当前的趋势和未来的视角对ω- 3脂肪酸

文摘

ω- 3脂肪酸(ω-3脂肪酸)带来巨大的健康好处在心血管疾病,癌症,和其他生理和认知障碍。多年来,鱼是主要来源ω-3脂肪酸然而,过度捕捞和海洋环境污染的问题,要求小说和可持续的ω- 3脂肪酸的来源。海洋微生物富含二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA),因此一个有前途的替代来源的主要食物来源,鱼和鱼油。Transgene-derived和广泛的微生物代谢工程生产LCω-3欧也变得非常重要在维持ω-3脂肪酸生产。脂肪和油的同时,相互酯化和酯交换仍具吸引力的手段生产ω-3供人类消费和欧米伽用于治疗目的。在这次审查中,我们讨论最近的替代方法ω-3脂肪酸生产

关键字

ω- 3脂肪酸,二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳六烯酸(DHA)、酯交换、转基因技术

介绍

二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸,两个主要的ω3脂肪酸(ω),有治疗和有益健康的影响(图1)。最近这些基本长链多不饱和脂肪酸(LC-PUFAs)受到更多的关注在人类和动物营养(1,2]。目前,EPA和DHA供人类消费的主要来源是鱼和鱼油。然而,海洋鱼类资源需求严重下滑的结果增加了EPA和DHA和几十年的过度捕捞3]。近年来,几种方法已经应用于丰富ω-3 PUFA的鱼油作为一种提高浓度。其他几种方法相互酯化和酯交换等被用来合成ω-3 PUFA现成的天然磷脂的食用油在廉价的成本。本章论述了最新进展和突破发展中潜在的替代来源的ωPUFA (EPA / DHA)。PUFA的微生物和植物来源,增强生产利用代谢工程,目前ω-3 PUFA浓缩和生产方法,限制和安全问题也进行了讨论。

ω- 3多不饱和脂肪酸和健康

在过去的几年中,许多研究都得出结论,LCω-3的存在需要欧米在人类饮食有益健康的影响(图1)。与此同时,据报道,饮食中含有过量的ω-6欧米或非常高的ω-6 /ω-3比率可能参与促进许多疾病的发病机制,如心血管疾病、癌症、炎症和自身免疫性疾病(4]。相反,水平的提高ω-3 PUFA(ω-6 /ω-3比率较低)是更可取的风险在降低许多慢性疾病,如肥胖、癌症、2型糖尿病和关节炎(5,6]。尽管omega - 3欧的报道,消费可能不会降低心血管疾病的风险,最近的研究表明低n-6 / n - 3 PUFA比率的有利影响心血管疾病的风险因素和高n-6 / n - 3 PUFA的副作用比(7,8]。

除了心血管益处,ω-3脂肪酸出现了积极影响脑功能和神经系统9,10]。在孕妇中,适当摄入EPA和DHA对胎儿大脑的健康发展至关重要11,12]。花生四烯酸(ARA)和DHA也需要正常的生长和功能发育的婴儿(13]。消费LCω-3欧已被证明在湿疹等疾病有治疗效果,炎症性肠病、代谢综合征、风湿性关节炎和癌症(10,14- - - - - -19]。尽管他们的可能性导致癌症最近的研究报告继续大声的有利影响环保局,DHA-derived生物活性脂质介质在治疗疾病和促进健康20.- - - - - -22]。

