花生四烯酸應(yīng)用及研究進(jìn)展

曾思鈺，王艾奇

（惠州衛(wèi)生職業(yè)技術(shù)學(xué)院藥學(xué)與檢驗(yàn)學(xué)院，廣東 惠州 516000）

引言

花生四烯酸（Arachidonic acid，ARA)是人體前列腺素合成的重要前體物質(zhì)，廣泛分布于動(dòng)物界，與亞油酸、亞麻酸一起被稱為人體必需的三大脂肪酸。即是哺乳動(dòng)物的器官、肌肉和組織中廣泛存在的一種重要磷脂，又是多種有特殊生理活性的二十碳酸衍生物的直接前體，ARA 具有優(yōu)良的藥用、營(yíng)養(yǎng)和保健價(jià)值。

本文對(duì)近年來(lái)花生四烯酸的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展及應(yīng)用進(jìn)行分析綜述，為花生四烯酸的工業(yè)化生產(chǎn)及進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用提供參考。

1 花生四烯酸的應(yīng)用

1.1 保健食品行業(yè)

ARA 是組成大腦皮層中磷脂的重要多不飽和脂肪酸之一，對(duì)嬰幼兒的大腦發(fā)育起到重要作用。ARA的缺乏會(huì)使嬰幼兒認(rèn)知能力及智力的發(fā)展受限。Pram M D 等人[1]發(fā)現(xiàn)，母乳中的ARA 主要源于母體自身儲(chǔ)存的ARA，而非源于腸道吸收，因此孕婦在準(zhǔn)備懷孕前和懷孕期間有針對(duì)性的補(bǔ)充ARA 是非常必要的。研究表明，與喂養(yǎng)非強(qiáng)化ARA 及DHA 配方奶粉的嬰幼兒相比，經(jīng)過(guò)斯坦福-比奈智力量表測(cè)出的智商分?jǐn)?shù)，平均IQ 高出7 分左右。目前已經(jīng)有近百個(gè)國(guó)家均批準(zhǔn)了在嬰幼兒食品中添加ARA：富含ARA的嬰幼兒配方奶粉；富含ARA 的液態(tài)奶。除強(qiáng)化ARA的嬰幼兒食品外，富含ARA 的魚(yú)類罐頭、飲料、肉腸、餅干、糖果等強(qiáng)化食品也開(kāi)始在國(guó)外市場(chǎng)占有一席之地。近年來(lái)，與ARA 相關(guān)的保健機(jī)制研究已經(jīng)揭示了富含ARA 保健食品的廣闊前景。

1.2 化妝品行業(yè)

在各類皮膚疾病的病理發(fā)展進(jìn)程中ARA 也顯示出重要作用[2]，例如：鱗屑性皮膚病、痤瘡、蕁麻疹及接觸性皮炎中，ARA 及其衍生物都發(fā)揮著重要的用。在國(guó)外，護(hù)膚品研發(fā)公司以ARA 及其它多價(jià)不飽和脂肪酸為原材料做了大量研究試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其對(duì)皮膚的保濕、抗衰老有很好的作用。且將微生物發(fā)酵生產(chǎn)的多不飽和脂肪酸應(yīng)用到各類護(hù)膚品中，滿足當(dāng)今對(duì)“綠色、環(huán)保、天然”的化妝品原料的要求，可廣泛用作臉部、身體和手部皮膚的天然保護(hù)劑等。另外，ARA還具有滋養(yǎng)毛囊，促進(jìn)生發(fā)的作用，可將其添加到高端洗發(fā)、養(yǎng)發(fā)等產(chǎn)品中。

1.3 醫(yī)藥行業(yè)

