Δ12/Δ15脂肪酸脫飽和酶在發(fā)酵食品中應(yīng)用的研究進(jìn)展

吳 琛，姜 楠，田文雪，王儒紅，欒濱羽，史海粟，武俊瑞，烏日娜，岳喜慶

（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，遼寧 沈陽 110866）

Δ12/Δ15脂肪酸脫飽和酶（Δ12/Δ15 fatty acid desaturase，F(xiàn)ADS12/15）幾乎存在于所有生命體中，具有高度保守性，其在脂肪酸需氧合成途徑中催化必需脂肪酸（essential fatty acid，EFA）的合成，調(diào)控多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFA）的從頭合成和長鏈多不飽和脂肪酸合成、調(diào)節(jié)ω-3脂肪酸和ω-6脂肪酸比例，促進(jìn)其發(fā)揮益生作用。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，選取高催化活性的植物、動物和微生物FADS12/15基因進(jìn)行過表達(dá)，提高亞油酸（linoleic acid，LA，）和α-亞麻酸（α-linolenic acid，ALA，）水平，為EFA和長鏈多不飽和脂肪酸傳統(tǒng)合成提供了新方法。發(fā)酵食品作為實(shí)驗(yàn)中可控制的微生物生態(tài)系統(tǒng)，其微生物多樣性為FADS12/15基因工程菌構(gòu)建提供了便利條件。在此基礎(chǔ)上，選用優(yōu)良發(fā)酵菌株構(gòu)建高產(chǎn)不飽和脂肪酸（unsaturated fatty acid，UFA）工程菌株，應(yīng)用于食品發(fā)酵工業(yè)，將滿足消費(fèi)者對功能食品的需求。

1 FADS12/15催化機(jī)理及其關(guān)鍵作用

FADS12由協(xié)調(diào)催化中心的3 個高度保守的組氨酸序列（HX3～4H、HX2～3HH、H/QX2～3HH）編碼[1]，屬于膜結(jié)合脫飽和酶，在脂肪酸代謝和維持細(xì)胞膜功能中具有重要作用[2-7]。FADS12作為PUFA合成的關(guān)鍵限制酶，通過胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域和跨膜螺旋1中的殘基與油酸（oleic acid，OA，親水性輔酶A基團(tuán)通過靜電相互作用形成氫鍵，催化OA-LA反應(yīng)[8-10]。OA是EFA合成中首個UFA，具有雙重作用[11]；LA作為ω-3和ω-6途徑合成花生四烯酸（ara chidonic acid，AA，、二十碳五烯酸（eicosapentaenoic acid，EPA，、二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid，DHA，等的UFA底物，具有重要生理作用和工業(yè)價值[12-21]，因此，F(xiàn)ADS12的催化作用在脂質(zhì)代謝和人體健康中發(fā)揮不可替代的功能。FADS12廣泛分布在幾乎所有植物和微生物中，除無脊椎動物外，在大多數(shù)動物中不存在[22-25]，不同物種間催化活性各不相同[26]，植物中最高催化活性為93.80%（紅花，Carthamus tinctorius）、酵母中最高為94.00%（巴斯德畢赤酵母GS115，Pichia pastorisGS115）、霉菌中最高為88.00%（高山被孢霉1S-4，Mortierella alpine1S-4）、藻類中最高為99.42%（小球藻NJ-7，Chlorella vulgarisNJ-7）。

FADS12在脂肪酸代謝中為UFA合成提供最初底物，而UFA在膜結(jié)構(gòu)和功能方面起重要作用，調(diào)節(jié)參與脂質(zhì)代謝的蛋白質(zhì)基因轉(zhuǎn)錄，調(diào)控脂肪酸脫飽和酶和延伸酶的表達(dá)。近年來，對于微生物和植物中的FADS12研究繁多，微生物源FADS12/15基因的鑒定、功能分析、催化活性的提高等增加EFA和UFA含量的生物技術(shù)手段應(yīng)用廣泛。FADS12/15在生產(chǎn)LA、積累特定脂肪酸、改善脂肪酸組成、提高生物膜流動性及耐受性中扮演不可或缺的角色[27-33]，通過基因工程等手段促進(jìn)不同物種間FADS12/15基因的高效表達(dá)，提高FADS12/15催化活性對于食品發(fā)酵行業(yè)的發(fā)展意義重大。

