植物甾醇在脂質(zhì)體中的作用研究進展

閆亞鵬,馬傳國,景璐璐

(河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，鄭州 450001)

脂質(zhì)體是一種由磷脂分散在水相中形成的一種可包裹部分水相的類球狀雙分子層囊泡。磷脂是一種兩親性分子，同時具有親水親油兩種特性。當(dāng)兩親性分子在水相中且含量較低時，以單體的形式存在，當(dāng)其含量逐漸增加并超過臨界濃度時，為減少疏水基團間的相互排斥，兩親性分子發(fā)生自我聚集，這便是自組裝現(xiàn)象。因此，磷脂分子分散在水相中時，一部分磷脂分子的疏水鏈?zhǔn)紫雀〉剿嬷赶蚩諝猓?dāng)水相的表面鋪滿磷脂分子層后，剩余在水相中的磷脂分子無法浮到表面，為了減少體系能量，剩余的磷脂分子的親水基團便指向水相，在水相中抱成一團，從而形成脂質(zhì)體[1]。脂質(zhì)體由于具有獨特的功能特性(見表1)使得其在藥品、化妝品和保健食品等多個領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

由于磷脂分子中含有大量不飽和脂肪酸，容易氧化，在制備脂質(zhì)體時大多會添加一定比例的膽固醇以改善脂質(zhì)體的性質(zhì)。膽固醇亦稱膽甾醇，是一種環(huán)戊烷多氫菲的衍生物，具有親水親油性(結(jié)構(gòu)如圖1所示)。膽固醇可提高脂質(zhì)體雙層的力學(xué)穩(wěn)定性，可調(diào)節(jié)脂質(zhì)體的流動性和通透性[8]，此外，膽固醇可減緩氧化磷脂的橫向流動，抑制脂質(zhì)體變形，防止脂質(zhì)體孔隙形成，使磷脂在發(fā)生一定程度的氧化時脂質(zhì)體仍有較為穩(wěn)定的雙層結(jié)構(gòu)[9-10]，因此在脂質(zhì)體中添加膽固醇是必要的。一些研究表明，膽固醇是人體必需的營養(yǎng)成分，適量攝入可在體內(nèi)起重要的生理作用，但過多攝入則會引起高脂血癥、動脈粥樣硬化等病癥，嚴(yán)重時可引發(fā)癌癥[11-12]。

表1 脂質(zhì)體的功能特性

圖1 膽固醇結(jié)構(gòu)

植物甾醇(結(jié)構(gòu)如表2所示)是一種具有親水親油性的兩親性分子[13]，同樣是環(huán)戊烷多氫菲的衍生物，與膽固醇的區(qū)別僅僅是在側(cè)鏈上。植物甾醇可以添加在食品中，安全性較高。研究表明，植物甾醇可以降低血液中膽固醇的濃度，調(diào)節(jié)高脂血癥，減輕動脈粥樣硬化，并具有消炎、解熱、鎮(zhèn)痛的功效，還具有一定的抗癌作用[14]。

表2 幾種常見的植物甾醇

隨著人們生活水平的提高，人們對健康的要求也不斷增加，對減少過多膽固醇攝入的觀念也日益增強。因此，以植物甾醇替代脂質(zhì)體中的膽固醇成為近年來的研究熱點，經(jīng)國內(nèi)外學(xué)者的不斷深入研究，對植物甾醇在脂質(zhì)體中的作用已經(jīng)有了多方面的了解。為了給植物甾醇添加到脂質(zhì)體中的研究提供思路和依據(jù)，本文綜述了植物甾醇對脂質(zhì)體的作用，以及植物甾醇脂質(zhì)體在食品中的應(yīng)用。

1 植物甾醇對脂質(zhì)體的作用

1.1 對通透性的影響

脂質(zhì)體的通透性是指給定物質(zhì)在一定條件下通過脂質(zhì)體膜的速率。通透性是脂質(zhì)體最重要的性質(zhì)之一，直接影響藥物的包埋和釋放[15]。植物甾醇通過與磷脂?；鶄?cè)鏈相互作用來影響脂質(zhì)體的通透性。植物甾醇分子的20位側(cè)鏈延伸至疏水中心，主要依賴范德華力與磷脂的?；鶄?cè)鏈相互作用，進而限制?；鶄?cè)鏈的流動性，調(diào)節(jié)脂質(zhì)體的通透性。不同結(jié)構(gòu)的植物甾醇對脂質(zhì)體通透性的影響不同。

