DHA,全称 二十二碳六烯酸 (Docosahexaenoic Acid),是一种长链 多不饱和脂肪酸 , 化学式 为C 22 H 32 O 2 。其为无色透明液体 , 熔点 为-44℃ , 沸点 为433.4±24.0℃。 其 化学性质 不稳定,在外界光、热环境刺激下易发生氧化 酸败 等不良化学反应。
DHA 是人脑的主要组成物质之一,占人脑脂质的10%左右, 但不能由人体自主合成。 主要存在于深海鱼油和 藻类 ,相关研究表明其具有改善大脑功能(在大脑神经细胞间有着传递信号的作用,相关记忆、思维功能都有赖于DHA维持和提高 )、保护视力等作用 。其主要在食品(婴儿 奶粉 ,DHA饮料、罐头等) 、饲料添加剂 和保健品方面得到广泛应用。
DHA可以经低温结晶法、 尿素 包合法、 超临界流体 萃取法等从 鱼油 中分离 提纯 , 也可以利用海藻(如裂殖 壶菌门 等)生产。
历史
1929年,乔治·伯尔(George Burr) 和米尔德雷·伯尔 (Mildred Burr) 提出了 必需脂肪酸 的概念。 直到20世纪60年代,在 临床试验 中发现,用脱脂奶喂养的婴儿发生 营养不良 ,各种必需脂肪酸在营养中的重要性获得承认。随后n-3 脂肪酸 在围产期营养中重要性,也逐渐得到普遍的认可。
20世纪80年代中期 丹麦 科学家迪尔伯格(Dyerberg)和汉斯(Hans Olaf Bang)提出因纽特人具有较低的心血管死亡率,可能与他们食用含有高浓度的n-3 多不饱和脂肪酸 的海产品有关系,进而掀起了研究DHA的热潮。
在1990年日本东京举办的“国际DHA研讨会”上, 英国 营养化学家克劳福德(Crawford)揭示了DHA与脑发育之间的关系,认为 DHA 是脑发育的必需成分。
2004年, 哈佛大学 医学院康(Jing X.Kang)等研究发现, 小鼠 中来自 蠕虫 秀丽隐杆线虫 的脂肪-1基因能编码一个n-3 脂肪酸 去饱和酶,从而使不 饱和脂肪酸 的碳链增加一个 双键 ,转化为n-6脂肪酸为n-3 脂肪酸。
早期在 心血管疾病 方面,博纳(Bonna)等人的研究显示DHA可使心肌 细胞 膜流动性增加,稳定心肌细胞的 膜电位 、降低心肌 兴奋性 、减少异位节律的发生,同时还能影响 Ca2 +通道,使Ca2+降低,心肌收缩力降低。 2018年12月14日, 欧洲药品管理局 (EMA)发布消息,通报ω-3 脂肪酸 类药品(包括DHA)对于预防心脏病发作患者的心脏和血管方面的问题无效,这类药品将不再被批准用于此类用途,但仍可用于治疗 高甘油三酯血症 。
分布
DHA主要存在于深海 冷水鱼 体内。 海鱼 随季节、产地不同, 鱼油 DHA含量在4%~40%之间。在海藻中也有大量的DHA积累。海水细菌中也有DHA存在,据报道在破囊 壶菌 中发现DHA。从鱼的种类来看DHA 的含量,在 北方蓝鳍金枪鱼 和松鱼等大型青背 鱼油 中含量较多。特别是 鲔鱼 和松鱼的头部的DHA含量较高,而其眼窝脂肪中DHA含量最高。陆地植物油中几乎不含DHA,在一般的陆地动植物油中也测不出。但一些高等动物的某些器官与组织中,例如:眼、脑、 睾丸 及精液中含有较多的DHA。
生理作用
对脑部的作用