2 FADS12/15參與脂肪酸代謝途徑

脂肪酸脫飽和酶可分為3 類：1）酰基-?；d體蛋白脫飽和酶；2）?；?脂質(zhì)脫飽和酶；3）?；?輔酶A脫飽和酶。FADS12/15屬于?；?脂質(zhì)脫飽和酶，其參與脂肪酸代謝途徑如圖1所示。高等真核生物細(xì)胞膜中PUFA合成主要通過FADS12和FADS15參與的代謝途徑[35-36]，在此基礎(chǔ)上以LA和ALA為核心底物，通過系列脂肪酸脫飽和酶、延伸酶和異構(gòu)酶催化合成PUFA[37-39]。

圖1 FADS12/15參與脂肪酸代謝途徑[34]Fig.1 Fatty acid metabolism pathways in which FADS12/15 are involved[34]

FADS12催化OA轉(zhuǎn)化為LA，在OA碳鏈的第9位碳原子和甲基端碳之間，利用細(xì)胞色素b5和NADH-細(xì)胞色素b5還原酶系統(tǒng)提供的兩個電子和一個氧分子，完成第12位碳雙鍵的引入，產(chǎn)生LA。LA作為必需多不飽和脂肪酸，在FADS15和其他脂肪酸脫飽和酶代謝作用下產(chǎn)生ALA、γ-亞麻酸（γ-linolenic acid，GLA，、共軛亞油酸（conjugated linolenic acid，CLA，、AA、EPA、DHA等對哺乳動物具有重要功能的長鏈和超長鏈脂肪酸[40-48]。這些脂肪酸與甘油結(jié)合形成三酰基甘油，長鏈的三酰基甘油在小腸中被胰脂肪酶水解，產(chǎn)物2-單?；视团c其他脂肪酸溶解在膠束中由小腸黏膜細(xì)胞吸收，重新合成為三?；视?，形成乳糜微粒，通過乳腺淋巴管釋放參與循環(huán)，運(yùn)輸至周圍組織，完成脂肪酸的消化吸收與代謝[49-50]。

根據(jù)距離碳鏈甲基端最近雙鍵的位置，UFA又可分為ω-3和ω-6 PUFA[51-52]，對人體生長發(fā)育、認(rèn)知功能和視覺功能、調(diào)節(jié)基因表達(dá)、膜磷脂活性至關(guān)重要，但兩者及其衍生物在功能上略有差異[53-56]。ω-3 PUFA與癌癥、炎性疾病、脂肪肝、自身免疫反應(yīng)和心血管疾病、糖尿病、肥胖等慢性病發(fā)病率密切相關(guān)[57-65]，ω-6 PUFA中的AA、雙高-GLA是重要的前體物質(zhì)，AA衍生物類花生酸具有炎性[66-67]，EPA、DHA則具有抗炎性作用。ω-6脂肪酸可在相應(yīng)的脫飽和酶作用下轉(zhuǎn)化為ω-3脂肪酸，兩者的前體脂肪酸分別為LA和ALA，因此，催化LA和ALA形成的FADS12/15在調(diào)節(jié)UFA比例、EFA分布中具有重要作用[68]。

3 FADS12/15生物來源

歷年來，F(xiàn)ADS12/15因其在復(fù)雜的脂肪酸代謝中的關(guān)鍵作用一直被眾多研究者關(guān)注，近10 年來，對FADS12/15的研究逐漸由代謝機(jī)理向基因水平擴(kuò)展。其中以基因工程和酶工程為核心的生物技術(shù)是最重要的研究手段，鑒定FADS12/15基因、探究FADS12/15功能性、提高不同生物中FADS12/15基因表達(dá)水平已成為研究熱點(diǎn)。通過對植物、動物和微生物來源的FADS12/15基因進(jìn)行修飾表達(dá)來提高該酶活性的研究趨勢日益發(fā)展[69-71]，許多基因工程油料作物、動物和海洋微生物已通過成功表達(dá)FADS12/15基因，顯著提高LA、ALA、GLA、CLA等脂肪酸在不同物種中的積累。Wang Yanan等[33]發(fā)現(xiàn)在產(chǎn)油紅東酵母菌（Rhodosporidium toruloides）中過表達(dá)高山被孢霉（M.alpina）和鐮刀菌（Fusarium verticillioides）FADS12基因后，LA含量增加為原來的5 倍；Zhang Yao等[72]通過使FADS6和FADS12基因在卷枝毛霉（Mucor circinelloides）中同源過表達(dá)將GLA含量提高至總脂肪酸的43%，高出對照菌株38%；Lamers等[30]通過在許旺酵母（Schwanniomyces occidentalis）中同源和異源過表達(dá)FADS12基因，使LA含量提高至0.08 g/g生物量。

