脂质代谢、营养学特点及结构脂质的应用

粮油食品科技第 16卷 2008年第 5期油脂开发 脂质代谢、营养学特点及结构脂质的应用

王瑛瑶 栾霞 (国家粮食局科学研究院 北京100037) 摘 要

:结构脂质是基于油脂代谢、营养学研究基础上设计的一类新型油脂 ,极具开发潜力。论述 了不同脂肪酸在人体内代谢特点 ,不同人群的油脂需求以及结构脂质在食品、医药与营养领域的研究、应用现状。 关键词 :

结构脂质 ;脂肪酸 ;代谢

近来 ,与油脂相关的健康问题引起了社会广泛的关注。油脂一方面起着提供人体能量和必脂肪酸、帮助脂溶性维生素吸收、改善食品感官性能、帮助生长发育等有益作用 ,另一方面 ,伴随着高膳食脂肪饮食习惯 ,相关的肥胖症、高血脂、高血压、脂肪肝等发病率逐年递增 ,成了世界性的公共安全问题。基于脂质代谢学、营养学、现代医学研究成果基础上设计出的结构脂质 ,通过改变三酰甘油骨架上脂肪酸组成及位置分布 ,最大限度地降低了脂肪本身在的或者不合理摄入带来的危害 ,最大限度地发挥了脂肪的有益作用。作为一类新型功能性油 脂 ,开发与应用程度越来越广。 1油脂的代谢特点

脂肪酸的组成及位置极大地影响油脂在成人及婴幼儿体内的生物效应与可消化性。图 1是摄入的油脂在人体内代谢与输送的途径。通常 ,脂肪摄入以后先经过舌脂肪酶作用水解为单甘酯、甘二酯和游离脂肪酸。由于舌脂酶对短链脂肪酸 (SCFA)和中链脂肪酸 (MCFA)及 Sn-3位脂肪酸作用特异性更强 ,因此 ,产物中 1 ,2 -甘二酯和脂肪酸含量比较多。舌脂酶对成人摄入脂肪的降解作用是微乎其微的 ,但它可以降解婴幼儿摄入的 50 %～70 %的脂肪。 进入胃部的脂肪被同样对 SCFA、MCFA及 Sn 3.位脂肪酸有特异性作用的胃脂酶降解 ,生成游离脂肪酸、单甘酯与甘二酯。其中的短、中链 (C4 C12)脂肪酸更易溶解在水相中 ,直接由胃部进入静脉循环 ,由门静脉达到肝脏 ,在肝脏发生氧化提供人体需要的能量。此外 ,SCFA、MCFA不依赖酮体就可以进入线粒体 ,参与 β-氧化 ,快速地给肌肉提供能量。部分酰基甘油 ,长链脂肪酸 (LCFA)和未被吸收的 SCFA、MCFA从胃部进入小肠 ,被小肠胰脂酶作用。胰脂酶是成人体内水解脂肪的主要脂肪酶 ,具 1 ,3位特异性 ,对 SCFA、MCFA有较高的活性 ,但对 1 ,3位的 LCFA作用效果很弱。进入小肠的大部分短、中链脂肪酸扩至静脉循环被吸收 ,与白蛋白结合进入肝脏。 LCFA在小肠内会形成 Ca、Mg等不溶性皂体 ,很难以游离态被吸收。长链脂肪酸和 2单甘酯在含胆汁盐和磷脂的胶束中 ,通过小肠黏膜吸收后 ,重新被酰化形成新甘三酯。新甘三酯与磷脂、载脂蛋白形成乳糜微粒 ,经淋巴系统输送进入血液循环。中碳链脂肪酸位于 Sn-2位的单甘酯也是以乳糜微粒的形式进入淋巴系统。但 2-棕榈酸单甘油酯很容易在小肠内被吸收。

图 1 甘三酯在成人及婴儿体内的代谢与输送特点 [1]

