花生四烯酸.doc

花生四烯酸1简介 花生四烯酸(arachidonic acid，AA)又名花生油烯酸，是一种重要的人体必须脂肪酸，也是人体中含量最高、分布最广的多不饱和脂肪酸，在维持机体细胞膜的结构与功能方面具有重要的作用。它不仅作为一种极为重要的结构脂类广泛存在于哺乳动物的组织(特别是神经组织)器官中，而且还是人体前列腺素合成的重要前体物质，具有广泛的生物活性和重要的营养作用，已经在保健食品、化妆品和医药等领域得到广泛应用。 2 理化性质 图一 花生四烯酸结构式花生四烯酸是一种长链不饱和脂肪酸，含有20个碳原子和4个双键，化学名称5，8，11，14-二十碳四烯酸，分子量为304.5，分子式为C20H32O2，在室温下呈液体，熔点为-49.5，沸点为245 ，溶解于醇、醚和水中，碘值为33350 gI/l00 g，紫外吸收峰为257，268和315 nm1。由于 A A是一种长链多不饱和脂肪酸，其含四个不饱和双键，因此极易受 空气中光照氧气、金属离子的影响而被氧化，被氧化后即丧失A A的生理功能， 还会对人体造成极大的伤害。 3 花生四烯酸的生理活性 在哺乳动物中的A A通常由亚油酸代谢而得到。途径为食物来源的亚油酸先脱饱和生成一亚麻酸( GLA )，再经延长碳链，脱饱和生成A A。然后A A再转变成前列腺素，白三烯，血栓素等类二十烷。A A是这些二十碳衍生物的直接前体。这些生理活性物质对人体心血管系统及免疫系统具有十分重要的作用。A A和这些代谢产物具有很强的生物活性。如参与神经内分泌，调节平滑肌收缩，促进细胞分裂，抑制血小板聚集等2。4 花生四烯酸的代谢在生物体内，A A主要以磷脂的形式存于细胞膜上，当细胞膜受刺激时，于磷酶A 2和磷脂酶C的作用下，A A从细胞膜磷脂池中释放出来，然后在一系列酶的催化下通过以下三种主要途径进行代谢：图二 二十碳衍生物的生化合成途径34.1 环加氧酶(COX)途径游离的AA在环加氧酶(CO)的作用下，先形成不稳定的环内过氧化物(PGG2和PGH2)，然后进一步形成前列腺素(PG)，前列环素(PGI2)和血栓烷素(TXA2).TXA2在水溶液中不稳定，很快降解为TXB2.PGI2的性质不稳定，在中性溶液中可水解成6-k-PGF1，然后在肝脏中进一步代谢为6-k-PGE14。前列腺素是重要的细胞调节物，生成后并不储存于细胞中，而是很快从细胞 中释放出来，作用于邻近的细胞，并具有组织特异性；血栓素是血小板聚集过程 中产生的一类物质，如血栓素A (TXA) 血栓素B (TXB)等。TXA能促进血小板聚集、血管收缩和血凝过程，TXB则否。4.2 脂加氧酶途径A A在脂加氧酶(LPO)的作用下生成氢过氧化二十碳四烯酸(5-HPETE) ， 后者在脱水酶作用下生成白三烯As(LTAs)以及脂氧素(LXs)。LHA4又在不同的酶的催化下生成白三烯B4(LTB4)、白三烯C4(LTC)、白三烯D4 (LTD4)及白三烯E4 (LTE4)。其中LTB4具有很强的白细胞趋化性，在炎症发生过程中起重大作用，而且LTC4、LTD4还通过增加血管通透性,参与炎症过程。临床研究表明，类风湿、痛风患者关节液和干癣病灶含有大量LTB，在牛皮癣病流出的组织液也有 LTB4，类风湿、骨关节炎及牛皮癣病灶中的PGs(特别是PGE2)合成增加。 4.3 细胞色素P40酶(YP)途径5环氧化酶( EPO)(即细胞色素P- 450单氧化酶)途径，是肾小管细胞中AA 代 谢的主要途径。但与脂加氧酶(LPO)途径和环加氧酶(C0)途径相比，有关环氧化酶途径的报道相对较少。目前研究环氧化酶途径的热点集中在阐明细胞生存中细胞色素P-450单氧化酶在AA代谢中的作用和代谢机理上。A A在体内的环氧化酶途径是通过三种NADPH依赖性的氧化反应，生成具有生理活性的化合物。(1) 通过表氧化反应生成5,6-, 8, 9-,11,12-,和14, 15-环氧二十碳三烯酸(epoxyeicosatrienoic acid,EETs)。通过纯化和重组的P450酶的研究发现有许多催 化效率不同的P450酶参与由AA代谢生成EETs的过程，并且有研究显示哺乳动物中的CYP1 A,CYP2B,CYP2C,CYP2D,CYP2G,CY P2 J,CYP2N和CYP4 A能够在体外催化EETs的生物合成。