DHA生产工艺简介doc-国家生化工程技术研究中心

二十二碳六烯酸（DHA）生产工艺简介一、DHA背景与意义DHA（Docosahexaenoicacid,22:6△4.7.10.13.16.19，全名二十二碳六烯酸）是一种重要的长链多不饱和脂肪酸（polyunsaturatedfattyacid，简称PUFA），属于ω-3系列（分子结构式中第一个双键位于-COOH基团反侧的第三个键上，即ω-3系列）。人和其它哺乳动物只有△4、△5、△6及△9去饱和酶，缺乏△9以上的去饱和酶,因此无法自身合成DHA，必须由食物来提供。1、DHA的结构和性质DHA的分子式为C22H30O2,分子量为328.48，分子结构为：DHA通常是顺式，但在某些异构酶作用下可变成反式。含有多个“戌碳双烯”结构及5个活泼的亚甲基。这些活泼的亚甲基舍得DHA极易受光、氧、过热、金属元素（如Fe、Cu）及自由基的影响，产生氧化、酸败、聚合、双键共轭等化学反应，产生以羰基化合物为主的鱼臭物质。纯DHA为无色、无味，常温下呈液态，且具有脂溶性，易溶于有机溶剂，不溶于水，熔点为－45.5~－44.1，所以在低温下仍然能保持较高的流动性。2、DHA的来源2.1海洋动物海洋鱼类是提取DHA的主要来源。海产鱼类特别是中上层鱼类的油脂中含有大量的DHA，如鲔鱼、秋刀鱼、远东沙丁鱼的油中DHA的含量均在10%以上。目前全世界鱼油的年产量在100万吨左右，理论上从中可提取10~25万吨鱼油。实际上由于分离技术等因素的限制，鱼油产量要低于上述数字、而且提取的鱼油有相当大的部分被氧化和渗入人造黄油或起酥油中被消耗掉，真正可用于分离DHA的鱼油仅占少部分。除此之外还有贝类和甲壳类。2.2真菌类有许多低级的真菌中含有较多的DHA，其中藻状菌类的DHA含量尤为丰富，是进行DHA商业性开发的潜在来源。比如高山被孢霉中的占其总脂肪酸的15%以上，而破囊壶菌中的占总脂肪酸的含量可高达34%。产DHA的真菌主要是较低级真菌中的藻状菌，主要有壶菌纲（ClassChytridomycetes）、卵囊菌纲（ClassOomyceres）、霜霉目（OrderPeronosporales）、水霉目（Ordersaprolegniales）、结合菌纲（ClassZygomycetes）、虫霉目（OrderEntomophthorales）等，特别是破囊弧菌Thraustochytriidae，已经报道有它的8个属30多个菌种能够产DHA。2.3海藻类许多研究证实，在金藻类、甲藻类、硅藻类、红藻类、褐藻类、绿藻类及隐藻类等海藻中含有大量的DHA。到目前为止，已测定了上百个品种微藻的脂肪酸，其中某些种类的海藻DHA含量可达30%以上。3、DHA的分离制备方法如何高效地从鱼油及其他海洋动植物中分离、浓缩DHA，是脂肪酸开发应用中的难点和关键之一。目前，实验室和实际生产中应用的和分离方法有低温分级法、尿素包合法、溶剂法、成盐法、分子蒸馏法、超临界气体萃取法、脂酶法及高效液相色谱法等。下面简要介绍其中几种重要的分离方法。3.1低温分级法利用不同的脂肪酸在过冷有机溶剂中的溶解度差异来分离浓缩DHA。将鱼油溶解在1~10倍的无水丙酮中，并冷却至-25℃以下。混合液的下层即形成含有大量饱和脂肪酸及低度不饱和脂肪酸结晶，而上层含有大量高度不饱和脂肪酸的丙酮溶液。将混合液过滤，滤液在真空下蒸馏除去丙酮即可得到DHA含量较高的鱼油制剂。为了提高分离效果可在无水丙酮中添加少量亲水性溶剂如水或醇类。3.2溶剂提取法利用不同脂肪酸的金属盐、在某种有机溶剂中的溶解度差异来分离浓缩DHA。将乙醇、鱼油及NaOH按一定比例混合，然后力热使鱼油皂化。皂化后的混合液经压滤分别得到皂液及皂粒。皂液在搅拌下加人H2SO4至PH为1~2。分离上层粗脂肪酸乙醇混合液，加热回收乙醇，并反复水洗祖脂肪酸至中性，即得DHA含量较高的精制鱼油。3.3尿素包合法脂肪酸与尿素的结合能力取决于其不饱和程度。脂肪酸的不饱和度越高、则与尿素的结合能力越弱。