DHA來源及分離純化方法的研究進展

于喆

摘 要：二十二碳六烯酸（Docosahexaenoic acid，DHA）是具有重要生理功能而人體自身又無法合成的一類多不飽和脂肪酸。通過外源補充DHA可提高人體自身免疫機能、增強體質。本文主要就DHA的原料來源和分離純化方法進行了綜述，并提出了DHA相關領域需深入研究的幾個問題，以期為將來開展DHA相關研究提供參考。

關鍵詞：二十二碳六烯酸；多不飽和脂肪酸；分離純化

中圖分類號：TS22 文獻標識碼：A DOI 編碼：110.3969/j.issn.1006-6500.2017.07.008

Research Progress of DHA Sources and Its Separation and Purification Methods

YU Zhe

（Liaoning Ocean and Fisheries Science Research Institute， Dalian， Liaoning 116023， China）

Abstract： DHA（Docosahexaenoic acid）was a kind of polyunsaturated fatty acids which cannot be synthesized by human body. DHA could improve the body's own immune function， enhance physical fitness. In this paper， the sources of raw materials and the methods of separation and purification of DHA were discussed. On the basis of previous studies， this paper put forward some problems that need to be further studied in the field of DHA. This could provide scientific basis and theoretical guidance for DHA related research in the future.

Key words： DHA； polyunsaturated fatty acids； separation and purification

1 DHA的基本屬性

Docosahexaenoic acid（DHA，系統命名為：順-4，7，10，13，16，19-二十二碳六烯酸）屬 ω-3 系多不飽和脂肪酸（ω-3 polyunsaturated fatty acids，ω-3 PUFAs），又稱為Cervonic acid。其分子式，C22H32O2；相對分子量，328.49。DHA 的結構簡式如圖1所示。

DHA分子中的6個不飽和雙鍵使其具有較低的熔點（-45.5～-44.1 ℃）和較高的流動性，高純度DHA常溫下為無色無味油狀液體，不溶于水，易溶于有機溶劑。DHA含有5個活潑的亞甲基，這些活潑亞基的存在使二者極易受到光氧、高溫、金屬元素及自由基的影響，產生氧化、酸敗、聚合、雙鍵共扼等化學反應，產生以碳基化合物為主的魚臭物質。

2 DHA的生理活性

DHA 是人體自身無法合成但卻具有重要生理功能的一種多不飽和脂肪酸。DHA作為長碳鏈高度不飽和脂肪酸，可增加膜的流動性和通透性、提高膜的生理機能、增強腦和神經系統的活性，對維持腦的功能、延緩腦的衰老具有重要作用。此外，DHA對心血管疾病、糖尿病、肥胖癥等有一定的防治作用，且具有抗癌、抗炎作用等活性。由此可見，DHA對人類健康有著舉足輕重的作用。

3 DHA的來源

長久以來，深海魚類是人們獲取DHA的傳統原料。后期研究表明，海洋微藻才是DHA等多不飽和脂肪酸的原始生產者，天然Eicosapntemacnioc acid（EPA）和DHA主要在硅藻等浮游生物及藻類中生物合成，并通過食物鏈傳遞，蓄積于魚類、甲殼類和海產動物中。大多數陸生植物及動物體內很少含有DHA，但高等動物的某些器官與組織中除外。

3.1 深海魚類

深海魚類是DHA和EPA的傳統商業來源。其中，沙丁魚等小型青背魚油中EPA含量較高，金槍魚和松魚等大型青背魚油中DHA含量較高。由于具有多種保健功能，魚油成為國內外熱銷的保健產品。據統計，全球粗魚油總產量從2001年至今基本保持在每年110×104～120×104 t之間。近年來，對魚油、魚粉的需求量在逐年增加，同時海洋漁業資源日益減少及魚類捕撈量也相應下降。因此，在世界范圍內魚油、魚粉價格均大幅上升，且貨源供不應求的現象也開始出現。據國際魚粉魚油協會統計，世界上最大的5個魚油生產和出口國家（秘魯、智利、丹麥、冰島、挪威）2009年上半年的魚油總產量只有36.5 ×104 t，比2008年同期減少了2×104 t[1]。魚油的價格相對較低，食用歷史悠久，療效可靠。但是由于含EPA不適于嬰幼兒食用，腥味較大，含膽固醇、有機污染物和重金屬汞等，雜質成分較多，易氧化不穩定。

