食物基質及脂質分子結構對體內(nèi)消化吸收的影響機制

郭 陽，高明坤，包怡紅*，盧衛(wèi)紅，馬 鶯

（1 東北林業(yè)大學林學院 哈爾濱 150040 2 中國農(nóng)業(yè)大學動物科學技術學院 動物營養(yǎng)學國家重點實驗室 北京 100193 3 哈爾濱工業(yè)大學化工與化學學院 哈爾濱 150001）

脂質是人體必需的宏量營養(yǎng)素之一，不僅供給機體所需能量，而且是脂溶性維生素、多酚及必須脂肪酸等生物活性物質的載體[1]。飲食中的脂肪及貯存在人體內(nèi)的脂肪大多以甘油三酯（TAG）的形式存在。TAG 由酯化為甘油骨架的3 種脂肪酸組成，脂肪酸的性質（烷基鏈長和不飽和度）及位置分布決定脂質的化學和生理特性[2-3]。脂質的形態(tài)可以為液滴或液泡、穩(wěn)定的乳液（牛奶/奶油）、液體（植物油/魚油）、固體或晶體（豬油/黃油/棕櫚油或脂蛋白-雞蛋）。

脂質的攝入不僅能調節(jié)機體的能量，而且對于生物活性物質的傳遞和釋放都產(chǎn)生影響。在滿足機體所需營養(yǎng)及能量的前提下，脂質的過量攝入也會導致代謝性疾病及慢性病的發(fā)生，包括肥胖、代謝綜合癥、心血管疾?。–VD）等[4]。許多國家通過膳食營養(yǎng)指南建議，在平衡膳食的前提下，攝入含有一定比例的n-6 和n-3 多不飽和脂肪酸及其它必需脂肪酸的脂質有益于人體健康[5]。除脂肪酸的組成外，膳食脂肪的類型、食物中其它組分的相互作用對脂肪酸在消化過程中的釋放、生物利用度與脂質的代謝都有著重要影響。研究脂質的消化和代謝，有助于闡明飲食中脂質的物理特性對其消化率、生物可及性和吸收程度的影響。另一方面，通過評估攝入脂肪的營養(yǎng)價值及其消化吸收特性，更易于理解小腸中脂肪酸分子的吸收機制，為世界范圍內(nèi)普遍存在的代謝性疾病的預防和治療提供新方法。

目前國內(nèi)針對脂質消化部分的研究主要集中于乳中脂質的消化，尤其是人乳以及模擬人乳1，3-二油酸-2-棕櫚酸甘油酯（OPO）的結構脂的消化，對于不同種類脂質或組分對食物基質中脂質消化影響的研究較少。本文闡述脂質在人體內(nèi)的消化過程及腸道中脂肪酸吸收的分子生理機制，探討脂質結構對脂質水解以及食物基質的組成與結構差異對脂質消化、吸收的影響，有助于設計具有特定功能的食品，達到特殊人群的營養(yǎng)需求。

1 膳食脂質對人體健康的影響

脂質在代謝過程中產(chǎn)生具有生物活性的脂質分子，它們是多種信號傳導途徑中的基本介質，也是細胞膜必不可少的化合物[6-7]。脂質代謝中任何類型的變化都可能使機體細胞膜組成發(fā)生改變，進而發(fā)生滲透性變化導致細胞信號網(wǎng)絡的破壞，并可能與某些病理狀態(tài)有關，例如癌癥、心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病和代謝性疾病及其炎癥性并發(fā)癥[8-9]。不同來源的脂質由于其TAG 類型、脂肪酸組成及含量不同，生理功能差異很大。植物、藻類、微生物類來源油脂中富含對人體健康有益的不飽和脂肪酸如油酸、亞油酸與亞麻酸，許多研究證實它們在抑制慢性疾病中具有重要作用，包括肥胖、糖尿病、炎癥及動脈粥樣硬化等。動物油富含的飽和脂肪酸如棕櫚酸、硬脂酸則會加重罹患心腦血管疾病的風險[10]。不同脂質的化學成分對脂質的吸收也會產(chǎn)生不同程度的影響，這是脂質營養(yǎng)存在差異的根本原因，也是CVD 和慢性病等相關疾病的潛在風險因素[11-12]。研究證實，血清中低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）水平是冠心病的危險因素，因為高LDL-C 水平會使動脈壁上的斑塊積聚，導致動脈粥樣硬化的。LDL-C 水平低于100 mg/dL，總膽固醇水平低于200 mg/dL 被認為是血清膽固醇的最適宜量[13]。