目前，不同物種中FADS12/15的鑒定體系已較為成熟，其脂肪酸代謝功能研究步驟完整，F(xiàn)ADS12/15與人體健康之間的聯(lián)系[73-76]、自身催化作用的底物選擇性研究趨勢不斷擴(kuò)大，應(yīng)用基因工程等現(xiàn)代生物技術(shù)提升不同物種FADS12/15活性水平，促進(jìn)發(fā)酵食品原料和發(fā)酵菌種應(yīng)用效益，對未來發(fā)酵食品發(fā)展意義重大。

3.1 植物來源FADS12/15

植物中FADS12/15以微粒體脂肪酸脫飽和酶形式存在，根部FADS12/15含量受環(huán)境因素影響而呈顯著波動變化[77]，莖和葉中FADS12/15位于葉綠體，含量微少。植物種子和果實(shí)是油脂的主要來源，F(xiàn)ADS12/15含量豐富[78]。眾多植物中，油料作物是迄今為止最重要植物基油脂來源，但不同油料作物中FADS12活性差異明顯，脂肪酸的組成和含量差異巨大。大麻（Cannabis sativa）中FADS12催化活性最高，為72.00%，而同為油料作物的花生和油棕僅為29.41%和27.56%（表1）。過去20 年內(nèi)，研究者進(jìn)行了大量工作破譯編碼脂肪酸生物合成中重要的酶基因，且進(jìn)展顯著[79-82]。近幾年，植物生物技術(shù)的發(fā)展為FADS12/15研究帶來新契機(jī)，基因工程和分子遺傳學(xué)在提高植物脂肪酸含量中的應(yīng)用促使對植物FADS12/15的研究上升至嶄新的高度[83]，尤其是根癌農(nóng)桿菌（Agrobacterium tumefaciens）的高基因整合率、表達(dá)水平穩(wěn)定的特點(diǎn)有利于FADS12/15基因表達(dá)，極大地促進(jìn)了植物中FADS12/15代謝機(jī)理研究。

表1 植物來源FADS12/15催化活性Table 1 Catalytic activity of plant-derived FADS12/15

3.2 動物來源FADS12/15

哺乳動物自身不能合成OA和LA，F(xiàn)ADS12/15來源微少。如表2所示，線蟲FADS12催化活性在6.25%～88.43%之間，秀麗隱桿線蟲和異線蟲具有FADS15催化活性，無脊椎動物秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis elegans）是最具代表性的FADS12/15來源動物[93-96]。C.elegans以細(xì)菌為食，擁有合成二十碳四烯酸和EPA所需的全部酶類[97]。不同于傳統(tǒng)哺乳動物和陸地動物，C.elegans可以利用FADS12將OA轉(zhuǎn)化為LA，通過FAT-1ω-3脫飽和酶催化ω-6脂肪酸轉(zhuǎn)化為ω-3脂肪酸，提高ω-3/ω-6 PUFA比例[98-101]，其作為FADS12來源的潛在動物[102]，喂食高產(chǎn)飽和或單不飽和脂肪酸細(xì)菌，定向、高效合成LA、AA和EPA具有廣闊前景。金小蜂、煙夜蛾、灰斑古毒蛾、白薯天蛾和臭椿皮蛾等昆蟲中FADS12/15含量豐富[103]，但不能被有效利用，而蠶蛹中高活性FADS12/15可使其ALA相對含量達(dá)到72.80%，成為補(bǔ)充EFA的優(yōu)質(zhì)動物來源。FADS12/15在三文魚、硬骨魚[104]、羅非魚[105]、鮭魚[106]、鯰魚[107]等海洋魚類中調(diào)控脂肪酸代謝途徑，這些魚類ω-3/ω-6 PUFA含量豐富，是膳食獲取FADS12/15和PUFA的重要海洋資源。