2 结构脂质的需求

健康成人对理想油脂的营养要求是维持健康、防止疾病。与婴儿相比 ,成人对 Sn-2位饱和长碳链脂肪酸的需要相对较少 ,因为这类物质与高胆甾醇血有关。满足婴儿营养需求的理油脂应与母乳脂十分相似:含有16～25 mg/ dl的胆固醇,亚油酸/亚麻酸比例合理(4∶1～7∶1) ,需含有利于生长、脑部和视网膜发育需要的AA (花生四稀酸)和DHA ,至少含有4 %～8 %的MCFA以快速提供能量,棕榈酸含量在20 %～30 %之间、70 %的棕榈酸在Sn -2位等。体内胰脂酶不足患者及外科手术病人需要能量快速补给剂,中碳链脂肪酸酯可以满足要求。成人、婴幼儿及存在各种脂肪吸收与代谢问题的患者对油脂的需求不同,这极大地推动了新型脂质资源的利用与开发。Trine P等[2 ]通过研究发现,改变脂肪酸组成与位置的结构脂质不会影响胰脂酶的活性特征,动物实验进一步证实:分子内部结构不会影响脂肪酸代谢吸收规律。于是,人们利用各种技术对现有油脂进行修饰,有针对性地制备不同的结构脂质以满足不同群体的需求,发挥油脂的益处。 3 结构脂质的应用

结构脂质可以充分发挥不同脂肪酸组成及位置分布在代谢、吸收上的优势,应用领域不断扩大。其在不同领域的应用主要分为如下几个方面: 3. 1 特种油脂

生产巧克力的主要原料可可脂是天然的植物硬脂,具有非常理想的脂肪酸组成。日本不二制油公司与英国联合利华公司在固定化脂肪酶催化下,以棕榈油与硬脂酸(或三硬脂酸)为原料,合成物理性质与化学组成与可可脂相近、性能优异的类可可脂[3 ]以弥补天然可可脂产量有限的不足,这类产品的价格仅为天然可可脂的1/ 3。Hong Zhang等[4 ]以酶法酯交换大规模生产零反式脂肪酸人造黄油,避免了氢化及化学酯交换工艺中反式脂肪酸的产生。 3. 2 控制肥胖症和降低血清胆甾醇的有效类脂物

低能量油脂(燃烧热只有传统油脂的40 %～90 %)是结构脂质中重要的一类产品,这类油脂以 SCFA或MCFA代替普通油脂中1 ,3位的长链脂肪酸,1 ,3位脂肪酸不在肠道中代谢,而是与碳水化合物一样在肝脏中代谢,不贮存脂肪而只提供能量。Johnson等[5 ]人研究发现,中碳链脂肪酸甘三酯(MCT)体内氧化速度比普通甘三酯快, 24 h以后90 %的甘三酯转化为CO2。

过量的体脂储备是造成肥胖的主要因素之一,所以通过摄入含MCFA的结构脂质代替部分常规脂肪可以控制能量摄入和贮备,达到减肥的目的。Ly2 dia B等[6 ]以甘油三油酸酯与丁酸为底物,在1 ,3位特异性脂肪酶催化下合成低热量结构脂质,终产品Sn -2位不含丁酸。动物试验表明,与单纯摄入普通油脂相比,含结构脂质的油脂能显著地降低血清胆固醇含量。 3. 3 快速供能营养物及婴幼儿营养成分

含中碳链脂肪酸甘三酯的优点是能被快速吸收 ,转运至肝门静脉 ,吸收速度与葡萄糖相当,但提供的能量为碳水化合物的两倍 ,因此可作为新陈代谢速度快的人群以及术后病人的能量来源。 Moshe Rubin等[7]以含 MCFA的结构脂质代替传统的长链脂肪酸甘油酯 (LCT) (主要是大豆油、红花籽油 )作为肠外营养乳剂 ,以弥补 LCFA在体内代谢慢、供能不及时、不能满足术后患者、儿童及消化功能不全等特殊人群需要的缺点。采用随机双盲交叉试验研究这类结构脂对长期摄入者肝脏功能、血浆脂质、血液和生化指标的影响 ,结果表明 ,病人长期以这类结构脂质为肠外营养补充剂是安全的 ,而且可能有助于对肝功能的保护。含 MCFA的结构脂质可作为婴儿配制食品中的成分。早产儿、低体重儿和有特殊需要的婴儿,由于其消化道尚未发育完全 ,不能消化其他脂肪 ,但能直接吸收含 MCFA的脂肪。另外 ,不明原因生长缓慢的婴儿或许可从含中碳链脂肪酸甘三酯的配制食品中获益。 3. 4 婴幼儿母乳脂完美的替代品

