近年來,隨著全球漁業(yè)資源的減少和消費(fèi)者對(duì)食品營養(yǎng)的重視,對(duì)天然Ω- 3脂肪酸的需求顯著增加。Ω-3脂肪酸主要可分為a-亞麻酸(ALA)、十八碳四烯酸(SDA)、二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳五烯酸(DPA)和二十二碳六烯酸(DHA)。其中, Ω-3長鏈多不飽和脂肪酸(LC- PUFAs)即EPA和DHA是最為重要的2種,具有抗炎、調(diào)節(jié)血脂、降低心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)等作用,因此被視為人體必需脂肪酸。

微藻是海洋和淡水生態(tài)系統(tǒng)中不可或缺的初級(jí)生產(chǎn)者,也是自然界食物鏈中Ω-3脂肪酸的主要來源。-些微藻能夠生產(chǎn)豐富的EPA和DHA,如硅藻、角雙藻和-些甲藻等,因此通過選擇性培養(yǎng)這些微藻可以獲得天然的高質(zhì)量的Ω-3脂肪酸產(chǎn)品。目前,微藻和微藻衍生物已經(jīng)被廣泛用于功能性食品和保健食品領(lǐng)域,也可為食品工業(yè)提供Ω-3脂肪酸原料。常見的商業(yè)化微藻主要有螺旋藻、小球藻和鄧氏藻等。本文將重點(diǎn)探討微藻合成EPA和DHA的途徑、在食品工業(yè)中的應(yīng)用及其生產(chǎn)過程優(yōu)化策略,并展望微藻在這一領(lǐng)域的發(fā)展前景。

微藻Ω-3脂肪酸的合成途徑主要可以分為氧化途徑和非氧化途徑2種。氧化途徑即常規(guī)的Ω-3和Ω-6脂肪酸的合成途徑,這種途徑更廣泛地存在于各類微藻中;非氧化途徑主要指多酮酶合成(PKS)途徑,這種途徑僅存在于少數(shù)藻類中。

01 氧化途徑

Ω-3和Ω-6脂肪酸的合成途徑高度同源,都始于18 : 2n-6(LA)和18 : 3n-3(ALA)這2類C18不飽和脂肪酸,分別通過一系列的延長、不飽和以及定位特異性的不飽和反應(yīng), 最終合成C2o或C22高度不飽和脂肪酸6。這一途徑包含脂肪酸合酶(atty acid synthase, FAS)途徑與微體延長反應(yīng)2個(gè)部分。

FAS途徑發(fā)生在葉綠體,通過乙酰輔酶A的羧化以及多個(gè)縮合、還原、脫水分解等步驟，最終合成16 : 0棕櫚酸。16 : 0脂肪酸繼續(xù)延長可以得到更長的鏈脂肪酸,如18 : 0硬脂酸。這部分的反應(yīng)與FAS途徑過程極度類似,也是通過多個(gè)循環(huán)的縮合、還原、脫水等步驟完成的。

在微體中,得到的各種脂肪酸可以通過不同類型脫氫酶的作用插入雙鍵而得到不飽和脂肪酸。常見的脫氫酶是將雙鍵插入羧基端(即Ω端)第9個(gè)碳原子的09型脫氫酶,作用于16 : 0和18 : 0生成其對(duì)應(yīng)的1倍不飽和脂肪酸16 : 1n-7和18 : 1n-9。不飽和脂肪酸也將進(jìn)入一系列的延長、位置特異性不飽和反應(yīng),最終得到C2o或C22的多不飽和脂肪酸(PUFA)。

02 PKS非氧化途徑

PKS途徑與FAS途徑極為相似,也包含酮酰合成酶、β-酮酰還原酶、脫氫酶和脫氫酶相關(guān)異構(gòu)酶等核心酶。不同的是FAS途徑1次只能增加2個(gè)碳原子并保持不飽和程度,而PKS途徑能夠在延長鏈的同時(shí)插入雙鍵,且無需額外消耗能量。因此PKS途徑合成PUFA的效率更高。PKS途徑主要存在于部分藻類,如甲藻或子實(shí)體孢子蟲中。

