神經(jīng)酸的功能及提純工藝研究進(jìn)展

劉速速，周慶禮，孫 華，于功明

(1.天津科技大學(xué) 食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津 300000； 2.齊魯工業(yè)大學(xué)(山東省科學(xué)院) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，濟(jì)南 250000)

神經(jīng)酸是大腦神經(jīng)組織和神經(jīng)細(xì)胞的核心天然成分，是目前為止世界上發(fā)現(xiàn)的能促進(jìn)受損神經(jīng)組織修復(fù)和再生的特效物質(zhì)，對(duì)于提高腦神經(jīng)的活躍，防止腦神經(jīng)衰老有很大作用[1]。隨著研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)一些植物的果實(shí)和種子油中富含神經(jīng)酸，引起了國(guó)內(nèi)外許多研究者的廣泛關(guān)注。本文就神經(jīng)酸的來源、功能及提純工藝進(jìn)行綜述，為神經(jīng)酸產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用提供參考。

1 神經(jīng)酸的來源

1.1 動(dòng)物來源

1925年，Klenk從人和動(dòng)物的大腦里分離出腦苷脂，腦苷脂水解為半乳糖、脂氨醇和不飽和脂肪酸3部分，并從不飽和脂肪酸中分離出一種熔點(diǎn)為41℃的單不飽和脂肪酸，并推導(dǎo)出其分子式，即為神經(jīng)酸。1926年，Tsujimoto等首次從鯊魚油中分離出神經(jīng)酸，并確定神經(jīng)酸結(jié)構(gòu)為順式結(jié)構(gòu)。1972年，Sinclar等發(fā)現(xiàn)當(dāng)鯊魚的腦部在受到傷害后會(huì)自行修復(fù)，于是專家們推斷神經(jīng)酸能夠修復(fù)大腦神經(jīng)組織。

1.2 植物來源

迄今為止，在我國(guó)含有神經(jīng)酸的植物有31種，神經(jīng)酸含量在2%以上的木本植物10種、草本植物5種[2]。我國(guó)含神經(jīng)酸植物種類中，蒜頭果是含神經(jīng)酸植物之冠，但適生區(qū)范圍較小，且資源量少。以元寶楓為代表的槭屬[3]，雖然神經(jīng)酸含量較蒜頭果等相對(duì)較低，但槭屬樹種結(jié)實(shí)量大，并且適生能力非常強(qiáng)，因此具有較大的發(fā)展?jié)摿?。遏藍(lán)菜果實(shí)的神經(jīng)酸含量(≥3.66%)是僅次于蒜頭果和盾葉木的十字花科植物，也是果實(shí)中神經(jīng)酸含量最高的草本植物。蒜頭果、盾葉木和遏藍(lán)菜果實(shí)的神經(jīng)酸含量均大于3%，是自然界富含神經(jīng)酸的3種植物資源。

2 神經(jīng)酸的功能

2.1 治療腦部疾病

隨著年齡的增長(zhǎng)，機(jī)體中神經(jīng)酸的缺乏將會(huì)增加腦中風(fēng)后遺癥、老年癡呆、腦癱、記憶力減退等腦病的發(fā)生率。研究證明，神經(jīng)酸能夠恢復(fù)神經(jīng)末稍活性，促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞生長(zhǎng)和發(fā)育。神經(jīng)酸是腦神經(jīng)細(xì)胞膜的重要組成部分，能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞膜上的離子通道和受體，激活受損、病變及休眠的神經(jīng)細(xì)胞，修復(fù)腦細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，促進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的重建，并且神經(jīng)酸可誘導(dǎo)神經(jīng)纖維自我生長(zhǎng)及分裂，修復(fù)堵塞、扭曲、凝聚及斷裂的神經(jīng)纖維，增強(qiáng)大腦各區(qū)域神經(jīng)組織間的信號(hào)傳導(dǎo)，使損傷的胞體存活和恢復(fù)語(yǔ)言、記憶、感覺、肢體等方面的功能[4]；同時(shí)神經(jīng)酸還能夠完整地透過血腦屏障[5]，干預(yù)神經(jīng)干細(xì)胞在腦內(nèi)增殖、分化、遷移和存活，促使腦內(nèi)ADP轉(zhuǎn)化為ATP，促進(jìn)乙酰膽堿合成，增加多巴胺的釋放，并增強(qiáng)神經(jīng)興奮的傳遞，改善腦內(nèi)新陳代謝狀況[1]。