ω-3脂肪酸DHA在降低血压扮演重要角色通过激活钙离子电导和voltage-activated K +通道导致血管舒张(BK)。然而,DHA乙酯醚在膳食补充剂不能激活离子通道,甚至可能对抗DHA的积极影响23]。然而,有证据表明,DHA和EPA参与创伤性脑损伤后神经修复过程(创伤性脑损伤)24]。尽管脑损伤动物模型和人类研究支持他们的治疗效果,没有临床试验评价ω-3脂肪酸对韧性的影响,或治疗,创伤性脑损伤的9]。一项研究进行了评估的临床和生化的影响有针对性的改变饮食ω-3和ω-6脂肪酸治疗慢性头痛表明膳食干预可以减轻疼痛的头,antinociceptive改变脂质介质,改善患者的生活质量25]。然而,一些研究表明高α-linolenic酸(ALA)摄入量之间的关系和风险的增加前列腺癌无论脂肪酸的来源(19,26]。与此同时,一个系统的和以前的荟萃分析研究的荟萃分析阿拉巴马州和前列腺癌风险之间的关联显示没有证据表明ALA消费前列腺癌研究血液或组织使用标记观察到更高的ALA浓度出现在前列腺癌患者血清/组织(27,28]。然而其他研究显示轻微的防护能力,ALA对前列腺癌的前列腺癌使阿拉巴马州消费的贡献很有争议。哺乳动物效率秘密ALA EPA和DHA,然而研究补充亚麻籽在前列腺癌患者的影响报道EPA水平较高,消费后或前列腺组织(29日,30.]。这个观察表明,阿拉巴马州可能被有效地转化为LC PUFA的病人和转换可能并不像先前认为的那样病原。他们的发现表明,亚麻籽可能对前列腺癌有保护作用。

调查关于鱼的消费量对前列腺癌的影响结果表明矛盾的结果。虽然有些显示降低前列腺癌的风险与高脂肪鱼类摄入其他报道逆协会特别高瘦鱼的摄入量(31日- - - - - -34]。然而,尽管不同的鱼来源可能是重要的,烹饪方法的差异可以解释混合的结果。可能吃鱼煮熟在高温下可能增加晚期前列腺癌的风险35]。其他研究发现早期或整体鱼的消费量之间没有联系中年人群中患前列腺癌的风险和独特的高瘦鱼的摄入量。相反,他们发现咸或熏鱼晚期前列腺癌的风险可能会增加由于可能的致癌物的形成在更高的温度,而鱼油消费还能预防老年男性的前列腺癌的进展。油性鱼在高温时,大量的致癌物质,如杂环胺杂环胺和多环芳烃(多环芳烃)正在迅速形成时间和这增加晚期前列腺癌的风险16]。除了诱变剂的形成,改变脂质分数由于鱼氧化烹饪的不饱和脂肪酸和胆固醇,吸收脂肪,油的类型用于烹饪是否动物脂肪或植物性油/脂肪富含ω-6或油富含ω3脂肪酸欧米欧米也可能影响患前列腺癌的风险(36]。此外,二期临床试验在一群48未经治疗的前列腺癌与低风险的影响,发现EPA消费可以减少前列腺癌进展(17]。因此,前列腺组织ω-3脂肪酸,尤其是环保局,男性可以预防前列腺癌的进展。然而,癌症是一种复杂的疾病,所有的营养物质可以在不足或过量是有害的,因此需要更多的研究来解释完全相反的结果。

ω- 3脂肪酸饮食建议

研究发现,许多人没有足够的消费LCω-3 PUFA最佳健康(37]。饮食建议ω-3脂肪酸和鱼已经规定不同的组织和卫生当局(粮食及农业组织(FAO)、世界卫生组织(世卫组织)和国家(表1)。这些推荐摄入量可以通过使用油性鱼类和海鲜提高LCω-3 PUFA的水平。另一种增加鱼/海鲜消费是消费鱼油补充剂或micro-algal EPA / DHA胶囊,被认为是安全的(38,39]。虽然,美国食品和药物管理局(FDA)规定,膳食补充剂不应该推荐或建议的标签每日摄入量超过2克的EPA和DHA,最新的证据表明,EPA + DHA剂量≥2 g /天必须达到显著降低对等离子体的影响甘油三酸酯(TG),很少或没有影响可能观察到推荐EPA和/或DHA摄入200 - 500毫克/天(40]。欧洲食品安全局(EFSA)也建议最低摄入量250毫克EPA + DHA的成年人,DHA摄入100毫克的专门为婴幼儿(≤24个月)和增加DHA摄入100 - 200毫克的孕妇和哺乳期的母亲。欧洲食品安全局(权威2010)进一步指出各种鱼类的消费(每周两次,最好是一个油)。EPA + DHA剂量5克/天,EPA、DHA和1.8克/天,ca。1克/天,分别是安全的对于成年人来说,根据最近的欧洲食品安全署意见上耐受摄入量(41]。另一个选择是消费的食物富含LCω-3 PUFA。尽管如此,味觉和嗅觉的鱼油自然状态是由许多消费者不喜欢。此外,鱼油不适合素食者和气味使其缺乏吸引力。然而,这个问题的脂质氧化鱼油可以最小化微型胶囊(42]。替代来源的ω-3 LC-PUFA可以磷虾油、鱿鱼油、微生物和转基因作物和牲畜。ω- 3 LC-PUFAs从这些来源也被证明是安全的和良好的生物利用度5]。