3.2 海洋微藻

隨著對DHA等多不飽和脂肪酸需求量的增大，僅依靠海洋魚油作為生產來源已遠遠不能滿足社會需要，因此尋找更為廣闊、穩定的DHA來源勢在必行。研究表明，海洋食物鏈中的初級生產者-海洋微生物才是ω-3多不飽和脂肪酸的原始生產者。世界海藻資源豐富，有專家估計，全世界的海藻每年可提供3 000×108 t的產量[2]。目前，已研究發現上百種海洋微藻中含有DHA，如金藻類、甲藻類、硅藻類、紅藻類、褐藻類、綠藻類及隱藻類[3-4]。與魚油相比，藻油DHA具有脂肪酸組成穩定、不含膽固醇、沒有魚油中難聞的魚腥味和重金屬元素污染、屬于可持續再生資源等優點。藻類生長周期短、收獲快，而且還可以通過培養條件優化控制和生物工程的方法來提高DHA的含量。因此，以海藻資源為新生資源生產制備DHA逐漸成為國內外研究的熱點。

3.3 其他來源

研究表明，多種微生物均可合成DHA，其中以真菌最為常見。常見的有較低級真菌中隸屬藻狀菌綱水霉目的破囊壺菌，是一種廣泛分布于海洋、河口、鹽水湖以及紅樹林地區的原生生物，屬于羽狀鞭毛菌群。已有多項針對Schizochytrium和Aurantiochytrium最佳發酵條件生產DHA的研究報道[5-6]，也有新的種類不斷被發現[7-9]。某些海洋細菌中也含有一定量的DHA，如南極細菌Moritella marina MP-1[10]。此外，自然界中的DHA前體物質——α-亞麻酸，廣泛存在于堅果和植物油脂中，如亞麻籽油、葵瓜子、花生等堅果，它在體內可部分轉化成DHA，從而被人體利用。但α-亞麻酸的轉化率尚不明確，且有研究表明在某些情況下并不能替代DHA。

4 分離純化方法

目前，利用魚油生產DHA、EPA的方法主要有溶劑低溫結晶法、尿素包合法、超臨界流體萃取、陰離子絡合法、層析法、分子蒸餾法、酶法等。在實際應用中，通常將兩種或多種方法結合使用[11]。以微藻為原料的DHA提取通常也采用以上方法，但是由于微藻的細胞壁較難破碎，油脂難以溶出，導致提取率不高。通常在提取前還需對藻細胞進行前處理，常用的細胞破碎方法包括：凍融法、超聲法、勻漿法、酶法等。

4.1 溶劑低溫結晶法

一般來說，不同脂肪酸或脂肪酸鹽在有機溶劑中的溶解度與其雙鍵個數有關，且在低溫下更加明顯。因此，可將各種脂肪酸的混合物溶于適當的有機溶劑，進行低溫處理后過濾除去大量飽和脂肪酸以及低不飽和脂肪酸，蒸去有機溶劑后即可得到EPA 和DHA 的濃縮產物，濃度可達40%。此法具有所需設備簡單、操作方便安全、有效成分不易變性等優點，但需回收大量溶劑，難以將EPA和DHA徹底分離，且大量使用有機溶劑污染環境[12]。

4.2 尿素包合法

直鏈飽和脂肪酸能借助范德華引力、色散力或靜電力進入尿素晶體形成穩定的包合物，可在低溫下結晶析出。而EPA和DHA等多不飽和脂肪酸因雙鍵形成的空間位阻很難與尿素形成穩定的包合物，仍保留在溶液中，因此采用過濾方法除去包合物即可達到分離富集的目的。為提高產品質量，可采用多次尿包，富集的EPA和DHA含量可達80%左右。尿素包合法因成本較低，所需設備簡單，得到推廣和應用，但難以將雙鍵數相同或相近的脂肪酸分開[13]。

4.3 超臨界流體萃取

采用超臨界流體技術萃取魚油中的DHA和EPA已經成為主要方法之一[14-15]。用經過高度壓縮的超臨界氣體作為溶媒進行萃取，形成超臨界負載相，然后降低載氣的壓力或提高載氣的溫度，使其溶解能力降低，萃取物就與載氣分離。目前，主要以CO2 為溶劑萃取分離不同油脂或脂肪酸，而添加適當的夾帶劑可以提高溶劑攜帶溶質的能力，同時可以降低操作壓力，減少設備投資和操作費用。但該技術對設備要求高，難以高效地萃取目的物，操作過程中設備能耗較大，也不能將分子量與EPA和DHA相近的脂防酸除去。

