γ-亚麻酸的发酵法生产
2006-09-17 17:29:18   来源：不详   评论：0 点击：

 

 

　　　　尽管目前仍已月见草油为γ-亚麻酸的主要来源，但是月见草油种子的含量和含油量不很稳定,受气候产地等条件的影响较大，且精炼成本高，不能满足市场的需求。因此，人们又探索其它可取代的新资源。1976年日本铃木修等发现，接合菌类能产高含量γ-亚麻酸油脂，到了1985年。日本和英国等国家开始使用微生物发酵法工业化生产γ-亚麻酸，并推出含微生物γ-亚麻酸油脂的功能性食品和系列化妆品，微生物油脂已向实用化迈出了第一步。

　　　　用微生物发酵法生产γ-亚麻酸油脂，其γ-亚麻酸含量达8%～15%，可与月见草油相媲美。能用于生产含γ-亚麻酸油脂的微生物属于真菌中的接合菌，包括被孢霉菌、根菌属、小克银汉曲霉、枝霉属（Thanni－dum）和螺旋藻属的某些菌株，通过育种可得到γ-亚麻酸的高产变异菌株。

　　　　一种实验室用的发酵条件是，将选育好的深黄被孢霉（Mortierella isabellina）菌种接种至斜面培养基上，在28℃保温培养4天以活化菌种，活化后菌种转接至装有100ml种子培养基的三角瓶中，30℃下摇瓶（150r/min）培养4天，成为发酵母液。在装液量为20L或30L发酵罐中，接种5%的发酵母液，保持罐温30℃和罐表压0.5kg/cm2，通气量为2vvm，搅拌速度400r/min，在次条件下发酵培养4天。生产发酵培养液以葡萄糖、麦芽汁或糖蜜为基础，添加有机氮（如酵母膏、蛋白胨、鱼粉等）、无机氮[如（NH4）2SO4、尿素、（NH4）2HPO4等]和无机盐（如NaAc、NaNO3、Mg2SO4等）。一例配方组成是：葡萄糖10、（NH4）2SO40.5、NaAc 0.3 、KH2PO4 0.1、MgSO4•7H2O 0.05、酵母膏0.02和蛋白胨0.01。

　　菌种在发酵培养前期主要消耗培养液中除碳源以外的以碳源为主的营养物质，吸收利用蛋白质增大菌体细胞体积，保证菌体代谢旺盛。从第三天开始以消耗碳源为主，培养液中糖度急剧下降，菌体细胞分裂程度剧烈上升，菌体增殖数量以几何级数增加，进入对数生长期，菌体细胞内油脂蓄积增加。从显微镜观察，培养前期菌体呈菌丝状，较细，分支多，脂肪粒少；培养后期，菌丝状细胞逐渐膨大，合成并积累大量油脂，细胞内脂肪粒逐渐增大增多，分支丝状菌体逐渐断裂变成肥大型，内含脂肪粒大且密集。

　　由于油滴存在于菌体细胞内，需采用球蘑机或高压匀浆机将菌体细胞进行机械破碎。充分研磨后的破碎菌体可先用乙醇后用正已烷分步抽提油脂，也可用氯仿：甲醇（2：1，v/v）混合溶剂抽提油脂。分析表明，菌体得率为25%～30% ，油脂含量40%～45% 其中，γ-亚麻酸含量为5%～12%（典型值8%），它与月见草油、母乳脂肪的脂肪酸组成对比见表2所示。

　　由表2可见，微生物油脂的脂肪酸组成与月见草油差异较大，与母乳脂肪较接近。微生物油脂的亚油酸含量大大低于月见草油，因此，更利于提纯精制高纯度的γ-亚麻酸制品，是功能食品基料的良好来源。发酵所得菌体除含有40%～45%的油脂外，还含有30%～35%的蛋白质、6%～8%的灰分和1%～5%纤维素，所以，抽提脂肪后的菌体粕还可以得到较好的利用。

　　用于工业化生产γ-亚麻酸油脂的菌种要求是：单位培养液菌体得率高（>20%），油脂含量接近或超过一般的油料植物（25%～50%），油脂中γ-亚麻酸含量高（5%～15%），而且能在高浓度培养基中的发酵培养以达到菌体产量大发酵罐利用率高的要求。总之，微生物发酵生产γ-亚麻酸油脂是一项先进的生物技术，它不仅仅是寻找替代目前国际市场紧俏的月见草油替代品，而且是开发油脂新资源的一个良好开端。