PKS途徑可以更有效合成DHA等Ω-3脂肪酸,也可合成Ω -6脂肪酸。但由于前體物的缺失,這一途徑的研究仍有很大挑戰(zhàn)。隨著分子生物學(xué)工具的發(fā)展, PKS相關(guān)基因功能的解析將有助于更好地闡明這一途徑在不同藻類中的作用。綜上所述, Ω-3脂肪酸的合成途徑種類繁多, 不同微藻可通過氧化或非氧化途徑完成EPA和DHA的合成。深入理解微藻Ω-3脂肪酸的合成機(jī)制,對(duì)指導(dǎo)工業(yè)化生產(chǎn)富集微藻Ω-3脂肪酸具有重要意義。

01 微藻Ω-3脂肪酸在功能性食品中的運(yùn)用

首先,提取微藻脂質(zhì)后可直接添加至常規(guī)食品中作為營養(yǎng)強(qiáng)化劑,使之轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ苄允称?。這里主要關(guān)注富含Ω-3脂肪酸的微藻,如螺旋藻、小球藻和鄧氏藻等。將這類微藻經(jīng)萃取、純化后制作成食品級(jí)脂肪酸,然后加入乳制品、烘焙食品、肉制品中,可使食品直接獲得Ω-3脂肪酸的營養(yǎng)補(bǔ)充。通過口服這些添加了Ω-3脂肪酸的食品,可幫助特定人群滿足身體需求。與此同時(shí),由于EPA和DHA的抗氧化和抗炎特性，在一定程度上賦予了食品保健功能。

其次，可直接使用某些可食用微藻作為功能性食品。包括但不限于螺旋藻、小球藻和角叉藻等。這些微藻可制成口服補(bǔ)充劑,如膠囊、片劑、顆?；蚍勰﹦┬?用盱直接補(bǔ)充脂肪酸。一些公司己在生產(chǎn)這類口服補(bǔ)充劑。這類產(chǎn)品以全藻為原料,脂肪酸營養(yǎng)更加天然和充足。

除脂肪酸外,微藻還具備多種保健成分,可提供其他生理活性。例如蝦青素不僅具有抗氧化活性,還可賦予食品天然的色澤。微藻還含有抗菌肽等成分。因此,設(shè)計(jì)同時(shí)具備Ω-3脂肪酸和其他生理活性成分的復(fù)合型功能食品也是未來發(fā)展方向。這類食品可實(shí)現(xiàn)協(xié)同保健作用,其價(jià)值更高。

微藻具有極高的功能性食品研發(fā)潛力,其Ω- 3脂肪酸賦予了食品極大的營養(yǎng)和保健優(yōu)勢,制作成口服補(bǔ)充劑,可直接提供這些營養(yǎng)和保健成分。未來功能性食品的設(shè)計(jì)也會(huì)邁向更加復(fù)合和系統(tǒng)化。

02 微藻油及脂質(zhì)在食品結(jié)構(gòu)化方面的運(yùn)用

食品結(jié)構(gòu)化是指利用食品成分構(gòu)建食品質(zhì)構(gòu)的過程。在食品加工和貯藏中起關(guān)鍵作用的結(jié)構(gòu)化因子被稱為結(jié)構(gòu)化劑。微藻油脂作為新型的食品來源,因其產(chǎn)高、組分豐富而備受關(guān)注。首先，直接將提取的微藻油添加至食品中可提供Ω-3脂肪酸。微藻油主要來源于孢子蟲、擬微球藻和隱球藻等藻類其中DHA含量可達(dá)40%- 50%。目前常見的商業(yè)化微藻Ω-3油品包括DHA Gold"和DHASCO等。這些產(chǎn)品主要運(yùn)用于乳酸菌飲料、奶酪和蔬菜醬等食品中,使其獲得天然的Ω-3脂肪酸。這類產(chǎn)品的市場需求量在持續(xù)攀升,也推動(dòng)了相關(guān)微藻生產(chǎn)工藝的不斷發(fā)展。