金開(kāi)山等[3]研究證明ARA 針對(duì)由鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的患有糖尿病的白鼠，可明顯降低其糖化血清蛋白和丙二醛的含量，從而提升糖尿病白鼠的抗氧化能力。Wu M Y[4]對(duì)正常飲食的小白鼠，高脂肪食物喂養(yǎng)的小白鼠以及食用富含ARA 的高脂肪的小白鼠的胰島素情況分別進(jìn)行了檢驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)ARA 能明顯改善因血液中含量過(guò)高的脂肪酸引起的機(jī)體胰島素敏感性下降，由此規(guī)避并發(fā)的肝糖輸出升高和體內(nèi)代謝異常。ARA 通常與其他多不飽和脂肪酸制成膠囊劑，用來(lái)預(yù)防和治療慢性濕疹、過(guò)敏性皮炎等皮膚類疾病和冠心病、心絞痛、心肌梗死、缺血性心肌病等心腦血管疾病[5]。ARA 對(duì)腫瘤有化學(xué)預(yù)防作用[6]，在一些腫瘤動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，ARA 能在體外顯著殺滅腫瘤細(xì)胞，目前，ARA 已經(jīng)初步應(yīng)用于一些抗腫瘤新型藥物中。腫瘤患者通過(guò)營(yíng)養(yǎng)膳食額外補(bǔ)充ARA，既能改變病患體內(nèi)原本的低ARA 水平，又能促進(jìn)患者免疫功能的調(diào)節(jié)，還能維持患者體內(nèi)細(xì)胞的正常形態(tài)，促進(jìn)細(xì)胞的代謝及修復(fù)，減低常規(guī)化學(xué)藥物治療帶來(lái)的副作用。

1.4 飼料行業(yè)

已有證據(jù)顯示，將適量產(chǎn)多不飽和脂肪酸的菌體制成干燥粉末添加到飼料中，可提高動(dòng)物體重，防止疾病，減少死亡率，還可提升產(chǎn)蛋、產(chǎn)奶動(dòng)物中多不飽和脂肪酸的含量[7]。近些年來(lái)，許多研究表明，在飼料中適量添加ARA 干粉，對(duì)于魚(yú)類的生長(zhǎng)率和存活率都有較好的效果。Friedrich M 等[8]用分別含有1%DHA、1%ARA 和1%的多不飽和脂肪酸的混合飼料喂食大菱鲆幼魚(yú)，結(jié)果表明，飼喂1%ARA 喂養(yǎng)的大菱鲆幼魚(yú)生長(zhǎng)率及存活率均高于其他兩組。21 世紀(jì)初，國(guó)內(nèi)外對(duì)魚(yú)類必需脂肪酸的需求進(jìn)行了廣泛的研究，發(fā)現(xiàn)在魚(yú)類生命周期的特殊時(shí)期，可能需要高水平的ARA來(lái)幫助其適應(yīng)環(huán)境[9]。ARA 有利于提高魚(yú)類生存率及抗應(yīng)激性；促進(jìn)魚(yú)類繁殖，提高卵、精、苗質(zhì)量；調(diào)節(jié)魚(yú)的免疫系統(tǒng)。因此，富含ARA 的魚(yú)飼料也被認(rèn)為前景廣闊。

2 國(guó)內(nèi)外被孢霉生產(chǎn)花生四烯酸的研究進(jìn)展

2.1 生產(chǎn)花生四烯酸的被孢霉菌株

利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)ARA，需要從廣泛的生態(tài)環(huán)境中采樣，篩選培養(yǎng)，通過(guò)分析油脂組成、含量和ARA 含量，篩選得到高產(chǎn)菌株，再優(yōu)化培養(yǎng)基及培養(yǎng)條件進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)。高山被孢霉以其高產(chǎn)性能及合理的油脂組成成分，成為最常用于產(chǎn)ARA 的微生物菌株。

2.2 國(guó)外被孢霉生產(chǎn)花生四烯酸的研究進(jìn)展

國(guó)外從20 世紀(jì)70 年代開(kāi)始便利用真菌生產(chǎn)ARA，美國(guó)和日本在這方面的研究尤為突出。Higashiyama K 等[10]利用圖像分析技術(shù)研究了氨基酸對(duì)被孢霉形態(tài)和菌落形成率的影響，發(fā)現(xiàn)谷氨酸能加速菌落中心區(qū)的形成，纈氨酸和丙氨酸對(duì)菌絲的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用。在培養(yǎng)基中添加適量谷氨酸，ARA 產(chǎn)量提高10%。

