摘 要: 共轭亚油酸( CLA) 作为一种新资源食品,因具有抗癌、减肥、抗动脉粥样硬化等众多生理功能,已成为近几年的研究热点。对共轭亚油酸( CLA) 的来源、生理功能、制备及分析检测方法进行综述,并对其研究中存在的问题和应用进行探讨和展望。 共轭亚油酸 ( Conjugated Linoleic Acid,简称CLA) 是一系列具有位置和几何异构体的亚油酸( 18: 2n-6) 的统称。CLA 的双键在碳链上主要有四种位置的排列方式: 8,10-、9,11-、10,12-和 11,13-,每种位置异 构 又 具 有 cis-cis、cis-trans、trans-cis、trans-trans 四种几何异构体,所以 CLA 异构体的种类众多。其中 cis-9,trans-11( c9t11) 和 trans-10,cis-12( t10c12) 是两种含量多且已经被证实具有生理活性的主要异构体。目前大多数研究都集中在这两种异构体上。需要指出的是,存在于食物中的天然 CLA 中的 c9t11 在同分异构体中占80% 以上。研究发现,它是能被动物细胞吸收并进入其磷脂层的异构体。其与 t10c12 在改善动物和人体营养、促进健康中发挥着不同的生理作用。
大量的动物实验证明: 共轭亚油酸具有降低体内脂肪含量,增加体重,抑制癌症和肿瘤生成,预防动脉硬化,改善高胰岛素血征,增强免疫力,改变低密度脂蛋白/高密度脂蛋白的胆固醇比率等生理作用。CLA 安全性毒理学实验表明,它是一种既无毒又无任何副作用的物质,被誉为“21 世纪绿色营养保健食品”。CLA 作为一种功能性食品配料,必将引起越来越多人的关注。 1 共轭亚油酸的来源
天然 CLA 存在于许多食品中,包括乳制品、肉类和一些蔬菜产品,但含量都很低; 反刍动物制品中的 CLA 含量相对高于植物。乳制品尤其是奶酪,是动物食品中 CLA 的主要来源,每克脂肪中的含量可达 3 ~ 9 mg。不同食物脂肪中 CLA 的含量见表1。目前,瘤胃动物体内的 CLA,一般被认为是由于其细胞内含 Δ9-硬脂酰辅酶 A 脱氢酶( Stearoyl-CoAdesaturase,SCD) ,它能够将瘤胃微生物产生的 t11-18: 1 进行 9-位脱氢。亚油酸、亚麻酸在瘤胃微生物和酶 SCD 的催化下生物氢化得到 c9,t11-CLA。此外,食品加工过程中也会产生 CLA。但无论是动物来源、植物来源,还是食品加工过程,CLA 含量都很低,必须经过人工合成,才能满足人类的需要。 2 共轭亚油酸的生理活性 2.1 抗癌作用 美国威斯康星州立大学的 Pariza 博士首次从牛肉汁中分离出具有抗癌活性的主要成分 CLA。Park等通过给经 1,2-二甲基肼处理过的大鼠灌喂 CLA,发现大鼠患结肠癌的概率显著降低。许多动物实验表明,CLA 既可以降低癌症的发生概率,也可以阻碍癌症扩散,如皮肤癌、前胃癌等。这可能是由于 CLA 的参与能减少类花生酸的产生、干扰细胞信号的传递、抑制 DNA 的合成、增强细胞的凋亡,并通过减少基质金属蛋白酶和血管内皮生长因子来抑制血管生成等。 2.2 预防心血管疾病 Kritchevsky D 等在以兔子和仓鼠为实验对象的实验中得出结论: CLA 可以减少动脉粥样硬化。 衣丹、林学政等以大鼠为实验对象,与高脂模型组比较,发现 CLA 组大鼠血清中的 TC、TG、MDA 含量明显降低,HDL、SOD 含量明显提高( P < 0. 