植物多不饱和脂肪酸利用研究进展

第1页(共9页)植物多不饱和脂肪酸利用研究进展重庆师范大学生命科学学院生物科学（师范）专业2009级指导教师摘要：植物多不饱和脂肪酸（PUFAs）既具有广泛而重要的生物学功能，又有巨大的利用价值，随着对PUFAs的开发利用领域的扩大，对其的需求量也逐渐增大，因此本文主要对植物中的多不饱和脂肪酸种类，生理功能，提取分离方法，应用现状以及生物合成等五个方面进行了综述。关键字：多不饱和脂肪酸（PUFAs）；生理功能；基因工程；发酵；生物合成Abstract:Polyunsaturatedfattyacid(PUFAs)ofplantnotonlyhastheabroadandimportantbiologicalfunction,butalsohasgreatvalueinuse.WiththeexpansionofthefieldofthedevelopmentandutilizationforPUFAs,thedemandforPUFAsisincreasing.Sothispaperfocusesonkindsoftheunsaturatedfattyacidinplant,physiologicalfunction,methodsofextractionandseparation,applicationstatusandbiosynthesisandsoon.Keywords:polyunsaturatedfattyacid(PUFAs);physiologicalfunction;geneengineering;fermentation;biosynthetic.多不饱和脂肪酸简称PUFAs，是指含有两个或两个以上双键的长链脂肪酸。多不饱和脂肪酸是一种特殊的生物活性物质，它在机体内具有较广泛的生理功能和生物学效应，而且双键愈多，不饱和程度愈高，营养价值也愈高，因此它已成为目前人们研究的热点之一。下面就主要介绍多不饱和脂肪酸种类，生理功能，提取利用以及生物合成等方面的研究进展。1多不饱和脂肪酸的种类和来源1.1多不饱和脂肪酸的种类第2页(共9页)多不饱和脂肪酸因其结构特点及在人体内转化方式不同，主要分成ω-3和ω-6两个系列。在多不饱和脂肪酸分子中，距羧基最远端的双键是在倒数第3个碳原子的称为ω-3多不饱和脂肪酸，如在第六个碳原子上的，则称为ω-6多不饱和脂肪酸。其中ω-3系列包括十八碳三烯酸（俗称α-亚麻酸）（ALA）、二十碳五烯酸（EPA）、二十二碳六烯酸等，ω-6系列包括十八碳二烯酸（俗称亚油酸，LA）、十八碳三烯酸（俗称γ-亚麻酸，GLA）、二十碳四烯酸（俗称花生四烯酸，AA）等[1]。1.2多不饱和脂肪酸的常规来源多不饱和脂肪酸（PUFAs）通常来源于高等植物种子、动物内脏和鱼油。植物油中都含有LA与ALA，只是不同种类油中两者相对比例和含量差别很大。大多数植物油富含LA，如玉米胚芽油、棉籽油、燕麦油、芝麻油、大豆油、红花籽油和葵花籽油等。部分植物油富含多不饱和脂肪酸，如大豆油、亚麻籽油和低芥酸菜籽油等ALA含量较高。某些特殊油种，如月见草油、琉璃苣油和黑加仑籽油中GLA含量较高。动物性食物，尤其是蛋黄、内脏中富含AA、EPA。AA在植物油中含量很少仅微量存在于苔藓蕨类种子油中，但其广泛分布于动物中性脂肪中，如牛乳脂、猪牛脂肪、血液磷脂等。陆地植物油中几乎不含EPA、DHA，但在藻纲植物中含量较高，鱼油中EPA、DHA的含量最高[1-3]。然而现在PUFAs的植物来源受到气候、地域的限制，并且植物资源受农药污染的威胁，同时鱼油有特殊气味，而且在提炼过程中易氧化，工艺复杂尚不能满足市场需求。为此，人们积极研究寻求替代的生物资源，如油料作物的遗传改良及低等动植物的综合利用，尤其从微生物菌群中寻找高产油脂菌等。2多不饱和脂肪酸的生理功能2.1多不饱和脂肪酸与心血管系统疾病多不饱和脂肪酸可降低LDl（低密度脂蛋白）-胆固醇，且随着脂肪酸不饱和度的增加这种作用更加明显。