印度學(xué)者發(fā)現(xiàn)，營(yíng)養(yǎng)不良及饑餓兒童的大腦和小腦細(xì)胞中神經(jīng)酸含量遠(yuǎn)低于正常兒童；法國(guó)科學(xué)家研究表明如果在懷孕期或嬰兒期攝入一定量的神經(jīng)酸，將會(huì)加快腦部的發(fā)育[6]。王建民等[7]對(duì)神經(jīng)酸功能進(jìn)行了研究，動(dòng)物試驗(yàn)結(jié)果表明，神經(jīng)酸各劑量組與對(duì)照組相比存在顯著性差異(P<0.05)；人體試驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)組各項(xiàng)測(cè)試指標(biāo)與對(duì)照組相比，心智、圖片、再認(rèn)、聯(lián)想、觸覺、理解和IQ值均有顯著提高；說明神經(jīng)酸能夠顯著改善記憶能力，提高IQ值。

2.2 改善中樞神經(jīng)系統(tǒng)

多發(fā)性硬化是一種發(fā)生于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的脫髓鞘疾病，因神經(jīng)纖維的鞘磷脂被破壞，導(dǎo)致神經(jīng)纖維髓鞘呈塊狀脫落，使神經(jīng)傳輸中斷，出現(xiàn)視力模糊、站立不穩(wěn)、語(yǔ)言受阻、煩躁、失眠等癥狀。由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)由白質(zhì)、灰質(zhì)組成，而神經(jīng)酸是白質(zhì)的組成部分，是腦白質(zhì)的結(jié)構(gòu)性成分，能在體內(nèi)合成神經(jīng)節(jié)苷脂、腦苷脂和鞘磷脂，可改善髓質(zhì)營(yíng)養(yǎng)不良，抑制髓鞘受損與脫失，改善多發(fā)性硬化癥狀。Sargent等[8]在動(dòng)物試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，老鼠體內(nèi)的神經(jīng)酸不足，會(huì)導(dǎo)致髓鞘形成受損，而飲食中加入神經(jīng)酸，則對(duì)治療多發(fā)性硬化有益；且人體試驗(yàn)表明，神經(jīng)酸的攝入可促進(jìn)體內(nèi)鞘糖脂和鞘磷脂的合成，進(jìn)而促進(jìn)神經(jīng)纖維髓鞘化，使脫落的髓鞘再生，改善多發(fā)性硬化癥狀。

腎上腺腦白質(zhì)病[4]，是由于長(zhǎng)鏈脂肪酸分解酶缺乏，過多地結(jié)合了長(zhǎng)鏈飽和脂肪酸，引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行性脫髓鞘病變，主要累及腎上腺和腦白質(zhì)，主要表現(xiàn)為進(jìn)行性的精神運(yùn)動(dòng)障礙，視力及聽力下降和腎上腺皮質(zhì)功能低下。試驗(yàn)證明，用富含神經(jīng)酸的植物油進(jìn)行“食用療法”，對(duì)腎上腺腦白質(zhì)萎縮癥病人是有益的。

2.3 調(diào)節(jié)血糖血脂

神經(jīng)酸可以改善血液微循環(huán)，對(duì)高血脂、高血壓、高血糖、動(dòng)脈粥樣硬化等癥狀有明顯的效果。神經(jīng)酸作為一種長(zhǎng)鏈脂肪酸，通過促使人體必需脂肪酸ω-3和ω-6正常代謝，二者協(xié)同作用，能迅速降低血液中低密度脂蛋白膽固醇含量，升高高密度脂蛋白膽固醇含量，降低血清中總膽固醇含量，降低血液黏稠度，降低血壓，舒張血管，清除血管中多余的脂肪，抑制血小板聚集，能促進(jìn)胰島β-細(xì)胞分泌胰島素[9]。蔡曉琴等[10]探討了血漿二十四碳烯酸(C24∶1)水平與急性缺血性腦卒中發(fā)病的關(guān)系，結(jié)果表明高濃度的血漿C24∶1水平可以降低急性缺血性腦卒中的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 提高免疫功能

神經(jīng)酸能促進(jìn)脾淋巴細(xì)胞的增殖轉(zhuǎn)化，提高抗體生成細(xì)胞數(shù)量和NK細(xì)胞活性，提高機(jī)體免疫力。膳食中添加神經(jīng)酸還能夠改善多囊卵巢綜合征。賀浪沖等[11]對(duì)艾氏腹水癌小鼠灌胃含神經(jīng)酸的元寶楓油，結(jié)果表明小鼠的生命延長(zhǎng)了81.9%。王熙才等[12]探討了含有神經(jīng)酸的元寶楓油對(duì)小鼠免疫系統(tǒng)的影響及其增強(qiáng)免疫力的作用。試驗(yàn)結(jié)果表明用元寶楓油制成的艾舍爾軟膠囊各劑量組小鼠的淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化能力、抗體生成細(xì)胞數(shù)均高于陰性對(duì)照組(P<0.05)；高、中劑量組NK細(xì)胞活性高于陰性對(duì)照組(P<0.01)。說明用元寶楓油制成的艾舍爾軟膠囊能提高小鼠的抗體生成細(xì)胞數(shù)和血清溶血素水平以及小鼠NK細(xì)胞活性，具有增強(qiáng)免疫力的作用。

