植物油體消化特性研究的進展

楊旭鳳，侯文淇，郭本虎，丁秀臻，張大健，趙路蘋

(山東農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院1，泰安 271018) (山東農(nóng)業(yè)大學作物生物學國家重點實驗室2，泰安 271018)

油體是植物種子儲存甘油三酯的天然細胞器。油體具有特殊結構，內部主要為甘油三酯(triglycerides、TAGs)、外部由單層磷脂和結構蛋白組成的生物膜所覆蓋[1-3]；結構蛋白包含油體蛋白(oleosins)，油體鈣蛋白(caleosins)和油體固醇蛋白(steroleosins)，結構蛋白對維持油體完整性、抵抗環(huán)境壓力有重要作用[4-7]。油體均勻分散到水相體系，形成較穩(wěn)定的水包油(O/W)乳液[8]，不需要添加乳化劑或均質，滿足食品加工中綠色安全要求。此外，油體還含有一些維生素E[9]、植物甾醇[10]等功能性小分子。油體的特殊結構和這些功能性小分子使其具有良好的分散性和氧化穩(wěn)定性，故油體在食品中有巨大的應用潛力。

油體作為膳食脂質形式之一，可以應用于冰激凌、人造奶油、飲料、半固體醬料等食品領域[10]。同時，油體是天然乳化劑(結構蛋白、磷脂)包裹的油滴，可以為運載功能性營養(yǎng)素(如姜黃素[11]、β-胡蘿卜素[12])同時提供油相和天然乳化劑，故油體是功能性營養(yǎng)素的新型載體。為了更好的指導油體在食品中的應用，系統(tǒng)了解油體在胃腸道中的消化特性尤為重要。影響油體消化的因素有消化環(huán)境、油體粒徑、甘油三酯類型、界面層等，其中界面層是關鍵因素之一；界面層可以通過種子來源、提取方式及添加多糖[13]、酚類物質[14]等調控。本文簡要綜述油體的組成、來源和提取方式，根據(jù)界面層組成將其分為天然界面層和復合界面層，重點介紹天然界面層和復合界面層對油體消化特性的影響規(guī)律，為油體作為膳食脂質和功能營養(yǎng)素載體的輸送提供參考。

1 油體的組成和來源

油體廣泛存在大豆、花生、油茶籽等油料作物種子中[15]，直徑為0.5～2.5 μm[17, 18]。Tzen等[19, 20]研究發(fā)現(xiàn)，油體的結構示意圖如圖1所示：內部為中性脂質、外部由結構蛋白及磷脂構成的單層膜覆蓋，中性脂質約占油體質量的94.0%～98.0%，結構蛋白占0.6%～3.0%，磷脂占0.6%～2.0%。中性脂質主要是甘油三酯，還有少量的甘油二酯和游離脂肪酸；結構蛋白主要是分子質量為15～26 ku的油體蛋白[21-24]；磷脂主要是磷脂酰膽堿(PC)和磷脂酰絲氨酸(PS)，還有少量的磷脂酰乙醇胺(PE)、磷脂酰肌醇(PI)。因此，植物細胞內的油體界面層由磷脂和結構蛋白組成，也就是油體天然界面層。研究發(fā)現(xiàn)，油體來源對其天然界面層的組成有重要影響，不同植物種子油體天然界面層的組成見表1，如花生油體中磷脂不含有磷脂酸(PA)，花生油體蛋白主要是14.5～40 ku oleosins[25]；芝麻油體蛋白12.5、14 ku oleosins[26]；而豆薯油體蛋白是16、22 ku oleosins[1]。這說明不同植物油體的天然界面層是不同的，油體來源是影響油體天然界面層的重要因素。

