植物甾醇的研究进展与趋向_植物甾醇的应用基础和开发研究

60中　国　油　脂　　　　　　　　　　　　　2002年第27卷第3期

文章编号:1003-7969(2002)03—0060—04　　　　中图分类号:TQ64519+8　　　　文献标识码:A

)植物甾醇的研究进展与趋向(Ⅱ

———植物甾醇的应用基础和开发研究

吴时敏,吴谋成

(华中农业大学食品科技系,430070　　摘要:,研究现状。

关键词:植物甾醇;;　　、预防心血管疾病等方面表现出的效果,早在50年前就已为人们所认识,直到现今,对它及其衍生物在这方面的作用机制仍在进行深入系统的研究评价;

另一方面,关于植物甾醇抗氧化的构效、量效及协同效应也成为其应用基础研究工作中的一个关键问题。在前述基础上,对植物的资源调查、回收技术、深度开发、应用拓展、分析方法等研究工作也在全面铺开。1　应用基础研究111　植物甾醇与抗氧化

寻找和开发高效、安全、稳定性好的天然抗氧化剂已成为当前国内外众多领域发展的一种趋势,也是当前自由基生物学研究的前沿课题。尽管抗氧化剂的研究进展很快,但目前限制抗氧化剂合理应用的瓶颈在于抗氧化剂组分自身的稳定性及新发现的抗氧化成分在体内代谢和作用环节的明晰。近来,相继有报道表明,许多植物甾醇具有抗氧化能力,这起因于发现橄榄油、玉米胚芽油、小麦胚芽油及Venoniaanthelmintica油能使红花籽油在煎炸条件下保护其脂肪酸不发生氧化降解。特别是

Δ52

Δ72燕麦甾醇、α燕麦甾醇、2谷甾醇和斑鸠甾醇被发现具有阻止不饱和脂肪酸在高温加热条件下发生氧

化降解的功能,在同等条件下,其他常见植物甾醇即β2谷甾醇、豆甾醇和菜油甾醇要么不具抗氧化活性,要么有轻微助氧化作用。目前发现,具抗氧化功能的植物甾醇共同特征是它们分子侧链上都有一个亚

　　收稿日期:2001—04—12;修回日期:2002—01—31

),男,讲师/在读博士;主要从作者简介:吴时敏(1971—

乙基。具有亚乙基侧链植物甾醇的抗氧化效应归因于它们能在292烯丙基处快速形成一个自由基,此自由基随即异构化为一个叔自由基,该叔自由基比脂肪酸碳中心自由基更稳定,从而阻断了脂肪酸链的氧化反应,其机制可用附图表示。

附图　侧链含亚乙基的甾醇在高温条件下

抗脂质氧化的机制

　　1999年芬兰Anna2MaijaLampi和瑞典LenaH.Dimberg等人研究了豆甾醇、谷甾醇、岩藻甾醇在高

温条件下对高油酸葵花籽油的抗氧化、抗聚合效果,结果表明,植物甾醇的抗氧化效果不仅与自身分子

结构有关,而且还在很大程度上受到氧化模型(包括脂肪酸不饱和程度、加热方式、氧张力)和食品形式

2谷甾醇在葵花籽油和猪油中的影响,例如,5%的β

表现出抗氧化效果,而在纯三硬脂酸甘油酯中却起助氧化作用,但含亚乙基侧链的岩藻甾醇在高油酸葵花籽油煎炸模型中却没有表现出抗氧化和抗聚合效果。由此看来,包括含亚乙基侧链甾醇在内的植物甾醇的抗氧化效应尚需进行更多的深入细致的试验和观察,以使我们更好地掌握和了解从链引发至

事粮油的深加工研究。

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链终止阶段的抗氧化机制。

如果我们能完全明晰植物甾醇的抗氧化特性,那么至少解决了前述的抗氧化剂发展的瓶颈之一———稳定性问题,植物甾醇的体内抗氧化作用环节也有望获得圆满解决。至少当前已明晰,皮质类甾醇是一种体内抗氧化剂,胆固醇与单重态氧反应的主要产物是52氢过氧化物。我国的中草药药理临床研究也发现,其中所含甾醇具有清除自由基的作用。资源丰富的海洋生物中含有与陆地生物不同的甾核,已鉴定的海洋甾醇达160种,它们是否也具有与陆地生物所含甾醇清除自由基效应,究。此外,应也值得关注和研究。112　脉粥样硬化、高血脂症、冠状动脉硬化性心脏病、胸闷、心悸等心血管障碍的防治。然而,近40年来,植物甾醇在抗心血管疾病方面的核心课题仍是与胆固醇的拮抗机制,进而深入到它与血浆中其他成分的关联。早在1953年,临床应用就证实了植物甾醇对高胆固醇患者有效。尽管有人撰文竭力反对耗费巨资进行膳食油脂及其伴随物对人体内血清胆固醇的影响及植物甾醇等生理活性脂质成分在人体内的作用机理的大规模系统研究,但人类对自身健康的关心促使各国政府和研究机构正不遗余力地在这一领域开展工作,无论从宏观上还是从微观方面都取得了一些可喜的进展,而且在某些方面已达成共识。