DHA是人脑的主要组成物质之一,占人脑脂质的10%左右,且在人脑中主要以 磷酸甘油酯 的形式存在。一些研究表明在 脑细胞 形成的过程中, DHA有利于脑细胞突起的延伸和重新产生。 DHA在大脑神经细胞间有着传递信号的作用,相关记忆、思维功能都有赖于DHA维持和提高。 在胎儿时期,从 受精卵 在母亲 子宫 内分裂开始就需要DHA。因此,孕妇应摄入足量的DHA,以促进胎儿大脑的发育和脑细胞的增殖。正常情况下,一位孕妇每天应摄入0.5~1.5gDHA (普通人需要0.5~1.0g), 特别是在胎儿大脑发育最快的 妊娠 第4个月至婴儿出生后1岁末未发育完成这一重要时期,DHA 的摄入尤为重要。对老年人来讲DHA有防止 阿尔兹海默症 的作用。因而,有人称DHA为“ 脑黄金 ”。
澳大利亚 弗林德斯( 弗林德斯大学 )医学中心和英国邓迪( Dundee )大学的科学家们分别在著名的英国医学杂志《 柳叶刀 》发表研究报告指出, DHA是婴幼儿神经细胞发育过程中重要的营养,与其成长过程中的反应灵敏程度有很大关系。如果日常饮食中缺少 DHA,会导致儿童(尤其是婴幼儿)的学习能力下降,同时患神经系统疾病(如 神经官能症 )的几率也较高。
对眼睛的作用
在人体各组织细胞中,DHA含量最高的是眼睛的视网膜细胞,一些研究表明DHA能保护视网膜、 改善视力。 一方面, DHA能使视网膜与大脑保持良好的联系,防止视力减退,改善视力;另一方面,充足的DHA能防止视网膜血栓的产生,阻止脂质渗出,从而彻底改善视力,甚至复明。DHA 的含量减少,对光的敏感性就降低,视力则下降。
2002年 美国 《临床营养学杂志》报道,食品中补充DHA的婴儿在进食52个星期后,视觉明显比同组中未进食DHA的健康婴儿灵敏。在 早产 的体内,DHA的浓度偏低,需要特别补充DHA,才可使其体内DHA浓度回升到正常水平。
对心血管健康的作用
DHA对心血管健康具有积极维护作用,其具有抗炎、抗血栓特性,可降低血液中甘油三酯水平,减轻血管炎症反应,降低血压并促进血管弹性恢复,有助于维持心脏正常节律,从而降低心脏病、中风等心血管疾病的发生风险。
对免疫系统的作用
DHA可调节免疫系统活性,通过减轻机体炎症反应、提高白细胞功能,增强机体对抗感染和疾病的能力。
对情绪的调节作用
部分研究显示,DHA的摄入与抑郁、焦虑症状的减轻存在关联,可能通过调节神经递质平衡发挥情绪调节作用。
应用领域
食品领域
国际上已开发出了DHA婴儿 奶粉 ,DHA饮料,富含DHA 鸡蛋 、 腊肠 、罐头等多种食品。
DHA用于婴儿配方食品、较大婴儿及幼儿配方食品、儿童配方乳粉、学龄前儿童谷类食品。 自1987年起 日本 利用治乳业就开始销售添加了DHA油的婴儿配方乳粉。母乳中含有一定的DHA, 但其含量根据母亲的膳食不同有很大差异。 世界卫生组织 为了使婴幼儿的大脑及视网膜等发育正常,把高度不 饱和脂肪酸 的摄取比例标准规定为w-6系/w-3系为5,而日本人母乳中的其比值为6.2。因此,在1992年明治乳业股份公司生产的 奶粉 强化的DHA 量就为100g加DHA70mg,w-6系/w-3系比值为6。
日本 开发了强化DHA的碎片 金枪鱼 罐头,80g碎片 金枪鱼罐头 的鱼肉本身约含100mgDHA,添加由金枪鱼眼窝脂肪制得的含DHA28%的精制DHA油后,每罐的DHA含量高达200mg 。
其他强化DHA的食品还有很多,如火腿和 腊肠 ; 人造奶油 、 蛋黄酱 和调味品; 酱油 、调味汁和 食醋 ;粉末 蛋黄 和 粉末油脂 ; 巧克力 、糖果和 蛋糕 ; 以及采用海洋 微藻 发酵法生产的 藻油 等。 粉末鱼油,是用明胶、淀粉、 卡拉胶 等将DHA油微胶囊化,防止同空气的接触,使其的防止氧化能力和保存性得到了改善。 在水溶性食品和调味料中添加DHA 必须有特殊的乳化技术。
