動物源膽固醇的生理功效及其開發應用的研究進展

孟亞娟,賀稚非,2,李洪軍,2,*

(1.西南大學食品科學學院,重慶 400715;2.重慶市特色食品工程技術研究中心(重慶),重慶 400715)

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動物源膽固醇的生理功效及其開發應用的研究進展

孟亞娟1,賀稚非1,2,李洪軍1,2,*

(1.西南大學食品科學學院,重慶 400715;2.重慶市特色食品工程技術研究中心(重慶),重慶 400715)

膽固醇廣泛存在動物體內,對維持機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、提取方法及應用前景進行了綜述,為動物源膽固醇的進一步開發利用提供有力的理論指導。

含量,生理功效,提取檢測,應用

膽固醇(cholesterol)又被稱為膽甾醇,是一種環戊烷多氫菲的衍生物。膽固醇是機體內重要的固醇之一,其溶解性與脂肪類似,不溶于水,可溶于乙醚、氯仿等有機溶劑。膽固醇在動物體內的腦及神經組織中最為豐富,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,大多數人認為這與過多攝入膽固醇有關,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。人體內的膽固醇[1]分為內源性和外源性兩類,來自食物的外源性膽固醇占30%,機體肝臟合成的內源性膽固醇占70%。外源膽固醇不是導致心血管疾病的直接原因,但是適當的控制外源膽固醇的攝入有助于減少心血管疾病的發生。但是膽固醇更是人體不可少的一種脂肪營養物質,膽固醇對于維持機體的正常生理功能具有重要的意義。在動物組織中,膽固醇不僅參與機體形成細胞膜,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、醫藥、飼料等工業中發揮了巨大的作用,因此讓人們正確看待膽固醇的理化性質及其生理功效,在此基礎上對動物源膽固醇進行合理的開發利用,有助于促進食品、化工、醫藥等工業的迅速發展。

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。膽固醇在動物體內的腦及神經組織中最為豐富,其中肝臟是內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和產量[15]。

膽固醇在動物體內的腦及神經組織中最為豐富,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：數據來源[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],對人體的功效表現在正面和負面功效,歸納如下:

2.1 正面功效

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

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。激素是機體代謝的信使,可作為輔助因子傳導分子信號協調多細胞機體中不同細胞代謝作用[21]。膽固醇形成的腎上腺皮質激素影響人體糖和蛋白質的代謝參與機體內各種物質的代謝,包括糖、蛋白質和脂肪的代謝等。

2.1.3 合成維生素D3膽固醇是維生素D3合成的主要原料。膽固醇在機體內可形成7-脫氫膽固醇,當受到紫外線的照射,7-脫氫膽固醇可轉換成維生素D3。維生素D3對機體的生長具有重要的意義,它不僅能促進骨骼的生長發育[22],還可幫助神經系統機能正常運轉。

2.1.4 促進脂肪消化 機體內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。膽酸鹽是機體的膽固醇衍生而來的膽汁形成的,膽酸鹽是具有甾核結構的兩性大分子,能夠幫助脂肪和膽固醇的消化吸收,膽固醇可參與調控脂溶性維生素A、D、E、K的吸收及酶的活性[23]。

2.2 負面功效

膽固醇的負面功效表現在:受到光、熱、氧作用[24],其A、B環或支鏈結構自動引起氧化反應,生成多種氧化產物(Cholesterol Oxidation Products,簡稱 “COPs”)[25]。目前食品中因加工不當能夠檢測到的COPs有數十種[26]。膽固醇氧化物的吸收儲存在腸腔內,運輸通過脂蛋白,酯化代謝主要是在肝臟中進行的[27]。COPs是一種有害物質,當人體內膽固醇氧化物過高,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,因此膽固醇分為內源性和外源性兩種。研究[31]表明內源性膽固醇主要幫助維持機體的正常運轉,若內源性膽固醇的水平過高,將導致疾病的發生,威脅身體健康。

3 動物源膽固醇開發與利用

隨著科技的進步,資源的緊張,開發利用動物副產品是一大發展趨勢,動物源膽固醇的開發利用在被逐漸的重視。動物源膽固醇的商業化開發與利用表現出較好的前景,主要集中應用在合成維生素D3、日用化工和蝦蟹飼料激素等產業。

3.1 膽固醇分離提取

膽固醇廣泛在動物體內存在,因此其開發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]:一種是使用有機溶劑浸提動物腦髓得到膽固醇成品。膽固醇主要以游離態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晶得到膽固醇粗產品,粗膽固醇再經過精制

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

與脫色后可變為成品。這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。

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、膽固醇的連續萃取分離和結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,首先將羊毛脂進行皂化或轉酯化,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轉化為游離態。然后利用柱分離或化學方法將膽固醇從羊毛醇中分離出來,現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晶選擇法等。得到的粗膽固醇再進行精制,最后得到膽固醇成品。羊毛脂分離膽固醇的生產工藝原料具有易收集、方便產業化生產等優點。