3.3 微生物來源FADS12/15

3.3.1 FADS12/15細(xì)菌來源

細(xì)菌中存在FA D S 1 2 的菌種有金黃色葡萄球菌ATCC 34304（Thraustochytrium aureumATCC 34304），催化活性為35.80%[109]。雙歧桿菌（Bifidobaacterium lactobacillus）、丙酸桿菌（Propionate bacillus）、乳桿菌（Lactobcaillus）、乳球菌（Lactococcus）等益生菌中多為共軛脂肪酸異構(gòu)酶研究[110]，細(xì)菌來源的FADS12/15研究報道較少，在最常用的活性功能鑒定宿主細(xì)菌大腸桿菌（Eschrichia coli）中也鮮見FADS12/15相關(guān)報道。大腸桿菌TOP 10（E.coliTOP 10）和大腸桿菌DH5α（E.coliDH5α）是應(yīng)用廣泛的表達(dá)宿主菌株，將FADS12/15基因克隆連接到pGEM-T[111]、pUC57[112]、pMD18-T[113]、pMLD30[114]等載體中，導(dǎo)入感受態(tài)大腸桿菌TOP 10（E.coliTOP 10）或大腸桿菌DH5α（E.coliDH5α）中是確定FADS12/15特性及功能性的首要研究步驟。目前，眾多學(xué)者使用大腸桿菌TOP 10（E.coliTOP 10）或大腸桿菌DH5α（E.coliDH5α）作為模式菌株，鑒定目標(biāo)基因?yàn)榫哂芯幋aFADS12/15活性功能的酶基因，通過構(gòu)建FADS12/15-載體表達(dá)系統(tǒng)提高催化活性或改變產(chǎn)油脂菌株原有脂肪酸組成，積累不飽和脂肪酸以增加菌株的應(yīng)用價值已成為常規(guī)研究思路。

3.3.2 FADS12/15酵母菌來源

在酵母中，F(xiàn)ADS12/15主要來自巴斯德畢赤酵母（P.pastoris）、解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica）、斯氏油脂酵母（Lipomyces starkeyi）、林油脂酵母（Lipomyces kononenkoae）、近平滑假絲酵母（Candida parapsilosis）、多形漢遜酵母（Hansenula polymorpha）和解脂假絲酵母（Candida lipolytica），菌株間催化活性相差較大（表3）。一些常見工業(yè)化酵母一般只含有一種脂肪酸脫飽和酶或極少含有脂肪酸脫飽和酶。與細(xì)菌FADS12相似，釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）中只含有一種OLE1基因編碼的位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的FADS9，在正常生長條件下，不能產(chǎn)生LA和亞麻酸（ALA和GLA）[115]，因此不含有FADS12。在解脂耶氏酵母（Y.lipolytica）、斯氏油脂酵母（L.starkeyi）和巴斯德畢赤酵母（P.pastoris）中，F(xiàn)ADS12催化活性分別為82.49%、80.31%和46.40%，C.lipolytica中僅為11.00%。巴斯德畢赤酵母GS115（P.pastorisGS115）自身存在的FADS12/15與其他真菌FADS12具有高度一致性，并與克魯維酵母（Saccharomyces kluyveri）FADS15具有57%的一致性，具有雙重脫飽和酶活性，這解釋了其催化活性高達(dá)94.00%。

