花生四烯酸的应用及制备

背景及概述^[1][2]

花生四烯酸是一种不饱和脂肪酸简称AA，化学名5，8，11，14-甘碳四烯酸(全顺式构型)。它存在于动物和人体的某些脏器，如脑、肝、胰和肾上腺等中，也存在于血小板和血管壁等的细胞膜上，为构成七画磷酸甘油酯的主要成分，是合成前列腺素的前体，所以在机体内可呈现多种功能。花生四烯酸为不饱和脂肪酸，高等动物只能从食物中获得的亚油酸合成，故属必需脂肪酸。花生四烯酸是ω- 6系列的一种人体重要的多不饱和脂肪酸，在维持机体细胞膜的结构与功能方面具有重要的作用。它不仅作为一种极为重要的结构脂类广泛存在于哺乳动物的组织( 特别是神经组织) 器官中，而且还是人体前列腺素合成的重要前体物质，具有广泛的生物活性和重要的营养作用，已经在保健食品、化妆品和医药等领域得到广泛应用。

生化代谢途径^[2]

花生四烯酸在生物体内以磷脂的形式存在于细胞膜上，在外界的刺激下，有两种生成途径，一种可能是在磷脂酶A2 降解下，生成游离的AA ；另一种可能是先被磷脂酶C 降解为乙酰基甘油(DG)，再在二酰基甘油脂酶作用下分解生成游离的AA 。游离的AA 在环加氧酶(CO)的作用下，先形成不稳定的环内过氧化物(PGG2和PGH2 )，进一步形成前列腺素(PG)、前列环素(PGI 2) 和血栓烷素(TXA2)。TXA2 在水溶液中不稳定，很快降解为TXB2 。PGI2 的性质也同样不稳定，在中性溶液可水解成6 - k - PGE1 。AA 经脂加氧酶(LPO)作用生成羟基二十碳四烯酸(HETEs)、白三烯(LTs)和脂氧素(LXS)。

应用^[2-3]

1. 新型的食品营养强化剂

由于婴幼儿体内的去饱和酶活性很低，即使摄取了足够的亚油酸，也无法合成满足生长发育所需要的AA量。胎儿是通过胎盘从母体获得AA并进行积累的，出后则是从母乳和膳食来获得AA 。如果母血中AA 水平低或人工喂养时膳食种类有限，都有可能造成胎儿和婴幼儿AA 缺乏。鉴于AA 是人类早期发育的必需营养素，对胎儿和婴幼儿中枢神经系统和视网膜神经发育的特殊作用，AA 主要应用于孕妇的营养补充剂和婴幼儿的配方食品。AA 是母乳的天然成分，世界各国几十年的研究发现，各地母乳构成均值较为一致，AA 的含量在0.5 %～ 0.7 %之间。它在母乳中含量较丰富，而在牛乳中却几乎没有。

1994 年，在联合国粮油组织和世界卫生组织联合专家所提交的《脂肪、油脂与人类营养》报告中，提出了新的膳食指导方针，推荐婴幼儿应通过膳食摄取AA ，推荐量为“足月婴儿每天每公斤体重40mg ，早产婴儿每天每公斤60mg” 。此后，各国政府相继批准了AA 作为营养强化剂添加到婴儿食品中。1999 年，我国卫生部正式承认AA 为新型的营养强化剂。截止到2001 年底，已经有近百个国家批准了AA 在婴幼食品中添加。在孕妇的营养补充剂中，专家建议除了加入DHA (二十二碳六烯酸)以外，还添加一定比例的AA ，DHA和AA 的比例在(2 ～ 4)∶1 ，这样能提高二者在母体血液和乳汁中的含量，不仅能给胎儿带来优良的脑和视神经的发育，也能减少孕妇产前子痫、产后抑郁症的发生率，对妊娠糖尿病患者也具有良好的调节作用。

