共軛亞油酸的生物合成以及在食品業(yè)中的應用

陳 佳， 鄧源喜， 許 暉， 劉登勇

（1.蚌埠學院 食品與生物工程學院，安徽 蚌埠 233030；2.渤海大學 肉品科學與技術研究所，遼寧 錦州 121013）

共軛亞油酸的生物合成以及在食品業(yè)中的應用

陳 佳1,2， 鄧源喜1， 許 暉1， 劉登勇2

（1.蚌埠學院 食品與生物工程學院，安徽 蚌埠 233030；2.渤海大學 肉品科學與技術研究所，遼寧 錦州 121013）

共軛亞油酸是一種具有抗癌抑癌、調(diào)節(jié)免疫和脂質(zhì)代謝、降低膽固醇、改善骨質(zhì)、促進生長以及抗氧化等生理活性作用的天然脂肪酸功能因子，在食品工業(yè)應用日益廣泛.本文就共軛亞油酸生物合成及在食品工業(yè)中的應用研究進行綜述.

共軛亞油酸；生物合成；食品工業(yè)

共軛亞油酸（Conjugated Linoleic Acid，CLA）是必需脂肪酸亞油酸（Linoleic Acid，LA）衍生的一系列共軛雙烯的立體與空間位置異構體的總稱，其異構體9c,11t-、10t,12c-、9t,11t-、10t,12t-及10t,12c-CLA具有很強的生物學活性，如抗癌、抗氧化、提高免疫力、防治糖尿病等.除了CLA的天然來源-動物性食品(如肉、乳制品等)之外，化學合成以及生物轉(zhuǎn)化為目前生產(chǎn)CLA的主要方法.但化學合成法生產(chǎn)步驟較多，產(chǎn)物中異構體復雜，又由于原材料和產(chǎn)物安全性問題，因此限制了其在食品工業(yè)中的應用.而生物轉(zhuǎn)化法則是利用微生物產(chǎn)生的亞油酸異構酶催化LA異構化，產(chǎn)物中不僅活性的CLA含量高、組成單一，與天然食物中的CLA異構體組成相似，并且無毒副作用，則更有利于在食品工業(yè)中開發(fā)利用.本文就CLA的生物合成及在食品工業(yè)中的應用做一綜述.

1 CLA的生物合成

圖1 酶催化亞油酸（LA）的異構化

1.1 生物轉(zhuǎn)化CLA的機理

生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)CLA是利用微生物產(chǎn)生的LA異構酶或含有該酶的細胞，將LA 及其衍生物有選擇地轉(zhuǎn)化成CLA的活性異構體，因此也叫酶催化LA異構化（如圖1）.LA異構酶催化反應的最適底物是不飽和脂肪酸LA,而硬脂酸、油酸、醇化的和酯化的LA均不適宜作為LA異構酶的底物[1].在催化反應進行中，飽和脂肪酸并不會影響LA異構酶的活性，但是當?shù)孜風A的濃度大于20μmol/L時，隨著LA濃度的增加，異構酶活性卻能夠被抑制；當LA濃度達70μmol/L時，異構酶活性消失[2,3].

在動物體內(nèi)，CLA的合成途徑有兩條：一是瘤胃微生物對亞油酸底物加氫作用，另一種是在動物組織里（肉和乳），從LA生物加氫的中間體合成而來.但是乳中的CLA濃度可以通過改變飼料成分而提高[4].此外，一些研究表明，非反芻動物體內(nèi)CLA的合成主要是通過反式異油酸的去飽和形成的.早在1967年，Kepler等就發(fā)現(xiàn)反芻動物的瘤胃溶纖丁酸弧菌(Butyfivibfio flbfisolvens)在多不飽和脂肪酸生物氫化的過程中會產(chǎn)生cis-9，trans11–CLA.Kim等從飼喂谷物的奶牛瘤胃中取樣，通過培養(yǎng)分離，得到能產(chǎn)生trans-l0，cis -12-CLA的巨型球菌，說明瘤胃中有多種微生物均能產(chǎn)生CLA，但是瘤胃菌嚴格厭氧，正常情況下難以分離培養(yǎng)，所以此類厭氧菌并不適用于工業(yè)化生產(chǎn).除了瘤胃菌還有一些可以轉(zhuǎn)化LA的菌株被分離出來，如鼠腸道細菌，乳酸菌，丙酸桿菌等.在丙酸菌培養(yǎng)初期加入LA比后期加入所產(chǎn)生的CLA產(chǎn)量顯著提高，而且還能夠?qū)A轉(zhuǎn)化為胞外CLA.