表2 線蟲FADA12/15催化活性Table 2 Catalytic activity of nematode-derived FADA12/15

表3 酵母菌來源FADS12/15催化活性Table 3 Catalytic activity of yeast-derived FADS12/15

3.3.3 FADS12/15霉菌來源

微生物中霉菌為FADS12/15的重要來源，絲狀產(chǎn)油真菌高山被孢霉屬合成大量PUFA和C18脂肪酸，作為主要研究霉菌，M.alpine中的脂肪酸脫飽和酶研究廣泛，其FADS12是第一個克隆非植物來源FADS12基因的實(shí)例[123]。如表4所示，霉菌來源FADS12/15在毛霉屬中分布比例較大，高山被孢霉屬為主要來源。Shi Haisu等[124]總結(jié)了高山被孢霉屬生產(chǎn)PUFA的關(guān)鍵優(yōu)勢，并證明高山被孢霉ATCC 32222（M.alpineATCC 32222）Δ6脂肪酸脫飽和酶具有ALA底物偏好性，為M.alpineFADS12/15在PUFA研究提供重要方向。不同種屬FADS12催化活性在17.60%～88.70%之間，在不同溫度條件下催化活性存在差異，其中M.alpine1S-4的FADS12催化活性最高，為88.70%。M.alpine1S-4長期以來被應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)AA[125]，近年來，眾多研究者通過同源或異源表達(dá)M.alpine1S-4的FADS12/15基因，改造受體菌株脂肪酸組成，人為定向生產(chǎn)PUFA，成功擴(kuò)展了FADS12/15在EFA生產(chǎn)中的應(yīng)用。

3.3.4 FADS12/15藻類來源

FA D S 1 2/1 5 在小球藻（C.v u l g a r i s）、藍(lán)藻（C y a n o b a c t e r i a）、綠藻（G re e n a l g a）、萊茵衣藻（Ch ala mydomonas reinhardtii）、微擬球藻（N a n n o c h l o ro p s i s o c e a n i c a）、羅德衣藻（Chlamydomonas raudensis）和等鞭金藻（Isochrysis g a l b a n a）中存在。如表5 所示，除等鞭金藻（I.galbana）外，其他藻類FADS12催化活性均在58.00%以上，C.vulgarisNJ-7高達(dá)99.42%。藻類是FADS12/15和ω-3脂肪酸的潛在海洋資源來源[134]，其脂肪酸組成受培養(yǎng)模式[135]、營養(yǎng)壓力[136]和環(huán)境因素[137]顯著影響，氮源是影響藻類FADS12/15基因轉(zhuǎn)錄水平的有效因素[138-139]，通過氮饑餓或氮剝奪促進(jìn)FADS12/15基因表達(dá)，對擴(kuò)大藻類FADS12/15來源意義重大[140-144]。大部分藻類FADS12/15代謝產(chǎn)物L(fēng)A或ALA相對含量低于10%，不同溫度、鹽分、光照和生長階段都會對FADS12/15參與的脂肪酸代謝產(chǎn)生顯著影響，合理調(diào)節(jié)藻類生長條件提高FADS12/15活性，有利于推動FADS12/15在海洋資源中的應(yīng)用。

4 FADS12/15在發(fā)酵食品中應(yīng)用

4.1 發(fā)酵乳制品

4.1.1 酸奶

酸奶制作的主要動物乳源是牛乳，其次是羊乳和驢乳，牛乳中自然含有FADS12/15，但在常規(guī)條件下活性有限，LA和ALA含量微少。長期食用酸奶可提高人體ω-6脂肪酸水平[151]，但羊乳中FADS12/15代謝活性較低，缺少對人體健康有益的長鏈脂肪酸因子，使其發(fā)酵制品消費(fèi)受到限制，膳食補(bǔ)充彌補(bǔ)FADS12/15活性不足以增加PUFA攝入量是重要的替代方法[152]。酸奶在發(fā)酵過程中pH值影響FADS12/15分子催化活性區(qū)解離狀態(tài)和底物解離狀態(tài)，致使短鏈和中鏈脂肪酸含量逐漸增加而PUFA含量缺乏[153]，選用高活性FADS12/15基因工程益生菌增補(bǔ)脂肪酸含量在酸奶中的應(yīng)用將發(fā)揮重要作用。此外，補(bǔ)充油性飼料和調(diào)控粗、精飼料比例促進(jìn)原料乳FADS12/15基因表達(dá)[154-156]，添加耐酸性FADS12/15益生菌株發(fā)酵劑提高FADS12/15活性，補(bǔ)加OA、LA等底物脂肪酸[157]和植物油脂[158]，豐富EFA種類和含量等方法為FADS12/15在酸奶中應(yīng)用提供有效手段[159-161]。

