乳化植物甾醇（酯）研究進(jìn)展

劉穎沙，李國(guó)秀，時(shí) 靜，劉小寧

（楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西楊凌 712100）

植物甾醇，也稱植物固醇，歸于甾類化合物大類，豆甾醇、β-谷甾醇、菜油甾醇和菜籽甾醇等幾種甾醇是最常見的植物甾醇，均以甾核為構(gòu)成單位，是構(gòu)成植物細(xì)胞的活性成分。近年來，植物甾醇在國(guó)際食品行業(yè)的熱門營(yíng)養(yǎng)素中占有一席之位，為未來推薦的十大功能性營(yíng)養(yǎng)成分之一。植物甾醇是美國(guó)食品及藥物管理局認(rèn)可的“降低血脂、預(yù)防動(dòng)脈硬化”的原料，食品行業(yè)相繼推出植物甾醇新產(chǎn)品。目前，植物甾醇可作為未來十大功能性營(yíng)養(yǎng)成分，批準(zhǔn)使用“有益健康標(biāo)簽”[1]。

大量的科學(xué)和動(dòng)物應(yīng)用實(shí)踐表明，植物甾醇及其制品在降低膽固醇方面有較好效果，由于甾醇屬于脂溶性物質(zhì)，難溶于水，不能直接添加到食品和藥品中，影響應(yīng)用價(jià)值的發(fā)揮，經(jīng)過大量的科學(xué)探索，乳化可明顯增強(qiáng)植物甾醇的水溶性[2]，并使其應(yīng)用到更多領(lǐng)域，再加上甾醇具有較高安全性、穩(wěn)定性和乳化性等優(yōu)勢(shì)，備受科研工作者的青睞。

1 結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

植物甾醇在結(jié)構(gòu)上與膽固醇基本類似，結(jié)構(gòu)骨架為環(huán)戊烷多氫菲，唯一不同在于側(cè)鏈[3]，這唯一的細(xì)小差別造成巨大的性質(zhì)差異，疏水性是植物甾醇首要的物理性質(zhì)，但其結(jié)構(gòu)中有親水性羥基，故具有一定的親水能力，疏水和親水這2個(gè)特征使植物甾醇具有調(diào)節(jié)和控制反相膜流動(dòng)性的能力。

化學(xué)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 化學(xué)結(jié)構(gòu)

2 植物甾醇的來源

植物甾醇是構(gòu)成植物細(xì)胞必不可少的組分，在玉米、豆蕎麥和杏仁等植物中含量較高。作為一種微量生理活性成分，植物甾醇的主要來源是植物油脂，在常見大宗油品中的含量為0.1%～0.8%。

3 植物甾醇酯制備方法

植物甾醇酯的制備方法有2種，分別是生物和化學(xué)催化合成法，是通過植物甾醇和脂肪酸，植物甾醇和脂肪酸衍生物在一定條件下反應(yīng)而得。脂肪酸一般為多種類型植物甾醇的混合物，通過選用不同類型的脂肪酸，可以改善脂溶性。

3.1 酶催化合成法

酶催化合成法具有反應(yīng)條件溫和、產(chǎn)物易分離、副產(chǎn)物較少等優(yōu)點(diǎn)?；诖?，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行科學(xué)研究，高活性酯化酶和有機(jī)溶劑均可以顯著提升酯化的程度，基于超臨界流體所具有的高擴(kuò)散性，以其為溶劑，低黏度的特性使得傳質(zhì)速度加快。

He Wensen等人[4]以Novozym 435酶作為催化劑，以大孔丙烯酸樹脂為固定物，使其快速分離，以原料甾醇∶月桂酸=1∶4（摩爾比）的比例進(jìn)行，數(shù)據(jù)顯示得到植物甾醇月桂酸酯產(chǎn)率為79.3%。Zheng Ming Ming等人[5]通過酶具有疏水性，將其與陽離子進(jìn)行交換，以二氧化硅顆粒（Candida rugosa酶固定于混合模式）作為酶催化劑制備甾醇亞麻酸酯，數(shù)據(jù)顯示該生物催化酶7次重復(fù)使用后，甾醇酯產(chǎn)率仍能達(dá)到78.6%。