4.4 銀離子絡合法

銀離子能與含有雙鍵的化合物形成Ag絡合物，雙鍵數目多，結合的Ag 就多，親水性也越強[16]。EPA和DHA分別含有5個和6個雙鍵，與Ag+結合后以Ag+絡合物的形式進入水相，而飽和以及低度不飽和的組分仍留在油相中。油水分離后就得到了含有EPA和DHA的水溶液。利用Ag（EPA）絡合物和Ag（DHA）絡合物的穩定性不同，水洗后使用有機溶劑進行萃取，可分離出含DHA 量很高的產品以及EPA 含量高于DHA 的產品。

4.5 層析法

柱層析、薄層層析、氣相色譜和高效液相色譜等層析法均可應用于脂肪酸的分離。層析法依據多不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸、低不飽和脂肪酸的極性差異進行分離。其優點在于分離效果好、產品純度高，缺點是制備量小、有機溶劑用量較大、污染環境。這類方法多用于實驗室進行脂肪酸的分析及小量制備。

4.6 分子蒸餾

分子蒸餾是利用在高真空度下控制蒸餾溫度，將碳數不同即沸點不同的脂肪酸分級蒸餾，即碳數越少脂肪酸沸點越低，碳數越多脂肪酸沸點越高，得到不同飽和度的脂肪酸。利用分子蒸餾法，通過控制蒸餾溫度可將一些碳鏈比EPA和DHA短的或長的分子除去。產品中DHA的純度可達46%以上[17]。但是該方法很難將分子量與EPA和DHA相近的脂肪酸分開，且所需高真空設備投資較大，能耗較高。

4.7 酶 法

與物理和化學方法相比，酶法具有多方面的優勢：酶的催化效率高、使用量少、耗能低、操作簡單；反應溫和，有利于保證長鏈多不飽和脂肪酸的穩定性；酶的底物敏感性，可以將難分離的DHA和EPA分開；反應在無有機溶劑條件下進行，可以避免龐大的設備和繁雜的工藝流程，對操作人員和生態環境都有較好的保護作用。但是該方法對于所使用酶的種類及最佳的催化工藝還需要進一步的摸索[2]。

5 展 望

自人類發現DHA以來，科研工作者們針對DHA的基本特性、分離純化、生理活性、產品開發等方面開展了大量研究，取得了顯著的成就。在前人的研究基礎上，還有許多亟待解決的問題需要去研究探索。

5.1 富含DHA海洋微藻的進一步篩選

由于魚油難以滿足人們日益增長的需求，以海藻資源為原料生產制備DHA等多不飽和脂肪酸成為國內外研究的熱點。研究者對不同微藻中多不飽和脂肪酸含量、微藻人工培養方法、收獲方法及微藻中多不飽和脂肪酸的分離提取方法等方面進行了大量研究[18-20]，取得了階段性的研究成果。但目前還需更大范圍的調查不同種類微藻中EPA和DHA的含量，優化促進DHA富集的人工培養條件，收獲方法和提取純化工藝等也有待進一步的研究。

5.2 不同來源DHA生理活性的進一步明確

每種脂肪酸的生物學功能不同，其臨床效果各異。由于魚油中通常含有EPA和DHA，二者較難分離。在前期生理活性研究過程中，DHA通常是伴隨EPA一起進行，單獨研究的較少。目前有關DHA單一成分的活性研究報道逐漸增多，但對于DHA能否具有與混合物的等同作用還有待于明確。此外，近年來針對魚油與藻油之間的紛爭不斷（魚油與藻油的優缺點見表1）。因此，后期還需加強針對二者活性的對比研究。

5.3 DHA制備工藝的進一步探索

綠色的提取工藝是未來的發展方向。目前，不飽和脂肪酸提取純化工藝中還是較多地依賴有機溶劑，溶劑殘留是影響產品品質的重要因素，同時對操作人員的安全威脅及生態環境的破壞也較大。明確新型分離設備在DHA純化上的可行性，可盡可能減少有機溶劑的使用量。此外，提取分離高純度DHA制劑作為藥品和高級營養品已成為開發研究的難點和熱點課題之一。市場上銷售的各種魚油保健品和部分魚油藥品中的DHA和EPA總含量約在30%左右。魚油富含DHA的同時也含有較高水平的EPA及少量其它脂肪酸。目前采用的分離方法都很難同時提取高純度的EPA和DHA單體。因此，在后期探索DHA綠色純化工藝以及高純度制備是DHA研究領域發展的必然趨勢。

參考文獻：

[1]馬永鈞， 楊博. 世界海洋魚油資源利用現狀與發展趨勢[J]. 中國油脂， 2010， 35（11）：1-3.