多不饱和脂肪酸对动脉血栓形成和血小板功能有明显影响。亚油酸的摄入量与血浆磷酯、胆固醇酯和甘油三酯中的亚麻油含量有很第3页(共9页)强的相关性。γ-亚麻酸在临床上的试验结果表明有降血脂作用，对甘油三酯、胆固醇、β-脂蛋白的下降有效性在60％以上，而且γ-亚油酸在体内转变成具有扩张血管作用的前列腺环素（PGI2），能够保持与血管收缩素的平衡，可防止血栓形成。多不饱和脂肪酸可能还具有降血压作用。通常认为，亚油酸能影响血压的原因在于其能改变细胞膜脂肪酸的构成及膜流动性，进而影响离子通道活性和前列腺素的合成[3]。2.2多不饱和脂肪酸与细胞生长PUFAs是细胞膜磷脂的主要成分，对细胞膜的功能有决定性影响。要保持膜的相对流动性，脂肪酸必须有适度不饱和性，以适应体内的粘度且具有必要的表面活性。现有研究显示PUFAs对脑、视网膜和神经组织发育有影响。DHA和AA是脑和视网膜中两种主要的多不饱和脂肪酸，它对婴幼儿眼的功能发育及保护视力是必须的，另外DHA还是大脑皮质的主要成分，南美洲智利的Uauy-Dagach证明DHA对神经系统有重要的作用[3]。2.3多不饱和脂肪酸调控基因表达PUFAs对基因表达的调控表现在可直接控制细胞核的活动，来调控某些基因的转录。而膳食中的PUFAs对脂肪酸的生物合成和氧化，癌诱变和胆固醇水平也有独特的调控作用，这是由于PUFAs可调控一些编码代谢关键酶的基因表达。因此PUFAs对细胞的生化活性、转移过程、细胞刺激反应均有影响，并参与病理过程，如致癌作用和心血管疾病等[4]。2.4多不饱和脂肪酸的免疫调节作用脂质中的PUFAs可作为生物体内细胞因子基因转录的响应因子。研究表明PUFAs能影响机体内的免疫机能，若PUFAs发生脂质过氧化或降低抗氧化水平则会抑制T细胞的免疫功能；高剂量的PUFAs怎会显著降低淋巴细胞增值、细胞因子产量下降；降低延迟性过敏反应及抗体生成数量。而低剂量的PUFAs则相反[5]。另外ω-3与ω-6的比例也会对免疫功能产生影响。2.5多不饱和脂肪酸的其他作用多不饱和脂肪酸除了以上的几个方面的作用之外，还有防止皮肤老化、延缓衰老、抗炎、抗过敏反应、抗癌、促进毛发生长、增强胰岛素的作用及抑制胃溃疡及胃出血等作用。第4页(共9页)3多不饱和脂肪酸的开发与利用3.1多不饱和脂肪的分离提取对多不饱和脂肪酸的分离提取最传统的两种方法就是压榨法和溶剂浸出法，不过这两种方法各有优缺点，传统的压榨法压榨后其蛋白质已经变性，不好利用，但出油率高；而溶剂浸出法虽具有产量大，出油率高，蛋白质不变性的优点，但是不足的是产品中的溶剂残留较难控制，并且萃取的纯度不高[3]。后来人们为了分离提取到更多更纯的多不饱和脂肪酸又创新了很多的方法，如：尿素包合法、分子蒸馏法、超临界流体萃取法、微生物发酵法、脂肪酶浓缩法等方法。分级分离法、尿素包含法这两种方法的工艺原理简单，操作方便，但不足在于分离效率不高。分子蒸馏法的原理是利用混合物组分的挥发度不同而得到分离。蒸馏时，饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸首先被蒸出，而双键较多的不饱和脂肪酸则最后蒸出，本方法的优点是蒸馏温度较低，可有效地防止多烯不饱和酸受热氧化分解，缺点是需要高真空设备，且能耗较高。超临界流体萃取法是近几年发展起来的一种新的分离技术，也是目前国内外研究的热点。它的基本原理是通过调节温度和压力使原料各组份在超临界流体中的溶解度发生大幅度变化而达到分离目的。与传统萃取法相比，由于超临界流体具有良好的近于液体的溶解能力和近于气体的扩散能力，因而萃取效率大大提高。另外，超临界流体萃取常常选用CO2（临界温度31.3℃，临界压力7.374MPa）等临界温度低且化学惰性的物质为萃取剂，因此特别适用于热敏物质和易氧化物质的分离[6]。并且超临界CO2萃取技术和分子蒸馏技术都是纯物理技术，有利于保持产品纯天然特性，是提取及精制PUFAs的理想方法，缺点在于两者都是利用分子量大小来分离脂肪酸，可以分离碳原子数目不同的脂肪酸，但对碳原子数相同饱和度不同的脂肪酸则难以分离。