γ-亚麻酸在功能性食品中的应用实例

　  这里仅举一添加有γ-亚麻酸的奶与奶粉中可提高其营养价值，使之接近于母乳。发酵所得γ-亚麻酸直接添加到牛奶或奶粉中很难混合均匀，通过使用环糊精做载体即可解决这个问题。其中以β-环糊精的效果最好。具体调制方法是：在饱和或过饱和的β-环糊精水溶液中添加定量的γ-亚麻酸，搅拌，使之产生沉淀物。回收沉淀物，用丙酮洗净，干燥后即得γ-亚麻酸粉末。或者往环糊精中加水调成糊状，加入定量γ-亚麻酸，用搅拌机充分拌匀，制得粉末。这样调制的γ-亚麻酸粉末很容易分散到牛乳或奶粉中，其添加量对奶粉是0.01%～1%（干基），对牛奶是0.01%～0.1%。例如，往100ml50%的热乙醇水溶液（60℃）中搅拌加入9gβ-环糊精使之分散，然后加入1gγ-亚麻酸继续搅拌4～5h；缓慢冷却至4℃后用离心机分离回收沉淀物，用丙酮洗净后制成含10%γ-亚麻酸的环糊精粉末。将这种粉末加到牛奶或奶粉中，即得到γ-亚麻酸分散均匀的牛奶或奶粉，添加量控制在使牛奶和奶粉中γ-亚麻酸含量分别在0.05%和1%。

摘要  γ-亚麻酸是人类必需的一种脂肪酸，同时是一种重要的生理活性成分（功能性食品的基料），业已引

起全世界广泛的关注与重视。本文详细论述了γ-亚麻酸的物化性质、生理功能、制备生产及其在功能性食品中的应用实例等内容。

关键词   γ-亚麻酸    功能性食品基料

    多不饱和脂肪酸对人体健康的重要作用已为人们所广泛认识，天然存在的多不饱和脂肪酸种类繁多，其中有三种显得特别重要，就是亚油酸、亚麻酸和花生四稀酸。因人体体内不能自行合成它们，因此这三种被称为必需脂肪酸。严格地说，只有亚油酸是人体不可缺乏的，其它两种可由亚油酸在体内部分转化而得，但转化率受多种因素影响很有限。许多研究认为，尽管膳食中含有足够的亚油酸，仍有相当多的人不能通过亚油酸的转化而保持血液中亚麻酸的正常含量，因此足量的亚麻酸仍必需从膳食中摄取。随着功能性食品的兴起，γ-亚麻酸倍受人们重视，成了一种重要的功能性食品基料。

 

    γ-亚麻酸的存在与性质

    通常称谓的亚麻酸是指α-亚麻酸，为全顺-9，12，15-十八碳三稀酸[CH₃CH₂CH=CHCH₂CH=CHCH₂CH=CH（CH₂）₇COOH]，存在于许多植物油如大麻籽油（35%）、亚麻籽油（45%～50%）和苏籽油（65%）中。动物贮存性脂肪中的亚麻酸含量很少（<1%），但马脂中的含量却高达15%，海洋动物脂肪中可能含有少量的亚麻酸。一般说来，当油脂中的亚麻酸含量达到35%，这种油因极易氧化而不能食用，只适合于作干性油。

    γ-亚麻酸是α-亚麻酸的同分异构体，为全顺-6，9，12-十八碳三稀酸，在月见草油中的含量较为丰富（3%～15%，典型值为8%），玻璃苣油（borage oil ，15%～25%）和黑醋栗油（black currant oil，12%～20%）也含有相当数量的γ-亚麻酸。