2.5 食品添加劑

1993年在瑞士召開的第一屆國(guó)際脂肪酸及脂質(zhì)研究會(huì)上指出，長(zhǎng)鏈的不飽和脂肪酸是胎兒和新生兒發(fā)育必不可少的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。而神經(jīng)酸是長(zhǎng)鏈不飽和脂肪酸，其主要通過人體內(nèi)的鞘磷脂和鞘糖脂來達(dá)到改善生物膜組成、結(jié)構(gòu)和功能，從而提高細(xì)胞活力，增強(qiáng)人類正常生命活動(dòng)的能力。早在20世紀(jì)90年代，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的科學(xué)家就提倡將神經(jīng)酸添加到奶粉中，以促進(jìn)嬰兒智力發(fā)育，提高國(guó)民素質(zhì)。神經(jīng)酸也可以作為即食水溶液形式，在加工過的肉、蔬菜、魚中添加，亦可以添加在嬰兒奶粉、嬰兒米粉、嬰兒餅干中。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)孕婦和哺乳期的婦女添加8～32 mg/d的神經(jīng)酸，可以促進(jìn)嬰兒智力發(fā)育。王建民等[7]通過動(dòng)物試驗(yàn)和人體試驗(yàn)，得出神經(jīng)酸能夠改善人的記憶能力，并提出了將其作為添加劑添加到嬰幼兒益智食品中的建議，對(duì)促進(jìn)嬰幼兒的大腦發(fā)育，提高智力水平具有重要意義。

2.6 皮膚護(hù)理

角質(zhì)層的結(jié)構(gòu)和皮脂防護(hù)層的親油性，一方面可以防止皮膚過度失水，另一方面可以防止自然環(huán)境中異物侵入皮膚?？茖W(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)酸可加強(qiáng)角質(zhì)層的防護(hù)作用，并提高皮膚水分含量，角質(zhì)層對(duì)水溶性維生素幾乎是一個(gè)無法逾越的屏障，只有借助神經(jīng)酸這樣的載體物質(zhì)，水溶性維生素才能穿透角質(zhì)層。用元寶楓油配制的化妝品，對(duì)皮膚表現(xiàn)出有益的生理功能，滲透快，無油膩發(fā)黏的感覺，無刺激和敏感性，配制的化妝品保濕性好，可減緩皮膚表面的水分蒸發(fā)，對(duì)皮膚的柔軟性、平滑性和彈性具有一定作用。王性炎[13]在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)含神經(jīng)酸的元寶楓油對(duì)皮膚病有治療作用，并研制了元寶美容霜、元寶洗面奶等。

3 神經(jīng)酸的提純工藝

3.1 結(jié)晶法

結(jié)晶法是利用脂肪酸在溶劑中的溶解度和凝固點(diǎn)不同進(jìn)行富集純化的。一般來說,脂肪酸在有機(jī)溶劑中的溶解度隨碳鏈長(zhǎng)度的增加而減少,隨雙鍵數(shù)的增加而增加。這種溶解度的差異隨溫度的降低表現(xiàn)更為顯著。所以將混合脂肪酸溶解于有機(jī)溶劑,通過降低溫度可實(shí)現(xiàn)飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸的分離。

郝旭亞[14]通過對(duì)脂肪酸進(jìn)行3次重結(jié)晶，可得質(zhì)量分?jǐn)?shù)為82.99%的神經(jīng)酸晶體,回收率為51.91%，得率為20.98%。熊德元等[15]通過用石油醚與10%無水乙醇的混合液為溶劑對(duì)蒜頭果油進(jìn)行低溫結(jié)晶，結(jié)晶溫度-12℃，結(jié)晶時(shí)間2 h，得到神經(jīng)酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75.39%，回收率為59.74%，其中油酸含量從27.19%降到7.94%，芥酸含量從14.83%降到5.13%。呼曉姝[16]對(duì)元寶楓油中的神經(jīng)酸進(jìn)行重結(jié)晶，試驗(yàn)結(jié)果表明，結(jié)晶溫度在-25℃，結(jié)晶時(shí)間3 h時(shí)，神經(jīng)酸純度達(dá)到最大值，神經(jīng)酸收率為36.4%，所得神經(jīng)酸純度不高，收率較低。

