času dojenja. LCP maščobne kisline kot npr. 

dokozaheksaenojska (C22: 6n-3, DHA) in arahidonska kislina (C20: 4n-6; ARA), so 

esencialne sestavine strukturnih lipidov razvijajočih se možganov. Njihova oskrba in 

presnova imata še zlasti velik pomen pri hitri rasti in diferenciaciji živčnega sistema fetusa 

v zadnji tretjini nosečnosti ter med prvim letom življenja. Nezadostna oskrba v tem 

zgodnjem obdobju razvoja lahko ima škodljive posledice za razvoj živčevja v kasnejšem 

obdobju. Houwelingen s sodelavci in Connor s sodelavci sta ugotovila, da dodajanje 

ribjega olja, ki je bogat vir n-3 LCP maščobnih kislin, v prehrano nosečnic v zadnji tretjini 

nosečnosti, vpliva na večjo vsebnost DHA v krvi novorojenčkov. Smatramo, da je oskrba 

dojenih novorojenčkov z LCP maščobnimi kislinami na splošno optimalna, kljub dejstvu, 

da je njihova količina v humanem mleku zelo različna. Številne epidemiološke študije ter 

študije s prehranskimi dodatki, kažejo na povezavo med uživanjem ribjih olj oz. DHA, in 

njeno koncentracijo v humanem mleku. Poleg prehrane, vplivata na količino DHA v 

humanem mleku tudi sestava in izkoriščanje maščobnih rezerv ter endogena sinteza iz alinolenske 

kisline (C18: 3n-3). 

Z raziskavami so ugotovili: 

· Dodatek DHA v prehrano doječih mater specifično poveča, njeno vsebnost v humanem 

mleku in plazemskih lipidih, predvsem v fosfolipidih in triacilglicerolih. 

· Dodatek DHA v prehrano mater ne vpliva na vsebnost ostalih maščobnih kislin v 

humanem mleku. 

· Dodatek DHA v hrano znižuje raven triacilglicerolov v krvni plazmi 

(hipotrigliceridemičen učinek). 

7.2. KVASOVKE 

CBE maščobe se obsežno uporabljajo v slaščičarski industriji in sicer v proizvodnji 

čokolade in različnih izdelkov iz čokolade. Uporabljajo se v mnogih državah, največ pa v 

Veliki Britaniji, na Irskem in na Danskem (Kernon, 1992). 


Karotenoide v zadnjem času uporabljajo tudi v živilstvu, predvsem kot vir naravnih barvil 

in pa v farmacevtski industriji kot antioksidant (preventiva pred rakavimi obolenji). Med 

karotenoidi je pomemben tudi provitamin A, ki ga najdemo v korenju, melonah, rdeči 

papriki, zaradi antioksidativnega učinka in učinkovanja na proste radikale. Zlasti


pomembna je cis oblika b-karotena, saj je naravnega izvora, zato je tudi delovanje te 

izomere efektivnejše v primerjavi s trans izomero. 

Astaksantin se nahaja v živalskem svetu pri ptičih, ter v skeletu morskih nevretenčarjev in 

daje značilno roza barvo ribam, rakom in jastogu. Ta barva pa pogosto izgine pri gojenju 

teh živalih v bazenih, zato je proizvodnja in uporaba astaksantina, ki ga sintetizirajo rdeče 

kvasovke, zelo pomembna kot dodatek pri pripravi krme za živali gojene v bazenih, 

dodajajo pa astaksantin tudi v krmo piščancev. Roche je opravil sintezo trans izomere 

astaksantina, ki je sintetična oblika, uporablja pa se kot glavni vir krme za živali. 

7.4. STEROLI 

Vitamin D3 je zelo pomemben dodatek k piščančji krmi in je precej efektivnejši od 

vitamina D2, ki nastaja iz ergosterola. Prav zato so vse težnje znanstvenikov usmerjene k 

temu, da bi ustvarili mutante S. cerevisiae, ki bi namesto ergosterola akumulirale 7dehidroholesterol 

iz katerega se sintetizira vitamin D3. 

Najbolj značilen sterol, ki je vsebovan v hrani je holesterol. Proizvajata ga kvasovki S. 

cerevisiae in Candidia krusei. 

7.5. POLIESTRI 

Najpomembnejši je poli-b-hidroksi butirat. Namen proizvodnje tega poliestra je predvsem 

v njegovi funkciji biorazgradljive plastike. Poleg poli-b-hidroksi butirata v proizvodnji 

uporabljajo tudi b-hidroksi valerat, ki skupaj z b-hidroksi butiratom tvori heteropolimer. 

Taka oblika je stabilnejša in primernejša za oblikovanje plastike v ustrezne oblike, saj je 

sam PHB zaradi svoje krhkosti precej težaven za oblikovanje. 

7.6. FOSFOLIPIDI IN SFINGOLIPIDI 

Kvasni lecitin se uporablja predvsem v prehrambeni industriji. Pridobivajo ga z ekstrakcijo 

izrabljenih pivovarskih kvasovk. Lecitin oz. fosfolipidi pa imajo pomembno funkcijo v 

farmacevtski industriji, kjer uporabljajo predvsem čisti lecitin. 