圖1 油體的結構示意圖

表1 不同植物種子油體天然界面層的組成

2 油體的提取

油體提取的主要過程：研磨、離心、收集。其中，研磨分為濕法研磨和干法研磨：濕法研磨是將種子浸泡在水中使其充分泡發(fā)后磨漿；干法是種子在研磨后加入水相。目前大多采用濕法研磨，通過研磨破壞植物細胞壁，蛋白質儲存液泡釋放出外源性蛋白質(如活性蛋白酶和貯存蛋白等)，部分外源性蛋白質吸附到油體表面，離心后得到粗油體，其界面層為外源性蛋白質、磷脂和結構蛋白組成的復合界面層[35]。利用高堿(pH 11)或高濃度的尿素(8～9mol/L)洗滌粗油體，可以去除表面蛋白等雜質，得到具有天然界面層的純油體[7]。以大豆油體為例，列舉不同提取條件對大豆油體界面蛋白的影響，不同提取條件對大豆油體外源性蛋白質的影響見表2。Ishii等[36, 37]在不同pH條件下提取大豆油體，得到2種油體，純油體(24、18 ku oleosins)和粗油體，粗油體中除了含有油體蛋白外，油體表面還吸附β-伴球蛋白(7S)和大豆球蛋白(11S)等外源性蛋白質。閆尊浩[38]和趙路蘋等[39]在不同溫度下提取大豆油體，研究溫度對油體表面蛋白的影響，溫度升高至70℃時外源性蛋白質開始變性并從油體表面解離，溫度越高，外源性蛋白質含量越少。這說明提取條件主要改變油體界面吸附的外源性蛋白質組成。

表2 不同提取條件對大豆油體外源性蛋白質的影響

3 油體的消化特性

油體在人體中消化的大致過程：液滴經(jīng)過口腔后，經(jīng)胃液初步乳化[43]，胃蛋白酶水解界面蛋白質；傳遞到小腸，膽鹽取代界面磷脂分子和肽，脂肪酶和輔酶結合到液滴表面，不斷水解油脂，并釋放有益小分子。界面層是油體消化的首要屏障，然而油體來源、提取方式以及油體與食品組分的相互作用會改變界面層組成。本文將界面層分為天然界面層和復合界面層，討論對油體消化特性的影響。天然界面層是由磷脂和結構蛋白組成，復合界面層是天然界面層與外源性蛋白質、多糖、酚類物質等組合構成。

3.1 天然界面層的油體消化特性

提取具有天然界面層的純油體主要是在pH 11.0或高濃度尿素條件下多次洗滌、離心得到。White等[27]用9 mol/L尿素提取了含脂質99.2%、蛋白質1.5%的葵花籽純油體(油體蛋白為18～21 ku)，并采用胃-腸二階段模型研究其消化特性。在胃消化階段，胃蛋白酶水解18～21 ku油體蛋白產(chǎn)生6.5～14 ku肽段，液滴之間發(fā)生融合，粒徑由2.3 μm增大到22.5 μm，粒度分布也由單峰變?yōu)槿澹挥捎谝旱瘟皆龃?，比表面積減小，胃蛋白酶作用位點減少，導致蛋白水解速率降低。在腸消化階段，一方面液滴比表面積減小導致脂肪酶的作用位點減少；另一方面油體的磷脂-結構蛋白層會降低脂肪酶的活性[44]。最終腸消化后，維生素E和總脂肪酸的生物可及性僅為0.6%和8.3%。目前對于天然油體消化特性的研究報道的僅有葵花籽純油體，對于其他天然油體尚未見報道。