[2]郭玉華， 李鈺金. 水產品中EPA和DHA的研究進展[J]. 肉類研究， 2011， 25（1）：82-86.

[3]LIU J， SOMMERFELD M， HU Q. Screening and characterization of Isochrysis， strains and optimization of culture conditions for docosahexaenoic acid production[J]. Applied microbiology and biotechnology， 2013， 97（11）：4785.

[4]YANG H L， LU C K， CHEN S F， et al. Isolation and characterization of Taiwanese heterotrophic microalgae： screening of strains for docosahexaenoic acid （DHA） production[J]. Marine biotechnology， 2010， 12（2）：173-185.

[5]REN L J， SUN L N， ZHUANG X Y， et al. Regulation of docosahexaenoic acid production by Schizochytrium sp.： effect of nitrogen addition[J]. Bioprocess and biosystems engineering， 2014， 37（5）：865.

[6]KIM K， KIM E J， RYU B G， et al. A novel fed-batch process based on the biology of Aurantiochytrium sp. KRS101 for the production of biodiesel and docosahexaenoic acid[J]. Bioresource technology， 2013， 135（10）：269-274.

[7]GAO M， SONG X， FENG Y， et al. Isolation and characterization of Aurantiochytrium species： high docosahexaenoic acid （DHA） production by the newly isolated microalga， Aurantiochytrium sp. SD116.[J]. Journal of oleo science， 2013， 62（3）：143-51.

[8]ZENG Y， JI X J， LIAN M， et al. Development of a temperature shift strategy for efficient docosahexaenoic acid production by a marine fungoid protist， Schizochytrium sp. HX-308[J]. Applied biochemistry and biotechnology， 2011， 164（3）：249-255.

[9]ZHOU P P， LU M W， YU L J. Microbial production of docosahexaenoic acid by a low temperature-adaptive strain Thraustochytriidae sp. Z105： screening and optimization[J]. J basic microbiology， 2010， 50（4）：380-387.

[10]KAUTHARAPU K B， RATHMACHER J， JARBOE L R. Growth condition optimization for docosahexaenoic acid （DHA） production by Moritella marina MP-1[J]. Applied microbiology and biotechnology， 2013， 97（7）：2859-2866.

[11]方旭波， 龔戩芳， 蔣雅美，等. 分子蒸餾和尿包結合法富集乙酯化EPA/DHA[J]. 中國食品學報， 2013， 13（4）：101-106.

[12]劉沙， 鄧放明. 淡水水產品EPA與DHA含量及富集方法研究進展[J]. 糧食與油脂， 2009（6）：4-6.

[13]G MEZ-MEZA N， NORIEGA-RODRI GUEZ J A， MEDINA-JU REZ L A， et al. Concentration of eicosapentaenoic acid and docosahexaenoic acid from fish oil by hydrolysis and urea complexation[J]. Food research international， 2003， 36（7）：721-727.

[14]包宗宏， 云志， 史美仁. 超臨界二氧化碳富集提純魚油中EPA和DHA的研究進展（Ⅰ）─超臨界二氧化碳與魚油脂肪酸的相平衡研究[J]. 中國油脂， 1996（2）：35-40.

[15]HARTLEY F R. Thermodynamic data for olefin and acetylene complexes of transition metals[J]. Chemical reviews， 1973， 73（2）：163.

[16]梁井瑞， 胡耀池， 陳園力，等. 分子蒸餾法純化DHA藻油[J]. 中國油脂， 2012， 37（6）：6-10.

[17] SINGH M. Essential fatty acids， DHA and human brain[J]. The indian journal of pediatrics， 2005， 72（3）：239-242.

[18] PRAGYA N， PANDEY K K， SAHOO P K. A review on harvesting， oil extraction and biofuels production technologies from microalgae[J]. Renewable and sustainable energy reviews， 2013， 24（10）：159-171.

[19]GUO D S， JI X J， REN L J， et al. Development of a real-time bioprocess monitoring method for docosahexaenoic acid production by Schizochytrium sp.[J]. Bioresource technology， 2016， 216：422.

[20] FU J， CHEN T， LU H， et al. Enhancement of docosahexaenoic acid production by low-energy ion implantation coupled with screening method based on Sudan black B staining in Schizochytrium sp. [J]. Bioresource technology， 2016， 221：405-411.