DHA來源及分離純化方法的研究進(jìn)展

于喆

摘 要：二十二碳六烯酸（Docosahexaenoic acid，DHA）是具有重要生理功能而人體自身又無法合成的一類多不飽和脂肪酸。通過外源補(bǔ)充DHA可提高人體自身免疫機(jī)能、增強(qiáng)體質(zhì)。本文主要就DHA的原料來源和分離純化方法進(jìn)行了綜述，并提出了DHA相關(guān)領(lǐng)域需深入研究的幾個(gè)問題，以期為將來開展DHA相關(guān)研究提供參考。

關(guān)鍵詞：二十二碳六烯酸；多不飽和脂肪酸；分離純化

中圖分類號：TS22 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI 編碼：110.3969/j.issn.1006-6500.2017.07.008

Research Progress of DHA Sources and Its Separation and Purification Methods

YU Zhe

（Liaoning Ocean and Fisheries Science Research Institute， Dalian， Liaoning 116023， China）

Abstract： DHA（Docosahexaenoic acid）was a kind of polyunsaturated fatty acids which cannot be synthesized by human body. DHA could improve the body's own immune function， enhance physical fitness. In this paper， the sources of raw materials and the methods of separation and purification of DHA were discussed. On the basis of previous studies， this paper put forward some problems that need to be further studied in the field of DHA. This could provide scientific basis and theoretical guidance for DHA related research in the future.

Key words： DHA； polyunsaturated fatty acids； separation and purification

1 DHA的基本屬性

Docosahexaenoic acid（DHA，系統(tǒng)命名為：順-4，7，10，13，16，19-二十二碳六烯酸）屬 ω-3 系多不飽和脂肪酸（ω-3 polyunsaturated fatty acids，ω-3 PUFAs），又稱為Cervonic acid。其分子式，C22H32O2；相對分子量，328.49。DHA 的結(jié)構(gòu)簡式如圖1所示。

DHA分子中的6個(gè)不飽和雙鍵使其具有較低的熔點(diǎn)（-45.5～-44.1 ℃）和較高的流動(dòng)性，高純度DHA常溫下為無色無味油狀液體，不溶于水，易溶于有機(jī)溶劑。DHA含有5個(gè)活潑的亞甲基，這些活潑亞基的存在使二者極易受到光氧、高溫、金屬元素及自由基的影響，產(chǎn)生氧化、酸敗、聚合、雙鍵共扼等化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生以碳基化合物為主的魚臭物質(zhì)。

2 DHA的生理活性

DHA 是人體自身無法合成但卻具有重要生理功能的一種多不飽和脂肪酸。DHA作為長碳鏈高度不飽和脂肪酸，可增加膜的流動(dòng)性和通透性、提高膜的生理機(jī)能、增強(qiáng)腦和神經(jīng)系統(tǒng)的活性，對維持腦的功能、延緩腦的衰老具有重要作用。此外，DHA對心血管疾病、糖尿病、肥胖癥等有一定的防治作用，且具有抗癌、抗炎作用等活性。由此可見，DHA對人類健康有著舉足輕重的作用。

3 DHA的來源

長久以來，深海魚類是人們獲取DHA的傳統(tǒng)原料。后期研究表明，海洋微藻才是DHA等多不飽和脂肪酸的原始生產(chǎn)者，天然Eicosapntemacnioc acid（EPA）和DHA主要在硅藻等浮游生物及藻類中生物合成，并通過食物鏈傳遞，蓄積于魚類、甲殼類和海產(chǎn)動(dòng)物中。大多數(shù)陸生植物及動(dòng)物體內(nèi)很少含有DHA，但高等動(dòng)物的某些器官與組織中除外。

