微藻Ω-3脂肪酸的合成途径主要可以分为氧化途径和非氧化途径2种。氧化途径即常规的Ω-3和Ω-6脂肪酸的合成途径,这种途径更广泛地存在于各类微藻中;非氧化途径主要指多酮酶合成(PKS)途径,这种途径仅存在于少数藻类中。

01 氧化途径

Ω-3和Ω-6脂肪酸的合成途径高度同源,都始于18 : 2n-6(LA)和18 : 3n-3(ALA)这2类C18不饱和脂肪酸,分别通过一系列的延长、不饱和以及定位特异性的不饱和反应, 最终合成C2o或C22高度不饱和脂肪酸6。这一途径包含脂肪酸合酶(atty acid synthase, FAS)途径与微体延长反应2个部分。

FAS途径发生在叶绿体,通过乙酰辅酶A的羧化以及多个缩合、还原、脱水分解等步骤，最终合成16 : 0棕榈酸。16 : 0脂肪酸继续延长可以得到更长的链脂肪酸,如18 : 0硬脂酸。这部分的反应与FAS途径过程极度类似,也是通过多个循环的缩合、还原、脱水等步骤完成的。

在微体中,得到的各种脂肪酸可以通过不同类型脱氢酶的作用插入双键而得到不饱和脂肪酸。常见的脱氢酶是将双键插入羧基端(即Ω端)第9个碳原子的09型脱氢酶,作用于16 : 0和18 : 0生成其对应的1倍不饱和脂肪酸16 : 1n-7和18 : 1n-9。不饱和脂肪酸也将进入一系列的延长、位置特异性不饱和反应,最终得到C_2o或C₂₂的多不饱和脂肪酸(PUFA)。

02 PKS非氧化途径

PKS途径与FAS途径极为相似,也包含酮酰合成酶、β-酮酰还原酶、脱氢酶和脱氢酶相关异构酶等核心酶。不同的是FAS途径1次只能增加2个碳原子并保持不饱和程度,而PKS途径能够在延长链的同时插入双键,且无需额外消耗能量。因此PKS途径合成PUFA的效率更高。PKS途径主要存在于部分藻类,如甲藻或子实体孢子虫中。

PKS途径可以更有效合成DHA等Ω-3脂肪酸,也可合成Ω -6脂肪酸。但由于前体物的缺失,这一途径的研究仍有很大挑战。随着分子生物学工具的发展, PKS相关基因功能的解析将有助于更好地阐明这一途径在不同藻类中的作用。综上所述, Ω-3脂肪酸的合成途径种类繁多, 不同微藻可通过氧化或非氧化途径完成EPA和DHA的合成。深入理解微藻Ω-3脂肪酸的合成机制,对指导工业化生产富集微藻Ω-3脂肪酸具有重要意义。

01 微藻Ω-3脂肪酸在功能性食品中的运用

首先,提取微藻脂质后可直接添加至常规食品中作为营养强化剂,使之转变为功能性食品。这里主要关注富含Ω-3脂肪酸的微藻,如螺旋藻、小球藻和邓氏藻等。将这类微藻经萃取、纯化后制作成食品级脂肪酸,然后加入乳制品、烘焙食品、肉制品中,可使食品直接获得Ω-3脂肪酸的营养补充。通过口服这些添加了Ω-3脂肪酸的食品,可帮助特定人群满足身体需求。与此同时,由于EPA和DHA的抗氧化和抗炎特性，在一定程度上赋予了食品保健功能。

其次，可直接使用某些可食用微藻作为功能性食品。包括但不限于螺旋藻、小球藻和角叉藻等。这些微藻可制成口服补充剂,如胶囊、片剂、颗粒或粉末剂型,用盱直接补充脂肪酸。一些公司己在生产这类口服补充剂。这类产品以全藻为原料,脂肪酸营养更加天然和充足。

除脂肪酸外,微藻还具备多种保健成分,可提供其他生理活性。例如虾青素不仅具有抗氧化活性,还可赋予食品天然的色泽。微藻还含有抗菌肽等成分。因此,设计同时具备Ω-3脂肪酸和其他生理活性成分的复合型功能食品也是未来发展方向。这类食品可实现协同保健作用,其价值更高。

微藻具有极高的功能性食品研发潜力,其Ω- 3脂肪酸赋予了食品极大的营养和保健优势,制作成口服补充剂,可直接提供这些营养和保健成分。未来功能性食品的设计也会迈向更加复合和系统化。

02 微藻油及脂质在食品结构化方面的运用

食品结构化是指利用食品成分构建食品质构的过程。在食品加工和贮藏中起关键作用的结构化因子被称为结构化剂。微藻油脂作为新型的食品来源,因其产高、组分丰富而备受关注。首先，直接将提取的微藻油添加至食品中可提供Ω-3脂肪酸。微藻油主要来源于孢子虫、拟微球藻和隐球藻等藻类其中DHA含量可达40%- 50%。目前常见的商业化微藻Ω-3油品包括DHA Gold"和DHASCO等。这些产品主要运用于乳酸菌饮料、奶酪和蔬菜酱等食品中,使其获得天然的Ω-3脂肪酸。这类产品的市场需求量在持续攀升,也推动了相关微藻生产工艺的不断发展。

其次,在微藻脂质组分中也含有一定量的磷脂和糖脂等极性脂质,因此,微藻脂质具备良好的两亲性。这类脂质可以协助油水混合形成稳定的乳状体系,因此也可作为食品级乳化剂使用。将这类脂质应用于植物奶、蛋奶制品等食品中,可提高产品的稳定性。例如,通过添加微藻磷脂到蛋液或其制品中,可研制出富含Ω-3脂肪酸的蛋制品。

最后，微藻油中的甘油三酯等非极性脂质同样具有一定的乳化性能。这类脂质可作为鸡蛋中脂肪的替代品,直接添加到蛋糕、面包等烘焙食品中发挥结构化作用。因不同微藻油的风味各不相同,食品生产可根据需要进行选择使用。此外,这类脂质也可作为原料直接加到沙拉酱、奶油等食品中使用。

微藻本身产生的油脂不仅含有丰富的Ω-3脂肪酸,实现其食品营养强化的功能,还可因其具有分子结构效应而发挥其食品结构化功能。两者相结合,使其在食品领域的应用前景更加广阔。目前已有研究以表明,利用微藻油脂结构化可生产出质构卓越的面包、蛋糕等产品。

Ω-3脂肪酸作为重要的保健成分，市场需求量持续攀升,微藻焕发出巨大的产业发展潜力。需求来源一方面是直接补充人体，另一方面是作为食品和医药的功能性原料。当前Ω- 3脂肪酸的全球市场价值约为130亿美元,微藻拥有可持续生产Ω-3脂肪酸的巨大潜力,但目前,来自微藻的EPA和DHA价格仍比来自鱼油的贵1-2倍。

未来微藻Ω-3脂肪酸产业最重要的是进一步降低生产成本。主要策略包括提高光电转化效率、优化培养模式、减少污染风险和创新萃取工艺等；还要发挥基因工程技术优势,构建产脂肪酸的转基因微藻;再者拓展产业链延伸,开发更多元化的微藻深加工产品,形成产业集群,实现协同发展；最后也需要关注消费者的接受度问题,加强科普宣传,使大众了解微藻Ω-3脂肪酸的安全性和保健功能。伴随产业链的不断延伸，预计微藻将会渗透到生活的更多层面。随着过程工艺和转基因微藻的不断优化,微藻Ω-3脂肪酸将成为食品和保健品的理想原料，产业前景广阔。