05) ,验证了共轭亚油酸具有降低血脂和抗动脉粥样硬化的作用。大量动物实验表明,CLA 可以降低总胆固醇、三酰基甘油酯、低密度脂蛋白( LDL) 含量,增加高密度脂蛋白( HDL) 含量。CLA 可通过降低血压或作为过氧化物酶体增殖因子的激活受体、甾醇调控蛋白等来影响这些参数。也有学者认为,这可能是通过影响前列腺素代谢、血小板及白细胞功能而起的作用。 2.3 减肥 CLA 引起人们广泛关注的原因之一,就是它能减少动物体内的脂肪。李琪玲等通过建立小鼠营养肥胖模型法,以昆明小鼠为实验对象,连续 4 周给其灌胃 CLA,验证了 CLA 具有减肥作用,证实了肝脏脂肪酸合成酶( FAS) 是导致肥胖的潜在靶点。 Blankson 等的研究证实了食用等量 c9,t11-CLA 和t10,c12-CLA 异构体能够显著减少体内脂肪含量。随后 CLA 同分异构体 trans-10,cis-12 被证实在这方面起到了主要作用。有人推测,这是多种作用机制共同作用的结果: 通过增加能量消耗、减少脂肪组织的脂质积累和脂肪细胞的分化、加速脂肪细胞凋亡、调节脂肪因子和细胞因子、加速骨骼肌中的脂肪酸 β-氧化等。 2.4 免疫调节功能 许多研究揭示了 CLA 的抗炎特性,它可以减少结肠炎症、免疫活性细胞中抗原诱导因子的产生,调节细胞因子、前列腺素、白三烯 B4 等。王璇琳等通过一系列免疫实验证实 CLA 能够增强细胞免疫、体液免疫和单核-巨噬细胞功能,从而对机体的免疫性能进行有效调节。周玉香等通过在滩羊日粮中添加不同剂量的 CLA,发现滩羊血清中免疫球蛋白 G( IgG) 含量随添加剂量的增加而显著升高,滩羊血清中的肿瘤坏死因子( TNF-a) 含量随 CLA 添加量的增加而显著降低。研究证实,CLA 会通过以下几种方式改善免疫相关的反应: 调节肿瘤坏死因子-α( TNF-α) 、细胞因子( 白细胞介素 1,4,6,8) 、前列腺素或氮氧化物,同时减少过敏性免疫反应。 2.5 改善骨质 研究发现,CLA 可以在灰重、骨密度、骨矿物含量、骨干重、骨长度、钙、镁、磷酸盐含量等方面改善骨质。CLA 可以改善骨组织的代谢,促进骨组织的分裂和再生。目前,一种研究观点认为这是 PGE2浓度调节的结果,也有人认为 CLA 通过降低破骨细胞的活动频率来改善骨质。 2.6 调节血糖 徐增康等利用 CLA 对实验性型糖尿病大鼠进行干预,发现大鼠血糖水平随干预剂量的提高而下降,胰岛素水平则随干预剂量的提高而提高,验证了 CLA 通过影响脂肪组织中瘦素( leptin) 的表达。
塔娜等以育龄雌性 SD 大鼠为实验对象进行实验,结果显示,CLA 有上调脂联素基因表达水平的作用,可改善妊娠期糖尿病大鼠的糖脂代谢。徐文等则以雄性 SD 大鼠为实验对象,验证了 CLA 能有效控制糖尿病大鼠的血糖,改善血脂状况,控制糖尿病并发征的发生和发展。共轭亚油酸除有上述生理活性外,还有许多其他活性,如抗氧化性、抗缺氧功能等。 3 共轭亚油酸的制备 3.1 生物合成法 生物合成法是一种利用特定微生物、酶等催化相应底物获得 CLA 的方法。目前,生产 CLA 的菌种主要涉及瘤胃菌、乳酸菌、丙酸菌及其相关的诱变菌种。现在国内外大多数研究都集中在菌种的筛选和转化条件方面。