3.2 復合界面層的油體消化特性

3.2.1 外源性蛋白質對油體消化特性的影響

在較溫和的水相提取條件(如中性pH、60～80 ℃加熱等)下得到的多數(shù)油體是含有外源性蛋白質的粗油體。Sophie等[28]濕法磨漿過濾(150 μm)得到含有核桃油體和蛋白的核桃乳，并考察了核桃油體胃腸道消化特性。核桃油體粒徑呈雙峰分布，分別在0.5～1.4 μm和1.4～30 μm。在胃消化階段，液滴粒度分布向較大尺寸(10～275 μm)移動，這是由于環(huán)境的pH為1.2，以及胃蛋白酶不斷水解油體表面蛋白質而導致液滴無法被肽段完全覆蓋，致使油體界面不穩(wěn)定，形成聚集體；在消化60 min時，部分谷蛋白(21、33、37 ku)仍存在并產(chǎn)生了一些胃蛋白酶抗性肽(<6.5 ku)。在腸消化階段時(pH7.5)，抗性多肽被腸中胰蛋白酶水解；帶負電荷的膽鹽吸附到液滴界面，帶電荷量增加，聚集體逐漸分散；膽鹽置換界面上的磷脂并與磷脂形成混合膠束，胰脂肪酶水解甘油三酯的產(chǎn)物在膠束中運輸，并形成一種新型水包油包水乳液。腸中脂肪水解的速度在最初10 min最快，脂肪水解產(chǎn)物在界面上的積累阻礙了胰脂肪酶接近內部的甘油三酯，后期消化速率減慢，核桃油體總游離脂肪酸的釋放率是110 μmol/mL。因此，該研究中，核桃油體在胃消化階段出現(xiàn)抗性肽；在腸消化階段，抗性肽被胰蛋白酶水解，脂肪水解過程中形成膠束和新型多重乳液，推測可能是由于界面蛋白質水解的不完全促進了這種結構的產(chǎn)生。

Sophie等[29, 45]濕法磨漿過濾(150 μm)得到含有杏仁油體和蛋白的杏仁乳，探究該杏仁油體的胃腸道消化特性。在胃消化階段，液滴粒徑由3 μm增加到30 μm，呈單峰分布；胃蛋白酶將杏仁蛋白水解成低分子量的肽，并出現(xiàn)胃蛋白酶抗性肽(8 ku)。腸消化階段(pH 7.5)，胰蛋白酶水解胃階段產(chǎn)生的抗性肽；加入膽鹽后，液滴表面靜電斥力增加，出現(xiàn)較小顆粒(0.6～1.2 μm)，同時膽鹽置換液滴表面磷脂并與磷脂形成混合膠束和囊泡；加入胰酶后，胰脂肪酶水解甘油三酯的產(chǎn)物由膠束從油相輸?shù)剿?。由于液滴中的蛋白質和油脂被水解，液滴表面不能被完全覆蓋，出現(xiàn)較少的聚集體，液滴粒徑變?yōu)槿宸植?0.6～1.2 μm，6～45 μm，50～500 μm)。腸消化初期，胰脂肪酶緩慢滲透到油-水界面，這延遲了胰脂肪酶水解甘油三脂，可以通過胃消化期間加入胃脂肪酶，脂肪水解產(chǎn)物有助于胰脂肪酶的結合和活化，從而實現(xiàn)消除延遲現(xiàn)象[46]。25 min時，胰脂肪酶到達油-水界面迅速水解甘油三酯，游離脂肪酸的釋放速率增加，隨后游離脂肪酸在膠束運輸時，界面濃度飽和使其釋放速率減慢，腸消化結束時游離脂肪酸的釋放率為133 μmol/mL。綜上，杏仁油體在胃消化過程中同樣有胃蛋白酶抗性肽的形成；進入腸消化后，這些抗性肽在腸中被胰蛋白酶水解，膽鹽通過膠束去除積聚在液滴表面的脂肪水解產(chǎn)物來促進脂肪水解。

He等[47]等利用蔗糖和Tris-HCl緩沖溶液(pH 7.5)提取大豆油體，模擬體外胃腸道消化。在胃消化階段，胃蛋白酶不斷水解油體蛋白(24、18 ku)和外源性蛋白質(7S和11S)，24 ku油體蛋白在30 min內被徹底水解，18 ku油體蛋白隨著消化時間的延長最終被水解；外源性蛋白質部分被水解。蛋白水解使油體表面結構被破壞，且環(huán)境的pH為1.5，所以此階段液滴粒徑增大。進入腸消化階段，所有蛋白被迅速水解；甘油三酯在胰脂肪酶的作用下被水解成游離脂肪酸和單甘油酯，液滴被分解成小液滴，粒徑減小。游離脂肪酸的釋放速率呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，游離脂肪酸的釋放率為55.3 μmol/mL。此外，Liu等[12]利用大豆油體包埋姜黃素，并考察了其輸送特性。用4%的大豆油體包埋姜黃素，液滴的平均直徑為2.7 μm。胃消化階段，粒徑先增大(45.8 μm)后減小(21.87 μm)，≤25 ku的蛋白質在60 min時被胃蛋白酶完全水解，而45～66.2 ku的蛋白僅發(fā)生部分水解，所以包埋姜黃素后的大豆油體中分子量較大的蛋白質水解程度不高。進入腸消化階段，液滴逐漸分散，消化180 min后，游離脂肪酸的釋放率為59.6 μmol/mL，姜黃素的釋放率達到54%。