2.功能食品因子

由于AA 及其代谢产物在人体内具有很强的生物活性，可以将AA 作为功能活性因子，制成适合不同人群的功能性食品或适合特殊人群的口服液，专家认为它将成为功能性食品开发新的增长点。AA 具有降低血糖、血脂，预防心血管疾病，提高免疫力，增加血管弹性等作用，AA 的代谢产物还可用于缓解神经紧张，调节中枢神经系统功能，而且对心脑血管疾病的防治有重要作用，例如前列腺素、白三烯、凝血恶烷。AA 是主要的必需脂肪酸，它与类脂质代谢有密切关系，对胆固醇的代谢也很重要。它不但不会像饱和脂肪酸那样，引起高脂血症、肥胖症，相反，有助于胆固醇转运代谢，避免了胆固醇在血管壁沉积发展为动脉粥样硬化，进而起到对高血压、冠心病、心肌梗死、脑血管病等疾病的预防作用。因此，AA 作为功能性食品具有广泛的应用前景和巨大的商业价值

3.富含AA 的鱼类饲料

在过去20 年里，国内外广泛研究了鱼类必需脂肪酸的需求。一般认为，鱼类对花生四烯酸的需求缓慢，由饲料( 鱼肉和鱼油) 中所含的花生四烯酸就可以满足，然而在鱼类生活周期的某个特殊阶段，可能需要高水平的花生四烯酸来适应环境。AA 有利于鱼类生长、存活及抵抗压力；促进鱼类繁殖，提高卵子、精子和幼苗的质量；调节鱼类的免疫功能。因此，富含AA 的鱼类饲料具有广阔的市场前景。

AA 除了在保健食品中具有广泛的应用，在化妆品中也有广泛的应用。AA 在功能上与γ- 亚麻酸相似，但AA 的护肤效果比γ- 亚麻酸更好；AA 可以取代或部分取代γ- 亚麻酸生产高档护肤化妆品；AA 还具有营养毛囊、促进毛发再生的功能，因此还可以用于开发护发产品，可预防和治疗脱发，国外已经有同类产品问世，如日本资生堂将AA 加到化妆品中，制成护肤护发防皱等美容用品，起到保护皮肤水分、延缓皮肤老化和治疗慢性湿疹的功效。AA在医学领域的应用相当广泛，90%以上的高纯度AA对治疗高血压、阻止受孕、人工流产、缓解支气管哮喘、鼻充血以及消化系统溃烂等疾病的疗效均十分显著。

制备^[3]

花生四烯酸的传统来源是动物肝脏、猪肾上腺、血液、鱼油和蛋黄等。但动物组织中的AA 含量很低，约为0.2%，并且受来源和季节的限制，用这种方法制备的AA 价格昂贵，不能满足市场的需要。

与传统制备方法相比，微生物发酵法制备花生四烯酸具有很大的优势：

①生产周期短，繁殖力强；

②不受气候、场地、季节、资源的影响；

③可以利用的菌种种类多，而且产量提高空间大；

④油脂成分更接近母乳。

从20 世纪70 年代开始，国外就开展了用发酵法生产花生四烯酸。现在英国、加拿大、美国和日本已有花生四烯酸的发酵商品投放市场。国内外资料显示，微生物发酵法生产花生四烯酸最早是在1979年发现Penicillium cyaneu 菌体内富含花生四烯酸。尽管我国在这方面的起步较晚，但是与国外相比，在含有花生四烯酸的菌种培养与选育方面具有一定的优势。

华中科技大学生命科学技术学院的周蓬蓬和余龙江等人通过诱变原始产花生四烯酸菌株获得了高山被孢霉T105 和高山被孢霉M20 等高产菌株，为我国在微生物发酵法生产花生四烯酸方面的研究作出了巨大的贡献。中国科学院等离子体物理研究所离子束生物工程中心的姚建铭和余增量等人用离子注入法诱变花生四烯酸产生菌-高山被孢霉( Mortierella alpina) N7，获得高产菌株I49- N18，为我国工业化微生物发酵法生产花生四烯酸奠定了坚实的基础。微生物发酵法生产花生四烯酸的主要流程为：

目前，研究的关键是寻找具有商业价值的高产菌株，研究的重点是优化培养条件和分离提取工艺。

主要参考资料

[1] 现代药学名词手册

[2] 姚昕, 秦文, 齐春梅, 等. 花生四烯酸的生理活性及其应用[J]. 粮油加工与食品机械, 2004 (5): 57-59.

[3] 于长青, 李丽娜. 花生四烯酸研究进展[J]. 农产品加工. 学刊, 2007 (4): 10-12.