Schuler等[16]考察了不同的植物甾醇對限制磷脂?；鶄?cè)鏈流動能力和脂質(zhì)體通透性的影響，結(jié)果表明，谷甾醇能夠有效降低脂質(zhì)體的通透性，豆甾醇對脂質(zhì)體的通透性基本無影響。究其原因，豆甾醇比谷甾醇在22位碳上多一個雙鍵，因此谷甾醇改變了磷脂分子?；鶄?cè)鏈的排列順序，加強了與磷脂的相互作用，從而降低了脂質(zhì)體的通透性。Schuler等[17]采用熒光各向異性法和1H NMR試驗證實，脂質(zhì)體通透性與磷脂?；鶄?cè)鏈的有序排列存在緊密聯(lián)系。

Marsan等[18]研究表明，在脂質(zhì)體中谷甾醇控制大豆磷脂酰膽堿排列順序的能力比豆甾醇強，造成這種差異的原因可能是谷甾醇完全伸展的側(cè)鏈增加了疏水層的厚度，最大限度地發(fā)揮與鄰近磷脂分子之間的范德華力，促使植物甾醇分子排列在鄰近脂質(zhì)體雙層的中心部位，降低了脂質(zhì)體的通透性，而豆甾醇的側(cè)鏈導(dǎo)致磷脂酰基側(cè)鏈排列松散，且與周圍酰基側(cè)鏈之間的范德華力較弱，脂質(zhì)體中分子排列不緊密，因而對脂質(zhì)體的通透性無明顯影響。

1.2 對流動性的影響

脂質(zhì)體的流動性是指磷脂的不斷運動而使脂質(zhì)體易于流動的性質(zhì)。流動性是脂質(zhì)體的一個重要性質(zhì)。不同結(jié)構(gòu)的植物甾醇可不同程度地調(diào)節(jié)脂質(zhì)體的流動性[19-20]。植物甾醇和膽固醇增強脂質(zhì)體流動性大小順序為豆甾醇>β-谷甾醇>膽固醇[21]。Marsan等[18]研究指出，植物甾醇分子對磷脂?；鶄?cè)鏈排列順序增強時，疏水層厚度增加，降低了脂質(zhì)體的流動性，反之脂質(zhì)體的流動性增加。

1.3 對穩(wěn)定性的影響

脂質(zhì)體穩(wěn)定性分為化學(xué)穩(wěn)定性和物理穩(wěn)定性。物理穩(wěn)定性是指脂質(zhì)體在儲藏或運輸期間自發(fā)聚集、沉降導(dǎo)致脂質(zhì)體物理形態(tài)結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，常用包埋率和粒徑的變化進行表征，粒徑越小和分布越均勻，則穩(wěn)定性越好?；瘜W(xué)穩(wěn)定性是指脂質(zhì)體在儲藏和運輸期間磷脂發(fā)生氧化水解，脂質(zhì)雙分子結(jié)構(gòu)被破壞，從而導(dǎo)致包埋物泄漏和粒徑增加。植物甾醇的環(huán)形平面結(jié)構(gòu)干擾了磷脂間的相互作用，進而影響了脂質(zhì)體的粒徑和穩(wěn)定性。植物甾醇可以作為脂質(zhì)體穩(wěn)定劑[22-23]，在合適的藥物濃度和溫度條件下，含植物甾醇脂質(zhì)體的穩(wěn)定性大于含膽固醇脂質(zhì)體的穩(wěn)定性[24-25]。楊貝貝[26]的研究結(jié)果表明，對脂質(zhì)體粒徑穩(wěn)定性作用大小為混合植物甾醇>β-谷甾醇>膽固醇>豆甾醇，對脂質(zhì)體氧化穩(wěn)定性作用大小為混合植物甾醇>β-谷甾醇>膽固醇>豆甾醇，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是豆甾醇分子側(cè)鏈含有雙鍵，不能很好地嵌入磷脂雙分子層中并與磷脂雙分子層結(jié)合。