但是目前对这种遗传性多态现象之于A A代谢途径的作用知之甚少。有研究显示人体中的CYP2C8基因能够显著的降低A A环氧化酶的活性。人体的内源性EETs主要在肝和肾中合成，存于血液和尿液中。EETs作为一种内源性极化因子，具有广泛的生理活性，调节血管紧张度、肾小球血液动力学和有丝分裂。此外它们不但通过激活Ca2+敏感的K+通道使平滑肌细胞超极化松弛平滑肌，而更重要的是这些内皮来源的EETs可以对内皮细胞自身发挥保护作用，包括在mRNA、蛋白或转录后水平调节eNOS的表达，保护内皮细胞减少TNF仅诱导的凋亡，防止白细胞在血管壁上的贴附等。(2)通过丙烯氧化应生成5,8,9,11,12,15-羟基花生四烯(hydroxyeicosatetraenoic acids,HETEs)。(3) 通过和-和-1羟化反应生成l9-20-HETEs。5 花生四烯酸的分离纯化6 花生四烯酸的分离纯化方法纯化不饱和脂肪酸的技术理论基于脂肪酸的理化性质，如双键的数量、位置和几何构型，以及脂肪酸的极性、溶解性和碳链长度。花生四烯酸分离纯化方法一般有低温溶剂结晶法、脲包法、银离子络合法、 超临界流体萃取法、分子蒸馏法、色谱分离等方法。5.1 低温溶剂结晶法低温溶剂结晶法是利用低温下不同脂肪酸或脂肪酸盐在有机溶剂中溶解度不同进行分离纯化，此法早在几十年前就应用于对脂肪酸或其酯类的分离。低温溶剂结晶法原理简单、操作方便，但需要消耗大量有机溶剂，且一般对脂肪酸的分离效率不高，常与其他分离方法配合使用。5.2 脲包法脲包法是分离、提纯或富集脂肪族化合物的一种重要手段，尤其是在分离和富集不同饱和度的脂肪酸时应用更加广泛。其原理是，在尿素包合的过程中，一分子尿素中的氢原子与另一尿素分子中的氧原子形成氢键，多分子尿素形成六边形螺旋状结晶，其内部存在一定孔径的管道状空隙，脂肪酸可以包藏其中。多不饱和脂肪酸含有全顺式双键结构，因此截面很大，难于包藏其中。因此，当尿素不足时，饱和脂肪酸优先包合，因此可用于分离。由于尿素分子与脂肪酸分子之间的作用力仅限于范德华力、色散力等弱作用力，所以反应条件温和，较好地保存了天然油脂的生物活性。此法工艺简单，无需特殊设备，所用试剂经济便宜，因而成本较低，适合规模生产，但对溶剂的消耗量大，带来溶剂回收、环境污染等一系列问题，且此法对低不饱和脂肪酸去除不够彻底，因此需与其他方法联合使用。5.3 银离子络合法硝酸银水溶液中的银离子能与含有双键的化合物形成 A g+-络合物，双键数越多，结合的 Ag+就越多，络合物稳定常数就越大，其亲水性也越强。因AA具有4个双键，所以在竞争性络合反应中，它的络合能力较强。根据Ag+与AA 形成络合物较稳定的特性就可把它选择性富集到Ag+水溶液中。且络合为可逆反应 ，在一定条件下，络合物发生解离，从而得到目的产物AA。此法操作简单，且在常温常压下进行，反应周期短，且纯化所得产品中的多不饱和脂肪酸含量很高；但是也存在一定的缺点，如Ag遇光或多烯有机物易被还原成Ag、AgNO，具有一定腐蚀性；AgNO3的回收与再生等，且AgNO3价格较昂贵5.4 超临界流体萃取法将超临界流体与待分离的物质接触，控制体系的压力和温度变化使其选择萃取其中的某些组分，然后通过调节温度和压力变化 ,降低超临界流体的密度， 实现与所提取物质的分离。超临界萃取(supercriticalfluidextraction， SFE)与传统的萃取技术相比，具有以下优势：a超临界流体的密度接近液体，溶解能力强，萃取率高；b通过调节温度和压力，可以实现被萃取物质与溶剂的彻底分离，产品中无溶剂残留，适用于食品和药物的提取；c溶剂的溶解能力可以通过调节温度和压力来控制，工艺简单、省时省力；d可以在低温下进行，尤其适用于热敏物质和易氧化物质的分离。此法的缺点是：设备投入较大，需要高压条件，且不能分离碳链长度相近的脂肪酸。5.5 分子蒸馏法分子蒸馏法也是纯化多不饱和脂肪酸的有效方法，其原理不同于常规蒸馏，它突破了常规蒸馏依靠沸点差分离物质的原理，而是依靠不同物质分子运动平均自由程的差别实现物质的分离。