表4 霉菌來源FADS12/15催化活性Table 4 Catalytic activity of mold-derived FADS12/15

表5 藻類來源FADS12/15催化活性Table 5 Catalytic activity of algae-derived FADS12/15

4.1.2 干酪

干酪制作主要選用羊乳（山羊乳、綿羊乳）、牛乳（水牛乳、牦牛乳、奶牛乳）或混合乳[161]。原料乳中的脂肪是影響干酪風(fēng)味、質(zhì)構(gòu)、色澤和穩(wěn)定性的重要成分[162]。脂肪中的PUFA是干酪發(fā)揮益生作用的健康因子，飲食調(diào)整提升FADS12/15催化活性、豐富PUFA含量是有效策略[163-169]。Petkov[170]和Borkova[171]等給母羊喂食富含ω-3/ω-6 PUFA藻類，調(diào)節(jié)FADS12催化活性，增補(bǔ)羊乳中長鏈脂肪酸；Vargas-Bello-Perez等[172]通過給予奶牛橄欖油補(bǔ)充飲食，促進(jìn)了FADS15基因表達(dá)，增加了干酪中ALA含量。近年來，干酪中有益脂肪酸含量提升的可行性已成為關(guān)注重點(diǎn)，F(xiàn)ADS12/15研究對于增加CLA、ω-3/ω-6 PUFA含量，滿足消費(fèi)者的健康需求意義重大[173-175]。但食用干酪后脂肪酸是否能夠突破人體消化屏障，如何參與體內(nèi)脂肪酸代謝等問題證據(jù)尚不充足，F(xiàn)ADS12/15在干酪中研究意義深遠(yuǎn)。

在泌乳初期得到的富含OA的原料乳中添加高產(chǎn)FADS12/15發(fā)酵菌株，富集LA和ALA，對提升干酪品質(zhì)和營養(yǎng)價值至關(guān)重要[176-177]。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合基因工程技術(shù)，Sakuradani等[123]構(gòu)建米曲霉宿主-載體系統(tǒng)表達(dá)FADS12基因，修飾米曲霉中脂肪酸組成，拓展了FADS12/15在干酪中的應(yīng)用。此外，Luo Xue等[68]成功鑒定出白霉干酪中白地霉FADS12基因具有雙功能特性，可分別催化OA、LA產(chǎn)生LA和ALA；Mano等[178]引入ω-3脂肪酸脫飽和酶基因進(jìn)行工程設(shè)計獲得解脂耶氏酵母（Y.lipolytica）基因工程菌株，將干酪乳清ALA含量提高至10.5 mg/g（以細(xì)胞干質(zhì)量計），增加了基因工程技術(shù)在干酪中的綜合利用效益。除上述FADS12研究外，其他干酪霉菌FADS12研究報道較少，F(xiàn)ADS12在干酪中應(yīng)用仍處于起始階段。常用發(fā)酵劑菌種FADS12/15功能性鑒定和其活性提高將極大促進(jìn)干酪營養(yǎng)價值和市場份額，擴(kuò)展FADS12/15在發(fā)酵乳制品中應(yīng)用。

4.2 發(fā)酵果蔬制品

4.2.1 泡菜

泡菜以卷心菜、蘿卜、黃瓜等原料輔以各種調(diào)味料制作而成，是傳統(tǒng)的乳酸菌發(fā)酵食品[179]，富含維生素、礦物質(zhì)、益生菌和有機(jī)酸[180]，營養(yǎng)價值極高[181]。泡菜中乳桿菌屬（Lactobacillus）、隱球菌屬（Cryptococus）、小球菌屬（Micrococus）和腸球菌屬（Enterococci）含量豐富[182-184]，為原料發(fā)酵提供了豐富的酶系，F(xiàn)ADS12/15的存在為泡菜風(fēng)味和特有品質(zhì)的形成作出重要貢獻(xiàn)[185]。果蔬中內(nèi)源性FADS12/15基因表達(dá)量受眾多因素調(diào)控[186-188]，對其進(jìn)行基因修飾極為困難，眾多研究者將目光轉(zhuǎn)向發(fā)酵菌種FADS12/15產(chǎn)量的提高。利用生物學(xué)技術(shù)擴(kuò)大發(fā)酵微生物的FADS12/15基因表達(dá)量和催化活性機(jī)理的相關(guān)研究已陸續(xù)開展，梅甜甜等[189]利用具有FADS12/15活性序列載體轉(zhuǎn)化S.cerevisiae成功提高催化活性，提升LA轉(zhuǎn)化率至2.9%；張?zhí)炀塠190]篩選S.cerevisiae作為表達(dá)宿主，通過構(gòu)建紫蘇FADS15基因原核表達(dá)載體，使ALA含量增加至0.91%。結(jié)合不同物種FADS12/15基因異源表達(dá)研究成果，借鑒已有成熟基因工程技術(shù)提升泡菜發(fā)酵菌株FADS12/15活性有望成為未來泡菜制作新趨勢。