其次,在微藻脂質(zhì)組分中也含有一定量的磷脂和糖脂等極性脂質(zhì),因此,微藻脂質(zhì)具備良好的兩親性。這類脂質(zhì)可以協(xié)助油水混合形成穩(wěn)定的乳狀體系,因此也可作為食品級(jí)乳化劑使用。將這類脂質(zhì)應(yīng)用于植物奶、蛋奶制品等食品中,可提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性。例如,通過添加微藻磷脂到蛋液或其制品中,可研制出富含Ω-3脂肪酸的蛋制品。

最后，微藻油中的甘油三酯等非極性脂質(zhì)同樣具有一定的乳化性能。這類脂質(zhì)可作為雞蛋中脂肪的替代品,直接添加到蛋糕、面包等烘焙食品中發(fā)揮結(jié)構(gòu)化作用。因不同微藻油的風(fēng)味各不相同,食品生產(chǎn)可根據(jù)需要進(jìn)行選擇使用。此外,這類脂質(zhì)也可作為原料直接加到沙拉醬、奶油等食品中使用。

微藻本身產(chǎn)生的油脂不僅含有豐富的Ω-3脂肪酸,實(shí)現(xiàn)其食品營養(yǎng)強(qiáng)化的功能,還可因其具有分子結(jié)構(gòu)效應(yīng)而發(fā)揮其食品結(jié)構(gòu)化功能。兩者相結(jié)合,使其在食品領(lǐng)域的應(yīng)用前景更加廣闊。目前已有研究以表明,利用微藻油脂結(jié)構(gòu)化可生產(chǎn)出質(zhì)構(gòu)卓越的面包、蛋糕等產(chǎn)品。

Ω-3脂肪酸作為重要的保健成分，市場需求量持續(xù)攀升,微藻煥發(fā)出巨大的產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿ΑＰ枨髞碓匆环矫媸侵苯友a(bǔ)充人體，另一方面是作為食品和醫(yī)藥的功能性原料。當(dāng)前Ω- 3脂肪酸的全球市場價(jià)值約為130億美元,微藻擁有可持續(xù)生產(chǎn)Ω-3脂肪酸的巨大潛力,但目前,來自微藻的EPA和DHA價(jià)格仍比來自魚油的貴1-2倍。

未來微藻Ω-3脂肪酸產(chǎn)業(yè)最重要的是進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。主要策略包括提高光電轉(zhuǎn)化效率、優(yōu)化培養(yǎng)模式、減少污染風(fēng)險(xiǎn)和創(chuàng)新萃取工藝等；還要發(fā)揮基因工程技術(shù)優(yōu)勢,構(gòu)建產(chǎn)脂肪酸的轉(zhuǎn)基因微藻;再者拓展產(chǎn)業(yè)鏈延伸,開發(fā)更多元化的微藻深加工產(chǎn)品,形成產(chǎn)業(yè)集群,實(shí)現(xiàn)協(xié)同發(fā)展；最后也需要關(guān)注消費(fèi)者的接受度問題,加強(qiáng)科普宣傳,使大眾了解微藻Ω-3脂肪酸的安全性和保健功能。伴隨產(chǎn)業(yè)鏈的不斷延伸，預(yù)計(jì)微藻將會(huì)滲透到生活的更多層面。隨著過程工藝和轉(zhuǎn)基因微藻的不斷優(yōu)化,微藻Ω-3脂肪酸將成為食品和保健品的理想原料，產(chǎn)業(yè)前景廣闊。

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僅作科普 侵刪

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