在體外，CLA的生物合成途徑主要是以富含LA的原料為底物，通過微生物細胞內(nèi)產(chǎn)生的亞油酸異構酶的異構化作用來轉(zhuǎn)化生產(chǎn)CLA.在反應過程中，LA的非共軛雙鍵通過中間產(chǎn)物羥基脂肪酸的合成，經(jīng)脫水后形成CLA，Ogawa等對嗜酸乳桿菌(Lactobacillus acidophilus AKU1137)在微氧條件下轉(zhuǎn)化LA的作用進行了研究，發(fā)現(xiàn)此菌在含有LA培養(yǎng)基上生長時，轉(zhuǎn)化生產(chǎn)CLA的能力很強，表明合成CLA的酶系受亞油酸的誘導.Rainio研究報道，費氏丙酸桿菌在對數(shù)生長期時，其轉(zhuǎn)化生成CLA的量最多，LA轉(zhuǎn)化率達80-87%，其中85%-95%是cis-9，trans-11-CLA.除此之外，羅伊氏乳桿菌(Lactobacillus reuteri)、乳酸乳球菌(Lactococcuslactis)及植物乳桿菌等均能產(chǎn)生LA異構酶，從而轉(zhuǎn)化生產(chǎn)CLA.由于乳酸菌兼性厭氧，培養(yǎng)條件易于控制，逐漸成為CLA生物合成的一個研究熱點.

1.2 影響生物轉(zhuǎn)化CLA的因素

不同來源的菌種，培養(yǎng)基配方，培養(yǎng)方式及條件、底物濃度等均對微生物轉(zhuǎn)化合成CLA的產(chǎn)量都有著一定的影響.亞油酸異構酶可來源于多種微生物如乳酸桿菌屬、丁酸弧菌屬、丙酸桿菌屬、真桿菌屬(Eubacterium)等.在對多個菌株轉(zhuǎn)化CLA的研究中發(fā)現(xiàn)，嗜酸乳桿菌轉(zhuǎn)化能力最強，CLA產(chǎn)量最高.

由于不同來源的菌株轉(zhuǎn)化生產(chǎn)CLA能力不同，除了菌株本身的差異性以外，不同的培養(yǎng)基配方及培養(yǎng)條件，對CLA產(chǎn)量的影響也不相同，因此對菌株的培養(yǎng)優(yōu)化，實際上也是提高菌株轉(zhuǎn)化率的一個重要的有效手段.王麗敏等在費氏丙酸桿菌費氏亞種 (P.freudenreichii ssp.freudenreichii)轉(zhuǎn)化葵花籽油生成CLA研究中發(fā)現(xiàn)，此菌株在MRS培養(yǎng)基中轉(zhuǎn)化生產(chǎn)CLA產(chǎn)量最高，乳酸鈉培養(yǎng)基中次之，脫脂乳培養(yǎng)基中最低.Lin等在脫脂乳培養(yǎng)基中加入1mg/mL和5mg/mL的LA，分別接入6種乳酸菌培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)嗜酸乳桿菌形成CLA的量最多，說明菌株本身的差異對其轉(zhuǎn)化CLA的能力有一定的影響.再向脫脂乳培養(yǎng)基中分別添加蔗糖、乳糖、果糖和食鹽，發(fā)現(xiàn)僅一株乳酸菌形成cis-9，trans-11-CLA的能力不受影響[5]，說明培養(yǎng)基成分對菌株產(chǎn)CLA能力影響很大.Kim等對14株乳酸菌研究發(fā)現(xiàn)乳酸乳球菌在添加葵花籽油的全脂牛乳培養(yǎng)基上形成CLA能力最強，最適葵花籽油添加量為0.1%.杜美婷等對植物乳桿菌P8產(chǎn)CLA條件優(yōu)化表明，最佳反應條件為：培養(yǎng)時間為22h、LA添加量為0.9mg/mL、接種量為1.5%、氮源為2g/L胰蛋白胨、碳源為3g/L葡萄糖[6].說明CIA的形成受菌體量、培養(yǎng)時間、底物濃度、pH等因素的影響.寇秀穎等發(fā)現(xiàn)德氏乳桿菌乳酸亞種在發(fā)酵條件為：接菌量3%、發(fā)酵時間20h、溫度47℃、pH8.0，底物LA濃度為6500μg/mL時，CLA產(chǎn)量最大.金屬離子對CLA產(chǎn)量影響很大，錳、銅離子不利于CLA的生成，而鋇和鎢離子等則能促進CLA的生成.