3.2 化學(xué)催化合成法

Saul Robles-Manuel等人[6]研究發(fā)現(xiàn)在制備植物甾醇酯時(shí)，負(fù)載金屬氧化物催化劑顯著加快速度，真正意義上實(shí)現(xiàn)了催化劑的有效分離。

4 應(yīng)用及存在問題

4.1 主要功能及應(yīng)用

植物甾醇具有降低機(jī)體TC和LDL水平、防治心血管疾病、清除自由基、抵抗癌癥、調(diào)節(jié)免疫的功效[7-8]。

植物甾醇應(yīng)用具有多元化，是市面上最早出現(xiàn)的保健食品，可用于治療心血管疾??；可作為防止煎炸油劣變的抗氧化劑；再者，植物甾醇其可以清除自由基，具有一定的抗癌作用；植物甾醇的乳化性，使其作為皮膚營(yíng)養(yǎng)劑，因滲透性強(qiáng)，還有生發(fā)、養(yǎng)發(fā)功效。

4.2 存在的問題

首先，植物甾醇熔點(diǎn)高、不溶于水，難以被人體吸收；其次，植物甾醇脂溶性低，難以均勻地加入食品、化妝品當(dāng)中，影響其功效的發(fā)揮。

5 植物甾醇的乳化

5.1 乳化的意義和目的

植物甾醇作為天然甾醇資源，也是植物中的天然活性物質(zhì)，經(jīng)分析認(rèn)為，植物甾醇最多來源于植物油及副產(chǎn)物，谷物次之，水果蔬菜來源較少[9]。

植物甾醇屬于脂溶性物質(zhì)，故而與水溶性物質(zhì)難以混溶，一般不易被人體吸收，轉(zhuǎn)化率偏低，也難以均勻地添加到食品、化妝品和藥品等水溶性產(chǎn)品中，使其應(yīng)用受到限制，而將其乳化可以克服這一弊端，進(jìn)一步拓寬植物多醇的應(yīng)用領(lǐng)域。因此，研究植物甾醇的乳化及乳化穩(wěn)定性，對(duì)其更好地應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個(gè)領(lǐng)域有著重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義[10]。

隨著食品工業(yè)的發(fā)展，乳化技術(shù)被越來越廣泛地應(yīng)用，大量產(chǎn)品以乳狀液形式面市。在食品工業(yè)中使用乳狀液不僅可使食品的風(fēng)味、口感得到改善，也有利于人體的吸收，提高食品的保水性能。

5.2 植物甾醇的乳化機(jī)理

對(duì)植物甾醇進(jìn)行乳化處理，乳化劑在水和植物甾醇間產(chǎn)生界面吸附作用。依據(jù)分子內(nèi)極性的定向分布，親油端伸向植物甾醇并與其非極性碳端結(jié)合，親水端羥基伸向水，從而形成定向排列，最終植物甾醇分子和乳化劑的親油端成為一部分，水分子和乳化劑的親水端成為另一部分，這2個(gè)部分相互作用使得界面張力減小，乳化劑在植物甾醇分子周圍形成具有一定強(qiáng)度的界面膜，使其在相互碰撞中不易凝結(jié)，從而達(dá)到乳化目的。

5.3 乳化研究進(jìn)展

國(guó)內(nèi)外的研究者對(duì)乳化處理植物甾醇已有報(bào)道，張娟聰[11]通過研究產(chǎn)物穩(wěn)定性，將硬質(zhì)酰乳酸鈉乳化植物甾醇，隨后采用噴霧干燥技術(shù)將其應(yīng)用于牛奶飲品中。結(jié)果顯示，乳化可以提高穩(wěn)定性和均一性，1個(gè)月以后也沒有任何沉淀現(xiàn)象的發(fā)生。趙昕[12]研究發(fā)現(xiàn)，不同配方的復(fù)合乳化劑對(duì)乳化效果有一定差異，以蔗糖酯-單甘酯-司盤80復(fù)合乳化劑效果最佳。錢偉等人[13]將3種乳化劑結(jié)合，形成集合顆粒，大小適中、均一穩(wěn)定，放置時(shí)間很久也不出現(xiàn)上浮和沉降，具有持久穩(wěn)定性。