3.2 膽固醇檢測技術

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

3.3 膽固醇的應用前景

生產維生素D3的主要原料是膽固醇[40]。脂溶性維生素A、B、C、D環的結構來源于類固醇的環戊氫烯菲環結構。維生素D3作為機體重要的營養素之一,它具有促進腸道鈣吸收、誘導骨質鈣磷沉著和防止佝僂病等功效。隨著人們對健康問題的關注,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。膽固醇結構含親水的羥基和憎水的側鏈,使其具有表面活性劑的性能,因此具有保濕的功效。膽固醇結構中含有一個四元炭骨架,三個側鏈,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、內蒙和青海等地區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]。蝦屬于節肢動物門甲克綱,而節肢動物中大部分都有生長蛻皮、生態蛻皮和變態蛻皮這三種蛻皮方式,通過脫皮后迅速吸收水分和營養物質,實現生長。膽固醇作為多種激素的前提物質,可縮短蝦脫皮的周期,因此膽固醇具有促進其脫皮生長的功效。現如今,我國沿海地區蝦養殖處于快速發展階段,對于優質、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，且能夠廣泛應用于醫藥、日用化工和飼料等領域。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品的附加值,帶動其他產業的發展,對于推動我國的經濟發展具有重要的作用。但是膽固醇的分離提取方法比較局限,采用臟器開發的安全風險評估工作不易開展,羊毛脂提取方成本高,因此國內對于膽固醇的提取研究缺乏,新方法的研究是當前的一個發展趨勢,新的利用方向也將是未來研究的重點。隨著科技的進步,航天工程、電子成像、醫學檢測、日用化工和畜牧養殖等領域對膽固醇成品的需求的不斷增大,經濟發展對蝦養殖的需求的日益增加,膽固醇的開發與利用在我國將具有廣闊的發展前景。

[1]左玉,馮麗霞,魏世芳. 膽固醇的研究及應用[J]. 太原師范學院學報:自然科學版,2011,9(4):104-107.

[2]Cifuni G F,Napolitano F,Riviezzi A M,et al. Fatty acid profile,cholesterol content and tenderness of meat from Podolian young bulls[J]. Meat Science,2004,67(2):289-297.

[3]Girolami A,Marsico I,D’andrea G,et al. Fatty acid profile,cholesterol content and tenderness of ostrich meat as influenced by age at slaughter and muscle type[J]. Meat Science,2003,64(3):309-315.

[4]Padre R G,Aricetti J A,Moreira F B,et al. Fatty acid profile,and chemical composition of Longissimus muscle of bovine steers and bulls finished in pasture system[J]. Meat Science,2006,74(2):242-248.

[5]Duckett S K,Neel J P S,Fontenot J P,et al. Effects of winter stocker growth rate and finishing system on:III. Tissue proximate,fatty acid,vitamin,and cholesterol content[J]. Journal of animal science,2009,87(9):2961-2970.

[6]Muchenje V,Hugo A,Dzama K,et al. Cholesterol levels and fatty acid profiles of beef from three cattle breeds raised on natural pasture[J]. Journal of food composition and analysis,2009,22(4):354-358.

[7]Bragagnolo N,Rodriguez-Amaya D B. Simultaneous determination of total lipid,cholesterol and fatty acids in meat and backfat of suckling and adult pigs[J]. Food Chemistry,2002,79(2):255-260.

[8]Nollet,Leo ML,Fidel Toldrá,et al. Handbook of muscle foods analysis[M]. CRC Press,2010.

[9]Cannata S,Engle T E,Moeller S J,et al. Effect of visual marbling on sensory properties and quality traits of pork loin[J]. Meat science,2010,85(3):428-434.

[10]Perkins EG,McKeith FK,Jones DJ,et al. Fatty acid and cholesterol changes in pork longissimus muscle and fat due to ractopamine[J]. Journal of food science,1992,57(5):1266-1268.

[11]陳浩,董亞維. 兔肉的營養價值及影響肉品質的因素[J].草業與畜牧,2012(2):42-42.

[12]王曉明,徐漢文,王在貴,等. 日糧中復合添加劑水平對雞肉中膽固醇含量的影響[J]. 安徽農業科學,2006,33(10):1870-1871.

[13]謝愷舟,孫瑛瑛,陳學森,等. 揚州鵝及其雜交配套組合肌肉中硫胺素禾膽固醇含量的比較[J]. 中國畜牧雜志,2013,49(15):26-29.

[14]楊月欣.中國食物成分[M].北京:北京大學醫學出版社,2005,118-119.