3.1 深海魚類

深海魚類是DHA和EPA的傳統(tǒng)商業(yè)來源。其中，沙丁魚等小型青背魚油中EPA含量較高，金槍魚和松魚等大型青背魚油中DHA含量較高。由于具有多種保健功能，魚油成為國內(nèi)外熱銷的保健產(chǎn)品。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球粗魚油總產(chǎn)量從2001年至今基本保持在每年110×104～120×104 t之間。近年來，對魚油、魚粉的需求量在逐年增加，同時(shí)海洋漁業(yè)資源日益減少及魚類捕撈量也相應(yīng)下降。因此，在世界范圍內(nèi)魚油、魚粉價(jià)格均大幅上升，且貨源供不應(yīng)求的現(xiàn)象也開始出現(xiàn)。據(jù)國際魚粉魚油協(xié)會統(tǒng)計(jì)，世界上最大的5個(gè)魚油生產(chǎn)和出口國家（秘魯、智利、丹麥、冰島、挪威）2009年上半年的魚油總產(chǎn)量只有36.5 ×104 t，比2008年同期減少了2×104 t[1]。魚油的價(jià)格相對較低，食用歷史悠久，療效可靠。但是由于含EPA不適于嬰幼兒食用，腥味較大，含膽固醇、有機(jī)污染物和重金屬汞等，雜質(zhì)成分較多，易氧化不穩(wěn)定。

3.2 海洋微藻

隨著對DHA等多不飽和脂肪酸需求量的增大，僅依靠海洋魚油作為生產(chǎn)來源已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足社會需要，因此尋找更為廣闊、穩(wěn)定的DHA來源勢在必行。研究表明，海洋食物鏈中的初級生產(chǎn)者-海洋微生物才是ω-3多不飽和脂肪酸的原始生產(chǎn)者。世界海藻資源豐富，有專家估計(jì)，全世界的海藻每年可提供3 000×108 t的產(chǎn)量[2]。目前，已研究發(fā)現(xiàn)上百種海洋微藻中含有DHA，如金藻類、甲藻類、硅藻類、紅藻類、褐藻類、綠藻類及隱藻類[3-4]。與魚油相比，藻油DHA具有脂肪酸組成穩(wěn)定、不含膽固醇、沒有魚油中難聞的魚腥味和重金屬元素污染、屬于可持續(xù)再生資源等優(yōu)點(diǎn)。藻類生長周期短、收獲快，而且還可以通過培養(yǎng)條件優(yōu)化控制和生物工程的方法來提高DHA的含量。因此，以海藻資源為新生資源生產(chǎn)制備DHA逐漸成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

3.3 其他來源

研究表明，多種微生物均可合成DHA，其中以真菌最為常見。常見的有較低級真菌中隸屬藻狀菌綱水霉目的破囊壺菌，是一種廣泛分布于海洋、河口、鹽水湖以及紅樹林地區(qū)的原生生物，屬于羽狀鞭毛菌群。已有多項(xiàng)針對Schizochytrium和Aurantiochytrium最佳發(fā)酵條件生產(chǎn)DHA的研究報(bào)道[5-6]，也有新的種類不斷被發(fā)現(xiàn)[7-9]。某些海洋細(xì)菌中也含有一定量的DHA，如南極細(xì)菌Moritella marina MP-1[10]。此外，自然界中的DHA前體物質(zhì)——α-亞麻酸，廣泛存在于堅(jiān)果和植物油脂中，如亞麻籽油、葵瓜子、花生等堅(jiān)果，它在體內(nèi)可部分轉(zhuǎn)化成DHA，從而被人體利用。但α-亞麻酸的轉(zhuǎn)化率尚不明確，且有研究表明在某些情況下并不能替代DHA。

4 分離純化方法

目前，利用魚油生產(chǎn)DHA、EPA的方法主要有溶劑低溫結(jié)晶法、尿素包合法、超臨界流體萃取、陰離子絡(luò)合法、層析法、分子蒸餾法、酶法等。在實(shí)際應(yīng)用中，通常將兩種或多種方法結(jié)合使用[11]。以微藻為原料的DHA提取通常也采用以上方法，但是由于微藻的細(xì)胞壁較難破碎，油脂難以溶出，導(dǎo)致提取率不高。通常在提取前還需對藻細(xì)胞進(jìn)行前處理，常用的細(xì)胞破碎方法包括：凍融法、超聲法、勻漿法、酶法等。

