李 鶴,胡文忠,姜愛麗,于 雪,王倩影

(大連民族大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,遼寧大連 116600)

不同來源DHA提取技術(shù)及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)展

李 鶴,胡文忠*,姜愛麗,于 雪,王倩影

(大連民族大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,遼寧大連 116600)

二十二碳六烯酸(DHA)不僅是嬰幼兒的成長因子,也是成年人不可缺少的營養(yǎng)健康元素。隨著人們對健康營養(yǎng)食品需求的增加,DHA的提取分離精度要求也不斷提高,同時(shí),人們從常規(guī)食物中攝入的DHA量有限,需額外補(bǔ)充,因此DHA強(qiáng)化深加工食品具有良好開發(fā)前景。本文結(jié)合DHA的來源分類及性質(zhì)差異,綜述了DHA提取分離技術(shù)的研究進(jìn)展,并分析DHA關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù),為DHA提取新技術(shù)的開發(fā)提供新思路,同時(shí)闡述了DHA在食品工業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)展,對DHA在食品工業(yè)中的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

DHA來源,提取技術(shù),食品工業(yè),應(yīng)用

DHA(Docosahexaenoic acid,二十二碳六烯酸)俗稱腦黃金,是ω-3系列多不飽和脂肪酸家族中的重要成員,人體必需脂肪酸中亞麻酸的重要轉(zhuǎn)化子體成分之一[1]。DHA主要存在于大腦的灰質(zhì)部分中,在大腦皮層中所含比例高達(dá)20%,是腦神經(jīng)細(xì)胞、大腦細(xì)胞膜和視網(wǎng)膜的重要構(gòu)成成分,同時(shí)也是大腦細(xì)胞在生長發(fā)育過程中優(yōu)先利用的脂肪酸,人體攝入的大部分DHA直接進(jìn)入血液被肝或腦等器官吸收[2]。大量研究表明,DHA參與人體生長發(fā)育,能夠促進(jìn)視網(wǎng)膜光感細(xì)胞的成熟,尤其對嬰幼兒視力、智力的發(fā)育具有明顯的促進(jìn)作用[3],同時(shí),能夠減輕母體產(chǎn)后抑郁[4];此外,DHA對普通人群也具有預(yù)防和治療多種慢性疾病的作用,如預(yù)防及治療癌癥、治療腦血栓、降低血脂、改善記憶、預(yù)防老年癡呆、抑制炎癥、增強(qiáng)免疫力等[5]。

DHA作為食品營養(yǎng)補(bǔ)充劑逐漸被人們重視,其在食品工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用前景也十分廣闊。不同來源的DHA因其純度、結(jié)構(gòu)、吸收特性等差異,在應(yīng)用研究中有所側(cè)重,同時(shí),DHA的提取技術(shù)從傳統(tǒng)的混合EPA(Eicosapntemacnioc Acid,二十碳五烯酸)等成分的粗提取方法到對提取純度要求較高的進(jìn)一步純化分離方法的研究也有了新的進(jìn)展。DHA來源的可靠性、安全性以及高效提取技術(shù)的不斷更新,是目前國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)[3,6]。本文從DHA的來源分類出發(fā),對比闡述國內(nèi)對DHA初步提取、進(jìn)一步純化技術(shù)的研究進(jìn)展,同時(shí)根據(jù)DHA在食品工業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀,對DHA的提取技術(shù)研究及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用方向進(jìn)行進(jìn)一步分析。

表1 不同來源DHA特性比較[9-16]Table 1 Comparison of DHA characteristics of different sources[9-16]

1 DHA來源

1.1 DHA的食物來源

通常人們攝入DHA的食物來源主要有:母乳、深海魚類、堅(jiān)果類等。乳汁中DHA的含量取決于母親三餐的食物結(jié)構(gòu),而隨地域性及飲食習(xí)慣差異性較大,如日本母親乳汁中DHA含量高達(dá)22%,美國最低為7%。相關(guān)研究表明,有計(jì)劃的攝入油脂、深海魚類食物能夠提高母乳中DHA含量[7]。DHA含量高的魚類有沙丁魚、金槍魚、黃花魚、秋刀魚、鱔魚、帶魚等,通常含量在5%～14%左右。堅(jiān)果類食物如核桃、杏仁、花生、芝麻等,其中所含的α-亞麻酸可在人體內(nèi)轉(zhuǎn)化成DHA進(jìn)而被吸收利用[4,8]。