利用生物合成法制备 CLA,虽然安全性高、异构体成分较单一,但仍存在许多瓶颈,限制了工业化生产。例如: 生产菌株需要严格的厌氧条件,增加了实验条件的苛刻性和成本;因 CLA 不能及时分离,产物阻遏效应的存在限制了菌体的生长和产率等。因此,生物合成法目前尚不能应用于工业化生产。 3.2 化学合成法 3.2.1 酸催化 制备 CLA 典型的酸催化反应是油酸烯丙醇脱水转化法。油酸烯丙醇是油酸的二级产物。油酸是顺式十八碳-9-烯酸,若能在第 10 位与第 11 位碳原子之间形成双键,即可得到 c9,t11-CLA。油酸在光、热引发下,变成过氧化物; 再经还原,即可得到油酸烯丙醇; 然后在酸性条件下( BF3 或 HCI) ,即可转化得到 CLA。该方法的缺点是得率低,分离难度大。 3.2.2 蓖麻油合成法 该方法是以蓖麻油为原料,经酯化、卤化、消除反应制备 CLA。反应总体流程: 利用该方法可得到纯度较高的 c9t11 异构体,但是得率低,且 DBU 成本高,操作复杂,影响了它的广泛应用。 3.2.3 异构化法 异构化法根据其催化剂的不同,可分为三类:过渡元素催化异构化、光异构化和碱法异构化。其中碱法异构化较为常用。 过渡元素异构化法是利用过渡元素钌、铑、铂、钯、铬和铱等的有机配合物或羰基化合物催化亚油酸异构化反应,一般是将配合物溶于丙酮和甲醇的混合溶剂,与红花籽油等油脂或非共轭脂肪酸混合后在氮气下加热反应,可使 90% 的非共轭双键转化为共轭双键。该方法的缺点在于所用金属价格昂贵,还需将其合成相应配合物,溶剂回收复杂,总体成本高。此外,其羰基化合物具有毒性的问题限制了它的广泛应用。 光异构化是指以碘为感光剂,在一定光波辐射下发生的异构化反应。该法反应时间长,对设备要求高,产物分离困难,转化率低。 碱法异构化制备 CLA 是目前研究比较成熟的一种技术,市场上很多 CLA 产品都是通过此种方法制得。该法是碳负离子历程典型的反应,机理在于催化剂( 碱,蒽醌属于 Lweis 碱) 夺取亚油酸或亚麻酸等具有戊碳二烯结构的烯丙位上的氢,生成碳负离子; 碳负离子重排为较为稳定的共轭结构,从而实现共轭化。它通常以玉米胚芽油、大豆油、棉籽油、红花籽油和葵花籽油等为原料,其中红花籽油、葵花籽油应用得多。反应催化剂一般采用NaOH、KOH,溶剂采用乙二醇、丙二醇、丙三醇等。 制备时在惰性气体参与下,将原料、溶剂、催化剂三者混合共热。反应的转化率、异构体含量取决于原料、溶剂、催化剂碱性的强弱及反应温度、反应时间等因素。碱法异构化制备 CLA 的缺点: 终所得产品为几种异构体的混合物,其中以 c9,t11 与 t10,c12 异构体( 两者比例 1 ∶ 1) 为主,但该方法简单,转化率高,利于工业化生产。 3.3 临界萃取与酶法结合制备 CLA
临界萃取以临界 CO2萃取为典型。临界 CO2萃取技术及酶法合成 CLA 技术目前尚未成熟。前者工艺简单、萃取温度低,能有效保护生物活性物质,避免了有机溶剂的使用,绿色环保; 后者专一性、目的性强,产品成分单一,可以减少生产成本。很多学者对这两方面进行了研究。马永强等对临界 CO2萃取玉米油中的共轭亚油酸( CLA) 进行了研究; 张艳禾等探讨了酶法在生产 CLA 方面的可行性; 焦江华等以固定化亚油酸异构酶和亚油酸( LA) 为原料,结合临界 CO2对合成 CLA进行了探究。