所以对于PUFAs的分离提取方法还需要我们继续研究探索，以便找到易操作、成本低、效率高的更理想的方法。3.2多不饱和脂肪酸的利用及存在的问题3.2.1食品方面多不饱和脂肪酸是人体必须的营养物质之一，基于其生理功能，一旦缺少会导致各种疾病的发生，因此多不饱和脂肪酸可用作食品的营养强化因子，比如说第5页(共9页)将GLA添加到牛奶与奶粉中，可提高其营养价值，使牛奶与奶粉接近母乳。2001年邓宇峰利用微胶囊技术，研究以B-环糊精为主，明胶、酪蛋白、卵磷脂等多种材料为辅作为复合壁材，以富含DHA、EPA等PUFAs为心材，采用喷雾干燥法制成ω-3PuFAs微胶囊，产品的流动性和溶解性良好，并在冰淇淋、酸奶和威化饼干中应用，取得了满意的结果[7]。另外牛奶中还可加人EPA、DHA来强化PuFAs，DHA可添加到蛋黄粉、蛋黄油、玉米醇溶蛋白粉等产品中。EPA、DHA还可用于鱼类罐头、糖果、乳酸饮料的生产，以提高日常PuFAs的摄入量。此外不少国家还推出了许多PUFAs的保健食品及生产富含PUFAs的油脂及营养胶丸。如孟都山公司选用微藻Schlzoclytyiu来生产富含DHA的油脂。巴斯夫日本公司将食用多不饱和脂肪酸利用复合包壁材料及先进的加工技术，对精制鱼油进行微胶囊化处理，制成微胶囊粉末油脂，并通过二次包埋改善其流动性，有效防止传统鱼油产品易氧化，有异味等缺陷[2]。小麦胚芽油营养胶丸是目前国际最流行的一种营养滋补品。而我国也推出了一些保健食品如无锡金龙牌脑黄金大补膏，小精灵DHA健脑液等。现在市场上还开发出了食用油产品系列，如：ω-6型油类：玉米油、花生油、芝麻油、葵花籽油、红花籽油；ω-3型油类：亚麻籽油、油菜籽油、核桃油等形成功能性突出、脂肪酸配比合理、营养价值高的食用油产品系列，既能满足人们对同常食用营养的需求，又能提供特有的保健功能[7]。3.2.2医学方面通过临床实验发现，PUFAs具有抗炎症、抗肿瘤、调节血脂、提高免疫力、预防心血管疾病和糖尿病及治疗精神分裂病等多种生理功能。因此多不饱和脂肪酸可以作为特定的药物进一步地研究开发并应用。目前，日本学者研究并开发了多种富含α-亚麻酸的药物制剂，用于预防脑栓塞、高胆固醇症、高血压肌梗死、气喘、过敏性疾病、癌症等多种慢性疾病。美国国癌症研究所已将亚麻子油列为抗癌食品。韩国对以苏子油为主进行防治循环系统疾病的药物研究方兴未艾。我国对富含α-亚麻酸动植物的药用研究也很多，如亚麻子油、苏子油、蚕蛹油的药用新剂型研究等[8]。3.2.3日用品方面不饱和脂肪酸又被称为美容酸，如果不饱和脂肪酸供应充足，人的皮肤就会细嫩润泽，头发乌黑发亮，因此基于PUFAs具有美容护肤，促进毛发生长、改善第6页(共9页)发质的作用，我们可以将其作为美容护肤的功能因子添加到护肤品及美容美发产品中。例如一些洗涤化妆品就是利用天然植物油脂(如月见草油)开发出来的，主要利用的就是其中的花生四烯酸和α-亚麻酸的营养保护功能[8]。另外也有资料显示，不饱和脂肪酸还具有减肥的功效，可以制成多种减肥产品。所以PUFAs现在开始成为以功能性食品为首的许多领域的热点，LA、GLA和ALA主要是通过筛选过的植物种子来提取，而AA、EPA和DHA从海洋鱼油中提取，一些哺乳动物也能提取AA。但是随着经济的发展，PUFAs的植物来源越来越受气候和地域的限制，并且还遭受到农药污染的威胁，在提炼过程中也因为易氧化，工艺复杂等原因，现在越来越不能满足市场的需求了。另一方面现在由于各国老年人口比例的逐渐增加，心脑血管疾病的肆虐，以及人们对健康的日益重视，PUFAs的需求量也将会愈来愈多。因此，目前的PUFAs资源远远不能满足市场需求，那么寻找更为经济、稳定、安全、可持续的PUFAs来源便成为当务之急。为了能够满足人们对PUFAs的需求迫切需要我们以生物合成的方法来生产。4多不饱和脂肪酸的生物合成方法4.1发酵法生产PUFAs研究发现发酵法是PUFAs稳定经济的来源