花生四烯酸单细胞油

花生四烯酸单细胞油（英文名：Arachidonic Acid Single- 细胞 Oil），又名ARA单细胞油、ARASCO ，是一种 Omega-6 长链多不饱和脂肪酸，主要成分为花生四烯酸（ARA，C 20 H 32 O 2 ）。室温下其呈黄色或浅黄色油状液体，常温下稳定，但对热敏感，具有氧化性，用其浸润的多孔材料可能会发生自燃。

花生四烯酸单细胞油以重量计约含40%的花生四烯酸，其中95%-99%以甘油三酯形式存在，同时混合有0.5%-3.5%的甘油二酯和0.1%-1.5%的固醇等未皂化物。反式脂肪含量不到总脂肪的2%，其他脂肪酸还包括油酸、软脂酸等。花生四烯酸单细胞油主要通过微生物发酵法生产，常用的生产菌种为土壤真菌高山被孢霉（ Mortierella alpina ）。工业生产中，需通过菌株筛选和发酵工艺优化来获得高产菌株。

花生四烯酸单细胞油可用于新型食品成分或食品添加剂。通常情况下，其被添加到婴儿配方食品中，以提高产品中的花生四烯酸含量，使其接近人类母乳的水平，满足婴幼儿的生长发育需求。

发展历史

花生四烯酸单细胞油中主要成分为花生四烯酸，对后者的研究始于19世纪晚期，最早在鱼油中被发现，当时没有详细描述这些多不饱和脂肪酸的化学特征，只是声明它们属于C n H 2n-8 O 2 系列，属花生酸系。 Lister研究所研究员Percival Hartley在伦敦大学攻读博士学位期间第一次正式分离得出四不饱和20-碳脂肪酸。他观察到，从哺乳动物组织和器官中，特别是从肾脏、肝脏和心脏中分离出来的脂肪酸，它们碘值很高，且暴露在空气中易发生化学变化。Hartley指出，这种现象与亚麻籽油等干性油特性类似。随后，Hartley进行了最初的实验研究，该物质存在不饱和脂肪酸，且比油酸更不饱和，其分子质量在308-312 Da之间，证明它们的分子结构中必然包含至少20个碳原子。当时，Hartley很难理解这种罕见的多不饱和脂肪酸的生物合成来源，但考虑到肝脏中存在着相当高的脂肪酸量，他认为这可能是重要的生化反应产物。Lewkowitsch在1913年出版的油、脂肪和蜡的物理和化学数据汇编中记录了这些发现，基于已有的花生酸 (C20:0)的命名，将C20:4的类似物命名为“花生四烯酸”。

1938年，Smedley-Maclean的实验室发表了组织中合成花生四烯酸需要亚油酸的研究成果。后来她通过碱性高锰酸钾氧化法来裂解双键并形成羧酸，鉴定出的产物（戊二酸、草酸和琥珀酸）表明第一个双键位于正戊烷位，而少量己酸的生成则将末端双键定位在碳14-15位。由此她将花生烯酸定性为5,8,11,14- 二十碳四烯酸。约1年后，俄亥俄州立大学的研究团队发表了更完整的关于高纯度花生四烯酸臭氧分解与高锰酸钾氧化的研究，证实了Smedley-Maclean的研究结论。

为证实花生四烯酸20个碳原子组成的直链中的5、8、11、14号碳原子上的双键均呈全顺构型，1961年，霍夫曼·拉罗什实验室和波士顿大学的两个独立研究团队分别制备了相同的三键中间体，随后使用林德勒催化剂还原该四炔化合物，最终得到花生四烯酸，并通过气相色谱法确认合成产物与天然产物一致，花生四烯酸的结构最终得到确认。

花生四烯酸（ARA）从动物器官中分离成本通常较高，且这些器官中含量很少，而在植物中ARA几乎不存在。微生物油脂（也称为单细胞油脂，SCOs）因富含ARA油脂，成为植物油和动物油之外的选择。20世纪60年代，Shaw最早发现ARA是被孢霉属真菌（Mortierella）等微生物中的重要多不饱和脂肪酸。 20世纪70年代开始，发酵法开始用于花生四烯酸生产。其中，被孢霉属真菌具有较高的ARA生产能力，成为ARA产业化的研究重点。经过研究，通过改变培养条件，油脂中的ARA浓度可控制在30%至70%，且形成的ARA中70%至90%与甘油三酯（TAGs，也称为“中性脂质”）结合形成富含ARA的油脂——可被添加于婴儿配方奶粉，相较ARA更稳定。