1.2 DHA的提取原料

相比于人們通過食物攝取DHA的方式,用于生產(chǎn)工業(yè)化提取DHA的來源更為廣泛,涉及動物、植物、微生物等,不同來源DHA性質(zhì)差異較大。

1.2.1 動物來源——深海魚類 動物來源的DHA一般是從含脂肪較高的深海魚中提取所得,早期研究大多從深海魚類油脂中獲得 EPA 和 DHA,但因處理過程復(fù)雜,成本高,產(chǎn)品腥味難以去除,且因魚在海洋食物鏈中占有較高的地位,其體內(nèi)可能累積不同種類的持續(xù)性有機(jī)物和重金屬等污染物[9-10]。

1.2.2 植物來源——微藻類 微藻是海洋中存在的一種單細(xì)胞藻類,蘊(yùn)藏量大,種類繁多,比深海魚油易得,脂肪酸組成更簡單,易于提取分離,大有取代深海魚成為 DHA的主要來源之勢[11]。研究表明,金藻類、甲藻類、硅藻類、紅藻類、綠藻類、隱藻類等多種海洋微藻的某些品系中含有較高的DHA。

1.2.3 微生物來源——菌類 許多低級真菌中含有較多的 DHA,富含DHA真菌的主要綱目有壺菌綱、卵囊菌綱、水霉目、結(jié)合菌綱、蟲霉目等,其中破囊壺菌和裂殖壺菌等類藻海洋真菌研究較深[13]。利用篩選、優(yōu)化發(fā)酵、培養(yǎng)條件等方法增殖富含DHA的菌類是近年來DHA來源研究的熱點(diǎn),此外,在針對性的高產(chǎn)DHA真菌培養(yǎng)過程中,可同時(shí)富集胞外多糖等具有較好理化特性的副產(chǎn)物[14]。朱婧瑤[15]等以裂殖壺菌為材料,對不同的細(xì)胞破碎方法提取油脂和DHA的綜合情況進(jìn)行了比較研究,認(rèn)為酸熱法和酶法提取的油脂含量和DHA含量均較高,且操作簡單,其中酶法DHA提取率高達(dá)約23%,相應(yīng)EPA含量極低。

不同來源的DHA結(jié)構(gòu)差異及性質(zhì)特點(diǎn),見表1。

值得一提的是,與DHA同樣為ω-3系列不飽和脂肪酸的二十碳五烯酸(Eicosapentaenoic Acid,EPA)在深海魚油中也廣泛存在,近代研究表明,DHA與EPA的比例能夠直接影響人體血清中的膽固醇含量,平衡低密度脂蛋白與高密度脂蛋白含量,Liang Liu[16]等研究發(fā)現(xiàn),成人飲食中DHA與EPA攝入比例4∶1時(shí)能達(dá)到最佳的抗動脈粥樣硬化效果。而EPA作為AA(花生四烯酸)的競爭性抑制劑,在一定程度上會影響嬰幼兒生長發(fā)育,根據(jù)2004年世界衛(wèi)生組織(WHO)和聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)聯(lián)合專家委員會建議嬰幼兒奶粉中DHA和EPA添加比例應(yīng)大于10∶1[17]。DHA和EPA在特殊人群體內(nèi)的代謝機(jī)理,以及其抗癌、消炎等功能性研究表明,單一成分DHA比EPA具有更高的臨床抗癌活性,而適當(dāng)控制EPA含量對其相應(yīng)功能具有一定的增效作用[18-19],可見DHA與EPA等類似脂肪酸的有效分離和具有功能針對性的合理比例的研究具有十分重要的意義。