3.2 尿素包合法

尿素的結(jié)晶為六面體，當(dāng)利用尿素溶解在有機(jī)溶劑中，遇到脂肪化合物時(shí)，尿素分子間以氫鍵結(jié)合形成六面體，直鏈飽和脂肪酸和單不飽和脂肪酸的直徑小于形成的六面體的自由體積，在結(jié)晶過程中就可以進(jìn)入到晶胞內(nèi)，形成尿素包合物析出，進(jìn)而將飽和脂肪酸和單不飽和脂肪酸與多不飽和脂肪酸分開[17]。

徐文暉等[18]用元寶楓油制成混合脂肪酸甲酯，再用尿素包合法對(duì)其中的神經(jīng)酸甲酯進(jìn)行分離。結(jié)果顯示，在m(脂肪酸甲酯)∶m(尿素)∶V(甲醇)為1∶3∶9、包合溫度-10℃、包合時(shí)間20 h的條件下，神經(jīng)酸甲酯的分離效果最佳，通過2次尿素包合處理后神經(jīng)酸甲酯的相對(duì)含量從5.484%提高到17.103%，提高了2倍多。郭瑩瑩等[19]以文冠果油為原料，在尿脂比1∶1、料液比1∶10、包合溫度10℃、包合時(shí)間8 h的優(yōu)化工藝條件下，文冠果油中的神經(jīng)酸含量從2.59%升高到9.49%，神經(jīng)酸含量提高了約3倍，且回收率也較高，可達(dá)到74.01%。

芥酸與神經(jīng)酸均為ω-9型長(zhǎng)鏈單烯脂肪酸,結(jié)構(gòu)相近,因此神經(jīng)酸提純難點(diǎn)之處就是將其與芥酸分離。張?jiān)萚20]通過二級(jí)分子蒸餾得到的神經(jīng)酸乙酯初級(jí)產(chǎn)品中神經(jīng)酸乙酯與芥酸乙酯含量分別為48.79%和46.80%，然后將二級(jí)分子蒸餾后的脂肪酸乙酯進(jìn)行尿素包合，在m(脂肪酸乙酯)∶m(尿素)∶V(甲醇)為1∶5∶35、包合溫度35℃、包合時(shí)間8 h條件下，經(jīng)過二次尿素包合處理，得到神經(jīng)酸乙酯含量為66.21%的產(chǎn)品，神經(jīng)酸乙酯的收率為12.73%，其中芥酸含量降到33.28%。尿素包合法簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)，適合工業(yè)化生產(chǎn)。尿素包含法分離神經(jīng)酸后，產(chǎn)品中的神經(jīng)酸相對(duì)含量并不高，且存在溶劑殘留問題。

3.3 薄層層析法

薄層層析法主要是利用吸附劑對(duì)不同成分的吸附能力不同，以及展開劑對(duì)其解吸附能力的不同而實(shí)現(xiàn)分離。薄層層析法是快速分離和定性分析少量物質(zhì)的一種很重要的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，屬固-液吸附色譜。王娟等[21]將蒜頭果油直接上樣于硅膠G板上，用石油醚-乙酸乙酯洗脫劑進(jìn)行梯度洗脫，經(jīng)檢測(cè)后收集體積比為50∶1～30∶1洗脫液，減壓濃縮后得到神經(jīng)酸結(jié)晶，含量達(dá)到95%，得率為10%。王性炎等[22]首先將元寶楓油制備成混合脂肪酸，用硅膠柱對(duì)神經(jīng)酸進(jìn)行吸附，采用專用洗脫劑進(jìn)行洗脫，收集含神經(jīng)酸部分，經(jīng)檢測(cè)神經(jīng)酸含量由5.5%提高到90%以上。薄層層析法雖然分離純度高，但條件精密，僅適用于實(shí)驗(yàn)室制取，很難實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

3.4 分子蒸餾法

分子蒸餾主要是通過物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)的平均自由程的不同進(jìn)行分離的。當(dāng)物料加熱流動(dòng)時(shí)，由于輕、重組分的自由程不同，輕組分會(huì)最先從液體中揮發(fā)到冷凝管上而被收集，重組分達(dá)不到冷凝管而沿壁流出，因而實(shí)現(xiàn)不同物質(zhì)的分離。