近来有报道称,植物甾醇和植物甾烷醇各个体组分对胆固醇的阻抑效果存在差异,如岩藻甾醇就较弱,而且阻抑有效性与机体日摄取胆固醇量密切相关,若日胆固醇摄入量低于100mg,则植物甾醇不显示出阻抑功效;而当日胆固醇摄入量较高,如400mg—450mg,即使进食少量的植物甾醇也能产生显著阻碍胆固醇吸收的效果。至今尽管提出了一些关于植物甾醇在体内阻碍胆固醇吸收的机制,如竞争结合位点机制、低吸收机制、阻碍胆固醇溶于胆汁酸机制等等,但目前人们仍尚未确切明晰植物甾醇的体内作用机制;近期有研究初步表明,无论是游离型还是酯化型植物甾醇均以HDL型沉积,绝大多数植物甾醇在血清中被酯化;血清中β2谷甾醇和菜油甾醇水平密切关联。有趣的是,血清中植物甾醇及植物甾醇/胆固醇的比值在男女间存在显著区别,后者明显较前者高。一直以来,世界各国尤其是心血管疾病高发的欧美地区尤为重视植物甾醇及其衍

生物对人体心血管系统的全面作用与影响。近几年来,芬兰、美国、荷兰、英国等国家相关机构多已认可植物甾醇的安全性,并正在系统深入地开展它对心血管疾病防治作用机制的研究工作。例如,荷兰的TNO研究了在人造奶油中添加植物甾醇后对血浆胆固醇水平的影响。结果表明,人体每日摄取018g—312g植物甾醇(主要从大豆油中分离得到)的涂抹食品,5%—7%,LDL2(见附表),而HDL2)总胆固醇和LDL2胆固醇方面的效果,认为其机理主要是植物甾醇阻止胆固醇在小肠粘膜的吸收,并认为,为了达到有效降低血浆中胆固醇的目的,每日应摄取约1g植物甾醇或植物甾烷醇,是以往日常膳食中植物甾醇量的215—4倍。芬兰市场推出的添加了β2谷甾烷醇的商品Benecol自1995年在《新英格兰医学杂志》上被评定确定有降总胆固醇和LDL2胆固醇的功效后,尽管价格超出普通人造奶油的5—6倍,仍受消费者青睐,1997年的销售额已达1700万美元,并已扩展到美国市场,1999年12月的《脂质技术简讯》进一步报道了它优于市场另一称为“TakeControl”的同类降胆固醇商品的研究结果。

附表　含植物甾醇的涂抹食品对血液中胆固醇的影响涂抹食品(料)黄　油

植物(Flora)

人造奶油(0.8gps①)人造奶油(1.6gps①)人造奶油(3.2gps①)　　注:①

ps代表植物甾醇

总胆固醇变化率

(%)+216010-419-519-618

LDL2胆固醇

变化率(%)

+410010

2617

28152919

　　迄今为止,世界绝大多数研究机构的结论认为,若只经口服,植物甾醇和植物甾烷醇对人体健康没有危害,许多临床观察没有显示负面作用,即使在高剂量摄入情况下,也没有观察到毒性,而且它们在胃肠道吸收率极低。关于某些运动员使用植物甾醇促蛋白合成类固醇的说法,大部分研究结果予以否认。报道出现负面效应的个例也有,如腹泻反应、高谷甾醇吸收率个体、皮下注射等。值得一提的是,2000年初,有研究报道称,植物甾醇对人体血浆中β2胡萝卜素水平(占血浆总脂质%)有降低作用,令人困惑的是,日摄入018g或312g植物甾醇可使血浆中β2胡

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萝卜素水平下降6%—19%,而日摄入植物甾醇

116g的试验组却无变化,这一试验结果提示我们在利用植物甾醇防治心血管疾病时,必须考虑其摄入量、种类及其可能的负面影响。2　植物甾醇的开发和应用研究现状211　植物甾醇的开发研究现状

21111　植物甾醇资源的调查与开发　一方面,科学

三个字来概括植物甾醇产品的深度开发现状与趋

势“,转”即是将植物甾醇转化为乙氧基化物、植物甾烷醇、硫酸盐、植物甾醇多糖、甾体激素药物等形式,这方面现已有较多的工业例子,如药物合成工业中甾醇微生物发酵降解制取4AD和ADD的新工艺、化妆品工业中植物甾醇乙氧基化物乳剂的开发,以及当前在生理活性更强、更协调、稳定性更高、用途更“;分”则是开发出,进一步提高植“;微”、脂质体制备技术、微胶囊技术等,成为适合某特定用途的形式,如在精密光学、医学生命科学领域中的产品拓展,而且这种方式有时还可大大增加植物甾醇分子本身的生物活性,如在医学生命科学中备受关注的脂质体制备多是采用胆固醇,现引入植物甾醇替代胆固醇,不仅可以避免胆固醇摄入后的负面效应,有利于植物甾醇透过细胞膜进入体相,而且还可观察到植物甾醇生物活性增加。212　植物甾醇的应用研究现状关于植物甾醇的应用,迄今已发表了大量的著作,领域涉及医药、化妆品、食品(包括航空食品)、光学产品、饲料、油漆、颜料、树脂、造纸、纺织、杀虫剂及除草剂等等。目前应用最多首先是在医药方面,如作为甾体激素药物的原料、降胆固醇的药物、抗炎退热及拮抗肠癌、宫颈癌、皮肤癌、肺癌、前列腺癌等。在食品领域的应用趋向主要是作为预防心血管疾病的功能性活性成分,并已开始建立植物甾醇的添加量、组成与食品主体成分(如脂肪酸的组成、含量)的关联,在欧美市场见的较多的商品形式是在消费较多的人造奶油、黄油等涂抹油脂中的应用。近

