共轭亚油酸的生物合成以及在食品业中的应用

陈 佳， 邓源喜， 许 晖， 刘登勇

（1.蚌埠学院 食品与生物工程学院，安徽 蚌埠 233030；2.渤海大学 肉品科学与技术研究所，辽宁 锦州 121013）

共轭亚油酸的生物合成以及在食品业中的应用

陈 佳1,2， 邓源喜1， 许 晖1， 刘登勇2

（1.蚌埠学院 食品与生物工程学院，安徽 蚌埠 233030；2.渤海大学 肉品科学与技术研究所，辽宁 锦州 121013）

共轭亚油酸是一种具有抗癌抑癌、调节免疫和脂质代谢、降低胆固醇、改善骨质、促进生长以及抗氧化等生理活性作用的天然脂肪酸功能因子，在食品工业应用日益广泛.本文就共轭亚油酸生物合成及在食品工业中的应用研究进行综述.

共轭亚油酸；生物合成；食品工业

共轭亚油酸（Conjugated Linoleic Acid，CLA）是必需脂肪酸亚油酸（Linoleic Acid，LA）衍生的一系列共轭双烯的立体与空间位置异构体的总称，其异构体9c,11t-、10t,12c-、9t,11t-、10t,12t-及10t,12c-CLA具有很强的生物学活性，如抗癌、抗氧化、提高免疫力、防治糖尿病等.除了CLA的天然来源-动物性食品(如肉、乳制品等)之外，化学合成以及生物转化为目前生产CLA的主要方法.但化学合成法生产步骤较多，产物中异构体复杂，又由于原材料和产物安全性问题，因此限制了其在食品工业中的应用.而生物转化法则是利用微生物产生的亚油酸异构酶催化LA异构化，产物中不仅活性的CLA含量高、组成单一，与天然食物中的CLA异构体组成相似，并且无毒副作用，则更有利于在食品工业中开发利用.本文就CLA的生物合成及在食品工业中的应用做一综述.

1 CLA的生物合成

图1 酶催化亚油酸（LA）的异构化

1.1 生物转化CLA的机理

生物转化生产CLA是利用微生物产生的LA异构酶或含有该酶的细胞，将LA 及其衍生物有选择地转化成CLA的活性异构体，因此也叫酶催化LA异构化（如图1）.LA异构酶催化反应的最适底物是不饱和脂肪酸LA,而硬脂酸、油酸、醇化的和酯化的LA均不适宜作为LA异构酶的底物[1].在催化反应进行中，饱和脂肪酸并不会影响LA异构酶的活性，但是当底物LA的浓度大于20μmol/L时，随着LA浓度的增加，异构酶活性却能够被抑制；当LA浓度达70μmol/L时，异构酶活性消失[2,3].

在动物体内，CLA的合成途径有两条：一是瘤胃微生物对亚油酸底物加氢作用，另一种是在动物组织里（肉和乳），从LA生物加氢的中间体合成而来.但是乳中的CLA浓度可以通过改变饲料成分而提高[4].此外，一些研究表明，非反刍动物体内CLA的合成主要是通过反式异油酸的去饱和形成的.早在1967年，Kepler等就发现反刍动物的瘤胃溶纤丁酸弧菌(Butyfivibfio flbfisolvens)在多不饱和脂肪酸生物氢化的过程中会产生cis-9，trans11–CLA.Kim等从饲喂谷物的奶牛瘤胃中取样，通过培养分离，得到能产生trans-l0，cis -12-CLA的巨型球菌，说明瘤胃中有多种微生物均能产生CLA，但是瘤胃菌严格厌氧，正常情况下难以分离培养，所以此类厌氧菌并不适用于工业化生产.除了瘤胃菌还有一些可以转化LA的菌株被分离出来，如鼠肠道细菌，乳酸菌，丙酸杆菌等.在丙酸菌培养初期加入LA比后期加入所产生的CLA产量显著提高，而且还能够将LA转化为胞外CLA.

