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戏说美脂:羊肉的膻味——支链脂肪酸

已有 1130 次阅读 2020-7-3 17:54 |系统分类:科普集锦

“陇馔有熊腊,秦烹唯羊羹。”

“集草原之精华,养天地之美味。”

“羊肉泡馍肉烂汤浓、香醇味美、粘绵韧滑、美味可口、其味无穷。清晨凛冽的西北风里,吃一碗冒着热气的羊肉泡馍,驱除了冬天的严寒,浑身增添了热情和干劲。”

这些都是形容羊肉的鲜美。然而,这样的美味且让有些人无法享受,那是因为羊肉独具特色的膻味。有人不禁要产生直击灵魂的三问:终结羊肉美餐的本质是什么?它们是从哪里来的?它们最终会到哪里去?

让我来告诉你吧,这主要是因为羊肉中含有较多易挥发的支链脂肪酸(Branched chain fatty acids, BCFA),尤其是短链的4-甲基辛酸、4-甲基壬酸和4-乙基辛酸,从而使其散发出独特的膻味,这样的膻味有人避之不及,而有人爱之至深,比如我!

我们忍俊不住要问,啥是支链脂肪酸?


BCFA的本质——定义和分类

脂肪酸是由碳、氢、氧三种元素组成的一类化合物,是组成生物体中脂质(中性脂、磷脂和糖脂等)的基本成分,根据其分子内碳—碳键的饱和度分为饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸。支链脂肪酸(BCFA)是脂肪酸的碳骨架上带有一个或多个支链,支链主要是甲基,通常为饱和脂肪酸。由于BCFA特定的支链结构,使其具有较低的熔点、良好的热稳定性和氧化稳定性。

BCFA主要根据其碳链长度和支链所在位置进行命名,如果甲基位于脂肪酸分子碳链骨架倒数第2个碳原子上称为异构型(iso),甲基位于脂肪酸碳链骨架倒数第3个碳原子上称为反异构型(anteiso)。末端甲基位置对单甲基BCFA分子构型非常重要,不同构型的BCFA性质相差较大,如相同碳链长度的BCFA反异构型熔点远低于异构型[1,2],目前对BCFA的研究也多集中于末端单甲基BCFA


BCFA从哪里来——来源和功能

支链脂肪酸在自然界中广泛存在,多存在于微生物细胞膜、动物毛发和皮肤上附着的蜡类物质、反刍动物的乳制品及肉制品、人乳、人体皮肤及胎脂中,在植物中普遍含量很低。

微生物中BCFA的含量极高,在40%-80%之间。但也有一些微生物的膜脂中BCFA含量甚至超过90%,如栖热菌、微球菌、芽孢杆菌等[2]。这些支链脂肪酸的存在可使细胞膜具有很好的流动性[2]。一些鸟类的羽毛和皮肤中含有一定量的BCFA,多为中间支链脂肪酸,对于它们适应各种气候变化和皮肤的顺畅呼吸具有保护作用。反刍动物如牛、羊的乳、肉中含有少量的BCFA2%左右),其中不仅有末端单甲基支链脂肪酸,而且含有多支链脂肪酸,例如植烷酸(3,7,11,15-四甲基十六烷酸),及其降解产物(5,9,13-三甲基十四烷酸和4,8,12-三甲基十三烷酸)[3,4]。在一些鱼肉以及鱼油中也含有微量的BCFA(约0.1%),主要为多支链脂肪酸[5],这些BCFA也为鱼腥味添加一抹色彩。鱼腥味、羊膻味,听起来好像有“味”的美食和BCFA有关。哈哈!无脂不欢。

在人体中,人乳、皮肤及其分泌物中也含有微量的BCFA,而胎脂和胎粪中则含有大量BCFA>15%),这可能对保护新生儿皮肤及肠道具有重要作用[1]。人乳汁中含有的BCFA与婴儿肠道健康密切相关,临床研究表明,非母乳喂养(配方奶不含BCFA)比纯母乳喂养的婴儿发生肠道问题(如新生儿坏死性小肠结肠炎)的概率高610倍,而且早产儿比足月儿更易产生肠道健康问题,这可能与胎儿只能在孕晚期(>36周)吞食羊水摄取BCFA有关[6,7]。初乳中的BCFA含量最高,可能与新生儿出生前期肠道菌群建立和定植相关。因此,世界卫生组织和联合国儿童基金会倡议母乳喂养,甚至建议在婴儿出生的头一个小时里就开始母乳喂养。