徐明輝等[23]用分子蒸餾法對(duì)神經(jīng)酸乙酯進(jìn)行制取，在不同的真空度及溫度下進(jìn)行六級(jí)分子蒸餾，其中在第五級(jí)分子蒸餾真空度0.1～2.0 Pa、溫度145～150℃的條件下，脫除芥酸和部分木焦油酸，在第六級(jí)分子蒸餾真空度0.1～2.0 Pa、溫度148～153℃的條件下，得到含量為50%以上的神經(jīng)酸乙酯。羅永珠等[24]將元寶楓油乙酯化后在不同的真空度及溫度下進(jìn)行了六級(jí)分子蒸餾，得到50%含量的神經(jīng)酸乙酯。郝旭亞[14]利用分子蒸餾的去輕取重法：首先對(duì)混合脂肪酸乙酯在100℃、5.0 Pa下進(jìn)行一級(jí)分子蒸餾得重組分，再將重組分在120℃、5.0 Pa下進(jìn)行蒸餾得二級(jí)重組分，再在120℃、2.0 Pa下進(jìn)行蒸餾得到三級(jí)重組分，再在120℃、0.1 Pa下進(jìn)行四級(jí)蒸餾，所得重組分中神經(jīng)酸乙酯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為87.03%。分子蒸餾法[25]提取神經(jīng)酸操作簡(jiǎn)單，避免了以往工藝中水洗易乳化的問題，解決了以往技術(shù)中存在的產(chǎn)品酸價(jià)過高的問題。

3.5 制備型反相高效液相色譜法

制備型反相高效液相色譜法(RP-HPLC)是在分析型HPLC的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種高效分離純化技術(shù)。該技術(shù)是通過高負(fù)載、高分離度的制備柱實(shí)現(xiàn)高純度分離的色譜分離方法，其特點(diǎn)在于采用高柱效色譜柱，分離效率高，應(yīng)用范圍廣，處理量大，能夠滿足不同的分離需求。

袁成凌等[26]用RP-HPLC分離純化微生物油脂中的花生四烯酸，在制備色譜柱為μ-BondapakTMC18、流動(dòng)相為甲醇-水(體積比95∶5)、流速為5 mL/min、柱溫為25℃、進(jìn)樣量為2 mL的條件下，花生四烯酸甲酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到99.5%。王學(xué)彤等[27]用高效液相色譜法分離魚油中的EPA和DHA，最終得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為98.35%的EPA和86.59%的DHA。目前還未有文獻(xiàn)報(bào)道將制備型反相高效液相色譜法應(yīng)用于分離神經(jīng)酸。通過分析及查閱相關(guān)文獻(xiàn)，我們可以得出RP-HPLC對(duì)于脂肪酸具有較好的分離純化效果，神經(jīng)酸作為脂肪酸的一種，同樣也可通過RP-HPLC進(jìn)行分離純化，此方法對(duì)于神經(jīng)酸的純化具有較大的發(fā)展?jié)撃堋?/p>

4 結(jié)束語(yǔ)

神經(jīng)酸在預(yù)防和治療腦部疾病，提高免疫功能，改善皮膚等問題中都發(fā)揮了重要的作用。神經(jīng)酸的來源起初是動(dòng)物腦和鯊魚油，但從這些原料中提取神經(jīng)酸會(huì)有較大困難，原料缺乏，成本較高，而且來自動(dòng)物的神經(jīng)酸存在一定的安全隱患。因此，從植物油中提取神經(jīng)酸是一條可持續(xù)發(fā)展的合理之路。在我國(guó)含神經(jīng)酸的植物油脂中元寶楓油發(fā)展?jié)摿艽?，元寶楓是我?guó)含神經(jīng)酸木本植物的一個(gè)特有物種，以元寶楓為代表的槭屬，樹種結(jié)實(shí)量大且元寶楓油中神經(jīng)酸含量較高，是神經(jīng)酸開發(fā)的有力資源。

神經(jīng)酸具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但制備高純度的神經(jīng)酸仍面臨較大的困難。傳統(tǒng)的尿素包合法、結(jié)晶法等存在效率低等問題；先進(jìn)的分子蒸餾技術(shù)操作簡(jiǎn)單，分離效率高，雖然存在成本較高等問題，但仍具有較好的發(fā)展?jié)撃?；制備型反相高效液相色譜法是一種快速有效的分析分離手段，應(yīng)用范圍廣，分離效率高，對(duì)于純化脂肪酸具有較大的優(yōu)勢(shì)。為了降低成本、提高效率，可以采用先進(jìn)的提取技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的方法，這樣不僅能提高神經(jīng)酸的產(chǎn)量與純度，還可以提高其生產(chǎn)效率。