1.4 對剛性的影響

脂質(zhì)體的剛性和其穩(wěn)定性密切相關(guān)，適當(dāng)增加脂質(zhì)體的剛性可以使脂質(zhì)體保持良好的立體結(jié)構(gòu)，增加穩(wěn)定性。植物甾醇的分子結(jié)構(gòu)影響了脂質(zhì)體的剛性[23]。Muramatsu等[27]研究表明，增大脂質(zhì)體中的大豆甾醇含量可以提高脂質(zhì)體的剛性，延長藥物作用時間。Maitani等[28]研究認(rèn)為，脂質(zhì)體的剛性和脂質(zhì)體的穩(wěn)定性存在著密切關(guān)系，如：脂質(zhì)體中加入大豆甾醇后提高了脂質(zhì)體的剛性，被脂質(zhì)體包埋的藥物在人體內(nèi)腸道的吸收率和脂質(zhì)體的剛性呈正相關(guān)，推測可能是剛性低的脂質(zhì)體在體內(nèi)不穩(wěn)定導(dǎo)致被包埋的藥物提前釋放，造成藥物的吸收率下降。也有一些學(xué)者的研究表明，脂質(zhì)體的剛性不僅取決于植物甾醇的加入，也取決于磷脂的相變溫度，如Qi等[22]研究認(rèn)為，在磷脂相變溫度以上大豆甾醇可以增強脂質(zhì)體的剛性，在相變溫度以下大豆甾醇則使脂質(zhì)體流動性增加。

1.5 對相變溫度的影響

相變溫度是指脂質(zhì)體從有序的膠晶相轉(zhuǎn)變成液晶相時的溫度。磷脂的相變溫度是影響脂質(zhì)體形態(tài)的重要因素，當(dāng)環(huán)境溫度低于磷脂的相變溫度時，脂質(zhì)體中的磷脂雙分子層排列較為緊湊，脂質(zhì)體穩(wěn)定性較高；當(dāng)環(huán)境溫度高于磷脂的相變溫度時，磷脂雙分子層排列松散，膜的橫切面增加，雙分子層厚度減少，脂質(zhì)體流動性增大。因此，脂質(zhì)體的相變溫度越高，脂質(zhì)體越穩(wěn)定。Muramatsu等[29]以二棕櫚酰磷脂酰膽堿(DPPC)分別與大豆甾醇、大豆甾醇葡萄糖苷、膽固醇組合制成脂質(zhì)體，并用差示掃描量熱法對4種脂質(zhì)體的相變溫度進行考察，發(fā)現(xiàn)4種脂質(zhì)體相變溫度大小為僅含DPPC的脂質(zhì)體(41.2℃)>大豆甾醇脂質(zhì)體(40.7℃)>膽固醇脂質(zhì)體(39.7℃)>大豆甾醇葡萄糖苷脂質(zhì)體(38.6℃),這意味著穩(wěn)定脂質(zhì)體的能力強弱順序為大豆甾醇>膽固醇>大豆甾醇葡萄糖苷。

2 植物甾醇脂質(zhì)體在食品中的應(yīng)用

2.1 植物甾醇脂質(zhì)體包埋脂類

一些含有不飽和雙鍵如DHA、EPA的脂類，容易因空氣、光照、金屬離子、受熱等原因其結(jié)構(gòu)被破壞，開發(fā)植物甾醇脂質(zhì)體對其進行包埋是近年研究的新方向。

杜仲籽油富含不飽和脂肪酸，陳亮[30]采用乙醇注入超聲法制備杜仲籽油脂質(zhì)體，在最優(yōu)工藝條件下制得的脂質(zhì)體呈準(zhǔn)球形且外觀平滑完整，包埋率為75.26%,平均粒徑為137.4 nm，多分散指數(shù)為0.219,Zeta電位為-19.3 mV。

張貝貝等[31]采用乙醇注入超聲法制備亞麻籽油納米脂質(zhì)體，在最優(yōu)工藝條件下制得的亞麻籽油納米脂質(zhì)體呈分散均勻的圓球狀，包埋率為84%，平均粒徑為97 nm，平均Zeta電位為-3.5 mV, 多分散指數(shù)為0.226。鰱魚魚油中富含EPA、DHA。何娜[32]采用薄膜分散法與動態(tài)高壓微射流法聯(lián)用制備了鰱魚魚油納米脂質(zhì)體，在最優(yōu)工藝條件下其包埋率為94.05%，粒徑為88.9 nm。

