Perspectivă nutrițională și industrială a uleiului vegetal
Aruna Kumar
un Institut Amity de Biotehnologie, Universitatea Amity Uttar Pradesh, Noida, India
Aarti Sharma
un Institut Amity de Biotehnologie, Universitatea Amity Uttar Pradesh, Noida, India
Kailash C. Upadhyaya
b Institutul Amity de Biologie Moleculară și Genomică, Universitatea Amity Uttar Pradesh, Noida, India
Abstract
1. INTRODUCERE
Uleiurile au o varietate de utilizări în afară de aplicațiile comestibile. Există acum o dovadă din ce în ce mai mare că acizii grași (FA) joacă un rol crucial în nutriția umană, care includ prevenirea terapeutică și profilactică a bolilor, în creșterea și dezvoltarea embrionului uman, funcția creierului și oferă protecție împotriva multor boli grave, cum ar fi cardiovasculare, inflamații. etc. Se știe că multe FA au potențial anticancerigen. Importanța rolului grăsimilor și acizilor grași în nutriția umană câștigă atenție pe măsură ce se fac tot mai multe cercetări. Pe lângă o componentă esențială a dietei umane, FA-urile își găsesc importanța în diverse aplicații industriale, cum ar fi săpunuri și detergenți, produse cosmetice, lubrifianți, cerneală, lac, vopsele etc. Astfel, există o piață în continuă expansiune pentru culturile de semințe oleaginoase, atât din punct de vedere nutrițional, cât și din punct de vedere industrial. În plus, plantele produc o mare varietate de acizi grași cu structuri diferite care le conferă proprietăți fizico-chimice unice și le fac utile.
Odată cu creșterea prețurilor la petrol și epuizarea resurselor naturale, este de multă vreme nevoia de a explora și dezvolta noi surse de acizi grași de importanță atât industrială, cât și nutrițională. Odată cu avansarea înțelegerii etapelor în căile metabolice în sinteza acizilor grași, s-au intensificat încercările în ingineria căilor pentru producerea de acizi grași utili și/sau noi într-un mod rentabil. Uleiurile de designer care produc în mod preferențial acești acizi grași pot fi create și vor fi fezabile din punct de vedere economic și competitive pentru produsele pe bază de petrol.
2. BIOSINTEZA ACIZILOR GRASI ȘI TRIACILGLICEROLI
În mod normal, plantele produc FA care pot avea zero până la trei legături duble. Aceste FA comune întâlnite frecvent includ acidul palmitic (16: 0), acidul stearic (18: 0), acidul oleic (18: 1), acidul linoleic (18: 2) și acidul linolenic (18: 3). La plantele oleaginoase, acești acizi grași sunt depozitați în principal ca triacilgliceroli (TAG), care este forma principală de depozitare în semințe. Aceste lipide pot fi depozitate în cotiledon sau endosperm care sunt utilizate pentru a furniza energie în timpul germinării. Pe lângă TAG, acizii grași există și sub formă de esteri de ceară, de exemplu fructe de jojoba (Simmondsia chinensis).
Acizii grași sunt sintetizați în plastide din acetil-CoA ca substrat de pornire și pe proteina purtătoare de acil (ACP). 1 1 ). Acizii grași sunt apoi eliminați din ACP prin acțiunea enzimei, tioesteraza. Acizii grași liberi se mută în citosol unde sunt încorporați în continuare în grupul de acil-CoA și/sau în grupul de fosfatidilcolină (PC), care apoi suferă modificări precum desaturarea sau hidroxilarea, epoxilarea etc. și are loc includerea lor în TAG. Aceste procese ulterioare apar în reticulul endoplasmatic (ER) al celulelor vegetale [1, 2]. TAG-urile sunt forma majoră de depozitare care se găsește în semințe. Este sintetizat în ER, folosind acil-CoA și glicerol-3-fosfat ca substraturi pe calea Kennedy. Prima enzimă este glicerol-3-fosfat aciltransferază (GPAT), care acilează poziția sn-1 a coloanei vertebrale a glicerolului pentru a forma acid lizofosfatidic (LPA). A doua enzimă a căii este acidul lizofosfatidic aciltransferază (LPAAT) care se acilează în poziția sn-2 pentru a forma acid fosfatidic (PA), care este apoi transformat în diacilglicerol (DAG) de enzima fosfatază a acidului fosfatidic (PAP). O altă aciltransferază, diacilglicerol aciltransferaza (DGAT), formează TAG din DAG folosind ca substrat un acil-CoA [1, 2].