4.1 溶劑低溫結(jié)晶法

一般來說，不同脂肪酸或脂肪酸鹽在有機(jī)溶劑中的溶解度與其雙鍵個(gè)數(shù)有關(guān)，且在低溫下更加明顯。因此，可將各種脂肪酸的混合物溶于適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)溶劑，進(jìn)行低溫處理后過濾除去大量飽和脂肪酸以及低不飽和脂肪酸，蒸去有機(jī)溶劑后即可得到EPA 和DHA 的濃縮產(chǎn)物，濃度可達(dá)40%。此法具有所需設(shè)備簡單、操作方便安全、有效成分不易變性等優(yōu)點(diǎn)，但需回收大量溶劑，難以將EPA和DHA徹底分離，且大量使用有機(jī)溶劑污染環(huán)境[12]。

4.2 尿素包合法

直鏈飽和脂肪酸能借助范德華引力、色散力或靜電力進(jìn)入尿素晶體形成穩(wěn)定的包合物，可在低溫下結(jié)晶析出。而EPA和DHA等多不飽和脂肪酸因雙鍵形成的空間位阻很難與尿素形成穩(wěn)定的包合物，仍保留在溶液中，因此采用過濾方法除去包合物即可達(dá)到分離富集的目的。為提高產(chǎn)品質(zhì)量，可采用多次尿包，富集的EPA和DHA含量可達(dá)80%左右。尿素包合法因成本較低，所需設(shè)備簡單，得到推廣和應(yīng)用，但難以將雙鍵數(shù)相同或相近的脂肪酸分開[13]。

4.3 超臨界流體萃取

采用超臨界流體技術(shù)萃取魚油中的DHA和EPA已經(jīng)成為主要方法之一[14-15]。用經(jīng)過高度壓縮的超臨界氣體作為溶媒進(jìn)行萃取，形成超臨界負(fù)載相，然后降低載氣的壓力或提高載氣的溫度，使其溶解能力降低，萃取物就與載氣分離。目前，主要以CO2 為溶劑萃取分離不同油脂或脂肪酸，而添加適當(dāng)?shù)膴A帶劑可以提高溶劑攜帶溶質(zhì)的能力，同時(shí)可以降低操作壓力，減少設(shè)備投資和操作費(fèi)用。但該技術(shù)對設(shè)備要求高，難以高效地萃取目的物，操作過程中設(shè)備能耗較大，也不能將分子量與EPA和DHA相近的脂防酸除去。

4.4 銀離子絡(luò)合法

銀離子能與含有雙鍵的化合物形成Ag絡(luò)合物，雙鍵數(shù)目多，結(jié)合的Ag 就多，親水性也越強(qiáng)[16]。EPA和DHA分別含有5個(gè)和6個(gè)雙鍵，與Ag+結(jié)合后以Ag+絡(luò)合物的形式進(jìn)入水相，而飽和以及低度不飽和的組分仍留在油相中。油水分離后就得到了含有EPA和DHA的水溶液。利用Ag（EPA）絡(luò)合物和Ag（DHA）絡(luò)合物的穩(wěn)定性不同，水洗后使用有機(jī)溶劑進(jìn)行萃取，可分離出含DHA 量很高的產(chǎn)品以及EPA 含量高于DHA 的產(chǎn)品。

4.5 層析法

柱層析、薄層層析、氣相色譜和高效液相色譜等層析法均可應(yīng)用于脂肪酸的分離。層析法依據(jù)多不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸、低不飽和脂肪酸的極性差異進(jìn)行分離。其優(yōu)點(diǎn)在于分離效果好、產(chǎn)品純度高，缺點(diǎn)是制備量小、有機(jī)溶劑用量較大、污染環(huán)境。這類方法多用于實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行脂肪酸的分析及小量制備。