2.2 植物甾醇脂質(zhì)體包埋抗氧化劑

一般抗氧化劑對光、熱、氧氣、pH、酶比較敏感。采用脂質(zhì)體包埋抗氧化劑可以很好地提高抗氧化劑的穩(wěn)定性，并延長食品的貨架期。

姜黃素是一種天然的抗氧化劑[33]。黎雨浩等[34]采用火龍果莖植物甾醇替代膽固醇制備姜黃素納米脂質(zhì)體，在80℃下放置60 min，姜黃素保留率仍較高(61.25%)，并且火龍果莖植物甾醇還可以提高姜黃素脂質(zhì)體的緩釋特性以及理化穩(wěn)定性。

槲皮素是一種天然的抗氧化劑，屬于黃酮類物質(zhì)。喻樊等[35]采用β-谷甾醇代替膽固醇制備槲皮素脂質(zhì)體，在最優(yōu)條件下制得的槲皮素脂質(zhì)體呈粒徑均一的球形，包埋率為(82.55±1.10)%，載藥量為(11.40±1.14)%，粒徑為(194.60±4.38)nm,Zeta電位為(30.45±0.42)mV。番茄紅素作為一種共軛烯烴，有很強的抗氧化能力，可作為單線態(tài)氧的強效猝滅劑[36]?？紫檩x[37]采用薄膜-超聲法制備番茄紅素脂質(zhì)體，在最優(yōu)條件下其包埋率為88.05%。

2.3 植物甾醇脂質(zhì)體包埋維生素

維生素易因外界因素，如光、熱、氧氣的影響失去活性。脂質(zhì)體包埋維生素可以提高維生素的穩(wěn)定性。

Alexander等[38]采用植物甾醇包埋抗壞血酸制備單層脂質(zhì)體，研究表明，向磷脂中添加植物甾醇可提高脂質(zhì)體包埋率，通過控制磷脂與植物甾醇的比例還可獲得更高的包埋率和緩釋性。

楊貝貝[26]采用薄膜分散法制備VE脂質(zhì)體，對比了不同甾醇(膽固醇、豆甾醇、β-谷甾醇、混合植物甾醇)對VE脂質(zhì)體包埋率、粒徑、電位、氧化穩(wěn)定性、流動性的影響，認(rèn)為β-谷甾醇和混合植物甾醇可以較好地改善VE脂質(zhì)體的粒徑、包埋率和氧化穩(wěn)定性。

2.4 植物甾醇脂質(zhì)體包埋多肽、蛋白質(zhì)

植物甾醇脂質(zhì)體包埋多肽、蛋白質(zhì)也是近年來的研究方向。陳輝[39]采用逆向蒸發(fā)法制備牛血清白蛋白脂質(zhì)體，在最優(yōu)條件下其包埋率可達26.31%,平均粒徑為206.2 nm,Zeta電位為-30.3 mV,多分散指數(shù)為0.26。

Hwang等[40]采用β-谷甾醇和豆甾醇代替膽固醇制備降壓肽脂質(zhì)體，結(jié)果顯示以植物甾醇代替膽固醇制備脂質(zhì)體是可行的，也是值得推薦的。

賀然等[41]采用玻璃微球法制備胰島素脂質(zhì)體，在最優(yōu)工藝條件下其包埋率可達91.7%，平均粒徑為1 393.1 nm，Zeta電位為-51.2 mV,穩(wěn)定性系數(shù)為0.820 7。

3 結(jié) 語

膽固醇是脂質(zhì)體中的重要組成物質(zhì)。但是隨著人們生活水平的提高，對健康的需求日益增長，人們對低膽固醇食品的需求不斷增大，植物甾醇和膽固醇的結(jié)構(gòu)類似，可以替代脂質(zhì)體中的膽固醇。加入植物甾醇后的脂質(zhì)體可保持或提高原有脂質(zhì)體的流動性、穩(wěn)定性、通透性等性質(zhì)。目前植物甾醇脂質(zhì)體在食品方面的研究較少，因此如何篩選出合適的植物甾醇或者對植物甾醇進行復(fù)配以替代脂質(zhì)體中的膽固醇并應(yīng)用到食品領(lǐng)域中，應(yīng)成為今后的研究方向，這既可以拓展植物甾醇的應(yīng)用，也為脂質(zhì)體在工業(yè)中的生產(chǎn)應(yīng)用提供思路和依據(jù)。