肠道菌群火热了好多年了,BCFA和肠道菌群有关,我也要追科研热点!梦中来篇SNC,研究爱吃羊肉人群的肠道菌群特异性。

除此之外,BCFA还具有其他生理功能:抗惊厥活性[8]、抗癌活性[9-11]、抗炎活性[12]和降脂作用[14]等。在低等生物秀丽线虫中,缺失BCFA会导致生长发育停滞[15]


BCFA的去向——合成和降解:

动物中的BCFA主要来自定植于体内的细菌,还有一部分来源于动物自身的合成。例如反刍动物乳及肉制品中的BCFA主要来自于瘤胃微生物从头合成。在合成BCFA时,微生物种类和使用底物种类不同,得到的BCFA种类也不同。细菌可利用异丁酸、异戊酸和2-甲基丁酸为底物合成BCFA[16]。动物也可从头合成BCFA,以支链氨基酸(缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸)为底物,经过一系列的酶促反应,分别合成iso-C16:0iso-C17:0anteiso-C17:0[17]

哺乳动物中多为直链脂肪酸,在脂肪酸的从头合成过程中,乙酰辅酶A羧化酶(ACC)和脂肪酸合酶(FASN)会“认错”底物从而产生支链脂肪酸,位于胞浆中的乙基丙二酰辅酶A脱羧酶(ECHDC1)作为该过程的监测员,会把中间支链脂肪酸进行修复,从而使体内的中间支链脂肪酸保持在极低的水平[18]

脂肪酸的降解即脂肪酸氧化,甘油三酯水解产生的甘油和脂肪酸在供氧充足的条件下,可氧化分解生成二氧化碳和水,并释放出大量能量供机体利用。根据脂肪酸的性质,主要分为3种途径:β-氧化途径,α-氧化途径和ω-氧化途径。脂肪酸氧化主要发生在原核生物的细胞质和真核生物的线粒体中,β-氧化是脂肪酸的主要降解形式。

BCFA由于含有甲基等取代基团,不是脂酰-CoA脱氢酶的底物,无法进行β-氧化途径,因此它的第一步由脂肪酸α羧化酶完成,即进入α-氧化途径降解。α-氧化脂肪酸氧化作用发生在α-碳原子上,分解出CO2,生成比原来少一个碳原子的脂肪酸,即每一循环从脂肪酸羧基端失去一个碳原子。α-氧化对于降解支链脂肪酸、奇数碳原子脂肪酸和过分长链脂肪酸具有重要作用。α-氧化在内质网、过氧化物酶体和线粒体中均可进行。


BCFA与人类:

BCFA是一类与众不同的脂肪酸,与其它常见脂肪酸相比,虽然小众,但很重要。在人体中,BCFA的含量虽然不高,但其代谢失衡与人类疾病和生活密切相关。目前已有许多研究表明不同种类的BCFA,抵抗癌症、炎症和降脂的效果存在明显的差异,如异构型比反异构型BCFA 有更强的抗癌活性[9],短链的比长链的抗炎活性更强。BCFA含量较低与肥胖及肥胖引发的炎症有密切关联[19]。另外,一些特殊类型的支链脂肪酸,如哺乳动物内源性脂类——羟基脂肪酸的支链脂肪酸酯(FAHFAs),也具有抗糖尿病和抗炎活性[20,21]。因此,摄取足量和种类齐全的BCFA,对人类健康相当重要。但是,一些存在BCFA代谢缺陷的人群要特别注意日常饮食,如α-氧化的相关酶(常见为植烷酰CoA双加氧酶)缺陷导致组织和血液中植烷酸聚积而发生Refsum氏病,这些人群要尽量避免食用含有植烷酸的食物(例如牛、羊肉)。虽然BCFA的生理功能研究大多停留在实验室阶段,但其是非常有潜力成药的一类生物制剂(多吃羊肉可行否?)。

除了与人类健康密切相关,BCFA也有广泛的工业用途,如以BCFA为前体合成的支链燃料具有优良的冷流特性[22],生物润滑剂具有更好的氧化稳定性、低温性能和黏性等。

我们对BCFA的了解,相对于其它脂肪酸,目前实在是知之甚少!因此,对BCFA的探索,未来大有可为。

 

 

参考文献:

  1. 王秀文韦伟王兴国金青哲支链脂肪酸的来源与功能研究进展中国油脂, 2018,043(012): 88-92.