總而言之,植物來源的DHA具有廣闊的研究前景。相比魚類,微藻中的脂肪組成不像魚油那么復(fù)雜,使得微藻DHA的分離純化工藝相對簡單,所得DHA產(chǎn)品無魚腥味和其它異味,只有獨(dú)特的海藻味[20]。相比微生物類,微藻的培養(yǎng)受季節(jié)和地域的影響較小,借助于生物反應(yīng)器更易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模培養(yǎng);目前微藻成為最重要的DHA生產(chǎn)原料,利用微藻培養(yǎng)生產(chǎn)DHA已成為國際上的一大研究熱點(diǎn)[21]。

2 DHA提取技術(shù)

2.1 DHA前處理及初步提取方法

2.1.1 脂類富集法 脂類富集的前處理方法多用于魚油中的DHA提取,輔助DHA富集方法主要有甘油三酸酯直接分離法、轉(zhuǎn)變成脂肪酸乙酯分離法、轉(zhuǎn)變?yōu)橹舅岱蛛x法。由于甘油三酸酯直接分離法溫度降低時(shí)魚油的粘度增大,致使分離困難,加上魚油中脂肪酸的種類較多,脂肪酸在甘油三酸酯中分布的復(fù)雜性及降溫時(shí)產(chǎn)生的混晶現(xiàn)象,使分離難以達(dá)到好的效果。所以,目前從魚油中提取DHA多用脂肪酸乙酯轉(zhuǎn)化分離法,如Fadhil[22]等采用KOH催化魚油中不飽和脂肪酸乙酯化,發(fā)現(xiàn)KOH質(zhì)量濃度0.75%時(shí),醇油摩爾比9∶1,70 ℃反應(yīng)60 min的條件下所分離富集的脂肪酸具有較低粘度等理想性狀。而各種不同結(jié)構(gòu)DHA向甘油三酯型DHA的轉(zhuǎn)化,對擴(kuò)展動物體來源的DHA應(yīng)用范圍具有重要意義。Fraser[23]等研究將各種長鏈不飽和脂肪酸通過脂肪酶催化或酸催化等方式選擇性的與?；视秃铣筛视腿バ椭舅?對此領(lǐng)域的研究具有一定參考作用。

DHA初步提取方法主要有:低溫分級法、酶催化法、溶劑提取法、尿素包合法、分子蒸餾法、超臨界流體萃取法等[24]。傳統(tǒng)方法一般得到的DHA不再是天然形態(tài)存在的甘油三酯型DHA,而是乙酯型DHA,且提取過程中易導(dǎo)致脂類氧化,活性降低。其中超臨界流體萃取法因具有安全、高效、分離性好等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于DHA的提取分離[25-26]。Ferdosh[27]等運(yùn)用響應(yīng)面法優(yōu)化工藝超臨界CO2萃取金槍魚頭中不飽和脂肪酸,發(fā)現(xiàn)SC-CO2超臨界流體在40 MPa,65 ℃,3 mL/min條件下獲得最高ω-3脂肪酸提取率為22.3%,通過此方法將脂類溶解度從2.9 g/100 g提升至14.2 g/100 g。然而,單純使用超臨界CO2萃取法難于分離碳原子數(shù)相同的不同種類脂肪酸,較難實(shí)現(xiàn)DHA的純化與分離,故超臨界CO2萃取法和尿素包合、精餾等方法的結(jié)合,是DHA進(jìn)一步分離純化的研究重點(diǎn)[28]。

2.1.2 細(xì)胞破壁法 細(xì)胞破壁法多用于海藻、菌類等具有細(xì)胞壁的DHA原料。機(jī)械細(xì)胞破碎法主要有固相作用法(如玻珠研磨法、X-press法等)和液相作用法(如超聲波破碎、高壓勻漿、微射均質(zhì)法等);而非機(jī)械細(xì)胞破碎法主要有熱解法、滲透壓沖擊法等物理方法,酸堿分解等化學(xué)方法以及酶催化分解法[29]。幾種方法相比,研磨法等適用于小型實(shí)驗(yàn),難以規(guī)?；a(chǎn);超聲、微波等方法對于設(shè)備的要求較高,增加了前期投入;均質(zhì)法為工業(yè)常用的破壁方法,但機(jī)器損耗大;而工業(yè)酶的價(jià)格低廉且易得,酶法提取具有高效、經(jīng)濟(jì)、可行性強(qiáng)等特點(diǎn),具有較好的工業(yè)化生產(chǎn)前景[13,30]。