饲料领域
饲料DHA 主要用于 尖吻鲈 、 大黄鱼 等 海水鱼 养殖。 为加强对饲料添加剂的管理,保障饲料和养殖产品质量安全,促进饲料工业持续健康发展,中华人民共和国农业部公布《中华人民共和国农业部公告 第2045号》,将 二十二碳六烯酸 (DHA)列入《饲料添加剂品种目录(2013)》,供养殖动物使用。
将 鱼油 添加到饲料中喂鸡,可得到DHA 高含量 鸡蛋 , DHA在鸡蛋中比EPA更易积蓄,饲料中约有30%DHA可转移到鸡蛋中。即1个鸡蛋的 蛋黄 中约含有300~400mg的DHA, 完全无鱼腥味, 以 磷脂 形式存在,不易氧化,是稳定性、保存性良好的高附加值的鸡蛋。 日本 厂家更进一步将DHA 高含量的蛋黄,直接干燥成粉末或采用有机溶媒抽出,得到DHA高含量的蛋黄。
保健品领域
作为保健食品的DHA油, 一般以胶囊或微胶囊等形式上市。 DHA 营养补充剂在非酒精性 脂肪性肝病 和 肝癌 等多种肝脏疾病模型中有保护作用。 中国和其他国家以DHA为主的抗衰老产品很多,来源也不尽相同。
性质
二十二碳六烯酸 ,为长链(n-3 ) 多不饱和脂肪酸 , 其 分子式 为C 22 H 32 O 2, 相对分子质量为328.5 纯DHA为无色、无味,常温下呈液态,且具 脂溶性 , 易溶于有机 溶剂 ,不溶于水,在低温下仍然保持较高的流动性。 其 熔点 为-44℃ , 沸点 为433.4±24.0℃ , 折射率 为 112. 9 立方米 摩尔 ⁻¹ , 极化 率为40.76 ų 。DHA通常是顺式,但是在某些 异构酶 作用下可变成 反式,反式-己二烯二酸 。该化合物中含有5个活泼的 CH2 ,这些活泼的亚甲基极易受光、氧、 过热 、金属元素如(Fe 、Cu)及 自由基 的影响,产生氧化、 酸败 、 聚合、 双键 共轭 等化学反应,产生以 羰基化合物 为主的鱼臭物质。
消化吸收
消化吸收方式
DHA在 哺乳动物 体内的消化吸收与其他 脂肪酸 相比,差异很大。以 甘油 三 形式存在的DHA为例,在 小肠 中,甘油三酯被肝脏分泌的 胆盐 乳化后,在 胰脂肪酶 和肠脂肪酶的作用下,分解成 甘油二酯 、 甘油一酯 、脂肪酸和极少量甘油。这些 水解 产物与胆固醇、 溶血磷脂 和胆盐共同形成一种水溶性的混合微粒,穿过小肠绒毛表面的水屏障到达微绒毛膜以被动扩散的方式被吸收(胆盐除外)。
脂质在鱼体内的吸收和 哺乳纲 内的吸收相似。摄食的脂肪在内腔水解后,单甘油酯和 游离脂肪酸 以微团的形式通过 扩散作用 在肠道的上皮 细胞 被吸收。在黏膜细胞内重新组装成 三酸甘油脂 ,形成乳糜微粒,通过 淋巴 进入 血液循环 。而长链 脂肪酸 (LFA)则只在 胆盐 乳化作用下就可被吸收,吸收后的LFA仍需合成甘油三酯再通 过淋巴进入血液循环。在人体,主要通过淋巴途径和静脉途径(也有人提出第三途径,即 十二指肠 途径)吸收DHA。
影响DHA消化吸收的因素
影响DHA消化吸收的因素很多,内外有之,而且不同物种和个体之影响因素可能相异,其机理正在研究中。
脂质来源及 脂肪酸 存在形式的差异可能会影响其吸收、分配和生物利用率。以 磷酸甘油酯 形式存在的DHA比以 三酸甘油脂 形式存在的更易被吸收。海水仔 稚鱼 吸收 磷脂 比 甘油三酯 更快、更有效。 甘油 三酯被 胰脂肪酶 水解 成2-甘油一酸酯和 游离脂肪酸 ,而膦脂被胰磷酸 酯酶 A₂水解生成 溶血磷脂 和游离脂肪酸,离子化的脂肪酸和2-甘油一酸酯进入胆汁微团后和磷脂形成水溶性混合微粒,有助于无 极性 的 脂类 穿过 小肠 绒毛表面的水屏障到达微绒毛膜被吸收。