    γ-亚麻酸在母乳中的含量较多，不过利用气相色谱法分析大多数奶样品中，常常不准确低把γ-亚麻酸的含量当作α-亚麻酸而导致分析上的误差，这是因为气相色谱常用的很多填充柱不能完全将γ-亚麻酸与它的异构体α-亚麻酸分离开。一份精确的研究表明，高加索妇女授乳期第一周后收集的乳样中γ-亚麻酸含量占类脂物的0.35%～1.0%，与初乳（即收入第一天生产的乳）含量一样。因母乳中类脂物浓度大约是33g/l，体重为5kg的婴儿每天约吸入800ml的母乳，可获得115～325mg的γ-亚麻酸。

    美国农业部在威斯康星州的Madison 实验室里，一直致力于研究富含燕麦与大麦的食品能明显降低胆固醇的原因。最终将这种作用归因于两种成分，一种是膳食纤维，另一种是含二分子亚油酸和一分子γ-亚麻酸的特殊甘油三酯。随品种不同，燕麦和大麦都含有5%～10%的类脂物，其中γ-亚麻酸占0.25%～1.0%。

    螺旋藻属（Spirulina）是γ-亚麻酸的另一种来源，大约含有10%类脂物，其中γ-亚麻酸占类脂物总量的20%～25%。螺旋藻是中美、中非国家的传统食品，现广泛出现在欧洲和北美洲的特殊营养品商店里，以一般的推荐量每日10g螺旋藻计算，可提供200～250mg的γ-亚麻酸。此外，根酶属（Rhizopus）和被孢霉属（Mor-tierella）之类真菌也能产生含γ-亚麻酸的油脂。

    DH-γ-亚麻酸是亚油酸或亚麻酸在人体内代谢的一种中间产物，存在于大部分组织的磷脂中，占其所含脂肪酸的1 ～ 6%。至今尚未见到有关膳食中DH-γ-亚麻酸供给量方面的数据，估计每天摄入12.5～150mg是合理的。母乳中的DH-γ-亚麻酸含量较多占全部类脂物的0.3%～0.4%，所以母乳喂养婴儿每天每kg体重约摄入20～26mgγ-亚麻酸。

作为一种功能性食品基科的γ-亚麻酸

　　正常人体血浆中每升含类脂物5～6g，其中亚油酸100mg和花生四稀酸400mg。如缺乏必需脂肪酸，则机体的所有系统都会出现异常。因为所有生物膜组织的正常发挥都需要脂肪，同时它们还是某些生理调节物质的前体。

    γ-亚麻酸是亚油酸在人体内的一种代谢中间产物（见图1所示）也是一种必需脂肪酸。如果将它作为一种活性成分，摄入量相当于正常人体内每天的生成量或存在于那些具有悠久食用安全史食物中的正常含量，则不可能出现有毒害的副影响。母乳是一种最典型的具有悠久食用安全史的食物，是所有食物中最易被普遍接受的一种。

    这里讨论两个方面的问题。其一是为什么母乳中含有天然存在γ-亚麻酸、DH-γ-亚麻酸和花生四稀酸这些亚油酸的中间代谢产物，它们对婴儿有什么特殊作用？其次是将γ-亚麻酸作为一种活性成分加以补充，对人体特别是那些特殊营养消费者有哪些生理功能？

一、 在母乳中存在的重要性

    食物中的亚油酸在人体内只能部分地经代谢转化成γ-亚麻酸、DH-γ-亚麻酸和花生四稀酸，该途径是一种转化率有限的代谢过程。因此，从食物中摄取额外的γ-亚麻酸等三种脂肪酸对人体许多组织特别是脑组织的生长发育至关重要，因为脑重量的20%是由必需脂肪酸组成。如果食物中只提供亚油酸一种必需脂肪酸，则在婴儿体内要靠代谢亚油酸生成足够数量的其它必需脂肪酸是很困难的，因为婴儿体内各种酶系统尚未发育完全。这是母乳中天然存在γ-亚麻酸、DH-γ-亚麻酸和花生四稀酸的原因之所在，也是自然界生物进化的结果。

    1982年，Putnam 等人进行的一项研究选择了4～6个月的婴儿40人，其中9人用母乳喂养，31人分别用两种人工调制的代乳品喂养，这里人工调制乳中只含亚油酸而不含其代谢物。从表一中的结果可明显看出：调制乳喂养的婴儿，其磷脂中的亚油酸含量较高，而γ-亚麻酸及花生四稀酸含量较低。显然，母乳中亚油酸代谢产物的存在明显影响红血细胞膜的组成，这就直接证明了γ-亚麻酸及其进一步代谢产物对婴儿生长发育的重要作用。

