花生四烯酸应用及研究进展

曾思钰，王艾奇

（惠州卫生职业技术学院药学与检验学院，广东 惠州 516000）

引言

花生四烯酸（Arachidonic acid，ARA)是人体前列腺素合成的重要前体物质，广泛分布于动物界，与亚油酸、亚麻酸一起被称为人体必需的三大脂肪酸。即是哺乳动物的器官、肌肉和组织中广泛存在的一种重要磷脂，又是多种有特殊生理活性的二十碳酸衍生物的直接前体，ARA 具有优良的药用、营养和保健价值。

本文对近年来花生四烯酸的国内外研究进展及应用进行分析综述，为花生四烯酸的工业化生产及进一步开发利用提供参考。

1 花生四烯酸的应用

1.1 保健食品行业

ARA 是组成大脑皮层中磷脂的重要多不饱和脂肪酸之一，对婴幼儿的大脑发育起到重要作用。ARA的缺乏会使婴幼儿认知能力及智力的发展受限。Pram M D 等人[1]发现，母乳中的ARA 主要源于母体自身储存的ARA，而非源于肠道吸收，因此孕妇在准备怀孕前和怀孕期间有针对性的补充ARA 是非常必要的。研究表明，与喂养非强化ARA 及DHA 配方奶粉的婴幼儿相比，经过斯坦福-比奈智力量表测出的智商分数，平均IQ 高出7 分左右。目前已经有近百个国家均批准了在婴幼儿食品中添加ARA：富含ARA的婴幼儿配方奶粉；富含ARA 的液态奶。除强化ARA的婴幼儿食品外，富含ARA 的鱼类罐头、饮料、肉肠、饼干、糖果等强化食品也开始在国外市场占有一席之地。近年来，与ARA 相关的保健机制研究已经揭示了富含ARA 保健食品的广阔前景。

1.2 化妆品行业

在各类皮肤疾病的病理发展进程中ARA 也显示出重要作用[2]，例如：鳞屑性皮肤病、痤疮、荨麻疹及接触性皮炎中，ARA 及其衍生物都发挥着重要的用。在国外，护肤品研发公司以ARA 及其它多价不饱和脂肪酸为原材料做了大量研究试验，发现其对皮肤的保湿、抗衰老有很好的作用。且将微生物发酵生产的多不饱和脂肪酸应用到各类护肤品中，满足当今对“绿色、环保、天然”的化妆品原料的要求，可广泛用作脸部、身体和手部皮肤的天然保护剂等。另外，ARA还具有滋养毛囊，促进生发的作用，可将其添加到高端洗发、养发等产品中。

1.3 医药行业

金开山等[3]研究证明ARA 针对由链脲佐菌素诱导的患有糖尿病的白鼠，可明显降低其糖化血清蛋白和丙二醛的含量，从而提升糖尿病白鼠的抗氧化能力。Wu M Y[4]对正常饮食的小白鼠，高脂肪食物喂养的小白鼠以及食用富含ARA 的高脂肪的小白鼠的胰岛素情况分别进行了检验分析，发现ARA 能明显改善因血液中含量过高的脂肪酸引起的机体胰岛素敏感性下降，由此规避并发的肝糖输出升高和体内代谢异常。ARA 通常与其他多不饱和脂肪酸制成胶囊剂，用来预防和治疗慢性湿疹、过敏性皮炎等皮肤类疾病和冠心病、心绞痛、心肌梗死、缺血性心肌病等心脑血管疾病[5]。ARA 对肿瘤有化学预防作用[6]，在一些肿瘤动物实验中，ARA 能在体外显著杀灭肿瘤细胞，目前，ARA 已经初步应用于一些抗肿瘤新型药物中。肿瘤患者通过营养膳食额外补充ARA，既能改变病患体内原本的低ARA 水平，又能促进患者免疫功能的调节，还能维持患者体内细胞的正常形态，促进细胞的代谢及修复，减低常规化学药物治疗带来的副作用。