[15]黃磊,詹勇,許梓榮. 蝦蟹類膽固醇需要量的最新研究[J]. 飼料研究,2005(11):41-43.

[16]Kunsman J E,Collins M A,Field R A,et al. Cholesterol content of beef bone marrow and mechanically deboned meat[J]. Journal of Food Science,1981,46(6):1785-1788.

[17]Mourot J,Hermier D. Lipids in monogastric animal meat[J]. Reproduction Nutrition Development,2001,41(2):109-118.

[18]Williams P. Nutritional composition of red meat[J]. Nutrition & Dietetics,2007,64(s4):S113-S119.

[19]胡芬,譚蘭蘭,楊景昌，等. 從羊毛醇中提取膽甾醇的工藝研究[J]. 化學研究與應用,2008,11:1441-1446.

[20]Gibbons G F,Mitropoulos K A,Myant N B. Biochemistry of cholesterol[J]. 1982.

[21]Pfrieger F W. Cholesterol homeostasis and function in neurons of the central nervous system[J]. Cellular and Molecular Life Sciences CMLS,2003,60(6):1158-1171.

[22]楊德智,魏時來,李發弟. 維生素D生理功效研究進展[J]. 廣東飼料,2012(7):23-26.

[23]李靜. 禽蛋膽固醇檢測方法的研究及應用[D]. 武漢:華中農業大學,2013.

[24]Baggio S R,Bragagnolo N. The effect of heat treatment on the cholesterol oxides,cholesterol,total lipid and fatty acid contents of processed meat products[J]. Food chemistry,2006,95(4):611-619.

[25]Otaegui-Arrazola M,Menendez-Carreno D,Ansorena I,et al. Oxysterols:A world to explore[J]. Food and Chemical Toxicology,2010,48:3289-3303.

[26]張明霞,周建科,梁俊紅.膽固醇受熱氧化產物研究[J].食品科學,2002,23(5):99-102.

[27]William J,Griffiths M H. Discovering Oxysterols in Plasma:A Window on the Metabolism[J]. Journal of Proteome Research,2008(7):3602-3612.

[28]Anne V,Gérard L. Cytotoxic effects of oxysterols associated with human diseases:Induction of cell death(apoptosis and/or oncosis),oxidative and inflammatory activities,and phospholipidosis[J]. Molecular Aspects of Medicine,2009,30:153-170.

[29]Kosmider B,Loader J E,Murphy R C,et al. Apoptosis induced by ozone and oxysterols in human alveolar epithelial cells[J]. Free Radical Biology and Medicine,2010,48(11):1513-1524.

[30]Sevanian A,Peterson A R. The cytotoxic and mutagenic properties of cholesterol oxidation products[J]. Food and Chemical Toxicology,1986,24(10):1103-1110.

[31]Tabas I. Cholesterol in health and disease[J]. Journal of Clinical Investigation,2002,110(5):583-590.

[32]馬志軍,薛家祿,薛雯月,等. 液晶用羊毛脂膽固醇的精制研究[J].創新科技,2013(9):65.

[33]胡文娜,蘇寶根,蘇云,等.柱層析法提純羊毛脂中膽固醇的工藝[J].化工進展,2011(7):1426-1430.

[34]劉勇,楊揚,楊景昌.從羊毛醇中提取膽甾醇方法的評述[J].日用化學工業,2006(2):107-110+130.

[35]楊小金,黃之初,曾宇娟,等.動態光譜法無創檢測人體血液膽固醇的探討[J].中國醫學創新,2014,15:136-138.

[36]葛慶聯,葛慶豐,劉迪,等.禽蛋中膽固醇的酶催化分光光度測定法研究[J].食品科學,2009,30(2):208-210.

[37]彭科懷,廖應萍,趙年華.直接皂化測定豬肝中膽固醇含量[J].預防醫學情報雜志,2008,24(8):663-664.

[38]李黎,劉玉峰,王晶. 高效液相色譜法測定食品中的膽固醇[J].食品科學,2007,28(4):289-291.

[39]盛靈慧,王晶,武利慶,等.液相色譜-質譜聯用測定蛋粉中膽固醇含量[J].食品科學,2009,29(12):632-634.

[40]膽固醇生產格局及維生素D3的安全性[J].中國畜牧雜志,2011,22:18-19.

[41]尹曉強,金達威.締造全球膽固醇供應新格局[J].飼料廣角,2006,24:13.

[42]柳曉峰. 2010年中國飼用維生素市場回顧及2011年展望[J].中國畜牧雜志,2011,47(4):15-20.

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：肉類科學與酶工程。

國家兔產業技術體系肉加工與綜合利用(CARS-44-D-1); 農業部公益性行業(農業)科研專項(201303144)。

TS201.1

A

1002-0306(2015)05-0388-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.05.074