4.2.2 酸菜

酸菜主要以卷心菜或白菜為原料，經(jīng)過乳酸菌發(fā)酵利用乳糖轉(zhuǎn)化為乳酸，賦予酸菜獨(dú)特的口感和風(fēng)味。酸菜中優(yōu)勢菌門為厚壁菌門（Firmicutes）、變性菌門（Proteobacteria）、擬桿菌門（Bacteroidetes）和放線菌門（Actinobacteria）[191-192]，優(yōu)勢細(xì)菌和真菌屬為乳酸菌、乳酸桿菌屬（Lactobacillus）、明串珠菌屬（Leuconostoc）、假單胞菌（Pseudomonas）和德巴利酵母屬（Debaryomyces）[193-196]，優(yōu)勢菌種為德氏乳桿菌（Lactobacillus delbrueckii）、植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）、鳥桿菌（Lactobacillus aviarius）、庫氏畢赤酵母（Pichia kudriavzevii）和漢遜德巴利酵母（Debaryomyces hansenii）[197-199]。酸菜中豐富的細(xì)菌多樣性為FADS12/15基因操作提供菌株來源，其含有的優(yōu)勢真菌為FADS12/15研究提供了高效可操作媒介，外源酶基因真菌表達(dá)系統(tǒng)相對細(xì)菌而言，具有翻譯加工后修飾所需要的酶，在相關(guān)調(diào)控機(jī)制下更易形成有生物活性的酶構(gòu)象，選用酸菜中優(yōu)勢真菌作為FADS12/15基因表達(dá)受體細(xì)胞，獲得高生物活性FADS12/15，構(gòu)建基因工程菌應(yīng)用于酸菜發(fā)酵過程，對于蔬菜原料附加產(chǎn)值和營養(yǎng)功效的提高具有重要意義。

4.3 發(fā)酵豆制品

4.3.1 腐乳

腐乳是利用微生物法改變植物蛋白風(fēng)味和營養(yǎng)的傳統(tǒng)發(fā)酵食品，根據(jù)風(fēng)味色澤可分為紅腐乳、白腐乳、青腐乳。參與腐乳發(fā)酵微生物主要為毛霉菌屬（Mucor）、根霉菌屬（Rhizopus）、酵母菌和細(xì)菌屬，曲霉菌屬（Aspergilus）是重要微生物種屬[200]。解春芝等[201]測定不同種類腐乳中主要脂肪酸為OA和LA，為FADS12/15活性研究提供了基礎(chǔ)；程浩等[202]從毛霉腐乳中篩選分離單一發(fā)酵菌種進(jìn)行脂肪酸組成分析，結(jié)合發(fā)酵條件優(yōu)化促進(jìn)FADS12/15分泌以增加生產(chǎn)用菌經(jīng)濟(jì)效益。FADS12/15研究應(yīng)用于提升大豆種子油脂UFA含量，以富含UFA大豆為原料發(fā)酵生產(chǎn)腐乳，降低飽和脂肪酸對人體健康不利影響，這能有效調(diào)整傳統(tǒng)腐乳益生功效，促進(jìn)傳統(tǒng)發(fā)酵食品行業(yè)發(fā)展[203]。近幾年來，曲霉菌屬（Aspergilus）中FADS12/15研究日趨廣泛，其中米曲霉被認(rèn)為是表達(dá)真核生物蛋白質(zhì)最突出的宿主之一[204]，其外源表達(dá)系統(tǒng)越來越受到重視，結(jié)合基因工程技術(shù)優(yōu)化表達(dá)系統(tǒng)，擴(kuò)展米曲霉FADS12/15研究意義深遠(yuǎn)[205]。