许多功能性成分在食品和药品的应用中一般被要求有较高的纯度,而通过生物合成法或化学合成法制备的 CLA 的纯度远不能满足要求,还需根据实际情况做进一步的纯化。 4 共轭亚油酸的分析检测方法 4.1 紫外( UV) 检测法 该方法检测 CLA 比较简便、快捷,原理是 CLA共轭双键在近紫外区 233 ~ 234 nm 处有特征吸收峰,而亚油酸( LA) 及其副产物则没有,因此,此波长可以用来检测 CLA 的存在及含量。通过配制不同浓度的 CLA 标液,测定其对应的吸光值,建立标准曲线; 然后测定待测物的吸光值,根据建立的回归方程,即可计算出相应的 CLA 浓度,进而计算出CLA 的含量。需要注意的是,紫外检测法只能对CLA 总量进行初步分析,不能对各异构体含量进行定性和定量分析。 4.2 红外( IR) 检测法 红外光谱是现代结构化学、分析化学的工具。研究证明,CLA 各种异构体在红外 900 ~1000 cm- 1处有吸收峰。如反反共轭在 988 cm- 1附近出现一个单峰,顺反共轭在985 cm- 1和950 cm- 1处有两个吸收峰,因此,可根据此特性测定 CLA 异构体的含量,但对 CLA 各异构体分离鉴定比较困难。 4.3 气相色谱法( GC) 气相色谱法( GC) 常用于脂肪酸的分析,同样适用于 CLA 各种异构体的分析。GC 是根据固定相对样品中各组分的不同吸附、溶解能力来进行分离的。气相色谱法具有高选择性、高灵敏度和高分离效率等优点。GC 主要分析 CLA 甲酯化后的衍生物,因此 GC 分析关键步骤为 CLA 的甲酯化过程。 对 CLA 进行分析时,应使用极性非常强的色谱柱( 毛细管柱) ,同时需采用其他化学方法或光谱法来辅助分析,这样才能完成 CLA 各种异构体的定性定量分析。 4.4 Ag+高效液相色谱法( Ag+-HPLC) 该种检测方法主要利用 Ag + 能与 C = C 双键的 π 电子作用形成可逆的强极性复合物的特性来检测分析 CLA 各种异构体。通过增加串联的银离子高效液相色谱柱的数量,可以显著提高对不饱和脂肪酸甲酯及其立体异构体的分离效果。有时在实验中要结合 GC 共同完成对 CLA 的分析,这主要是因为在 Ag+-HPLC 中会出现一些其他的共轭脂肪酸的吸收峰,而在 GC 中会出现一些非共轭脂肪酸甲酯的峰。 4.5 气质联用( GC-MS) 气相色谱-质谱法可对含量很少的 CLA 异构体进行分析和鉴定,它一般使用 BPX270 熔合硅胶毛细管柱或 SP2380 毛细管极性柱。针对质谱离子化过程中不饱和脂肪酸双键容易迁移的现象,一般采用衍生化( 杂环衍生物,如二甲基呃唑啉) 方法来抑制其迁移。 4.6 高效毛细管电泳法 高效毛细管电泳法是近年来发展快的分析方法之一,是以高压电场为驱动力,以毛细管为分离通道,依据样品中各组分之间淌度和分配行为上的差异来实现分离分析的液相分离方法。有研究者将该技术与色谱相结合即胶束电动毛细管色谱( MECC) 来分析 CLA 异构体的组成。MECC 通过改变流动相和胶束相组成来增加分离选择性,具有高效、快速、分离模式多、分离时间短等优点。
除上述分析检测方法外,还有薄层层析法( TLC) 、核磁共振法( NMR) 等。鉴于 CLA 众多的生理功能,只有根据不同的样品性质特点和生产需求,选用合适的分析检测方法,才能进一步深化对CLA 异构体的认识。 |