此法具有常规蒸馏不可比拟的优点，如蒸馏压力低、受热时间短、操作温度低和分离程度高等，特别适合于长链多不饱和脂肪酸等热敏性及易氧化物质的分离。缺点在于需要高真空设备，且能耗较高。5.6 色谱分离法色谱分离法又称层析法，是利用混合物中各个组分的化学、物理性质的差异，各组分不同程度地分布于两相中，其中一相是固定相，另一相是流动相，由于被分离混合物中各组分受固定相的作用力不同（吸附、分配、交换、分子间氢键结合力等），在流动相与固定相发生相对移动过程中，当待分离的混合物通过固定相时，由于各组分的理化性质存在差异，与两相发生相互作用的能力不同，在两相中的分配不同。与固定相相互作用力越弱的组分，随流动相移动时受到的阻滞作用越小，向前移动的速度快。反之，与固定相相互作用越强的组分，向前移动速度越慢。通过部分收集流出液，可得到样品中所含的各单一组分，从而达到将各组分分离的目的。此法是目前获取高纯度多不饱和脂肪酸最有效的一种方法。采用色谱分离法分离纯化AA，操作简单，分离效果好，所得产品纯度高；但消耗溶剂多，且分离周期较长。上述分离方法各有其优缺点，在应用过程中，须根据提取AA的量以及所要求的纯度选择合适的方法，并将其恰当的结合使用，是生产高品质 AA 产品的保证，也是下一步研究和应用的重点。 6 花生四烯酸的应用76.1 食品营养强化剂A A是人体必需的营养物质(必需脂肪酸)，可作为营养强化剂用于各种食品如婴幼儿奶粉、鲜奶、饮料、饼干等的营养强化，为婴幼儿和青少年的身体发育特别 是智力发育提供必需的营养物质。特别是在婴幼儿配方食品中的添加，是婴幼儿配方食品发展的必然趋势，现在西方发达国家已经逐步实现在婴幼儿配方食品中添加AA。不光是对于婴幼儿，AA 对于成年人也是重要的营养物质，研究表明在下列 七种人群中，其血浆和脂肪组织中AA 的含量明显低于正常人的水平，他们是：(1)将患心脏病的“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；(7)年老者。而这七种人群的亚油酸摄人量处在正常水平，这说明这些人群中由亚油 酸合成AA 的途径受到阻碍，必需直接补充AA。人体内AA的含量是人体是否 缺乏多不饱和脂肪酸(PuFAs)的最重要的指标，这是由AA在人体脂质代谢中的特殊地位所决定的。6.2 保健食品功能因子AA具有降低胆固醇、抑制血小板聚集、增加血管弹性、降低血液粘度、调节白细胞功能、提高免疫力、促进胎儿发育等生理活性，可作 为保健食品的功能因子开发基于AA 的保健食品。如针对孕产妇的促进胎儿发 育、提高母乳中AA含量的保健品；针对中老年人的降血脂、降胆固醇、预防心 脑血管病的保健品；针对少年儿童的促进智力发育、促进生长发育的保健品等等。6.3 化妆品功能因子A A具有保护和营养皮肤的功能，AA在功能上与-亚麻酸相似 (-亚麻酸是A A 的前体物。但AA的护肤效果比-亚麻酸更好，AA可以取代或部分取代亚麻酸生产高档护肤化妆品。AA还具有营养毛囊、促进毛发再生的功能，因而可用于开发护发产品，可预防和治疗脱发。国外已有含AA 的此类产品问世。6.4 生物制药AA是又前列腺素的直接前体，如果能得到高纯度的AA ( 90%以上)， 就可以利用现代酶工程技术，实现前列腺素的合成。而前列腺素作为目前已知最强的 生物活性物质（浓度低至1ng/ml时，仍能引起动物平滑肌收缩），在医学领域 中运用相当广泛。对治疗高血压、阻止受孕、人工流产、缓解支气管哮喘、鼻充 血以及消化系统溃疡等疾病疗效十分显著。7 展望 进入新世纪，随着对AA研究的不断深入，AA的营养、保健、医疗等功能将日益为人们所熟知。虽然AA相关的产品在国内市场还很少，但其已经展现出强劲的发展势头，具有巨大的市场潜力，AA必将有一个美好的发展前景。8 摘要1 王啸, 邱树毅. 微生物发酵生产花生四烯酸的研究进展J. 中国油脂, 2004, (9): 37-40. 2 唐春华, 陈韬. 花生四烯酸生物活性及其对机体的免疫作用J. 营养与日粮, 2009, (242): 20-22.3 Zeldin D C. Epoxygenase pathways of arachidonic acid met