國(guó)外研究者已取得專利保護(hù)產(chǎn)權(quán)，Wu W T等人[14]通過提高甾醇吸收率，制備乳化植物甾醇顆粒，因其顆粒微小，可方便加入食品、藥品、化妝品當(dāng)中。Akashe A[15]等人研發(fā)得到甾醇結(jié)晶物，熔點(diǎn)降低，也可以直接應(yīng)用于食品奶酪中。Ostlund R E Jr[16]研究發(fā)現(xiàn)，乳化后的二氫谷甾醇可明顯抑制和阻礙膽固醇的吸收利用。Engel R等人[17]添加卵磷脂和單甘脂即可抑制植物甾醇在水中結(jié)晶，提升水溶性甾醇的穩(wěn)定性。

5.4 乳化效果的測(cè)定方法

2種方法可以對(duì)乳化效果進(jìn)行測(cè)定，首先是觀察法，將乳化劑加入甾醇溶液，搖勻后經(jīng)過一段時(shí)間的水油分泵，出現(xiàn)時(shí)間越長(zhǎng)，乳化效果越明顯；第2種方法將乳化劑混合于植物甾醇中，離心棄去沉淀，測(cè)定上清液，吸光度值與乳化效果成正比關(guān)系。

6 乳化植物甾醇應(yīng)用領(lǐng)域

6.1 降低膽固醇含量

Delaney B等人[18]以小鼠血清的膽固醇含量為基礎(chǔ)，對(duì)比沒有經(jīng)過乳化和經(jīng)卵磷脂乳化的2種植物甾醇。結(jié)果顯示，經(jīng)過乳化處理的植物甾醇可以明顯降低小鼠血清中膽固醇含量，AUC值從319.86μg/mL/h降低至66.95μg/mL/h。夏利明[19]用符合乳化劑對(duì)植物甾醇進(jìn)行乳化。試驗(yàn)結(jié)果顯示，牛乳中隨著植物甾醇不斷添加，小鼠一些脂肪含量明顯降低。例如，腹脂和體脂，同時(shí)肝臟質(zhì)量也呈降低趨勢(shì)，血清中TC，LDL和AI含量明顯降低。Yoon W T等人[20]通過研究表明，將卵磷脂和溶血卵磷脂加入植物甾醇起乳化作用后，植物甾醇具備較高的穩(wěn)定性和均勻性，乳化可以改善植物甾醇在生物體內(nèi)的利用程度，從而使血清中的膽固醇含量明顯降低。經(jīng)過Akashe A等人[21]相關(guān)學(xué)術(shù)研究，經(jīng)過乳化的植物甾醇可以作為食品添加劑加入食品中，對(duì)人體健康無害，再加上其可以降低血漿中膽固醇含量，所以有利于人體健康[22]。

對(duì)于為什么植物甾醇可以降低膽固醇含量，目前學(xué)術(shù)界有2種經(jīng)典說法：第一，膽固醇作為脂溶性物質(zhì)，在生物體腸道內(nèi)可以被植物甾醇沉淀聚集成不被吸收利用的狀態(tài)，所以可以降低膽固醇含量；第二，植物甾醇與膽固醇競(jìng)爭(zhēng)磷脂膽酸鹽微粒上的結(jié)合位點(diǎn)，從而可以將膽固醇的運(yùn)載減慢，影響吸收。通過將植物甾醇研究應(yīng)用于動(dòng)物（豬） 的飼養(yǎng)管理中，植物甾醇不僅使得斷奶仔豬的LDL-C降低，也使育肥豬血清中的LDL-C含量顯著降低[23]。

6.2 制成超細(xì)微粒

植物甾醇屬于脂溶性物質(zhì)，水溶性較差，基于此特性，降低其生物利用程度。制成植物甾醇的超細(xì)微粒，其粒徑極小，在水中或其他溶劑中所接觸的比表面積較大，故而可快速提高溶解速率，提升生物利用效率。