吳海龍[31]等比較反復(fù)凍融法、超聲法、高速勻漿法、堿熱法和研磨法對破囊壺菌(Aurantiochytrium)進(jìn)行破壁處理后采用正己烷提取油脂成分,發(fā)現(xiàn)堿熱法破壁效果最佳,油脂提取率達(dá)61.33%,且DHA含量高達(dá)41.33%,產(chǎn)量2.192 g/L。楊欽[32]等比較木瓜蛋白酶、中性蛋白酶和纖維素酶的破壁效果,并結(jié)合相應(yīng)破壁條件確定了單酶——4000 U/mL木瓜蛋白酶在pH6.5,45 ℃,4 h下為最優(yōu)酶解條件,而復(fù)合酶可進(jìn)一步提高油脂提取率達(dá)56.37%±1.41%,DHA提取率12.82%±0.66%。實(shí)驗(yàn)表明,酶法、超聲破碎法、索氏提取法相比,索氏提取法提取油脂效率最高,而酶法破壁效果最好。

2.2 高純度 DHA 的分離提取方法

傳統(tǒng)的初步DHA提取方法逐漸難以滿足研究及實(shí)際應(yīng)用需求,更高純度DHA的分離提取方法也倍受國內(nèi)外研究者關(guān)注。目前應(yīng)用較多的DHA純化分離法有:超臨界流體色譜法、超臨界二氧化碳精餾與硝酸銀絡(luò)合結(jié)合法、低溫結(jié)晶、減壓蒸餾及薄層色譜逐步提純法、脂肪酶催化反應(yīng)法等[33-34]。

Medina[35]等采用RP-HPLC分離PUFA,以甲醇/水為流動相,從微藻提取物中可分離得到純度為96%的EPA或純度為94%的DHA,回收率分別為96%和100%;若同時(shí)分離EPA和DHA,則二者的純度均為92%,回收率分別為84%和88%。可見多種高效提取分離技術(shù)的聯(lián)合運(yùn)用,能夠顯著提高DHA分離純化效果,有助于高純度DHA提取新方法的開發(fā)。

脂肪酶催化反應(yīng)法是目前研究熱點(diǎn)方法。其原理是利用酶選擇性催化或抵制EPA和 DHA發(fā)生反應(yīng)而達(dá)到分離純化的目的。該技術(shù)關(guān)鍵在于找到對不同類脂肪結(jié)構(gòu)具有一定區(qū)域選擇性的特異性較強(qiáng)的酶作為催化劑[36]。Akanbi[37]等采用芥花籽油、鳀魚油脂等原料結(jié)合氣相色譜(GC)、核磁共振(NMR)等技術(shù)對豬胰脂肪酶(PPL)的脂肪分解選擇性進(jìn)行實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)亞麻酸(ALA)和二十二碳五烯酸(DPA)被優(yōu)先分解,而DHA和EPA等脂類則分解緩慢。Valverde[38]等在醇條件下分別采用兩種特異性脂肪酶(細(xì)毛嗜熱霉脂肪酶QLG和產(chǎn)堿菌脂酶TLIM)對金槍魚和沙丁魚油中的DHA和EPA進(jìn)行富集提取,使得樣品中DHA和EPA提取率均提高2倍以上,同時(shí)結(jié)合酶法使用乙醇-水-己烷雙相體系液-液分餾得到DHA高達(dá)64.4%的純度97.6%的酰基甘油酯。

3 DHA在食品工業(yè)中的應(yīng)用

3.1 嬰幼兒、兒童食品

DHA作為對嬰幼兒生長發(fā)育不可或缺的營養(yǎng)成分,多以營養(yǎng)補(bǔ)充劑的形式用于嬰兒配方液態(tài)奶、乳粉、奶酪、軟糖、餅干等上市產(chǎn)品的輔助添加[39]。國內(nèi)伊利、蒙牛等知名乳制品生產(chǎn)企業(yè)近幾年也推出了加有藻油 DHA 的嬰幼兒配方乳粉和兒童液態(tài)乳制品。該類食品中應(yīng)用DHA來源多為魚油提取,具有一定的腥氣味,一定程度上阻滯了其在食品當(dāng)中的應(yīng)用速度。藻類來源的DHA以其更合理的脂肪組成、自然的風(fēng)味、低污染等優(yōu)勢,在嬰幼兒、兒童食品中的應(yīng)用將逐步取代魚油類DHA[40]。

