動物源膽固醇的生理功效及其開發(fā)應(yīng)用的研究進(jìn)展

孟亞娟,賀稚非,2,李洪軍,2,*

(1.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院,重慶 400715;2.重慶市特色食品工程技術(shù)研究中心(重慶),重慶 400715)

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動物源膽固醇的生理功效及其開發(fā)應(yīng)用的研究進(jìn)展

孟亞娟1,賀稚非1,2,李洪軍1,2,*

(1.西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院,重慶 400715;2.重慶市特色食品工程技術(shù)研究中心(重慶),重慶 400715)

膽固醇廣泛存在動物體內(nèi),對維持機(jī)體的正常生理功能具有重要的意義。本文對動物源膽固醇的含量、生理功效、提取方法及應(yīng)用前景進(jìn)行了綜述,為動物源膽固醇的進(jìn)一步開發(fā)利用提供有力的理論指導(dǎo)。

含量,生理功效,提取檢測,應(yīng)用

膽固醇(cholesterol)又被稱為膽甾醇,是一種環(huán)戊烷多氫菲的衍生物。膽固醇是機(jī)體內(nèi)重要的固醇之一,其溶解性與脂肪類似,不溶于水,可溶于乙醚、氯仿等有機(jī)溶劑。膽固醇在動物體內(nèi)的腦及神經(jīng)組織中最為豐富,在腎、脾、皮膚、肝和膽汁中含量也較高。近些年來,由于心腦血管疾病不斷增加,大多數(shù)人認(rèn)為這與過多攝入膽固醇有關(guān),其實這種觀點是不夠全面的。人體血液中膽固醇過多積累,是導(dǎo)致高血壓、動脈粥樣硬化、冠心病、膽病的重要原因之一。人體內(nèi)的膽固醇[1]分為內(nèi)源性和外源性兩類,來自食物的外源性膽固醇占30%,機(jī)體肝臟合成的內(nèi)源性膽固醇占70%。外源膽固醇不是導(dǎo)致心血管疾病的直接原因,但是適當(dāng)?shù)目刂仆庠茨懝檀嫉臄z入有助于減少心血管疾病的發(fā)生。但是膽固醇更是人體不可少的一種脂肪營養(yǎng)物質(zhì),膽固醇對于維持機(jī)體的正常生理功能具有重要的意義。在動物組織中,膽固醇不僅參與機(jī)體形成細(xì)胞膜,而且是合成膽汁酸、維生素D3以及甾體激素的主要原料。近年來動物源膽固醇成品在日用化工、醫(yī)藥、飼料等工業(yè)中發(fā)揮了巨大的作用,因此讓人們正確看待膽固醇的理化性質(zhì)及其生理功效,在此基礎(chǔ)上對動物源膽固醇進(jìn)行合理的開發(fā)利用,有助于促進(jìn)食品、化工、醫(yī)藥等工業(yè)的迅速發(fā)展。

1 動物源膽固醇的分布及含量

動物源膽固醇主要來源于肉類、禽蛋、內(nèi)臟及動物的附屬品中。由表1中肉的膽固醇含量不高,其含量多少的區(qū)分主要在肥瘦肉間的不同,這可能是膽固醇需要與脂蛋白結(jié)合,因此脂肪較多的肉中含量略高。牛肉中膽固醇含量大約58～84mg/100g,研究表明多種因素影響牛肉的膽固醇含量:如動物品種、性別、成熟度、皮下脂肪厚度、日糧能量水平、飼養(yǎng)方式、肌肉的部位與切割類型[2-6]等。豬肉中的膽固醇含量同樣是受成熟度、脂肪厚度、生長飲食、大理石花紋和遺傳變異類型[7-9]等影響;豬肉的膽固醇含量的變化還受到激素條件的影響,如使用萊克多巴胺等強(qiáng)效的興奮劑,它可降低豬肉背最長肌的膽固醇的含量,因為一定量濃度的興奮劑將會刺激豬興奮多動,減少脂肪沉積[10]。兔肉相比牛羊肉更健康,其“三高三低”就包括膽固醇含量低[11],其膽固醇的含量在59mg/100g左右。膽固醇在動物體內(nèi)的腦及神經(jīng)組織中最為豐富,其中肝臟是內(nèi)源性膽固醇合成的場所,因此其膽固醇水平較高。