He等[48]還研究了油菜籽油體(水分36.86%，脂質88.98%，蛋白質7.90%)的消化特性。油菜籽油體中外源性蛋白分布在30～116 ku[49]。在胃消化階段，隨著消化時間的延長，部分蛋白質被水解，油體界面結構被破壞，液滴粒徑逐漸增大，粒徑分布范圍擴大。進入腸消化階段，蛋白質被全部水解，分散性增強，粒徑減小。游離脂肪酸的釋放率為31.75 μmol/mL。

油體天然界面層由磷脂和結構蛋白組成，外源性蛋白質吸附到油體界面的示意圖如圖2a所示，不同植物油體的天然界面層的組成不同；同時，不同提取方式也會影響油體的界面組成，進而影響油體的消化特性。圖2b為外源性蛋白質吸附到天然油體界面，構成外源性蛋白質、磷脂、結構蛋白復合界面層，在胃消化中某些外源性蛋白質水解產(chǎn)生抗性多肽，這些抗性多肽被腸中胰蛋白酶水解，且腸消化階段會產(chǎn)生膠束和新型多重乳液，影響甘油三酯的消化。

圖2 外源性蛋白質吸附到油體界面的示意圖

3.2.2 多糖對油體消化特性的影響

多糖具有良好的物理和化學穩(wěn)定性，添加到蛋白質穩(wěn)定的乳液中會形成多糖-蛋白質界面層，進而影響液滴的帶電荷量、黏度等界面性質；此外，多糖可以在水相中形成網(wǎng)絡結構，限制油滴流動，影響蛋白質穩(wěn)定的乳液性質[50-52]。油體與蛋白質穩(wěn)定的乳液液滴類似，利用多糖也可影響油體穩(wěn)定性。

Wu等[13]研究了不同濃度卡拉膠-大豆油體的消化特性，利用NaCl和蔗糖的Tris-HCl緩沖溶液(pH 7.5)提取大豆油體，不同質量分數(shù)的ι-卡拉膠(0.05%、0.1%、0.2%、0.4%)包裹的大豆油體，多糖吸附到油體界面的示意圖如圖3a所示，液滴粒徑分布范圍在6～108 μm。胃消化60 min后，ι-卡拉膠質量分數(shù)為0.05%、0.1%時，液滴直徑分別增加了54、25 μm，這是由于在低ι-卡拉膠濃度下，大豆油體蛋白仍可以被徹底水解，出現(xiàn)小于14.4 ku蛋白條帶，蛋白水解導致油體液滴不穩(wěn)定，發(fā)生聚集；當質量分數(shù)為0.2%、0.4% ι-卡拉膠-大豆油體經(jīng)過胃消化后，僅有部分蛋白質被水解，液滴直徑?jīng)]有明顯變化，這說明高濃度的ι-卡拉膠阻礙了胃蛋白酶接觸液滴表面的作用位點，抑制了酶的水解作用；腸消化階段，高濃度的ι-卡拉膠阻礙了脂肪酶移動到反應位點；此外，ι-卡拉膠可能會與鈣離子絡合，從而影響脂肪的水解速率，隨著ι-卡拉膠質量分數(shù)的升高，脂肪酸的生物利用率從62.7%下降到8.3%。