據(jù)統(tǒng)計，全球每年有3 800 萬人死于非傳染性疾病或“慢性病”。不健康的飲食是造成中、低收入國家部分人口死亡率的主要原因[14]。反式脂肪酸或飽和脂肪酸的大量攝入，可導致CVD、肥胖等多種慢性病的發(fā)生。飲食中的ω-3 長鏈多不飽和脂肪酸（LCPUFA），二十碳五烯酸（EPA，20：5n-3）和二十二碳六烯酸（DHA，22：6n-3）與降低慢性病發(fā)生的風險有關，尤其與CVD 死亡率和認知能力下降相關[15-16]。研究表明，血液中EPA+DHA 的含量與飲食中EPA+DHA 的攝入量是相對應的[17]。脂肪攝入的建議中關于脂肪酸的攝入種類（主要是衛(wèi)生機構的建議）已經(jīng)發(fā)生了明顯的變化，減少飽和脂肪酸的含量并用多不飽和脂肪酸代替，以降低血清總膽固醇和LDL-C 的含量[18]。

2 脂質在人體消化過程中的水解與吸收

脂質的消化和吸收涉及許多物理及化學反應的發(fā)生。人體攝入油脂后，消化的第1 步是在口腔。由于食物特性的差異，人們咀嚼的次數(shù)和時間不同，咀嚼將固體食物分解成小顆粒，并將其與唾液相混合，形成可吞咽的黏性消化物，而液體在口腔中停留數(shù)秒后直接吞下[19]。

2.1 脂質在胃中的消化

脂質在胃中被脂肪酶水解時，無論脂質的性質如何，最終都會被胃脂肪酶特異性的水解其TAG 中的Sn-3 位，生成游離形式的脂肪酸（NEFA）和1，2-二?；视停?，2-DAG）[20]。研究表明，口腔和胃消化階段的水解產(chǎn)物NEFA 或1，2-DAG 能夠有助于TAG 在消化過程中與脂肪酶的結合，并通過釋放脂肪酸刺激膽囊收縮素從膽囊中釋放[21]。

消化過程中，胃通過蠕動提供機械能，破壞和分散脂質相及表面活性分子外層所覆蓋的脂質液滴，使其產(chǎn)生一定數(shù)量油水界面進而實現(xiàn)乳化作用。乳化作用促進水溶性酶特異性地作用于水不溶性底物[22]，乳化程度決定了胃中酶的催化活性，同時影響胃中脂質液滴的大小。成年人胃中脂肪的分解程度為5%～37%。在攝入脂肪類似的情況下，粒徑大小對脂解程度影響較大。研究表明粒徑為0.7 μm 的細乳狀液有35%的脂肪分解，而粒徑為10 μm 的較大乳狀液則有16%的脂肪分解[23]。

脂質在胃中的消化主要具有以下作用：1）形成有助于脂質攝入的表面活性分子（如游離脂肪酸及1，2-DAG），這對脂滴的重排和乳化至關重要[24]。2）釋放具有功能性質的脂肪酸，尤其是短鏈和中鏈脂肪酸（C≤12），這部分游離脂肪酸通過胃黏膜的被動擴散而被吸收[25]。3）調節(jié)胰脂酶的后續(xù)作用活性。