禽類的膽固醇含量在70～110mg/100g之間,家禽肉中的膽固醇含量比牛肉和豬肉的含量高,由于禽類的皮脂中富含豐富的膽固醇。王曉明等研究顯示[12]禽類膽固醇含量也受日糧、遺傳等因素的影響。研究[13]分別取揚州鵝的胸肌和腿肌采用高效液相色譜法和氣相色譜法測定其膽固醇含量,得到品種、組織部位以及日糧成分等對揚州鵝雞肉的膽固醇含量均有影響。另外,禽類蛋黃中含有豐富的膽固醇,雞蛋黃中含有大量的膽固醇,其大約在1500mg/100g。海產(chǎn)品中同樣也富含膽固醇,例如一些軟體動物和貝類,有魷魚、烏賊、扇貝、墨魚和牡蜘等,其膽固醇含量均超過100mg/100g。蝦蟹類產(chǎn)品的膽固醇含量雖然在240mg/100g左右,但蝦蟹類自身不能合成膽固醇,并且通過蛻殼實現(xiàn)生長,需要攝食含膽固醇為添加劑的飼料來提高蝦蟹的品質(zhì)和產(chǎn)量[15]。

膽固醇在動物體內(nèi)的腦及神經(jīng)組織中最為豐富,其中含量最高的是動物的腦、脊髓和肝臟[16-18],肝臟是膽固醇合成的重要器官,動物肝臟中含量大約在300mg/100g;豬腦的膽固醇含量高達(dá)2571mg/100g,牛腦和羊腦的膽固醇的含量也在2000～2400mg/100g。動物的附屬物中也同樣含有膽固醇,其中羊毛脂含有較為豐富的膽固醇[19],羊毛脂不是常見的油脂,它是羊的皮脂腺的分泌物,主要在羊毛纖維上,是一種由羊毛酸和羊毛醇共同構(gòu)成的化合酯。

表1 動物源膽固醇的含量(mg/100g)Table 1 Content of cholesterol from animals(mg/100g)

注：數(shù)據(jù)來源[14]:楊月欣,中國食品成分表2004第二版。

2 膽固醇生理功效

膽固醇是一種多用途的分子[20],對人體的功效表現(xiàn)在正面和負(fù)面功效,歸納如下:

2.1 正面功效

2.1.1 構(gòu)成細(xì)胞膜 膽固醇廣泛存在動物體內(nèi),膽固醇以游離形式或是脂肪酸酯化的形式存在,游離膽固醇是細(xì)胞膜的重要組成部分,占質(zhì)膜脂類的20%以上。膽固醇能阻止細(xì)胞膜雙分子層的無序化,影響細(xì)胞膜對脂溶性物質(zhì)的通透性,同時保證細(xì)胞膜的流動性。

2.1.2 合成激素 膽固醇是合成類固醇激素的原料[1],還可被性腺轉(zhuǎn)化為性激素包括黃體酮(progesterone)、睪丸酮(testosterone)、雌激素(estrogen)以及膽酸(cholic acid)等類固醇激素。激素是機(jī)體代謝的信使,可作為輔助因子傳導(dǎo)分子信號協(xié)調(diào)多細(xì)胞機(jī)體中不同細(xì)胞代謝作用[21]。膽固醇形成的腎上腺皮質(zhì)激素影響人體糖和蛋白質(zhì)的代謝參與機(jī)體內(nèi)各種物質(zhì)的代謝,包括糖、蛋白質(zhì)和脂肪的代謝等。

2.1.3 合成維生素D3膽固醇是維生素D3合成的主要原料。膽固醇在機(jī)體內(nèi)可形成7-脫氫膽固醇,當(dāng)受到紫外線的照射,7-脫氫膽固醇可轉(zhuǎn)換成維生素D3。維生素D3對機(jī)體的生長具有重要的意義,它不僅能促進(jìn)骨骼的生長發(fā)育[22],還可幫助神經(jīng)系統(tǒng)機(jī)能正常運轉(zhuǎn)。

2.1.4 促進(jìn)脂肪消化 機(jī)體內(nèi)的膽汁能將大顆粒的脂肪變成小顆粒,使其易于與小腸中的酶作用。膽酸鹽是機(jī)體的膽固醇衍生而來的膽汁形成的,膽酸鹽是具有甾核結(jié)構(gòu)的兩性大分子,能夠幫助脂肪和膽固醇的消化吸收,膽固醇可參與調(diào)控脂溶性維生素A、D、E、K的吸收及酶的活性[23]。