年由于植物甾醇的热稳定性及其抗氧化、抗聚合能力的发现,煎炸油工业中引入植物甾醇的日子已为时不远。当前关于膳食、基因与疾病相互关系的研究进展与趋势表明,必定有一天可将包括植物甾醇及其组成的RDA健康膳食建议修改得更适合于个体,以及明晰植物甾醇对动植物基因表达的影响,人类食物资源中植物甾醇对胆固醇的歧视,后者在动物饲料的应用上体现得较为明显,除了能降低鱼、虾、鸟、家禽等动物制品中的胆固醇含量,而且在饲养应用研究中发现能刺激食欲,在水中能形成植物激素2植物甾醇2核糖核蛋白的复合体,这一复合体能增加原植物激素对环境温度(包括进入体内后的动物体温)及在动物体内分解的稳定性,促进动物蛋

工作者们陆续报道了富含植物甾醇或某个特定植物甾醇的原始资源调查结果,荷兰等国在这方面的投入甚多。我国是油料生产、制油和油脂消费大国,油,米糠油下脚、分析、,,量估算,我国油脂生产厂家仅脱臭馏出物中就蕴藏植物甾醇总量近1000t。目前,国际上商品植物甾醇的70%以上来源于大豆油脱臭馏出物。另一方面,随着植物甾醇众多生理功能的发现及其应用领域的拓展,现代基因工程技术已渗透转向发展到富集植物甾醇甚至某个特定植物甾醇的植物资源开发上来,因此,对我国特有资源进行保护性开发愈加显得迫切和必要。在这方面我国有许多优势,除了传统的主油料产品大豆、菜籽、棉籽等资源外,米糠亦是亟需大力开发利用的植物甾醇资源。此外,许多野生油料作物资源也应引起重视和关注,它们中有可能是某个特定植物甾醇的原始富集源,从而大大有利于基因工程技术的后续工作。特别值得指出的是,具有中国特色的中草药中有许多富含植物甾醇而且对药效有较确切的贡献,例如天门冬、黄柏、蒲黄、冬虫夏草等。21112　植物甾醇的回收技术　对油脂脱臭馏出物,由于维生素E、植物甾醇、脂肪酸的沸点相近导致了分离难度较大。多年来,关于三种组分的分离技术出现了许多研究报道,其中植物甾醇的提取方法就有直接结晶法、干式皂化法、层析法、络合法、分馏法、酶法、分子蒸馏法、超临界流体萃取法等多种,但现有工业化生产分离技术仍亟待改进,这是目前植物甾醇开发的一个重点。据我们的研究结果分析,从三个“e”[即efficient(高效)、economical(经济性)和enviromentprotect(环境保护)]的角度出发,酶法和特定的化学、物理方法的结合分离法有利于提高植物甾醇生产的综合效益。21113　植物甾醇的深度开发　可以用“转、分、微”

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白质的合成,有利于动物的健康和生长。而在化学工业中,植物甾醇多成为高档化妆品、洗涤及美容用品的关键性成分。其他领域的应用情况本文不再赘述。3　植物甾醇及其制品的分析技术笔者在植物甾醇制品的开发过程中已总结和探索出一系列鉴别和分析方法,近来由于对个体植物甾醇不同功能表现的发现,加之前述“分”的需要,四大光谱(特别是色2质联用)及两大色谱(尤其是高效液相色谱)用于植物甾醇的分离分析、鉴定已逐渐普遍起来,并有望建立一个国际性的统一标准虑到简便、高效、快速的需要,,,其成果更适合于工厂化操作。此外,植物甾醇作为存在于原始生物样品中的一种微量组分,尽可能收集到原料中全部植物甾醇并采取适宜的浓缩方法是分析工作中预处理研究的核心,这一工序在工业分离过程中也是目前众多开发商关注的一个问题,如提取方式、种子成熟状态等等。具体分析方法及其进展可参阅相关文献。

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)AdvancementandTendencyonPhytosterolResearch(Ⅱ

———AppliedBaseandExploitureWUShi2min,WUMou2cheng

(DepartmentofF

oodScienceandTechnology,HuazhongAgriculturalUniversity,430070Wuhan,P.R.C.)

　　Abstract:Twokeyissuesofappliedfundamentalresearchonphytosterolwerereviewed.Inthemeantime,today’sdevelopmentandutilizationresearchonphytoserolwereintroduced.

Keywords:phytosereol;antioxidation;cholesterol;development;analysis