Byung H H 等[11]在12 L 發(fā)酵罐中，以葡萄糖和玉米漿為培養(yǎng)底物補(bǔ)料-分批培養(yǎng)，在培養(yǎng)過(guò)程中流加葡萄糖，并用氨水控制pH 在合適范圍，培養(yǎng)12.5 d后生物量72.5 g/L，ARA 產(chǎn)量為18.8 g/L，比分批發(fā)酵產(chǎn)量提高了4 倍。是目前國(guó)外利用微生物產(chǎn)ARA 的最高水平。

2.3 國(guó)內(nèi)被孢霉生產(chǎn)花生四烯酸的研究進(jìn)展

與國(guó)外相比，我國(guó)的研究起步稍晚，但我國(guó)在生產(chǎn)ARA 的菌種篩選和育種方面具有優(yōu)勢(shì)，一部分菌種已經(jīng)完成產(chǎn)業(yè)化。林偉鐵等[12]利用被孢霉M10，采用孢子接種，可以得到短而多分支的球狀菌體形態(tài)，此為該菌種的最佳產(chǎn)油形態(tài)，菌體在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期開(kāi)始積累油脂，于培養(yǎng)第5 天達(dá)到最高值0.45 g/L。叢雷磊等人[13]發(fā)現(xiàn)谷氨酸能促進(jìn)磷酸戊糖途徑的激活，從而在發(fā)酵底物中添加谷氨酸提高ARA 的產(chǎn)量至1.41 g/L。Xue-ping L[14]等使用以玉米漿和酵母粉的質(zhì)量比為3∶7 的混合氮源發(fā)酵時(shí)，高山被孢霉生物量和ARA 產(chǎn)量分別提高到37 g/L 和7.8 g/L。

3 結(jié)論與展望

高山被孢霉是最常用的ARA 生產(chǎn)菌株，發(fā)酵法生產(chǎn)ARA 生產(chǎn)過(guò)程仍存在著發(fā)酵過(guò)程難以控制，且高山被孢霉在生產(chǎn)過(guò)程中容易結(jié)團(tuán)，導(dǎo)致發(fā)酵系統(tǒng)的溶氧速率較低，如加大攪拌等，會(huì)造成菌絲體的損傷，生產(chǎn)能力下降。目前亟待解決的問(wèn)題仍然是繼續(xù)篩選高產(chǎn)菌株，并對(duì)現(xiàn)有菌株進(jìn)行基因改造以提高ARA產(chǎn)量。

今后可以從以下方面進(jìn)行進(jìn)一步的研究：針對(duì)溶氧問(wèn)題，可采用在培養(yǎng)基中添加對(duì)微生物無(wú)毒的氧載體，如正己烷、大豆油等，用以改善發(fā)酵液中的溶氧水平，防止菌體成團(tuán)而影響ARA 的產(chǎn)量；發(fā)酵罐補(bǔ)料培養(yǎng)模式的探討，嘗試從菌體生長(zhǎng)進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期時(shí)開(kāi)始補(bǔ)料，視發(fā)酵情況確定結(jié)束補(bǔ)料的時(shí)間段，以避免由于補(bǔ)料營(yíng)養(yǎng)液不足而影響發(fā)酵水平，同時(shí)可研究并優(yōu)化補(bǔ)料的內(nèi)容物及添加比例，在發(fā)酵罐培養(yǎng)層面上，對(duì)補(bǔ)料方式進(jìn)行合理選擇；可考察固態(tài)培養(yǎng)的可行性；在分子水平調(diào)控菌體培養(yǎng)過(guò)程，改造基因工程菌株。