Biosinteza acizilor grași frecvent găsiți la plante. ACP: Proteină acil purtătoare, SUA: Stearoyl ACP desaturază, CoA: Coenzima A, PC: Fosfatidilcolină, FAH12: Acid gras hidroxilază 12, FAD2: Acid gras desaturază 2, FAD3: Acid gras desaturază 3, G3P: Gliceraldehidă-3-fosfat LPA: Acid lizofosfatidic, PA: Acid fosfatidic, PC: Fosfatidilcolină, DAG: Diacilglicerol, TAG: Triacilglicerol, PDAT: Fosfolipid: diacilglicerol aciltransferază, DGAT: acil-CoA: Acil-glderază-acid: LAT-acid: aciltransferază, PAP: fosfatază a acidului fosfatidic, ACS: Acil-CoA sintetază.
Uleiurile vegetale constituie o componentă importantă a dietei umane. Principalele uleiuri vegetale comestibile din punct de vedere al producției includ soia, canola, floarea-soarelui și arahide. Acestea sunt o sursă de FA comestibile (saturate, monoinsaturate sau polinesaturate), care joacă un rol important în metabolismul celular ca modalitate de stocare a energiei și, de asemenea, furnizând energie atunci când este necesar. FA este cunoscut că joacă un rol important în diviziunea și creșterea celulară. Acestea sunt o componentă integrală a membranelor celulare, hormoni, neurotransmițători etc. Aportul diferiților acizi grași are o influență directă asupra sănătății umane. De exemplu, aportul crescut de acizi grași saturați a fost legat de bolile cardiovasculare. Astfel, se consideră de dorit să aveți diete sărace în acizi grași saturați. Pe lângă acestea, unii acizi grași polinesaturați cu lanț foarte lung (VLC-PUFA; C20-C22), cum ar fi acidul arahidonic (ARA; 20: 4), acidul eicosapentaenoic (EPA; 20: 5) și acidul docosahexaenoic (DHA; 22: 6) ).), care sunt de obicei derivate din resurse marine, s-a dovedit că joacă un rol important în nutriția umană.
Diferite căi ale VLC-PUFA au fost identificate în diferite organisme [7, 8, 15, 16]. În calea convențională sau Δ6-desaturare (Fig. 2 2 ), acidul linoleic este mai întâi transformat în acid γ-linolenic (GLA; 18: 3) de către Δ6-desaturaza [15]. Aceeași enzimă convertește, de asemenea, ALA în acid stearidonic (SDA; 18: 4). Următorul pas implică sinteza acidului dihomo-γ-linolenic (DGLA; 20: 3) și a acidului eicosatetraenoic (ETA; 20: 4) prin alungire C2. În etapa finală, Δ5-desaturaza generează respectiv ARA (20: 4) și EPA (20: 5). EPA este în continuare transformat în DHA, prin alungirea C2 de către enzima Δ5-elongaza, urmată de desaturare cu desaturază Δ4-specifică. Calea care duce la sinteza DHA variază, de asemenea, la unele organisme. Cealaltă cale care a fost caracterizată este calea Δ9 sau cunoscută și sub denumirea de cale alternativă. Această cale se găsește în Tetrahymena pyroformis, Pavlova sp. Isochrysis sp. etc, unde LA și ALA suferă alungire de către enzima Δ9-elongază pentru a da acid eicosadienoic și, respectiv, ETA. O Δ8-desaturază specifică acționează asupra acestor substraturi pentru a forma DGLA și, respectiv, ETA și, ca în calea convențională Δ6 menționată mai sus, Δ5-desaturaza transformă acești acizi grași în ARA și EPA [7, 8].