2.2 脂質在腸中的消化

與脂質在胃中的消化相反，小腸中含有多種酶，共同促進脂質的水解。胰脂肪酶水解TAG 的能力占TAG 總脂解作用的40%～70%，還包括羧基酯脂肪酶、胰脂肪酶相關蛋白1/2（PLRP1/PLRP2）和膽鹽刺激脂肪酶（BSSL）的共同作用[26]。當消化物由胃進入小腸時，小腸分泌膽汁和胰液，并與大量膽汁鹽、磷脂（磷脂酰膽堿）及游離膽固醇混合，腸內(nèi)容物的pH 值迅速升高（pH 6～7），同時與各種消化酶混合。胃內(nèi)容物通過幽門逐步輸送到小腸中，這個過程在人體內(nèi)可持續(xù)數(shù)小時，脂質在小腸內(nèi)被胰脂肪酶水解為脂肪酸和2-單?；视停∕AG），2-MAG 是小腸吸收MAG 的主要形式[27]。

2.3 脂質的腸吸收

脂質的腸吸收主要分為3 個部分：吸收進入腸上皮細胞、進行細胞內(nèi)加工以及輸出到腸系膜淋巴液中。脂質水解產(chǎn)物的吸收通過轉運蛋白或腸細胞膜的被動擴散進行，游離脂肪酸從腸腔吸收進入腸上皮細胞，并用于中性脂肪的生物合成[28]。膽固醇的吸收需要通過轉運蛋白轉運吸收，例如多蛋白跨膜蛋白（NPC1-L1），清除劑受體BI/FAT/CD36，以及位于腸細胞底部的蛋白質，例如ATP 結合半轉運蛋白（ABCG5，ABCG8）。Mansbach 等[29]研究表明，脂質部分被帶入刷狀緣膜后，繼續(xù)被引導至內(nèi)質網(wǎng)。為此，脂肪酸結合蛋白（FABP-1 和FABP-2）等轉運蛋白可以結合脂肪酸或單硬脂酸甘油酯，而固醇載體蛋白（SCP1，SCP2）結合游離膽固醇，在內(nèi)質網(wǎng)中發(fā)生許多酶催化反應，導致TAG、磷脂和膽固醇酯高效地從頭合成。

2.4 細胞內(nèi)組裝、運輸和分泌過程

乳糜微粒的組裝是脂質腸吸收中的關鍵步驟，它涉及微粒體轉移蛋白 （MTP）與載脂蛋白（apo）的共同作用。在脂質存在下，apoB48 將與磷脂、膽固醇和少量TAG 形成致密的球形顆粒。同時，通過MTP 在平滑網(wǎng)狀內(nèi)質網(wǎng)中產(chǎn)生TAG 和膽固醇酯，與新生成的apoB 發(fā)生物理相互作用并將脂質轉移到MTP 上，這一過程有助于apoB 折疊成可與更多脂質結合的結構類型[30]。兩種粒子最終將融合成核心為三?；视秃湍懝檀减?，且被兩性單分子層包圍的前乳糜微粒。然后從光滑內(nèi)質網(wǎng)轉移到高爾基復合體中，在高爾基體中與apoAI 結合，進行蛋白質的糖基化[31]。最后，轉運囊泡與基底膜融合，成熟的乳糜微粒將離開高爾基體被分泌到淋巴中，進一步進入血液循環(huán)[32]。餐后血液中TAG 水平的升高就是是由于這些顆粒進入全身血液循環(huán)的速率增加所致[33]。

乳糜微粒的分泌受到幾個因素的限制，包括膽汁或飲食中磷脂的量，飲食中脂肪的量以及飲食中脂肪酸的性質，尤其是n-3 脂肪酸的含量[34]。短鏈和中鏈脂肪酸優(yōu)先通過另一種途徑進入腸上皮細胞內(nèi)，與白蛋白復合物通過基底膜分泌到門靜脈血液循環(huán)，不直接表現(xiàn)為餐后血脂的升高[35]。