圖3 多糖和酚類物質吸附到油體界面的示意圖

Ding等[53]利用麥芽糊精(MD)、殼聚糖(CS)和表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)偶聯(lián)物包裹的大豆油體，研究其消化特性。CS通過靜電作用吸附在油體表面，EGCG可以提高殼聚糖的乳化活性和抗氧化活性，二者偶聯(lián)(CSEG)與MD混合形成MD-CSEG，利用噴霧干燥法封裝大豆油體，油體微粒尺寸減小，界面層的穩(wěn)定性增強。胃消化階段，環(huán)境的pH為2，CS更加親水，被緊密包裹的大豆油體界面蛋白不能被快速水解。腸消化中，環(huán)境的pH上升至7，CS失去正電荷，變得疏水，液滴不穩(wěn)定發(fā)生聚集，阻礙了胰脂肪酶的擴散和吸附，抑制了脂肪的水解，最終測得油的釋放率從85%下降到了40%。

郭安民[54]研究了羥丙基甲基纖維素(HPMC)-大豆油體的消化特性。HPMC濃度小于0.4%時，胃消化階段油體界面蛋白被水解，液滴直徑明顯增大；濃度大于0.4%的HPMC-大豆油體在胃消化期間未發(fā)現(xiàn)明顯的聚集，原因是較高濃度的HPMC作為一種非離子型的纖維素醚，能夠形成致密的網(wǎng)狀結構，阻礙了消化酶接觸油體內部，抑制了油體的消化。腸中游離脂肪酸的釋放率隨著HPMC濃度的升高而下降，0.8% HPMC-大豆油體游離脂肪酸的釋放率下降到30%。

3.2.3 酚類物質對油體消化特性的影響

酚類物質可以與油體界面蛋白結合，提高油體的穩(wěn)定性，影響消化特性。官夢姝等[14]研究了3種天然酚類物質(兒茶素、白藜蘆醇及沒食子酸)對大豆油體消化特性的影響。由于酚類物質與油體界面蛋白絡合，酚類物質吸附到油體界面的示意圖如圖3b所示，形成的絡合物之間又相互交聯(lián)，促進油體的聚集，這減緩了胃蛋白酶對油體界面蛋白的水解。隨著酚類物質濃度的增加，未被水解的液滴越來越多。胃中較大液滴經(jīng)過腸消化后被分解為小液滴，但酚類物質-油體復合體系在腸消化仍然保持了較低的消化程度，這是由于酚類物質通過疏水作用與胰蛋白酶結合，破壞其二級結構，抑制酶的活性，減緩了油脂的水解。分別添加500 μmol/L的兒茶素、白藜蘆醇和沒食子酸，游離脂肪酸的釋放下降約22.9%、18.1%和10.7%。

油體的來源、提取方式及外源物質的添加都會改變油體的界面層組成和性質，進而影響油體的消化規(guī)律，不同界面層對油體消化特性的影響見表3。天然界面層由磷脂和結構蛋白組成，天然的界面結構會降低甘油三酯的消化率；復合界面層是由外源性蛋白質、多糖或酚類物質與油體的天然界面組成，外源性蛋白質和其他物質的加入會影響油體的消化。油體消化特性可以為油體作為功能營養(yǎng)素載體及相關產(chǎn)品開發(fā)提供一定的指導。

表3 不同界面層對油體消化特性的影響

4 展望

油體是一種天然的乳化油滴粒子，作為膳食脂質或功能性營養(yǎng)素的載體在食品、化妝品等領域引起了很多學者的關注。不同油體的界面層組成不同，在不同提取方式及其他添加物質的作用下也會改變油體界面層的組成和性質，影響油體的穩(wěn)定性及消化特性。然而，油體界面層組分間的相互作用方式還需更深入的研究。此外，關于油體體外消化研究最多的是以胃-腸二階段靜態(tài)模型，盡管口腔中沒有能夠水解脂肪的酶，口腔中的pH、離子強度及溫度有助于乳液的初步分散，可能影響油體消化。通過調控油體界面層系統(tǒng)研究油體的消化特性，實現(xiàn)功能營養(yǎng)素的有效釋放也是未來主要研究目標。