3.2 成人食品

市場上多見DHA保健品,而添加DHA成分的飲料、乳制品、烘焙食品、糧油制品等深加工的日常食品較少。彭云[41]等對植物來源的DHA添加到蛋糕的效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,表明在保持DHA功能的前提下并不影響蛋糕的品質(zhì)。此外,DHA藻油油劑和微膠囊粉劑分別在土司面包中的添加研究顯示,DHA 凈添加量為0.10～2.20 mg/g時(shí),在7 d保質(zhì)期內(nèi),添加物對吐司面包的外觀、滋氣味、口感、酸值、過氧化值等指標(biāo)均無明顯影響,且粉劑的DHA損失率更低[42]。

4 展望

由于DHA的脂質(zhì)特性及其特殊的氣味等條件限制,一定程度上阻礙了其在食品中的廣泛應(yīng)用,有助于提高產(chǎn)品性質(zhì)的DHA深加工處理技術(shù)的研究具有十分廣闊的開發(fā)前景。如微膠囊技術(shù)能夠提高DHA的耐水、耐熱、抗剪切、氧化穩(wěn)定性[43-44];納米技術(shù)與DHA脂質(zhì)載體結(jié)合,能夠提高DHA水溶性、有利于其在人體的吸收[45-46];此外,各種脫腥技術(shù)也將成為DHA前期處理的研究熱點(diǎn)。

總之,DHA提取原料方面的研究重心已經(jīng)從深海魚類向藻油、海洋真菌等來源轉(zhuǎn)移,更加優(yōu)質(zhì)的菌種、藻種的開發(fā)及相應(yīng)培育條件的篩選,包括新培養(yǎng)溶劑組成的研發(fā)將成為該領(lǐng)域研究的難點(diǎn)[47],而DHA生物體內(nèi)合成過程及機(jī)理的研究,結(jié)合人體機(jī)能代謝原理的深入探究也具有十分重要的意義[48];在分離提取技術(shù)方面的研究熱點(diǎn)是聯(lián)合運(yùn)用多種高效手段進(jìn)一步純化DHA,生物工程技術(shù)結(jié)合酶法提取技術(shù)將在食品行業(yè)繼續(xù)發(fā)展;在分離得到的DHA應(yīng)用方面將復(fù)合處理技術(shù)有助于擴(kuò)大其在食品工業(yè)中的應(yīng)用范圍,也是功能性食品研發(fā)的熱點(diǎn)問題,相比于早期的特殊人群食品及保健品,DHA在普通成人功能食品中的添加及新產(chǎn)品的開發(fā)具有較廣闊的前景。

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Advance in different sources of DHA separation and extraction technology and its application in food industry

LI He,HU Wen-zhong*,JIANG Ai-li,YU Xue,WANG Qian-ying

(College of Life Science,Dalian Nationalities University,Dalian 116600,China)

Docosahexaenoic(DHA)acid is not only an infant’s growth factor,but also an essential nutrient for adults. With the increasing demand of health nutrition food,DHA extraction separation accuracy requirements is also rising. At the same time,the amount of DHA that people intake from the conventional food is not enough. So deep processing of DHA fortified food is a good prospect for development. The application of DHA separation technology course of study was concluded in this paper,combining with different sources of DHA and their classification differences. At the same time,the application of DHA in food industry was described,then analysis of DHA production technology and the prospects of the application of DHA in food industry were also discussed.

source of DHA;extraction technology;food industry;application

2016-09-29

李鶴(1989-)，女，在讀碩士，研究方向：食品加工與質(zhì)量安全控制， E-mail：hewutaofei@126.com。

*通訊作者:胡文忠(1959-)，男，博士，教授，研究方向：食品加工與質(zhì)量安全控制，E-mail：hwz@dlnu.edu.cn。

TS201.1

A

1002-0306(2017)07-0390-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.07.067