依此原理即可将饱和脂肪酸、低度不饱和脂肪酸与高度不饱和脂肪酸分离开来。在鱼油中加人尿素甲醇（或乙醇）后加热混合、过滤并用适当溶剂萃取滤液，即得萃取液脱去溶剂、真空干燥后即得到DHA含量较高的精制鱼油。尿素包合法是一种比较简便有效的分离方法，但在实际生产中应用时，存在溶剂损耗大、排水和因尿素添加物而引起的废物处理等问题。为此，Kazuhiko开发了一种尿素包合与连续精馏相结合的分离方法，既解决了上述问题，又避免了鱼油因与空气接触而氧化，还可以提高分离效果，适合工业化生产。3.4超临界气体萃取法即将含有DHA的鱼油溶解于超临界状态的CO2中，通过改变温度和压力，达到分离DHA的目的。此法能分离出高纯度的DHA，但对碳数相同而双键数不同的脂肪酸的分离效果较差。为此，可利用银离子能与双键络合形成可逆的络合物的特性，在超临界CO2萃取装置中增加1支AgNO3－硅酸色谱柱，达到将碳数相同而双键数不同的脂肪酸分离的目的。上述分离方法同样适用于通过选择和培养某些真菌和海藻来提取DHA的途径。4、DHA的生理功能4.1抗凝血、抑制血栓形成DHA能抑制血小板凝集，减少血栓素形成，从而预防心肌梗塞、脑梗塞的发生。血小板合成的血栓素（TXA2）具有促进血小板凝集和收缩血管的作用，血管内皮产生的前列腺素（PGI2）具有抑制血小板凝集和舒张血管的作用，TXA2和PGI2之间的平衡是调节血小板和血管功能，促进血栓形成的关键。TXA2和PGI2是以花生四烯酸（AA）为前体，通过磷酸化酶的作用从细胞膜磷酸甘油酯中释放出来。DHA和EPA可竞争性抑制AA向TXA2和PGI2转化而生成TXA3和PGI3，TXA3几乎没有生物活性，而PGI3与PGI2的生理功能和活性相似，因而减少了血小板凝集并增加了血管舒张作用，使血栓形成减少。对血栓病患者,可使患者的血小板存活时间延长,血小板计数减少,血小板因子的血浆水平下降，血浆中血栓球蛋白降低，可阻止血小板与动脉壁相互作用，延缓血栓形成。4.2降血脂、防动脉硬化DHA可以降低血清中甘油三酯生成及从肝脏排出；降低低密度脂蛋白、极低密度脂蛋白、增加高密度脂蛋白，改变脂蛋白中脂肪酸的组成，从而增加其流动性；增加胆固醇的排泄，抑制内源性胆固醇的合成。因此，可以预防和治疗动脉硬化，对高血压、心血管疾病有一定的治疗作用，被人誉为“心血管疾病无可比拟的特效品”，是血管的“清道夫”。4.3抗炎作用调查发现，爱斯基摩人很少患气管炎、风湿性关节炎等慢性疾病，用EPA喂饲小鼠，其实验性炎症的水肿程度降低。原因：慢性反应物质SRSA是三种特异的白三烯，是变态反应中的活性物质，在过敏性反应中调节支气管收缩和血管通透性。花生四烯酸促进白三烯LTB4形成，LTB4有助炎作用；DHA和EPA可促进白三烯LTB5形成，它几乎无生理活性，从而EPA具有抗炎作用。用ω-PUFA防治某些炎性疾病如类风湿性关节炎、带状泡疹及红斑、疤疹、哮喘等已取得良好效果，是一种理想的功能性食品原料。4.4健脑作用DHA是人脑的主要组成物质之一，占人脑脂质的10%左右，在一定程度上可以提高脑的柔软性，抑制脑的老化。其在人脑中主要以磷脂的形式存在，存在于大脑的灰白质部，磷脂对脑细胞的形成和构造起重要作用，如果缺少神经元的突起就不能维持，所形成的网状组织易被破坏，大脑传递信息就不灵，也影响人的智力，记忆和思维能力。在脑细胞形成的过程中，DHA有利于脑细胞突起的延伸和重新产生。在胎儿时期，从受精卵在母亲子宫内分裂开始就需要DHA，因此，孕妇应摄入足量的DHA，以促进胎儿大脑的发育和脑细胞的增殖。正常情况下，一位孕妇每天应摄入0.5~1.5gDHA（普通人需要0.5~1.0g），特别是在胎儿大脑发育最快的妊娠第4个月至婴儿出生后1岁末未发育完成这一重要时期，DHA的摄入尤为重要。同样，幼、童及青少年也应该进补，他们正处于接受大量信息的学习阶段，这对脑细胞是一种刺激，补充能保证脑细胞突触延长，使神经细胞之间联系加强，信息的传递更为迅速，大脑功能增强，记忆力提高。