脂肪酸 在 甘油 三酯中的位置决定其是以2-甘油一酸酯还是以游离脂肪酸的形式被吸收。当DHA在 甘油三酯 S n-2 位置上,它们最容易被吸收。 一般情况下, 磷脂 代谢重建酶可选择性地将不 饱和脂肪酸 置于甘油酯S n-2 位置,而将饱和脂肪酸置于S n-1 位置。
通常短链脂肪酸比长链者易于被吸收,不 饱和脂肪酸 比饱和者易被吸收。鱼类对不饱和 脂肪酸 和短链脂肪酸的消化吸收率高达95%,对饱和脂肪酸和长链脂肪酸吸收约85%。与EPA相比,从脂质中释放DHA的速度慢些,吸收DHA用时较长,但吸收量不减 。
人们应用的DHA主要有甘油酯型、 甲酯 型、 乙酯 型和 游离脂肪酸 型。由于甲酯型在制备酯化过程中使用了有毒的 甲醇 ,因此可能存在甲醇毒性,食用不安全。在人体中乙酯型不易被 胰脂酶 水解 而难于被吸收利用。相对而言,游离脂肪酸型DHA 在人体中最易被吸收,其次是 三酸甘油脂 型,最难是乙酯型。
摄食的 磷脂 所含的 磷酸盐 基团和氮基(主要是 维生素 B复合体),可能会在几个 代谢途径 中互相影响;脂肪酸的 磷酸甘油酯 源(来自 鸡蛋 蛋黄 和动物组织)含有大量的胆固醇,也会影响脂肪酸的消化吸收;此外,脂肪的消化率还与它的 熔点 有关,含不 饱和脂肪酸 越多熔点越低,越容易消化。
DHA在体内的存在形式
在 哺乳动物 体内, DHA几乎全部是 磷脂 形式, 游离脂肪酸 极少。磷脂主要存在于 细胞 膜中, 胆固醇酯 和其他脂质循环于血液中或存于细胞中, 三酸甘油脂 则主要存于 脂肪组织 中。水产动物体内的DHA 主要以 磷脂 的形式存在。
代谢
分解代谢
天然不饱和脂肪酸多为顺式,需转变为 反式,反式-己二烯二酸 构型,才能被β-氧化酶系作用,进一步氧化分解。在生物体内,不 饱和脂肪酸 的氧化需要更多酶的参与才能顺利进行,由于 双键 的存在,使DHA比饱和及 单不饱和脂肪酸 更难氧化分解。
n-3 脂肪酸 的氧化供能,主要是在 过氧化物酶体 和 线粒体 中通过β-氧化进行。DHA不能在线粒体进行β-氧化,而是被过氧化物酶体氧化。人类皮肤表皮 细胞 对 多不饱和脂肪酸 (PUFAs)的代谢显示出很高的活性,皮肤表皮15- 脂氧合酶 的活性非常高,可将DHA转化为17- 羟基 二十碳六烯酸。
DHA被 哺乳动物 吸收后,绝大部分被结合在 三酸甘油脂 ,尤其是 磷脂 中。给大鼠饲喂DHA,可以增加其体内EPA的积累。因此,DHA可能在大鼠体内被转化为EPA后,再进行下步分解代谢。
DHA是哺乳动物和鱼类 生物膜 的重要组分和一些激素的主要 前体 ,其并不是作为机体的主要能量来源,只在特殊情况下,如饥饿时其他 脂肪酸 被大量利用之后,DHA可能会被氧化分解为机体提供能量。
合成代谢
哺乳动物 自身不能合成DHA,但可由摄食的 油酸 、 亚油酸 或 亚麻酸 转化而成。在动物体内,摄食的油酸或亚油酸主要转化为花生四烯酸(AA),而合成DHA极少且缓。人体内DHA主要由植物油亚麻酸转化而来,由于转化涉及三种酶(包括 去饱和酶、 去饱和酶以及过氧物酶,其中 去饱和酶为 限速酶 )的代谢过程,因此转化效率较低。