3 脂質對其體內(nèi)消化的影響

3.1 TAG 結構對脂質消化的影響

TAG 結構對脂質消化的影響主要有以下2 方面：1）TAG 中脂肪酸碳鏈長短是影響脂質消化速率的重要因素。中鏈或短鏈脂肪酸對水的親和力更強，在釋放后迅速移入周圍的水相，從而使脂肪酶更容易與未被水解的TAG 接觸[36]。Zhan 等[37]對不同脂肪酸構成的食用油進行體外模擬消化試驗發(fā)現(xiàn)，經(jīng)胰脂肪酶水解后脂肪酸釋放速率大小為棕櫚油＞菜籽油＞亞麻籽油。長鏈脂肪酸釋放速率與膽酸鹽濃度相關，膽汁濃度提高導致長碳鏈甘油三酯的消化率增加，而中碳鏈甘油三酯的消化不依賴膽汁鹽的濃度[38]。2）TAG 中脂肪酸的位置分布差異是影響脂質消化過程中脂肪酸釋放的另一重要因素。Zhan 等[39]在TAG 中脂肪酸分布差異對脂解速率影響的研究中表明，體外模擬胃腸消化中脂肪酸釋放速率為棕櫚油＞菜籽油＞豬油，其中棕櫚油脂肪酸的釋放速率最高，主要是由于其碳鏈長度最短，特別是棕櫚油的TAG 分子中Sn-1，3 位為飽和脂肪酸（C16：0），而菜籽油和豬油中TAG 分子的Sn-1，3 位主要是單或多不飽和脂肪酸（C18：1或C18：2）限制了連續(xù)水解反應的發(fā)生。TAG的不飽和程度對脂質的消化存在影響，Zhan 等[40]測定大鼠灌胃不同種類脂質240 min 后的血脂中脂肪酸組成及TAG 結構，結果表明飼料中TAG的脂肪酸組成和甘油三脂的結構與體內(nèi)血脂中脂肪酸種類組成及結構有相關性，血漿TAG 中脂肪酸的類型、含量與脂肪酸碳鏈長度、消化順序有關，同時對脂質的吸收效率也有影響。

3.2 脂質物理狀態(tài)對脂質消化的影響

3.2.1 天然脂類物理狀態(tài)對脂質消化的影響 油是室溫下為液體的脂質，而脂肪是室溫下為固體的脂質。脂質的物理狀態(tài)取決于組成脂質的TAG單體或復合物的熔點。研究表明，油脂的物理狀態(tài)會顯著影響其消化率，固體脂肪（SFC）含量高的乳化脂肪更不易被脂解[41]。Thilakarathna 等[42]對具有不同SFC 含量但組成相似的脂質進行體外動態(tài)模擬胃腸消化，結果表明SFC 含量高的油脂的消化率低于SFC 含量低的油脂，其消化程度與人體餐后血液中TAG 含量的相關性良好。利用不同類型乳化劑制備得到固體脂質的乳狀液，并進行體外模擬胃腸消化試驗，結果表明TAG 的熔點影響其脂質的消化率[43]，但由于固體脂肪的脂解速率低于液體脂，其利用率亦低于液體脂。對菜籽油乳狀液和以氫化棕櫚酯為乳化劑的固體脂的體外模擬胃腸消化試驗表明，固體脂的消化率和生物利用度均低于菜籽油乳狀液[44]。

3.2.2 模擬脂質物理狀態(tài)對脂質消化的影響 結構化油脂通過添加各種類型的促凝劑使油脂的物理狀態(tài)發(fā)生改變，是極具潛力的固體脂肪替代物。油凝膠通常具有類似于固體脂肪的質地但有較高的不飽和脂肪酸含量。由于不同油凝膠的消化特性的差異，可針對不同種類油脂有效成分的消化吸收選擇不同類型的促凝劑。選擇營養(yǎng)價值高，飽腹感強，感官特性與固體脂肪相似但熱量低的油凝膠，是改善消費者慢性病及肥胖的新途徑[45]。