脂肪是母乳中主要的能量来源 ,母乳脂最大的特点是 60 %～70 %的棕榈酸位于甘三酯的 2位 ,而 18∶0 ,18∶1和 18∶2位于 1 ,3位。由于胰脂酶能特异性地水解甘三酯 1 ,3位脂肪酸 ,甘油棕榈酸酯主要成为 2-棕榈酸单甘油酯和 C18游离脂肪酸。棕榈酸在甘油基上的位置将极大地影响婴幼儿对矿物质与脂肪的吸收利用 ,因为游离态的饱和脂肪酸在小肠内会与钙结合以皂的形式沉淀 ,直接排泄出体外。 Aoe S等[8]比较了 18∶1/ 16∶0/ 18∶1(代表甘油骨架 1 ,2 ,3位上的脂肪酸 )与 18∶1/ 18∶1/ 16∶0结构脂质在淋巴运输系统中的差异 ,以研究 2-棕榈酸单甘油酯在代谢中的重要性 ,发现 18∶1/ 16∶0/ 18∶1的最大输送速度高于 18∶1/ 18∶1/ 16∶0的 ,18∶1/ 16∶0/ 18∶1中的 16∶0和 18∶1吸收效果优于 18∶1/ 18∶1/ 16∶0中的这两种脂肪酸 ,表明 18∶1/ 16∶0/ 18∶1的吸收和输送比 18∶1/ 18∶1/ 16∶0有效、快速。因此 ,婴幼儿奶粉及食物中的脂肪替代品应尽可能地模拟母乳脂的组成与结构。 Yang等[9]人以脂肪酶催化猪油与大豆脂肪酸在无溶剂中合成 71% C16∶0位于 Sn-2位的母乳脂替代品。现在 ,酶法合成婴幼儿母乳脂代替品 Betapol已经面世。 3. 5 补充并强化长链不饱和脂肪酸的吸收

适当摄入多不饱和脂肪酸可以降低冠心病发生的几率、防止某些癌症的发生 ,提高人体的免疫机能。链长、不饱和程度等因素都会影响LCFA的吸收,由于胰脂酶对PUFA的特异性差,因此,PUFA处于甘油骨架的2位有利于PUFA以2 -单甘酯的形式被有效吸收[10 ] ,这是一类在医药、营养和健康食品中越来越受到重视的结构脂质。Estrella Hita等[11 ]人以金枪鱼油、鳕鱼肝油与辛酸在固定化脂肪酶催化下,合成2位富含DHA、1 ,3位为的MCFA的结构脂质,用于未成年人牛奶中的功能性补充剂,以促进中枢神经系统的发育。这类结构脂质在体内,经胰脂酶作用水解为可以被快速吸收的MCFA和含不饱和脂肪酸的2 -单甘酯,充分利用了MCT快速吸收的特点与LCT提供必需脂肪酸的功能性,组成与营养上更科学,比LCT吸收 性能更好[12 ]。Patrick T等[13 ]发现含EPA和DHA的中碳链脂肪酸的结构脂质使实验小白鼠总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇和甘油三酯水平下降,免疫系统活性提高。 3. 6 新型脂质衍生物

磷脂具有降低血中胆固醇和中性脂肪酸含量,防止脂肪肝等重要生理功能,但是如果体内磷脂饱和脂肪酸含量过高,将发生生理障碍,引发疾病。A. F. Vikbjerg等[14 ]在固定化1 ,3特异性酶Lipozyme RM IM作用下,以大豆磷脂和亚油酸为底物,合成结构脂。这类含高不饱和脂肪酸的卵磷脂具有细胞分化诱导作用,作为癌症治疗药物已引起瞩目。

4 结语

结构脂质是天然甘油酯结构中引进新脂肪酸的一种改性脂肪,具有特殊的物理构造及独特的营养、生理功能特性。酶工程技术的飞速发展为油脂质构修饰技术从实验室研究阶段转向工业化,从化学酯交换法转向酶促合成法提供了可行性。相信在不远的将来,不同物理结构、不同生理功能的结构脂质在功能食品、临床营养品、医药中会发挥越来越重要的作用。

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