6.3 制成微乳液

微乳液是由水、油、表面活性劑和助表面活性劑4種物質(zhì)在適當(dāng)配比下自發(fā)形成的一種外觀透明、黏度低熱力學(xué)穩(wěn)定體系。微乳液具有表面張力低、直徑較小、穩(wěn)定均勻等優(yōu)勢(shì)，將植物甾醇應(yīng)用于微乳液中可提升溶解程度，將微乳液在食品、藥品、保健品和化妝品等領(lǐng)域，應(yīng)用范圍較廣。

6.4 制成納米脂質(zhì)體

利用植物甾醇的特性制成納米脂質(zhì)體。眾所周知，納米具有分布均勻和粒徑小等優(yōu)點(diǎn)，制成納米脂質(zhì)體，穩(wěn)定性和吸收程度都具有明顯優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)其在水中溶解程度。Leong W F等人[24]研究制備成植物甾醇納米分散體。由于植物甾醇難以與水溶性物質(zhì)溶劑均勻混合，所以在食品中很難均勻分布，長(zhǎng)期暴露于空氣中，容易被氧化，導(dǎo)致過氧化值升高，不易貯藏，易出現(xiàn)酸敗現(xiàn)象。

目前，將植物甾醇酯進(jìn)行微膠囊化處理，制成微膠囊，外觀小巧、穩(wěn)定性良好，可以更好地應(yīng)用于功能性食品中，使其具有更多功效[25]。崔炳群和夏輝等人[26-27]采用噴霧干燥方式對(duì)植物甾醇酯進(jìn)行微膠囊化處理，更加方便地應(yīng)用于實(shí)際中。

6.5 植物甾醇衍生物應(yīng)用

植物甾醇具有多效生理優(yōu)勢(shì)，但由于游離植物甾醇在人體內(nèi)很難消化利用，若超額使用會(huì)導(dǎo)致高脂血癥，再加上其具有弱疏水性和脂溶性，限制植物甾醇的應(yīng)用領(lǐng)域。植物甾醇的結(jié)構(gòu)C-5和C-6間有雙鍵，通過酯化操作，可以改善其固有特性，拓寬應(yīng)用領(lǐng)域[28-29]。

植物甾醇衍生物同植物甾醇一樣，具有重要多效的生理功能[30]，目前國(guó)際藥物主要來源是甾體藥物，不僅在食品、藥品和化妝品得到充分應(yīng)用，而且也在化工和紡織領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

（1） 食品工業(yè)領(lǐng)域。李曉光等人[31]研發(fā)一含有0.1%～10.0%的植物甾醇酯的蛋白飲料，其具有顯著降低膽固醇的功能。由于植物甾醇具有較好的抗氧化能力和防止腐敗作用，并且經(jīng)過美國(guó)食品與藥品管理局及多家官方機(jī)構(gòu)認(rèn)可其無毒無害，在食品中植物甾醇可直接添加，提升營(yíng)養(yǎng)和利用價(jià)值。

（2）飼料工業(yè)領(lǐng)域。將動(dòng)物飼料中加入植物甾醇，可以降低膽固醇在動(dòng)物體內(nèi)（魚、蝦和鳥） 的含量，同時(shí)可以刺激食欲，提高抗氧化酶活性，增強(qiáng)抗氧化機(jī)能，達(dá)到降低血脂和膽固醇的作用。

（3） 化妝品工業(yè)領(lǐng)域。在美國(guó)和日本等國(guó)家，植物甾醇由于具有較好的乳化性已經(jīng)廣泛應(yīng)用于護(hù)膚品和化妝品中。已有研究發(fā)現(xiàn)谷甾醇具有較強(qiáng)的細(xì)胞膜滲透性，可以起到滋養(yǎng)皮膚、保持水分、預(yù)防紅斑、抑制皮膚炎癥等效果。將植物甾醇作為調(diào)節(jié)劑加入洗發(fā)水或護(hù)發(fā)素，具有保證頭發(fā)的韌性、護(hù)頭皮的作用。

我國(guó)植物甾醇資源豐富，但利用程度和開發(fā)產(chǎn)品與發(fā)達(dá)國(guó)家相差甚遠(yuǎn)。若將植物甾醇的特性進(jìn)行研究，并進(jìn)行乳化處理，通過動(dòng)物試驗(yàn)和細(xì)胞培養(yǎng)對(duì)比吸收程度，為更好地利用植物甾醇奠定基礎(chǔ)。

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