此外也是老年人不可忽视的营养素，补充可以延缓大脑萎缩，防止大脑功能衰退和老年性痴呆症发生。因而，有人称DHA为“脑黄金”。4.5保护视力在人体各组织细胞中，DHA含量最高的是眼睛的视网膜细胞，DHA能保护视网膜、改善视力。一方面，DHA能使视网膜与大脑保持良好的联系，防止视力减退，改善视力；另一方面，充足的DHA能防止视网膜血栓的产生，阻止脂质渗出，从而彻底改善视力，甚至复明。DHA的含量减少，对光的敏感性就降低，视力则下降。4.6抗癌作用据文献报道英国专家发现并分离出导致癌症患者身体消瘦的一种物质。这种名叫卡奇非克因子的物质类似荷尔蒙，这种蛋白质经血液到达人体内脂肪组织后，直接使脂肪组织分解使人消瘦。而鱼油中的DHA和EPA可阻滞这种蛋白质因子的形成，使肿瘤患者消瘦过程得到逆转，从而起到增强患者体质，进而起到抗肿瘤的作用。5、DHA的合成、消化以及代谢5.1微生物合成DHA的代谢途径微生物合成多价不饱和脂肪酸通常是在单不饱和脂肪酸基础上开始，合成机制与高等生物一致，包括延长碳链和去饱和作用两个过程，分别由相应的膜结合延长酶和脱饱和酶所催化，使碳链增长；脂肪酸脱饱和体系由微粒体膜结合的细胞色素b5、NADH-细胞色素b5还原酶和脱饱和酶组成。微生物合成DHA是从油酸开始，其脱饱和途径是ω-3；供体(乙酰CoA或丙二酰单酰CoA)提供两C原子，在12、13位C原子之间引入一个双键，形成亚油酸，再在15、16位碳原子间引入一个双键，形成α-亚麻酸，再经进一步的碳链延长和脱饱和而形成DHA，形成过程如下：油酸(18:1△2)→亚油酸(18:2△9,12)→a-亚麻酸(18:3△9,12,15)→二十碳五烯酸EPA(20:5△5,8,11,14,17)→DHA(22:6△4,7,10,13,16,19）。5.2DHA的消化吸收方式DHA在体内的消化吸收与其他脂肪酸相比，差异很大。以甘油三酯形式存在的DHA为例，在小肠中，甘油三酯被肝脏分泌的胆盐乳化后，在胰脂肪酶和肠脂肪酶的作用下，分解成甘油二酯、甘油一酯、脂肪酸和极少量甘油。这些水解产物与胆固醇、溶血磷脂和胆盐共同形成一种水溶性的混合微粒，穿过小肠绒毛表面的水屏障到达微绒毛膜以被动扩散的方式被吸收（胆盐除外）。脂质在鱼体内的吸收和哺乳动物体内的吸收相似。摄食的脂肪在内腔水解后，单甘油酯和游离脂肪酸以微团的形式通过扩散作用在肠道的上皮细胞被吸收。在粘膜细胞内重新组装成甘油三酯，形成乳糜微粒，通过淋巴系统进入血液循环。而长联脂肪酸（LFA）则只在胆盐乳化作用下就可被吸收，吸收后的LFA仍需合成甘油三酯再通过淋巴进入血液循环。在人体，主要通过淋巴途径和静脉途径吸收DHA，有人提出了第三途径即十二指肠途径。一般来说，短链脂肪酸比长链脂肪酸易于被吸收，不饱和脂肪酸比饱和者更易被吸收。鱼类对不饱和脂肪酸和短链脂肪酸的消化吸收率高达95％，对饱和脂肪酸和长链脂肪酸的吸收约为85％。5.3影响DHA消化吸收的因素首先，是脂肪酸的组分和结构差异对其被消化吸收的影响。有研究者认为脂质来源及脂肪酸存在的形式的差异可能会影响吸收、分配和生物利用。以磷脂形式存在的DHA比以甘油三酯形式存在的更易被吸收。甘油三酯被胰脂肪酶水解成2-甘油一磷酸和游离脂肪酸，而磷脂被胰磷酸脂酶A2水解生成溶血磷脂和游离脂肪酸，离子化的脂肪酸和2-甘油一磷酸进入胆汁微团后和磷脂形成水溶性混合颗粒，有助于无极性的脂类穿过小肠绒毛表面的水屏障到达微绒毛膜被吸收。脂肪酸在甘油三酯中的位置决定其是以2-甘油一磷酸酯还是以游离脂肪酸的形式被吸收。当DHA在甘油三酯Sn-2位置上，它们最容易被吸收。一般情况下，磷脂代谢重建酶可选择性地将不饱和脂肪酸置于甘油酯的Sn-2位置,而将饱和脂肪酸置于Sn-1位置。其次，是脂肪酸所含的基团或包容物的互相作用对其被消化吸收的影响。摄食的磷脂所含的磷酸盐基团和氮基（主要是维生素B复合体），可能会在几个代谢途径中互相影响；脂肪酸的磷脂源（来自鸡蛋