二、 添加γ-亚麻酸的生理功能

三、 从图1所示得人体内亚油酸的代谢转化途径可知，无论是γ-亚麻酸还是α-亚麻酸都是亚油酸的第一代谢产物。γ-亚麻酸可进一步衍生成DH-γ-亚麻酸，它是前列腺素PG-Ⅰ的前驱物，也是花生四稀酸及前列腺素PG-Ⅱ的来源；α-亚麻酸可进一步脱氢去饱和转化为二十碳五稀酸，它是前列腺素PG-Ⅲ的前驱物质。这一切必须在ω-6脱氢酶和ω-3脱氢酶的催化作用下进行，但人体内ω-6和ω-3脱氢酶常受年龄（婴幼期、老年期），肥胖、糖尿病、饮酒过量、维生素缺乏及矿物元素不足等阻碍因素的影响。这些阻碍因素会降低脱氢酶的数量和活性，导致亚麻酸的生物合成受阻，使担负着维持细胞与机体组织正常机能发挥的前列腺素合成受到抑制。前列腺素PG-Ⅰ和PG-Ⅱ具有抑制血管紧张素合成及其它物质转化为血管紧张素的作用，可直接降低血管张力，对高血压病人的收缩压和舒张压有明显的降压作用。γ-亚麻酸对血清甘油三酯的降脂作用，是目前报道的治疗高血脂疗效较佳和安全性最高的，对降低血清胆固醇效果也很好。

    在正常的生理状态下，体内γ-亚麻酸可由亚油酸的生物转化而得。通常的看法认为，正常健康的成年人没有必要直接摄入γ-亚麻酸之类亚油酸代谢产物，但近年来的研究结果表明这种看法并不完全正确。因为每天摄入大量的亚油酸（30～40g）并没有改变人体血液中的DH-γ-亚麻酸和花生四稀酸的浓度，然而，每天只要摄入0.5g的γ-亚麻酸却能使血浆磷脂中的DH-γ-亚麻酸含量明显增加，但不超过一般人的正常水平。因此，实验结果表明是γ-亚麻酸而不是通常认为的亚油酸能够提高人体血液中的亚油酸代谢产物含量。

    直接添加亚油酸代谢产物的重要意义可从以下几种人群中明显观察到：（1）将会心脏病的“正常”中年人，（2）将会得中风的“正常”中年人，（3）糖尿病患者，（4）过敏性湿疹患者，（5）饮用大量酒精的人，（6）有月经前综合症的患者和（7）年老者，这些人血浆或脂肪组织中的γ-亚麻酸、DH-γ-亚麻酸和花生四稀酸浓度明显低于正常水平。

    各种研究表明，尽管日常膳食中含有大量的亚油酸，但仍有很多人不能保持血液中正常的γ-亚麻酸、DH-γ-亚麻酸和花生四稀酸的浓度。虽然这些人所占的比例暂不明了，但在上述提到的7种人中则是很普遍的。往膳食中添加γ-亚麻酸或摄取富含γ-亚麻酸的功能性食品，可明显改善过敏性湿疹病人的皮肤状况，起到解除瘙痒降低对胆固醇药物需要量的作用；可明显减轻有月经前综合症和月经前胸痛病人的不适症状。对于糖尿病患者来说，补充γ-亚麻酸可恢复被损伤的神经细胞功能，降低血清胆固醇和甘油三酸酯水平并抑制体内血小板的凝聚。对于嗜酒者，γ-亚麻酸可促进被酒精损伤肝功能的恢复，减轻停止服药后出现的强烈不适症状。虽然至今为止尚未见到有关γ-亚麻酸对防止心脏病与中风方面的研究文献，但有事实证明γ-亚麻酸能减轻这类患者高血脂和血小板异常凝聚等症状。

    种种研究表明，人体内γ-亚麻酸、DH-γ-亚麻酸和花生四稀酸的水平太低会引起一系列健康问题，而仅通过补充亚油酸往往是不能解决问题的。为此，各种富含γ-亚麻酸的营养品相继出现在市场上，其中以月见草油为具体代表。

 

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