4.6 分子蒸餾

分子蒸餾是利用在高真空度下控制蒸餾溫度，將碳數(shù)不同即沸點(diǎn)不同的脂肪酸分級蒸餾，即碳數(shù)越少脂肪酸沸點(diǎn)越低，碳數(shù)越多脂肪酸沸點(diǎn)越高，得到不同飽和度的脂肪酸。利用分子蒸餾法，通過控制蒸餾溫度可將一些碳鏈比EPA和DHA短的或長的分子除去。產(chǎn)品中DHA的純度可達(dá)46%以上[17]。但是該方法很難將分子量與EPA和DHA相近的脂肪酸分開，且所需高真空設(shè)備投資較大，能耗較高。

4.7 酶 法

與物理和化學(xué)方法相比，酶法具有多方面的優(yōu)勢：酶的催化效率高、使用量少、耗能低、操作簡單；反應(yīng)溫和，有利于保證長鏈多不飽和脂肪酸的穩(wěn)定性；酶的底物敏感性，可以將難分離的DHA和EPA分開；反應(yīng)在無有機(jī)溶劑條件下進(jìn)行，可以避免龐大的設(shè)備和繁雜的工藝流程，對操作人員和生態(tài)環(huán)境都有較好的保護(hù)作用。但是該方法對于所使用酶的種類及最佳的催化工藝還需要進(jìn)一步的摸索[2]。

5 展 望

自人類發(fā)現(xiàn)DHA以來，科研工作者們針對DHA的基本特性、分離純化、生理活性、產(chǎn)品開發(fā)等方面開展了大量研究，取得了顯著的成就。在前人的研究基礎(chǔ)上，還有許多亟待解決的問題需要去研究探索。

5.1 富含DHA海洋微藻的進(jìn)一步篩選

由于魚油難以滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求，以海藻資源為原料生產(chǎn)制備DHA等多不飽和脂肪酸成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。研究者對不同微藻中多不飽和脂肪酸含量、微藻人工培養(yǎng)方法、收獲方法及微藻中多不飽和脂肪酸的分離提取方法等方面進(jìn)行了大量研究[18-20]，取得了階段性的研究成果。但目前還需更大范圍的調(diào)查不同種類微藻中EPA和DHA的含量，優(yōu)化促進(jìn)DHA富集的人工培養(yǎng)條件，收獲方法和提取純化工藝等也有待進(jìn)一步的研究。

5.2 不同來源DHA生理活性的進(jìn)一步明確

每種脂肪酸的生物學(xué)功能不同，其臨床效果各異。由于魚油中通常含有EPA和DHA，二者較難分離。在前期生理活性研究過程中，DHA通常是伴隨EPA一起進(jìn)行，單獨(dú)研究的較少。目前有關(guān)DHA單一成分的活性研究報(bào)道逐漸增多，但對于DHA能否具有與混合物的等同作用還有待于明確。此外，近年來針對魚油與藻油之間的紛爭不斷（魚油與藻油的優(yōu)缺點(diǎn)見表1）。因此，后期還需加強(qiáng)針對二者活性的對比研究。

5.3 DHA制備工藝的進(jìn)一步探索

綠色的提取工藝是未來的發(fā)展方向。目前，不飽和脂肪酸提取純化工藝中還是較多地依賴有機(jī)溶劑，溶劑殘留是影響產(chǎn)品品質(zhì)的重要因素，同時(shí)對操作人員的安全威脅及生態(tài)環(huán)境的破壞也較大。明確新型分離設(shè)備在DHA純化上的可行性，可盡可能減少有機(jī)溶劑的使用量。此外，提取分離高純度DHA制劑作為藥品和高級營養(yǎng)品已成為開發(fā)研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)課題之一。市場上銷售的各種魚油保健品和部分魚油藥品中的DHA和EPA總含量約在30%左右。魚油富含DHA的同時(shí)也含有較高水平的EPA及少量其它脂肪酸。目前采用的分離方法都很難同時(shí)提取高純度的EPA和DHA單體。因此，在后期探索DHA綠色純化工藝以及高純度制備是DHA研究領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢。

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