在体外，CLA的生物合成途径主要是以富含LA的原料为底物，通过微生物细胞内产生的亚油酸异构酶的异构化作用来转化生产CLA.在反应过程中，LA的非共轭双键通过中间产物羟基脂肪酸的合成，经脱水后形成CLA，Ogawa等对嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus AKU1137)在微氧条件下转化LA的作用进行了研究，发现此菌在含有LA培养基上生长时，转化生产CLA的能力很强，表明合成CLA的酶系受亚油酸的诱导.Rainio研究报道，费氏丙酸杆菌在对数生长期时，其转化生成CLA的量最多，LA转化率达80-87%，其中85%-95%是cis-9，trans-11-CLA.除此之外，罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri)、乳酸乳球菌(Lactococcuslactis)及植物乳杆菌等均能产生LA异构酶，从而转化生产CLA.由于乳酸菌兼性厌氧，培养条件易于控制，逐渐成为CLA生物合成的一个研究热点.

1.2 影响生物转化CLA的因素

不同来源的菌种，培养基配方，培养方式及条件、底物浓度等均对微生物转化合成CLA的产量都有着一定的影响.亚油酸异构酶可来源于多种微生物如乳酸杆菌属、丁酸弧菌属、丙酸杆菌属、真杆菌属(Eubacterium)等.在对多个菌株转化CLA的研究中发现，嗜酸乳杆菌转化能力最强，CLA产量最高.

由于不同来源的菌株转化生产CLA能力不同，除了菌株本身的差异性以外，不同的培养基配方及培养条件，对CLA产量的影响也不相同，因此对菌株的培养优化，实际上也是提高菌株转化率的一个重要的有效手段.王丽敏等在费氏丙酸杆菌费氏亚种 (P.freudenreichii ssp.freudenreichii)转化葵花籽油生成CLA研究中发现，此菌株在MRS培养基中转化生产CLA产量最高，乳酸钠培养基中次之，脱脂乳培养基中最低.Lin等在脱脂乳培养基中加入1mg/mL和5mg/mL的LA，分别接入6种乳酸菌培养，发现嗜酸乳杆菌形成CLA的量最多，说明菌株本身的差异对其转化CLA的能力有一定的影响.再向脱脂乳培养基中分别添加蔗糖、乳糖、果糖和食盐，发现仅一株乳酸菌形成cis-9，trans-11-CLA的能力不受影响[5]，说明培养基成分对菌株产CLA能力影响很大.Kim等对14株乳酸菌研究发现乳酸乳球菌在添加葵花籽油的全脂牛乳培养基上形成CLA能力最强，最适葵花籽油添加量为0.1%.杜美婷等对植物乳杆菌P8产CLA条件优化表明，最佳反应条件为：培养时间为22h、LA添加量为0.9mg/mL、接种量为1.5%、氮源为2g/L胰蛋白胨、碳源为3g/L葡萄糖[6].说明CIA的形成受菌体量、培养时间、底物浓度、pH等因素的影响.寇秀颖等发现德氏乳杆菌乳酸亚种在发酵条件为：接菌量3%、发酵时间20h、温度47℃、pH8.0，底物LA浓度为6500μg/mL时，CLA产量最大.金属离子对CLA产量影响很大，锰、铜离子不利于CLA的生成，而钡和钨离子等则能促进CLA的生成.

2 CLA在食品工业中的应用

2.1 CLA保健食品的开发应用

随着人们生活水平和日常保健意识的提高，对食品品质的要求也越来越高，食品不仅要有优良的食用性能，而且要具一定的保健功能，有利于人类的健康.人类CLA摄入推荐量为40-42mg/Kg体重，由于人体自身不能大量合成CLA，所以必须通过饮食等外界手段获得，因此在食品中提高CLA的含量或者服用CLA保健品，以达到促进健康等作用.CLA具有抗癌、减肥、调节免疫，增加骨密度等生理活性功能，因此作为保健食品开发应用具有广阔的市场前景.在食品中添加约0.1%的CLA，不仅能减少体内脂肪，促进代谢，并且当人在运动时，还能够提高肌肉张力，使肌肉更加发达.美国已将CLA作为运动食品和营养辅助保健食品原料，向锻炼身体和吸氧健身运动的人员销售.CLA还能诱导能量利用并导致体重的下降，可以作为减肥食品制剂.日本已推出以CLA为主要活性成分的高效减肥保健品.现今CLA已经广泛的应用于保健食品中，随着生产技术的日臻成熟，如CO2超临界流体技术、微胶囊化、LA异构酶基因工程的改造等生物技术在CLA生产中的应用，我国也已产业化生产纯度较高的CLA产品，如CLA软胶囊，主要用于调节血脂，免疫功能等保健品.