表1。对EPA和DHA摄入的建议。

微藻:最初的欧米伽- 3的生产商

虽然各种替代EPA和DHA的来源,如细菌、真菌、植物和微藻目前正在探索商业生产微藻仍然是EPA和DHA的最初生产商在海洋食物链。他们可以自然地快速增长下各种各样的自养,兼养的异养培养条件和高LCω-3脂肪酸的生产潜力。属的菌株Phaeodactylum、Nannochloropsis Thraustochytrium Schizochytrium展示了高积累的EPA和DHA。微藻富含植物甾醇、类胡萝卜素、维生素和抗氧化剂。植物甾醇已经证明降低胆固醇功效,而类胡萝卜素作为抗氧化剂维生素A和一些活动,并预防一些慢性疾病。这些组件可能导致的健康好处microalgalω-3 LC-PUFA油(49,50]。

生产高ω- 3

代谢工程:代谢工程、细胞内遗传优化技术和监管流程增加目标物质的生产,是另一个有前途的方法来增加ω-3脂肪酸的生产。PUFA的生物合成途径真核生物和海洋细菌中所示(图2)。

第一个报告代谢工程的omega-trait转基因藻类。他们LC-PUFA过表达外源基因编码酶的生物合成途径在Phaeodactylum tricormutum提高生产DHA和DPA (52]。发现转基因菌株(Pt_Elo5)积累高水平的EPA(12.8%纳入中性脂质)在水沟池塘和这表明其可行性商业EPA和DHA产量(53]。许多微藻类和真菌工程过量生产LC-PUFA(表2)。

表2。基因工程研究,以提高微生物的PUFA的收益率。

克隆EPA和DHA biosynthesynthetic通路的基因从海洋细菌的密集的研究在过去的十年里。转基因大肠杆菌可以产生6.1倍的EPA相比海洋细菌Shewanella baltica MAC1。同时,表达了美国baltica MAC1 EPA / DHA基因簇成Lactococcus lactis无性系种群。cremoris MG1363产生了高水平的EPA和DHA。我们所知,这些作者是唯一的研究小组来生成一个EPA / DHA-producing乳酸细菌,可作为替代为鱼和鱼油大多数实验室菌株是食品级微生物广泛用于发酵食物,特别是乳制品行业。实验室的基因操纵(GM-LAB)将有几个潜在的应用在提高乳制品的发展。与此同时,转基因实验室的安全问题必须被连接(65年]。此外,提取和提纯EPA / DHA的过表达GM-LAB比活细胞可能更容易接受。然而,知觉仍然是最大的挑战要克服一旦消除安全隐患的证据是可用的。