2.2 負(fù)面功效

膽固醇的負(fù)面功效表現(xiàn)在:受到光、熱、氧作用[24],其A、B環(huán)或支鏈結(jié)構(gòu)自動引起氧化反應(yīng),生成多種氧化產(chǎn)物(Cholesterol Oxidation Products,簡稱 “COPs”)[25]。目前食品中因加工不當(dāng)能夠檢測到的COPs有數(shù)十種[26]。膽固醇氧化物的吸收儲存在腸腔內(nèi),運輸通過脂蛋白,酯化代謝主要是在肝臟中進(jìn)行的[27]。COPs是一種有害物質(zhì),當(dāng)人體內(nèi)膽固醇氧化物過高,可引起DNA損傷和致突變性等[28-30]。人體能自身可以合成膽固醇,一般不會缺乏,因此膽固醇分為內(nèi)源性和外源性兩種。研究[31]表明內(nèi)源性膽固醇主要幫助維持機(jī)體的正常運轉(zhuǎn),若內(nèi)源性膽固醇的水平過高,將導(dǎo)致疾病的發(fā)生,威脅身體健康。

3 動物源膽固醇開發(fā)與利用

隨著科技的進(jìn)步,資源的緊張,開發(fā)利用動物副產(chǎn)品是一大發(fā)展趨勢,動物源膽固醇的開發(fā)利用在被逐漸的重視。動物源膽固醇的商業(yè)化開發(fā)與利用表現(xiàn)出較好的前景,主要集中應(yīng)用在合成維生素D3、日用化工和蝦蟹飼料激素等產(chǎn)業(yè)。

3.1 膽固醇分離提取

膽固醇廣泛在動物體內(nèi)存在,因此其開發(fā)與利用從動物源著手。目前膽固醇的制備工藝主要有兩個[32]:一種是使用有機(jī)溶劑浸提動物腦髓得到膽固醇成品。膽固醇主要以游離態(tài)的形式存在與腦髓中,并且含量最高。一般選用羊腦、牛腦或者臟器,采用丙酮浸漬提取,然后將提取物用乙醇結(jié)晶得到膽固醇粗產(chǎn)品,粗膽固醇再經(jīng)過精制

表2 食品中膽固醇檢測方法比較Table 2 Comparison of the determination methods of cholesterol in food

與脫色后可變?yōu)槌善贰＿@種膽固醇的生成方式簡單、方便,同時利用了動物的腦、臟器等附屬物,節(jié)約資源,提高動物源的利用率,但是原料分散,不易大批量生產(chǎn)。

另一種方法是以羊毛脂為原料,通過對羊毛脂的皂化、羊毛醇的抽提、膽固醇的連續(xù)萃取分離和結(jié)晶等工藝后得到膽固醇[33]。膽固醇主要存在于羊毛醇中,從羊毛脂中提取膽固醇,首先將羊毛脂進(jìn)行皂化或轉(zhuǎn)酯化,使羊毛醇從羊毛脂中游離出來,這個工藝的目的是使膽固醇從化合態(tài)轉(zhuǎn)化為游離態(tài)。然后利用柱分離或化學(xué)方法將膽固醇從羊毛醇中分離出來,現(xiàn)有的從羊毛脂中提取膽固醇的方法[34]有分子蒸餾法、配色法、超臨界萃取和溶劑結(jié)晶選擇法等。得到的粗膽固醇再進(jìn)行精制,最后得到膽固醇成品。羊毛脂分離膽固醇的生產(chǎn)工藝原料具有易收集、方便產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點。

3.2 膽固醇檢測技術(shù)

人體血膽固醇的檢測方法有很多種,目前最先進(jìn)的有動態(tài)光譜法[35],常見的有氣質(zhì)聯(lián)用法、溫度測定法、分子發(fā)光法、比色法和電化學(xué)方法等。食品中的膽固醇的分析檢測方法[36-39]參加表2。