Guo 等[46]對米糠蠟（RBX）促凝劑制備的大豆油凝膠進行體外模擬胃腸消化試驗，結果表明油凝膠可延遲腸道內(nèi)脂質的消化，當RBX 質量分數(shù)為1%時，大豆油凝膠的脂解速率最慢，升至4%時會增加脂質的消化速率。Calligaris 等[47]探究了促凝劑為單甘酯（MG）、RBX 和β-谷甾醇（PS）的葵花籽油凝膠的體外脂解速率，發(fā)現(xiàn)脂解速率為PS＜RBX＜MG，說明脂解速率的差異主要受油凝膠的強度和結構影響，根據(jù)油凝膠的不同脂解速率可選擇性搭載脂溶性活性成分，以實現(xiàn)活性成分的突釋或緩釋。不同促凝劑制備油凝膠的機理不同，所得到的油凝膠質地及微觀3D 網(wǎng)狀結構不同，導致油凝膠在消化過程中表現(xiàn)出的特性不同。Ashkar 等[48]對乙基纖維素（EC）、MG、甘油二酯（E471）及PS+γ-谷維素制備菜籽油凝膠的工藝及體外模擬胃腸消化的脂解過程進行研究，結果表明EC 濃度對EC 油凝膠的脂解速率無顯著影響，PS+γ-谷維素菜籽油凝膠脂解速率降低，而E471油凝膠脂解速率高達90%，并且脂解速率隨促凝劑濃度的增加而增加。促凝劑的濃度和種類可以用來設計不同機械性能和膠敏感的油凝膠，以促進或延遲脂肪的消化分解。EC 米糠油及棕櫚油凝膠的人體試驗表明油凝膠具有降低餐后血脂中TAG 水平的能力，與液態(tài)米糠油及棕櫚油相比差異顯著[49]。

4 食物基質特征對脂質消化的影響

食物基質的特征一般包括組成、微觀結構和質地，特征不同可影響脂肪酶與TAG 的接觸。食物基質可以由蛋白質、糖類、淀粉和纖維素組成，其結構在咀嚼過程中被破壞，食物再經(jīng)唾液和胃液溶解、稀釋，進一步被消化酶水解，從而釋放出其內(nèi)部的脂質。食物基質的組成和結構在消化后產(chǎn)生不同的消化產(chǎn)物（體外），以及不同的餐后反應（體內(nèi)），包括血液中TAG 含量、葡萄糖含量及人體飽腹程度，這說明食物基質的組成和結構會影響飲食中脂質的消化程度。

4.1 組成相同結構不同的食物對脂質消化的影響

研究相同配方不同結構的食物體外脂質的消化速率通常利用相對簡單的食品模型（例如水包油乳狀液等）進行評估，因為脂滴的組成、大小、物理狀態(tài)、聚集狀態(tài)及界面特性都可控[50]。近年來研究人員更側重于研究復雜的食物基質中脂質消化吸收。Hiolle 等[51]對相同組成不同結構食物的脂解進行研究，發(fā)現(xiàn)不同基質結構對脂解速率影響顯著，較硬的餅干的脂解速率比海綿蛋糕高出4 倍。在消化的前30 min 蛋糕、布丁和餅干的脂解程度相似，隨消化時間的延長差異逐漸增大。Dias 等[52]通過比較營養(yǎng)成分相同但結構和形式不同的食品的體內(nèi)消化過程，發(fā)現(xiàn)固體食物消化過程中產(chǎn)生的脂滴遠大于液體食物，這表明可以通過控制食物結構來調節(jié)消化率。液體和半固體在體外消化過程保持乳狀液狀態(tài)，而固體食品在消化過程中形成了非均相體系，由于食物在胃中排空速率的差異，消化6 h 后液態(tài)食品引起的餐后血液中TAG 水平變化程度高于固態(tài)食品。不同的胃排空速率導致TAG 的水解速度及小腸中脂肪酸釋放速率存在差異。

食物形式及結構不同對人體消化后血液中總膽固醇及高密度脂蛋白膽固醇（HDL-C）含量影響不顯著，但對血液中LDL-C 含量有影響，可能會降低血液循環(huán)中LDL-C 的水平[53]。乳制品體內(nèi)消化結果佐證了Dias 等[52]的研究結果，與脂肪含量較低的乳制品（牛奶）相比，脂肪含量較高的乳制品（黃油或奶油）消化后血漿中TAG 含量的峰值延遲出現(xiàn)；在牛奶中脂質與固定結構的結合較少，脂肪酶易于與脂質作用發(fā)生脂解[54]。半固體和固體食物比液體食物經(jīng)歷更長的口腔消化過程，比液體食物更能有效觸發(fā)胃腸道反應，從而更有效地激發(fā)飽腹感。飽腹感對人體胃腸道消化的生理作用和代謝反應具有深遠的影響。動物和人體研究表明食用較軟的食物，減少咀嚼周期和加快飲食速度與體重的增加呈正相關[55]。