在 哺乳动物 脑的星型胶质 细胞 中,DHA也可以由18碳 脂肪酸 (18:3n-3)或EPA合成,其中22碳脂肪酸(22:5n-3)的碳链延长是限速反应。由于 催化 摄入的 亚麻酸 去饱和反应的去饱和酶皆为膜结合酶,存于肝、 肠系膜 、脑、视网膜等的 内质网 中,所以通常认为DHA 是在内质网中合成。 其合成途径如下:
制备
从鱼油中分离提纯DHA
低温结晶法
低温结晶法又称 溶剂 分级分离法。利用低温下不同的脂肪酸或脂肪酸盐在有机溶剂中 溶解度 不同来进行分离纯化DHA。将混合 脂肪酸 溶于有机溶剂,通过降温可过滤除去其中大量的 饱和脂肪酸 和部分 单不饱和脂肪酸 ,从而获得所需的DHA。 丙酮 和 乙醇 为常用的有机溶剂。该方法一般作为DHA的预浓缩处理。
尿素包合法
尿素包合法的 分离原理 是尿素分子在结晶过程中能够与饱和脂肪酸形成较稳定的 晶体 包合物吸出,与单烯不饱和脂肪酸形成不稳定的晶体包合物析出,而多烯不饱和脂肪酸(DHA)不易被尿素包合,采用过滤方法除去饱和脂肪酸和单烯不饱和脂肪酸与尿素形成的包合物,就可得到较高纯度的多烯不饱和脂肪酸。
吸附分离法
吸附 分离法是利用 吸附剂 选择性吸附分离DHA。例如银离子能与不 饱和 脂肪酸 的 双键 形成 配位化合物 ,将银离子固定在吸附剂载体上,不同饱和度的脂肪酸在吸附剂上的分配系数不同因而得以分离。
分子蒸馏法
分子蒸馏法是蒸馏法的一种,其原理是利用 混合物 组分挥发度的不同而得到分离。 分子 蒸馏 时, 饱和脂肪酸 和单烯不饱和脂肪酸首先蒸出,而DHA最后蒸出。
膜分离法
鱼油 被 水解 后,将水解液利用可通透相对分子质量20000的膜来分离水解液中的大、 小分子 ,进而达到浓缩的目的。其产品中的 DHA浓度达34%。
超临界流体萃取法
萃取 的基本原理是通过调节温度和压力使原料各组分在超临界流体中的 溶解度 发生大幅度变化而达到分离的目的。另外, 超临界流体萃取 常选用CO₂等临界温度低且 化学 惰性的物质为 萃取剂 ,特别适用于热敏物质和易氧化物质的分离。利用超临界流体萃取可有效分离链长差别较大的 脂肪酸 ,但若将碳链长度相近的脂肪酸分开,还必须结合其他分离技术。
利用海藻生产DHA
微 藻类 中DHA 的含量高于 鱼油 ,同时微生物发酵生产DHA可以不受季节、产地、 底物 等外界环境的限制。 如海洋 微藻 裂殖 壶菌门 是DHA 等不 饱和脂肪酸 的初级生产者,合成 植物生长调节剂 胺鲜酯 和 二氯苯氧乙酸 在适宜浓度能协同诱导裂殖壶菌积累DHA,使DHA含量和产量显著提升。
心脑血管疾病相关争议
早期研究显示DHA能够预防脑血管障碍及 冠状动脉粥样硬化性心脏病 等疾病。 然而进一步累积的数据尚未证实该类药品这方面的获益。因此, 欧洲药品管理局 (EMA)于2018年12月14日发布消息,通报ω-3 脂肪酸 类药品(包括DHA)对于预防心脏病发作患者的心脏和血管方面的问题无效,这类药品将不再被批准用于此类用途。
ω-3脂肪酸类药品属于口服用药。自2000年以来,ω-3脂肪酸类药品在几个 欧盟 国家批准与其他药品联合用于预防心脏疾病发作后的心脏和血管方面问题,剂量为每天1g。早期数据显示了该类药品在减少心脏和血管疾病方面有一定获益,尽管这些获益比较有限。然而进一步累积的数据尚未证实该类药品这方面的获益。虽然没有新的安全性问题,但EMA人类药品委员会(CHMP)得出结论,这类药品在预防心脏病或 中风 复发的获益风险是负面的。但是,这些药品仍可用于降低某些类型 血脂 ( 甘油三酯 )的水平,即ω-3 脂肪酸 类药品仍可用于治疗 高甘油三酯血症 。