2.2 CLA功能性食品的开发应用

以CLA作为添加剂添加到食品中生产出含CLA功能性食品是目前食品工业的一大研究热点.其添加方法有两种：一是作为饲料添加剂添加到饲料中生产出CLA含量较高的功能性产品；另一种是直接对产品添加CLA进行强化.如在猪肉的生产中，将CLA作为营养再分配剂添加至日粮中，猪的皮下脂肪CLA的含量会增加CLA不仅能够抑制猪的皮下脂肪前体细胞增殖，减少脂肪含量，还能够提高瘦肉率，降低背膘厚度和增大眼肌面积，改善猪肉品质和腹脂硬度，增加蛋白质沉积[7].在蛋鸡饲料中添加CLA，可生产出富含CLA的保健蛋，且蛋黄中CLA含量随日粮CLA添加量的升高而增加.同时，蛋黄中脂肪酸的组成也被改变，如蛋黄中的多不饱和脂肪酸的比例升高，单不饱和脂肪酸比例下降[8]，添加CLA还能降低蛋黄中胆固醇的含量，但因蛋鸡品种及添加量和添加时间长短的不同，CLA富集效果有所不同.此外还可以对乳制品和肉制品等直接添加CLA，如将CLA到添加奶粉(新西兰)、食用油(日本)、面包、火腿肠、糖果等食物中，生产出强化CLA的功能性食品.

2.3 CLA食品防腐剂的应用

CLA具有抗氧化作用，其钠盐和钾盐具有显著的抑菌作用，能够抑制霉菌的生长，无毒副作用，性质稳定，无使用上限，可取代苯甲酸，是一种理想的天然食品防腐剂.如CLA钾盐可以抑制单增李斯特菌的感染.

3 展望

综上所述，CLA具有多种生理活性功能并且安全性极好，无毒副作用，是一种环保型功能性因子.利用微生物技术生产食物的营养成分，特别是天然食物中缺乏的某些特殊成分，是食品工业未来可持续发展的方向之一.微生物转化生产CLA，因其具有产物异构体单一，生理活性较高的优越性，是生产CLA活性纯品和开发富含CLA功能性食品的一大研究热点.但微生物转化生产CLA同时也有产量低，生产菌株的不稳定性，副产品成分复杂等缺点，今后可就如何筛选改良菌株，优化培养条件，提高CLA产量，快速分离副产品，利用基因工程对LA异构酶进行改造以应用于大规模工业化生产等进行研究.

〔1〕Liavonchanka A，Rudolph M G，Tittmann K，et al.On the mechanism of a polyunsaturated fatty acid double bond isomerase from Propionibacterium acnes[J].The Journal of Biological Chemistry,2009,284(12):8005-8012.

〔2〕Wei M，Cui W，Xue Z L.Kinetics of bioconversion of linoleic acid to conjugated linoleic acid by permeabilized Lactobacillus acidophilus cells[J].Chinese Journal of Biotechnology,2010,26(4):503-508.

〔3〕张艳禾，王春来，刘思国，张兰威.酶法生产共轭亚油酸的研究进展[J].微生物学通报,2011.38(1):105-109.

〔4〕侯爱菊，王荣春，代翠红，张兰威.反刍动物体内共轭亚油酸生物合成途径研究进展 [J].生物信息学，2012，12(4): 285-292.

〔5〕Lin T Y，Lin C W，Wang Y J.Linoteic acid isomerase activity in enzyme extracts from Lactobacillus acidprophilus and Propionibacterium freudenreichiis sps hermand[J].Journal of Food Science,2002,67(4):1502-1505.

〔6〕杜美婷,陈慧泽,赵国芬.植物乳杆菌P8产共轭亚油酸条件的优化[J].生物学杂志,2012,29(3):92-95.

〔7〕Ostrowska E，Muralitherau M，Cross R.Dietary conjugated linoleic acids increase lean tissue and decrease fat deposition in growing pigs [J].JournalofNutrition, 1999,29:2037-2042.

〔8〕官丽辉,李寸欣.日粮添加CLA对蛋鸡产蛋性能和蛋品质的影响[J].饲料研究,2010（4）:41-43.

TQ225.1

A

1673-260X（2017）06-0027-02

2017-04-22

蚌埠学院校级自然科学重点项目 （2014ZR02zd）；安徽省教育厅优秀中青年骨干人才国内外访学重点项目(gxfxZD2016268)；安徽省教育厅高校自然科学重点项目（KJ2016A451）