如今，人们越来越意识到多不饱和脂肪酸（PUFA）成分对健康的益处，微生物油脂已被市场广泛接受。2001年，由高山被孢霉生产的花生四烯酸单细胞油获得美国食品药品监督管理局（FDA）的公认安全（GRAS）批准；2002年，获得加拿大卫生部的批准；2004年，获得澳大利亚和新西兰相关部门的批准。2008年，欧洲欧洲食品安全局（欧洲食品安全局）就花生四烯酸单细胞油发表了科学意见，认可该产品作为婴儿配方奶粉ARA原料的安全性。

物质组成

花生四烯酸单细胞油是一种高油酸葵花籽油，以重量计约含40%的ARA。其中约95%-99%以甘油三酯形式、0.5%-3.5% 甘油二酯和0.1%-1.5% 固醇组成的未皂化物。反式脂肪含量不到总脂肪的2%。其他形式脂肪酸包括油酸（~16-23%）、软脂酸（~7-10%）、硬脂酸（~7-10%）、亚油酸（~6-8%）、γ-亚油酸（~3%）、二同-γ-亚油酸（~1-3%）、贝亨酸（~2%）和其他一些水平低于1%的脂肪酸。

其中主要成分为花生四烯酸（ARA），分子式为C 20 H 32 O 2 ，化学式为CH 3 (CH 2 ) 4 (CH=CHCH 2 ) 4 CH 2 CH 2 COOH，结构式如图所示。ARA含有20个碳原子，4个双键，其中第一个双键起始于从甲基端起第6个碳原子上，属于ω-6（或n-6）系列的多不饱和脂肪酸（PUFAs），简记为20:4（ω-6）。

如图所示，甘油三酯油中的ARA（Martek商品名：ARASCO®）可以放置在甘油三酯分子的3个位置之一，每种都会影响ARA在体内接收的形式。在大多数情况下，甘油三酯只与一个ARA分子相关联，但一些甘油三酯会与两个ARA分子相关联。

理化性质

花生四烯酸单细胞油在室温下呈黄色或浅黄色油状液体。其中主要成分ARA的相对分子质量为304.5，熔点为-49.5℃，沸点为245℃，溶解于醇、醚和水中，碘值为333.50gI/100g，紫外吸收峰为257nm，268nm，315nm，折射率 1.4824，中和值为184.20。ARA分子化学上不稳定，其中有四个顺式双键而易受氧化，产生异味。

分布及来源

花生四烯酸（ARA）在动物界中广泛存在，如蛋黄、动物肾上腺和肝脏中提取的脂质中分离出来，早期实验用的ARA试剂一般从猪肝中提取，鱼油也含有少量的ARA，一般在0.2%左右，在日本沙丁鱼油中也分析到它的存在。在植物油中，绝大多数都不含有ARA，仅有少数植物油如十字花科荒野独行菜油、北美独行菜油等中含有ARA，另外，Sohlek等从青苔和蕨类植物中检测到了ARA，但其含量极低。工业上花生四烯酸单细胞油主要从土壤真菌，如高山被孢霉中提取。

生理功能

花生四烯酸主要以磷脂的形式存在于机体各个组织的细胞膜上，浓度通常小于1 μmol/L，决定着细胞膜的一些重要生物活性，是许多二十碳衍生物如前列腺素E 2 ，前列环素，血栓烷A 2 和白三烯等物质的前体，这些化学信使参与免疫和炎症反应。如在炎症过程中，细胞膜中的ARA可被代谢为前列腺素和白三烯等细胞信号分子。细胞膜中的ω-3 脂肪酸二十碳五烯酸（EPA）也能形成类二十烷酸，但ARA与EPA来源的类二十烷酸在生理效应上存在差异。例如，由EPA衍生的类二十烷酸通常在诱导炎症、血管收缩和凝血方面的作用较弱，而由ARA衍生的类二十烷酸则更强，在适当比例下，对脂蛋白代谢、血液流变学、血管张力、白细胞功能和血小板活化具有有益的调节作用。作为奶汁的天然成分，花生四烯酸对婴儿的神经及其生理的发育必不可少，对婴幼儿的生长发育以及大脑和视网膜的功能完善具有特别重要的意义，被认为是人类早期发育的必需营养素。