最近的一个重大突破是成功工程油质的酵母y lipolytica产生高浓度的ω-3脂肪酸。这仍然是目前已知无动物中最高的EPA生产者和使陆基EPA的商业生产成为可能。低如苔类植物也被设计成产生大量的ARA环保局从亚麻油酸和亚麻酸。例如,overexpressingΔ6-elongase、Δ6-desaturaseΔ5-desaturase基因Marchantia polymorpha l .导致增加三倍ARA虽然EPA相对于野生型增加了2倍。三个基因的介绍和coexpression烟草导致增加生产ARA(叶总脂肪酸的15.5%)和EPA(叶总脂肪酸的4.9%)。同时,介绍和coexpression三种苔藓植物的基因在大豆导致高水平的的积累C20-LC欧(种子中总脂肪酸的19.5%)。这表明如何苔藓植物可以作为一种重要的基因需要提高C20-LC PUFA生产转基因植物。尽管高等植物酶复杂的合成亚油酸(LA)和α-linolenic酸(ALA),只有少数工厂有能力生产Δ6-desaturated脂肪酸,例如Stearidonic酸(SDA)和主要gammalinolenic酸(GLA)。然而,高等植物并不具备按照伸长和稀释步骤的酶生产LCω-3 PUFA所示(图2)。尽管ALA对SDA转换效率低,SDA潜在EPA-enhancing脂肪酸,通过绕过限制酶通过补充Δ6-desaturase相比,阿拉巴马州丰富的饮食(66年]。其他研究人员也成功地表达了Mortierella isabellina三角洲发酸desaturase基因在烟草的简历。萨丁利用向量pGAMICL6生产高产量的杯子(67年]。的引入LC-PUFA生物合成途径为油料作物已成功了。高收益的杯子(总脂肪酸的27.067%)是通过不同的表达Mortierella isabellina delta6-fatty酸desaturase基因在5个大豆品种(68年]。的同时,表达腐霉属irregulare desaturase芸苔属植物的基因PiD6 juncea的控制下芸苔属植物显著napin启动子导致合成的高水平的杯子(种子脂肪酸总量的40%)。同时,尽管石油种子可以为高LC-PUFA生产工程,达到经济上可行的水平一直挑战[69年]。还需要进一步的研究来更好地理解所涉及的酶和基因籽油生物合成来规避限制不寻常的脂肪酸如三酰甘油的生产包含mono和di-hydroxy脂肪酸(蓖麻油酸的和auricolic酸)。

转基因技术已经应用于生成omega - 3转基因omega - 3猪等牲畜。这可以提供一个替代和可持续的陆基omega - 3脂肪酸的来源可以保存和保护已经恶化的海洋生物资源70年]。

浓缩的omega - 3鱼油Pufa含量

长链PUFA的膳食补充剂是阻碍,因为这些脂肪酸存在于低浓度在常见的食用油。大多数DHA的鱼油不包含高水平而微生物油脂含有高水平的DHA和EPA生产高成本。因此,两个主要的策略也已经被开发出来,以ω- 3 PUFA集中在油三酰甘油的形式。

第一种方法主要依赖于物理性质差异omega - 3脂肪酸和non-omega-3脂肪酸半个半个石油。这些方法包括尿素络合、超临界流体萃取、低温结晶。在尿素络合,碱性水解的石油三酰甘油进行使用酒精KOH或氢氧化钠和自由脂肪酸与尿素的ethanolic溶液混合复杂的形成。混合物冷却,过滤去除结晶尿素配合物离开丰富ω3(欧米伽71年]。这种方法是最简单和有效的获取ω-3集中形式的自由脂肪酸(欧72年]。超临界萃取技术包括使用二氧化碳作为溶剂分离ω-3欧米伽石油的其他组件。该方法的选择性只基于碳的数量在一个链但独立的双键的数目(73年]。这个方法是环保和生产产品没有残留溶剂(74年]。低温结晶分离油组件基于他们的溶解度。Longchain饱和脂肪酸熔点较高的结晶在低温下,欧米伽分离液态形式。这个过程可以进行特殊的溶剂的存在与否75年]。尽管简单的过程和它的低成本,没有显著增加ω- 3 PUFA的内容。