3.3 膽固醇的應(yīng)用前景

生產(chǎn)維生素D3的主要原料是膽固醇[40]。脂溶性維生素A、B、C、D環(huán)的結(jié)構(gòu)來源于類固醇的環(huán)戊氫烯菲環(huán)結(jié)構(gòu)。維生素D3作為機(jī)體重要的營養(yǎng)素之一,它具有促進(jìn)腸道鈣吸收、誘導(dǎo)骨質(zhì)鈣磷沉著和防止佝僂病等功效。隨著人們對健康問題的關(guān)注,全球維生素D3的需求量也在逐年增加[41]。我國作為維生素D3的生產(chǎn)大國和出口大國,對于膽固醇的需求量也在逐年增加。

膽固醇可用作化妝品中生物活性成分的多功能助劑[32]。早在2005年美國的CTFA化妝品原料手冊已將其列為化妝品中可添加活性成分。膽固醇結(jié)構(gòu)含親水的羥基和憎水的側(cè)鏈,使其具有表面活性劑的性能,因此具有保濕的功效。膽固醇結(jié)構(gòu)中含有一個四元炭骨架,三個側(cè)鏈,能消除光偏振,具備了防曬的功效。脂類有乳化性,可幫助形成穩(wěn)定的乳液,因此膽固醇具有乳化功效。添加在化妝品中的膽固醇多來源于羊毛脂中,我國的新疆、內(nèi)蒙和青海等地區(qū)具有豐富的羊毛脂資源,因此添加膽固醇在高檔化妝品中,我們國家在動物源資源上占有有利優(yōu)勢。

膽固醇還可作為蝦脫皮激素,是一種良好的飼料添加劑[42]。蝦屬于節(jié)肢動物門甲克綱,而節(jié)肢動物中大部分都有生長蛻皮、生態(tài)蛻皮和變態(tài)蛻皮這三種蛻皮方式,通過脫皮后迅速吸收水分和營養(yǎng)物質(zhì),實現(xiàn)生長。膽固醇作為多種激素的前提物質(zhì),可縮短蝦脫皮的周期,因此膽固醇具有促進(jìn)其脫皮生長的功效?，F(xiàn)如今,我國沿海地區(qū)蝦養(yǎng)殖處于快速發(fā)展階段,對于優(yōu)質(zhì)、高效的蝦飼料需求日益增長,因此膽固醇在蝦飼料中作為添加劑變得越來越重要,其需求量的不斷增加,將會有個全新的格局變化。

4 展望

膽固醇具有多種生理功效，且能夠廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、日用化工和飼料等領(lǐng)域。通過對動物源膽固醇的分離提取與利用,不僅降低了膳食中外源膽固醇的攝入量,同時還有助于提高產(chǎn)品的附加值,帶動其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,對于推動我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的作用。但是膽固醇的分離提取方法比較局限,采用臟器開發(fā)的安全風(fēng)險評估工作不易開展,羊毛脂提取方成本高,因此國內(nèi)對于膽固醇的提取研究缺乏,新方法的研究是當(dāng)前的一個發(fā)展趨勢,新的利用方向也將是未來研究的重點。隨著科技的進(jìn)步,航天工程、電子成像、醫(yī)學(xué)檢測、日用化工和畜牧養(yǎng)殖等領(lǐng)域?qū)δ懝檀汲善返男枨蟮牟粩嘣龃?經(jīng)濟(jì)發(fā)展對蝦養(yǎng)殖的需求的日益增加,膽固醇的開發(fā)與利用在我國將具有廣闊的發(fā)展前景。

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Research progress in the physiological functions andapplication of cholesterol from animals

MENG Ya-juan1,HE Zhi-fei1,2,LI Hong-jun1,2,*

(1.College of Food Science,Southwest University,Chongqing 400715,China;2.Chongqing Special Food Engineering and Technology Research Center,Chongqing 400715,China)

Cholesterol is widespread in animals,it has important significance to maintain the animals’ normal physiological function. In this paper,the cholesterol content,physiological effects,extraction methods and application prospects were reviewed to provide a strong theoretical guidance for the further development and utilization of cholesterol from animals.

content;physiological effects;extraction and detection;application

2014-04-18

孟亞娟(1990-)，女，碩士，研究方向：食品加工與安全。

*通訊作者:李洪軍(1961-)，男，博士，教授，研究方向：肉類科學(xué)與酶工程。

國家兔產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系肉加工與綜合利用(CARS-44-D-1); 農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201303144)。

TS201.1

A

1002-0306(2015)05-0388-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.05.074