4.3.2 豆醬

豆醬是傳統(tǒng)的發(fā)酵豆制食品，主要發(fā)酵菌屬為乳酸桿菌屬（Lactobacillus）、芽孢桿菌屬（Bacillus）、葡萄球菌屬（Staphylococcus）、四聯(lián)球菌屬（Tetragenococcus）、德巴利酵母菌屬（Debaryomyces）、曲霉菌屬（Aspergillus）、毛霉菌屬（Mucor）和青霉菌屬（Penicillium）[206-209]。在發(fā)酵過程中其微生物演替極為復(fù)雜，這為微生物FADS12/15研究帶來困難，因此，豆醬中微生物FADS12/15研究報道尚少，但Pham[210]、Belie[211]和Tian Baoming[212]等通過植物生物技術(shù)將FADS12/15基因?qū)氪蠖怪仓暧酌?，利用生長環(huán)境激發(fā)FADS12/15代謝通路，成功提高了大豆中FADS12/15含量。Bilyeu等[213]證明了大豆中含有的3 種ω-3脂肪酶基因能夠提高亞麻酸水平，為提升大豆中FADS12/15活性研究奠定了基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化加工工藝進(jìn)一步促進(jìn)大豆內(nèi)源性FADS12/15基因表達(dá)，催化自身油脂代謝，富集UFA，將成為提高豆醬營養(yǎng)價值和益生作用的研究方向[214]。

4.4 發(fā)酵酒類

發(fā)酵酒類（白酒、啤酒、葡萄酒、果酒、黃酒、奶酒）主要微生物為霉菌屬、酵母屬、細(xì)菌屬和放線菌屬，豐富的微生物多樣性為復(fù)雜的發(fā)酵代謝產(chǎn)物研究提供可能，脂質(zhì)代謝產(chǎn)物對酒類風(fēng)味影響明顯，發(fā)酵酒中的脂肪酸主要是乙酸、丙酸、丁酸、己酸等短鏈脂肪酸，也有加入LA、ALA、GLA作為功能因子彌補(bǔ)FADS12/15不足的代謝缺陷，提高酒的健康功效。FADS12/15在酒中的研究還未能引起研究者足夠的關(guān)注，但隨著人們對健康功能飲品的追求，F(xiàn)ADS12/15功能作用探索可作為未來的研究方向。以微生物作為媒介，通過生物技術(shù)手段改良發(fā)酵菌種FADS12/15活性，有望替代外源脂肪酸添加發(fā)揮益生作用。Kajiwara等[215]將擬南芥FADS12基因在S.cerevisiaeIFO 10150和INVSc1中表達(dá)，提高了S.cerevisiae的乙醇耐性，為發(fā)酵菌株FADS12活性研究提供了基礎(chǔ)，常用發(fā)酵菌種H.polymorpha和C.lipolyticaFADS12/15催化活性已獲得驗(yàn)證，進(jìn)一步在高乙醇含量環(huán)境下調(diào)控FADS12/15生物活性，將為功能性白酒發(fā)展帶來新希望。

5 結(jié) 語

FADS12/15來源廣泛，種屬間催化活性差異明顯，是生理功能性PUFA生產(chǎn)的關(guān)鍵酶源。FADS12/15活性影響生物體內(nèi)脂肪酸組成，但哺乳動物自身不能合成EFA，通過發(fā)酵食品攝入脂肪酸對人類健康影響意義重大。因此，F(xiàn)ADS12/15在食品發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用越來越受到重視，利用FADS12/15生產(chǎn)LA，通過過表達(dá)提高微生物EFA、AA、EPA、DHA等功能性脂肪酸的積累，從而提升發(fā)酵食品營養(yǎng)功能的應(yīng)用前景廣闊；針對微生物自身分泌油脂特性，選取高活性FADS12/15基因，構(gòu)建基因工程菌株應(yīng)用于傳統(tǒng)發(fā)酵食品，優(yōu)化發(fā)酵工藝高效積累脂肪酸，提高產(chǎn)品功能性的發(fā)展?jié)摿薮螅怀齻鹘y(tǒng)發(fā)酵食品外，F(xiàn)ADS12/15在干酪中的應(yīng)用將進(jìn)一步滿足消費(fèi)者對高端功能性食品需求，成為最具潛力的發(fā)酵應(yīng)用。此外，深入研究發(fā)酵食品中優(yōu)勢微生物FADS12/15特性，提高產(chǎn)品UFA種類，增加產(chǎn)品益生作用符合現(xiàn)代食品發(fā)展的新趨勢。