  2. Kaneda T. Iso-and anteiso-fattyacids in bacteria: biosynthesis, function, and taxonomic significance. Microbiol Rev, 1991, 55(2): 288.

  3. Massart-LeënA M, Pooter H D, Decloedt M and Schamp N. Composition and variability of thebranched-chain fatty acid fraction in the milk of goats and cows. Lipids, 1981, 16(5): 286-292.

  4. Vlaeminck B, Lourenço M,Bruinenberg M, Demeyer D and Fievez V. Odd and branched chain fatty acids inrumen contents and milk of dairy cows fed forages from semi-natural grasslands. Commun Agric Appl Biol Sci, 2004,69(2): 337-340.

  5. Yan Y Y, Wang Z, Wang X G, WangY, Xiang J J, Kumar S D, et al.Branched chain fatty acids positional distribution in human milk fat and commonhuman food fats and uptake in human intestinal cells. J Funct Foods, 2017, 29: 172-177.

  6. Claud E C, Walker W A.Hypothesis: inappropriate colonization of the premature intestine can causeneonatal necrotizing enterocolitis. FasebJ, 2001, 15(8): 1398-1403.

  7. Egge H, Murawski U, Ryhage R,György P, Chatranon W and Zilliken F. Minor constituents of human milk. IV.Analysis of the branched chain fatty acids. ChemPhys Lipids, 1972, 8(1): 42-55.

  8. Ciesielski L, Simler S,Gensburger C, Mandel P, Taillandier G, Benoit-Guyod J L, et al. GABA transaminase inhibitors. Adv Exp Med Biol, 1979, 123: 21-41.

  9. Payam V, Vivien S, David C R, KatherineE G and Michael E R D. Iso- but not anteiso-branched chain fatty acids exert growth-inhibitingand apoptosis-inducing effects in MCF-7 cells. J. Agric. Food Chem, 2019, 67: 10042−10047.

  10. Yang P, Collin P, Madden T,Chan D, Sweeney-Gotsch B, McConkey D and Newman R A. Inhibition ofproliferation of PC3 cells by the branched-chain fatty acid,12-methyltetradecanoic acid, is associated with inhibition of 5-lipoxygenase. Prostate, 2003, 55(4): 281-291.

  11. Lin T X, Yin X B, Cai Q Q, FanX L, Xu K W, Huang L, et al.13-Methyltetradecanoic acid induces mitochondrial-mediated apoptosis in humanbladder cancer cells. Urol Oncol-SeminOri, 2012, 30(3): 339-345.

  12. Yan Y, Wang Z, Greenwald J,Kothapalli K S D, Park H G, Liu R, et al.BCFA suppresses LPS induced IL-8 mRNA expression in human intestinal epithelialcells. Prostaglandins, Leukotrienes andEssential Fatty Acids, 2017, 116: 27-31.

  13. Su X, Faidon M, Zhou D Q,Christopher J E, Elisa F, Adewole L O and Samuel K. Adipose tissue monomethylbranched chain fatty acids and insulin sensitivity effects of obesity and weightloss. Obesity (Silver Spring), 2015,23(2): 329–334.

  14. 李姣支链脂肪酸iso-15:0iso-18:0的体外降脂作用及机制研究湖南农业大学,2017.

  15. Jia F, Cui M X, Minh T T andHan M. Developmental defects of Caenorhabditiseleganslacking branched-chain α-Ketoacid dehydrogenase are mainly causedby monomethyl branched-chain fatty acid deficiency. J Biol Chem, 2016, 291(6): 2961-2973.

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