1.4 饲料行业

已有证据显示，将适量产多不饱和脂肪酸的菌体制成干燥粉末添加到饲料中，可提高动物体重，防止疾病，减少死亡率，还可提升产蛋、产奶动物中多不饱和脂肪酸的含量[7]。近些年来，许多研究表明，在饲料中适量添加ARA 干粉，对于鱼类的生长率和存活率都有较好的效果。Friedrich M 等[8]用分别含有1%DHA、1%ARA 和1%的多不饱和脂肪酸的混合饲料喂食大菱鲆幼鱼，结果表明，饲喂1%ARA 喂养的大菱鲆幼鱼生长率及存活率均高于其他两组。21 世纪初，国内外对鱼类必需脂肪酸的需求进行了广泛的研究，发现在鱼类生命周期的特殊时期，可能需要高水平的ARA来帮助其适应环境[9]。ARA 有利于提高鱼类生存率及抗应激性；促进鱼类繁殖，提高卵、精、苗质量；调节鱼的免疫系统。因此，富含ARA 的鱼饲料也被认为前景广阔。

2 国内外被孢霉生产花生四烯酸的研究进展

2.1 生产花生四烯酸的被孢霉菌株

利用微生物发酵生产ARA，需要从广泛的生态环境中采样，筛选培养，通过分析油脂组成、含量和ARA 含量，筛选得到高产菌株，再优化培养基及培养条件进行发酵生产。高山被孢霉以其高产性能及合理的油脂组成成分，成为最常用于产ARA 的微生物菌株。

2.2 国外被孢霉生产花生四烯酸的研究进展

国外从20 世纪70 年代开始便利用真菌生产ARA，美国和日本在这方面的研究尤为突出。Higashiyama K 等[10]利用图像分析技术研究了氨基酸对被孢霉形态和菌落形成率的影响，发现谷氨酸能加速菌落中心区的形成，缬氨酸和丙氨酸对菌丝的生长有促进作用。在培养基中添加适量谷氨酸，ARA 产量提高10%。

Byung H H 等[11]在12 L 发酵罐中，以葡萄糖和玉米浆为培养底物补料-分批培养，在培养过程中流加葡萄糖，并用氨水控制pH 在合适范围，培养12.5 d后生物量72.5 g/L，ARA 产量为18.8 g/L，比分批发酵产量提高了4 倍。是目前国外利用微生物产ARA 的最高水平。

2.3 国内被孢霉生产花生四烯酸的研究进展

与国外相比，我国的研究起步稍晚，但我国在生产ARA 的菌种筛选和育种方面具有优势，一部分菌种已经完成产业化。林伟铁等[12]利用被孢霉M10，采用孢子接种，可以得到短而多分支的球状菌体形态，此为该菌种的最佳产油形态，菌体在对数生长期开始积累油脂，于培养第5 天达到最高值0.45 g/L。丛雷磊等人[13]发现谷氨酸能促进磷酸戊糖途径的激活，从而在发酵底物中添加谷氨酸提高ARA 的产量至1.41 g/L。Xue-ping L[14]等使用以玉米浆和酵母粉的质量比为3∶7 的混合氮源发酵时，高山被孢霉生物量和ARA 产量分别提高到37 g/L 和7.8 g/L。

3 结论与展望

高山被孢霉是最常用的ARA 生产菌株，发酵法生产ARA 生产过程仍存在着发酵过程难以控制，且高山被孢霉在生产过程中容易结团，导致发酵系统的溶氧速率较低，如加大搅拌等，会造成菌丝体的损伤，生产能力下降。目前亟待解决的问题仍然是继续筛选高产菌株，并对现有菌株进行基因改造以提高ARA产量。

今后可以从以下方面进行进一步的研究：针对溶氧问题，可采用在培养基中添加对微生物无毒的氧载体，如正己烷、大豆油等，用以改善发酵液中的溶氧水平，防止菌体成团而影响ARA 的产量；发酵罐补料培养模式的探讨，尝试从菌体生长进入对数生长期时开始补料，视发酵情况确定结束补料的时间段，以避免由于补料营养液不足而影响发酵水平，同时可研究并优化补料的内容物及添加比例，在发酵罐培养层面上，对补料方式进行合理选择；可考察固态培养的可行性；在分子水平调控菌体培养过程，改造基因工程菌株。