2 CLA在食品工業(yè)中的應用

2.1 CLA保健食品的開發(fā)應用

隨著人們生活水平和日常保健意識的提高，對食品品質(zhì)的要求也越來越高，食品不僅要有優(yōu)良的食用性能，而且要具一定的保健功能，有利于人類的健康.人類CLA攝入推薦量為40-42mg/Kg體重，由于人體自身不能大量合成CLA，所以必須通過飲食等外界手段獲得，因此在食品中提高CLA的含量或者服用CLA保健品，以達到促進健康等作用.CLA具有抗癌、減肥、調(diào)節(jié)免疫，增加骨密度等生理活性功能，因此作為保健食品開發(fā)應用具有廣闊的市場前景.在食品中添加約0.1%的CLA，不僅能減少體內(nèi)脂肪，促進代謝，并且當人在運動時，還能夠提高肌肉張力，使肌肉更加發(fā)達.美國已將CLA作為運動食品和營養(yǎng)輔助保健食品原料，向鍛煉身體和吸氧健身運動的人員銷售.CLA還能誘導能量利用并導致體重的下降，可以作為減肥食品制劑.日本已推出以CLA為主要活性成分的高效減肥保健品.現(xiàn)今CLA已經(jīng)廣泛的應用于保健食品中，隨著生產(chǎn)技術的日臻成熟，如CO2超臨界流體技術、微膠囊化、LA異構酶基因工程的改造等生物技術在CLA生產(chǎn)中的應用，我國也已產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)純度較高的CLA產(chǎn)品，如CLA軟膠囊，主要用于調(diào)節(jié)血脂，免疫功能等保健品.

2.2 CLA功能性食品的開發(fā)應用

以CLA作為添加劑添加到食品中生產(chǎn)出含CLA功能性食品是目前食品工業(yè)的一大研究熱點.其添加方法有兩種：一是作為飼料添加劑添加到飼料中生產(chǎn)出CLA含量較高的功能性產(chǎn)品；另一種是直接對產(chǎn)品添加CLA進行強化.如在豬肉的生產(chǎn)中，將CLA作為營養(yǎng)再分配劑添加至日糧中，豬的皮下脂肪CLA的含量會增加CLA不僅能夠抑制豬的皮下脂肪前體細胞增殖，減少脂肪含量，還能夠提高瘦肉率，降低背膘厚度和增大眼肌面積，改善豬肉品質(zhì)和腹脂硬度，增加蛋白質(zhì)沉積[7].在蛋雞飼料中添加CLA，可生產(chǎn)出富含CLA的保健蛋，且蛋黃中CLA含量隨日糧CLA添加量的升高而增加.同時，蛋黃中脂肪酸的組成也被改變，如蛋黃中的多不飽和脂肪酸的比例升高，單不飽和脂肪酸比例下降[8]，添加CLA還能降低蛋黃中膽固醇的含量，但因蛋雞品種及添加量和添加時間長短的不同，CLA富集效果有所不同.此外還可以對乳制品和肉制品等直接添加CLA，如將CLA到添加奶粉(新西蘭)、食用油(日本)、面包、火腿腸、糖果等食物中，生產(chǎn)出強化CLA的功能性食品.

2.3 CLA食品防腐劑的應用

CLA具有抗氧化作用，其鈉鹽和鉀鹽具有顯著的抑菌作用，能夠抑制霉菌的生長，無毒副作用，性質(zhì)穩(wěn)定，無使用上限，可取代苯甲酸，是一種理想的天然食品防腐劑.如CLA鉀鹽可以抑制單增李斯特菌的感染.

3 展望

綜上所述，CLA具有多種生理活性功能并且安全性極好，無毒副作用，是一種環(huán)保型功能性因子.利用微生物技術生產(chǎn)食物的營養(yǎng)成分，特別是天然食物中缺乏的某些特殊成分，是食品工業(yè)未來可持續(xù)發(fā)展的方向之一.微生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)CLA，因其具有產(chǎn)物異構體單一，生理活性較高的優(yōu)越性，是生產(chǎn)CLA活性純品和開發(fā)富含CLA功能性食品的一大研究熱點.但微生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)CLA同時也有產(chǎn)量低，生產(chǎn)菌株的不穩(wěn)定性，副產(chǎn)品成分復雜等缺點，今后可就如何篩選改良菌株，優(yōu)化培養(yǎng)條件，提高CLA產(chǎn)量，快速分離副產(chǎn)品，利用基因工程對LA異構酶進行改造以應用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)等進行研究.

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TQ225.1

A

1673-260X（2017）06-0027-02

2017-04-22

蚌埠學院校級自然科學重點項目 （2014ZR02zd）；安徽省教育廳優(yōu)秀中青年骨干人才國內(nèi)外訪學重點項目(gxfxZD2016268)；安徽省教育廳高校自然科學重點項目（KJ2016A451）