Uporabljajo se tudi prečiščeni ceramidi in sicer v kozmetični industriji (za kozmetične 

pripravke in pripravo dermatološko aktivnih snovi). Zelo pomembni so ceramidi kvasovk, 

saj so identični ceramidom v koži (optimalno delovanje). 

7.7. PROSTANOIDNI LIPIDI 

Prostanoidni lipidi, med katerimi so pomembni prostaglandini, levkotrieni ter trompoksani, 

imajo pomembno vlogo pri metabolizmu živali in ljudi, nekateri pa se uporabljajo tudi v 

medicini in sicer za indukcijo poroda ali pa v raziskovalne namene. 

8. REFERENCE 

1. Abril, R. /Barclay, W. /Meager, K. 1994. Heterotrophic production of long chain 

omega-3 fatty acids utilizing algae and algae-like microorganisms. I. Appl. Phycol. 

(1994) 6, 2,s. 123-129. 

2. Abril, R. /Barclay, W. 1998. Production of docosahexaenoic acid-enriched poultry eggs 

and meat using an algae-based feed ingredient. World-Review-of-Nutrition and 

Dietetics, s. 77-88.


3. Aur, A. M./Kauppinen, V. /Kiesvaara, M. /Nuutila, A. M. 1997. The effect of salinity, 

nitrate concentration, pH and temperature on eicosapentaenoic acid (EPA) production 

by the red unicellular alga Porphyridium purpureum. Journal of Biotechnology 55 (1), s. 

55-63. 

4. Bajpai, P. 1993. Eicosapentaenoic acid (EPA) production from microorganisms: a 

review. I. Biotechnology 30, 2, s. 161-183. 

5. Batič, M. /Kovač, B. /Raspor, P. 1992. Biotehnologija maščob in olj. V: 14. Bitenčevi 

živilski dnevi 1992: Lipidi, Ljubljana, BF Oddelek za živilstvo, s. 124-132. 

6. Batič, M. /Raspor, P. 1994. Kvasna biomasa kot aditiv. V: 16. Bitenčevi živilski dnevi 

1994: Aditivi, Ljubljana, BF Oddelek za živilstvo, s. 29. 

7. Batič, M. /Raspor, P. 1997. Bioprocesi predelave sekundarnih surovin in odpadkov v 

živilski industriji. V: 18. Bitenčevi živilski dnevi 1997: Moderne tehnologije predelave 

in kakovosti živil, Ljubljana, 12. in 13. junij 1997. Ljubljana, BF Oddelek za živilstvo, 

s. 89-94. 

8. Chian H., L. /Hung, C. C. /Jiunn S., C. 1997. Production of docosahexaenoic acid by 

marine microalga Isochrysis galbana TK2. Journal of the Chinese Agricultural 

Chemical Society 35 (1), s. 96-106. 

9. Empis, J. A. /Fernandes, H.L. /Gouveia, L. 1996. Eicosapentaenoic acid-rich biomass 

production by the microalga Phaeodactylum tricornutum in a continuous-flow reactor. 

Bioresource Technology, s. 83-88. 

10. Fidler, N. 1999. Biologische verfügbarkeit der docosahexaensäure bei stillenden 

müttern, Ljubljana, s. 75-84. 

11. Gimenez, A. /Gonzales, J. M. 1998. Optimization of fatty acid extraction from 

Phaeodactylum tricornutum UTEX640 biomass. Journal of the American Oil Chemists' 

Society; 75 (12), s. 1735-1740. 

12. Johri, B. /Satyanarayana, T. 1992. Lipids of thermophilic moulds. Indian-I. Microbiol. 

32, 1, s. 1-14. 

13. Kendrick, A. /Ratledge, C. 1992. Lipid formation in the oleaginous mould 

Entomophthora exitalis grown in continuous culture: effects of growth rate, temperature 

and dissolved oxygen tension on polyunsaturated fatty acids. Applied Microbiology and 

Biotechnology, s. 18-22. 

14. Kyle, D. J. 1991. Specialty oils from microalgae: new perspectives. Biotechnol. Plant- 

Fats + Oils, s. 130-143. 

15. Kyle, D. J. 1996. Production and use of a single cell oil which is highly enriched in 

docosahexaenoic acid. Lipid technology 8 (5), s. 107-110. 

16. Oba, K. /Someya, K. 1991. Fungus production of arachidonic acid. INFORM 2, 4, s. 

354-355. 

17. Raspor, P. 1992. Biotehnologija, BIA d.o.o., Ljubljana, s. 53-63 in 475-483. 

18. Raspor, P. 1996. Biotehnologija, BIA d.o.o., Ljubljana, s. 70. 

19. Ratledge, C. 1991. Microorganisms for lipids. Acta-Biotechnol. 11, 5, s. 429-438. 

20. Rehm, H. J. /Reed, G. 1997. Biotechnology, Vol. 7, Verlagsgesellschaft mbH, D-69451 

Weinheim, 1997, s. 133-197. 

21. Černelič, D. 1978. Alergija, Prešernova družba, Ljubljana, s. 177-178.

Mikrobna sinteza lipidov - Univerza v Ljubljani

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?