消化代谢特性

花生四烯酸单细胞油作为食品原料或营养补充剂直接食用，一旦进入体内，ARA的吸收情况将取决于其在甘油三酯分子上的位置。如果ARA分子位于甘油三酯的sn-1或sn-3位，则通常会被胰腺酶水解，生成游离形式的花生四烯酸（ARA）。然而，如果ARA分子位于甘油三酯的sn-2位，则它可以以sn-2单甘油酯的形式被完全吸收。在小肠吸收后，像ARA这样的ω-6 脂肪酸被整合到组织脂质中，或作为底物用于合成类二十烷酸，或被氧化为二氧化碳和水。

在生物体内，游离的花生四烯酸（ARA）经环加氧酶（CO）途径形成前列腺素（PG）、前列环素（PCI 2 ）和血栓烷素（TXA 2 ）；经脂加氧酶（LO）途径形成羟基过氧化物花生四烯酸（HPETE）和白三烯（LTs）。

应用领域

花生四烯酸可由亚油酸在体内部分转化而得，但该途径是一种转化率有限的代谢过程，必须在ω-6或ω-3脱氢酶的催化下进行，而这两种酶常受年龄 (婴幼期、老年期 )、肥胖、糖尿病、饮酒过量、维生素缺乏及矿物元素不足等障碍因素的影响。这些因素会降低脱氢酶的数量和活性，导致担负着维持细胞和机体组织正常机能的多不饱和脂肪酸合成受阻。因此，人们往往需要在食物中补充部分共轭亚油酸和花生四烯酸等多不饱和脂肪酸来满足机体正常功能的需要。

花生四烯酸单细胞油可用于新型食品成分或食品添加剂。花生四烯酸单细胞油最常用于婴儿配方奶粉中，以增加配方食品中的游离ARA水平，使其达到与人类母乳中ARA水平相当的水平。此外，花生四烯酸单细胞油还建议用于婴幼儿食品、孕妇及哺乳期妇女食品中；作为功能性食品的成分；或以胶囊、颗粒、饮品或肠内营养制剂的形式作为膳食补充剂；用于牲畜饲料，包括牛、羊、家禽等农场动物，以及养殖的海洋生物如鱼类和贝类。花生四烯酸单细胞油还被宣传作为美容产品成分及解热镇痛药和非甾体抗炎药（NSAID）使用。

生产方法

花生四烯酸单细胞油主要由非转基因土壤真菌高山被孢霉（ Mortierella alpina ）合成，需要从广泛的生态环境中采样，筛选培养，通过分析油脂组成、含量和花生四烯酸含量，筛选得到高产菌株，再优化培养基及培养条件进行发酵生产。其他微生物，如其他被孢霉属物种、真菌、纤毛原生动物、阿米巴和藻类也能产生花生四烯酸，高山被孢霉以其高产性能及合理的油脂组成成分，成为最常用于产花生四烯酸的微生物菌株。

中国科学院等离子体物理研究所离子束生物工程中心利用首创的离子束诱变技术，对花生四烯酸出发菌N 7 （花生四烯酸含量约为27%）进行注入改良，成功筛选出一株高产菌珠。Shinmen等利用高山被孢霉、多头被孢霉的菌珠发酵得到花生四烯酸，并筛选到多珠花生四烯酸高产菌。

安全事宜

用于婴儿配方奶粉的花生四烯酸单细胞油不存在毒理学、微生物学或化学问题。

该物质在常温下稳定。对热敏感，具有氧化性。用花生四烯酸单细胞油润湿的多孔材料可能会发生自燃。