第二种方法是脂肪酶催化反应,导致修改的脂肪酸甘油骨架内的脂肪和油。这些酶反应合成n - 3 PUFA-enriched标签。酶促反应包括酯交换、水解和re-esterification。酯交换是一种化学反应,诱发内脂肪酸和甘油三酯的重排。这个反应导致热行为的改变,往往影响脂肪含量的甘油三酯和多态性水晶网络结构,质地,和流变特性,所有这些都有助于功能。例如,高油酸葵花籽油和软脂酸甘油酯的酯交换或三硬脂酸甘油酯催化Thermomyces lanuginosus脂肪酶导致产品降低饱和度以及更广泛的融化概要文件(76年]。酯交换与三种反应即联系在一起;酸解、醇解和酯交换(77年]。在食品工业中,脂肪和油脂的酯交换使用酶(脂酶)或化学催化剂(通常是甲醇钠)。金枪鱼油的脂肪酸组成成功实现一个环保局:富含DHA 1:4的比例使用甲醇钠作为催化剂[78年]。尽管化学酯交换有处理成本低、处理高损失油皂化。另一方面,酶法酯交换虽然相对昂贵,导致最小处理损失和保持其氧化稳定性的产品。脂酶的底物专一性也增强了选择性形成高质量的产品(79年]。脂肪酶水解已被用于浓缩ω-3总脂肪酸或有选择地DHA和EPA在浓缩鱼油。因为材料是富含长链ω-3通常偏甘油酯或游离脂肪酸,甘油三酸酯的材料是re-esterified使用脂肪酶。通过这种方法,总ω-3在鱼油脂肪酸饲料油从30%上升至45%的部分甘油脂。假丝酵母的玫瑰脂肪酶有选择地增加DHA:环保局以5:1 (80年]。

酯交换涉及酯的转换到另一个通过交换烷氧基的一部分,这种方法已经被用来生产ω-3 PUFA乙酯。例如,ω-3 PUFA乙酯可以通过酯交换生产从鲱鱼油和乙醇使用脂肪酶K80作为催化剂[81年]。ω-3 PUFA-enriched三酰甘油也由一个两步酶促反应涉及脂肪酶(Novozyme 435)催化酯交换和变异脂肪酶催化乙醇分解(SMG1-F278N)。使用低温分子甘油三酯被净化蒸馏(82年]。的另一种方式获得EPA和DHA是磷脂脂肪酸结合到廉价的天然来源的磷脂enzyme-mediated酯交换(83年]。许多研究都集中在利用酶生产磷脂与特定的脂肪酸成分,以开发产品用于特定的营养和健康(84年,85年]。磷脂含有sn-1 PUFA的位置已经由磷脂酶A2-mediated酯化的磷脂酰胆碱(PC)和lipozyme-catalyzed酸解。也包含PUFA phosphotydylcholine sn-2地位是由磷脂酶A2-mediated凝结lyso-PC和PUFA的甘油。n - 3 PUFA也纳入磷脂酰胆碱使用毛霉菌miehei脂肪酶和磷脂酶A2作为催化剂。脂酶然而常常刺激等二价阳离子的存在^{2 +}和毫克^{2 +}。钙离子作用于脂酶的催化部位促进底物酯羰基和极化稳定带负电荷的中间体通过水分子在催化。Ca的存在^{2 +}已经被证明可以提高大豆卵磷脂与甲基酯的酯基转移作用的EPA和DHA在己烷催化了吗r . miehei脂肪酶。

虽然可能产生omega-3-enriched食品保质期满意和良好的感官性状,其氧化的稳定取决于食物的成分矩阵。因此,不同形式的ω- 3脂肪酸脂质如整洁的油,microencapsulated鱼鱼油或水包油乳液可以添加到食品根据食品矩阵(86年- - - - - -90年]。

结论

由于健康意识的增强,EPA和DHA的鱼油的需求正在增加,鱼的数量却在不断减少。然而,建议增加LCω-3 PUFA的摄入量应该考虑其潜在的健康风险。烹饪方法也需要考虑因为ω-3欧米很容易氧化导致有害的自由基。微藻,欧米伽- 3的主要生产商LC-PUFA可能是一个可能的替代方法,但自养微藻的生产成本仍然很高。植物性相当于海洋石油仍然是一个挑战,因为改变的构成LCω-3欧在种子获得鱼油替代是最紧迫的目标。转基因派生和广泛的微生物代谢工程生产LCω-3欧在鱼类资源的可持续发展有重要的作用。工程基因编码EPA和DHA生物合成途径为食品级乳酸细菌和酵母等微生物可以作为可持续的和成本有效的替代来源鱼油,然而现代技术必须彻底评估。然而,相互酯化和酯交换仍将很有前途的技术生产LCω-3欧从廉价的脂肪酸。因为ω- 3 PUFA可能与其他食物成分在食品矩阵,这种相互作用的影响omega - 3 PUFA的营养效果值得进一步调查。

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