4.2 食物基質組成成分間的相互作用對脂質消化的影響

食物基質組成成分間的相互作用對脂質的消化有顯著影響[56]。有些營養(yǎng)素可促進食物中脂質的消化，然而在另一些食物中可能又會降低脂質的消化。食物中蛋白質與脂質間的相互作用顯著影響脂質的水解程度。Calvo-Lerma 等[57]對不同食物中脂質水解程度進行研究，發(fā)現(xiàn)高脂食物（脂肪含量約36 g/100 g）中蛋白質含量的變化對脂解的影響不顯著，例如脂解程度相似的奶酪和薯片中都含有約34 g/100 g 脂肪，然而其蛋白質含量差異很大（分別為24 g/100 g 和6 g/100 g）。當?shù)鞍踪|的含量增加時，脂肪含量中等（12 g/100 g）或較低（4 g/100 g）的食物中脂解程度降低，例如，金槍魚中脂肪含量低（4 g/100 g），而蛋白質含量卻與奶酪一樣高（約25 g/100 g），其脂解程度較奶酪比要低得多。

蛋白質與飽和脂肪酸的相互作用和蛋白質與脂質的相互作用類似。當?shù)鞍踪|含量較高時，有中等或較低含量飽和脂肪酸的食品的脂解程度降低，而飽和脂肪酸含量較高的食物脂解程度則隨蛋白質含量的增加而緩慢增加[58]。Martin-Rubio等[59]研究表明當卵白蛋白含量較高時，其對初榨及精制豆油的體外模擬胃腸消化中脂解作用均表現(xiàn)為顯著促進，從而使脂質的生物利用度得到了改善；而中等或較低含量的卵白蛋白對脂解程度無顯著影響。食物中碳水化合物的種類對脂質代謝有重要影響。臨床研究表明，蔗糖和果糖的存在使食用脂肪含量高的飲食的人群餐后血漿TAG水平增加[60]，而葡萄糖、低聚糖和某些纖維素的存在會延遲乳糜微粒的分泌，并降低與超低密度脂蛋白相關的TAG 水平。相反的是，淀粉的存在不影響餐后血脂水平，添加纖維素可以抑制餐后血脂的增加[61]，主要原因是不同種類碳水化合物對胃排空速率的影響不同，纖維素會限制食物在胃中被乳化的程度，從而減慢脂解的發(fā)生[62]。

5 總結與展望

本文總結了脂質在人體中的消化吸收過程，及不同因素對脂質消化吸收的影響，包括脂質中甘油三酯結構及脂肪酸分子的鏈長與分布，以及食物中不同組分及結構的影響，為肥胖患者或老年人等特殊群體開發(fā)具有營養(yǎng)補充功能的新配方食品提供了部分參考。食物在胃腸道中消化的情況取決于食物的結構及其組成，不能簡單地看作蛋白質、脂質和碳水化合物的組合，這些成分彼此間相互影響，共同決定了食物在胃腸道中的消化過程。在構建獨特質地食品或提升食物營養(yǎng)價值時，關于結構脂的設計受多方面因素制約，其中包括分子層面上脂肪酸分子的相互作用，宏觀層面上食物組分間發(fā)生的物理及化學反應，不同加工方式對油脂的影響，特定營養(yǎng)素或生物活性物質在代謝功能上的相互作用?，F(xiàn)在的研究中關于人類攝入不同類型脂質以及飲食中脂質的消化代謝數(shù)據(jù)有限，而且大部分的研究是基于體外試驗及動物試驗進行，對于天然或結構脂質功能的研究需要動態(tài)模擬胃排空效果，使試驗環(huán)境更接近于真實胃環(huán)境，用以評估脂解程度。此外，利用臨床試驗，評估脂質在人體內(nèi)的消化吸收情況，以說明脂質的生物利用度及其在體內(nèi)組織代謝中的變化。