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新型饲料添加剂——植物甾醇

甾醇类(sterols)化合物在自然界中广泛分布,根据其来源不同,可分为植物甾醇、动物甾醇和菌类甾醇。动物甾醇主要为胆固醇fcholester01),菌类甾醇主要有菌类所含的麦角甾醇fergosteroll和海藻类所含的岩光甾醇(fucoster01),植物甾醇(plant sterol or phytoster01)通常以多种形式存在,是一种类似于环状醇结构的物质,广泛分布于自然界,代表了植物代谢的一个终产物。所有植物性食物中都含有一定量的植物甾醇.它是植物细胞的重要组成成分,广泛存在于植物的根、茎、叶、果实和种子中。在各种食物中,植物油、种子、坚果、谷物以及豆类中植物甾醇含量最为丰富。人类日常生活中摄取的植物甾醇主要为ββ一谷甾醇(β—sitoster01)、菜油甾醇(campester01)和豆甾醇fstigmas—ter01)。植物甾醇主要存在于植物种子中,以游离型、脂肪酸酯和糖苷等形式存在。近年来随着科学研究特别是生命科学、油脂科学与工程技术的迅猛发展.植物甾醇在医药、食品、化工、饲料、植物基因工程等领域被高度重视与关注。

1植物甾醇的理化性质

植物甾醇的理化性质主要表现为疏水性.与动物胆固醇的功能一样,植物甾醇也是植物细胞膜的基本构成成分,因其结构上带有羟基基团,因而又具有亲水性,在同一个物质结构中同时具有亲水基团和亲油基团意味着物质具有乳化性。植物甾醇的乳化性可通过对羟基基团进行化学改性而得到改善,植物甾醇具有两性的特征使得它具有调节和控制反相膜流动性的能力。植物甾醇是3位羟基的甾体化合物,以环五烷全氢菲为主体骨架,由3个六元环和1个五元环组成,C-3位连有一个羟基,C-17位连有8-10个碳原子构成的侧链,多数甾醇C-5位为双键。另外,植物甾醇中通常含有少量甾体母核双键被饱和的植物甾烷醇(plant stan01),甾醇分子中,碳原子数一般为27-31,相对分子质量约为386-456 Da,甾醇熔点较高,都超过100℃,最高达215℃。

甾醇的相对密度略大于水,不溶于水,可溶于多种有机溶剂。C-3羟基是甾醇的重要活性基团,通过它甾醇可形成多种多样的衍生物,如甾醇脂肪酸酯、甾醇阿魏酸酯(谷维素)、甾醇葡糖苷、酰基甾醇葡糖苷等。植物甾醇不溶于水、碱和酸,常温下微溶于丙酮和乙醇,溶解于乙醚、苯、氯仿、乙酸乙酯、二硫化碳、石油醚。经溶剂结晶获得的植物甾醇通常为针状或鳞片状白色结晶,其商品则多为粉末状或片状。

2降低胆固醇含量及其作用机理

植物甾醇和胆甾醇(胆固醇)结构极其相似,它们仅在分子骨架的侧链上存在差异,在生物体内以胆固醇相同的方式吸收;植物甾醇的吸收率比胆固醇低.一般只有5%-10%。植物甾醇能阻碍胆固醇吸收。从而起到降低血液中胆固醇含量的作用。植物甾醇的降血清胆固醇作用,主要是通过抑制小肠内胆固醇的吸收而降低血清胆固醇的浓度。胆固醇的吸收过程是在十二指肠内被胆汁酸乳糜微粒吸附,进而在小肠中被吸收。植物甾醇能与胆固醇竞争在胆汁酸乳糜微粒中的位置,从而使没有被胆汁酸乳糜微粒所吸附的胆同醇通过大便排除体外,进而抑制了胆固醇在小肠的吸收。而植物甾醇自身则几乎不被吸收。

植物甾醇降胆固醇的作用机制主要有以下几种理论:①植物甾醇沉淀小肠中的胆固醇。使其呈现不溶解状态,因此不能被吸收;②胆同醇能溶解于小肠内腔的胆汁酸微胶束f主要由胆汁盐和磷脂组成1是被吸收的必要条件,而植物甾醇的存在可以将胆固醇替换出来,使之不能经胆汁酸微胶束的运送到达小肠微绒毛的吸收部位;⑧植物甾醇在小肠微绒毛膜吸收胆固醇时和胆固醇相互竞争,阻碍对胆固醇的吸收。

虽然植物甾醇在抑制胆固醇吸收的同时.也能在一定程度上抑制其它脂溶性成分的吸收,但经过大量临床试验证实植物甾醇是安全的,未见对人和其它动物有毒有害的报道。Turnbull等对植物甾烷醇的安全性也进行了研究,连续13周给大鼠喂食含有1%-5%植物甾烷醇酯的饲料,结果发现,大鼠无任何异常变化。对植物甾醇的安全性的大量研究发现,植物甾醇酯和植物甾烷醇酯会对脂溶性维生素,如类胡萝卜素和番茄红素的吸收产生轻微的影响,但这一问题很容易通过增加其摄入量而加以弥补。植物甾醇在食品领域的应用主要是作为预防心血管疾病的功能性活性成分,植物甾醇作为一种新型的健康食品成分.随着对其降低胆固醇效应及作用机制的深入研究,植物甾醇在防治心血管疾病方面的应用也会越来越广泛。

3植物甾醇主要功能及应用效果

3.1降低禽蛋和禽肉中胆固醇的含量

现在世界上每年因有高血脂病而死亡的人数达260万,中国高血脂患者达1.6亿。心血管疾病已逐渐成为威胁人类健康的头号杀手,临床和流行病学研究发现,动脉粥样硬化是导致心血管疾病的重要因素.而高脂、高胆固醇膳食与动脉粥样硬化有着密切关系。鸡蛋是动物性食品中胆固醇含量较高的一种,平均213 mg/枚。为了减少心血管疾病发生率,降低鸡蛋中胆固醇含量有重要的意义。低胆固醇鸡蛋的研制与开发成为世界许多国家研究的热点。通过在蛋鸡日粮中使用添加剂,可在一定程度降低鸡蛋胆固醇的含量.是开发低胆固醇鸡蛋的有效途径之一。植物甾醇用于饲料添加剂,具有高效、无毒、无药残、无副作用等特点。能改善肉、蛋白质的品质。有试验报道,在禽饲料中添加l%植物甾醇,结果发现肝脏血浆胆固醇量变小,表明植物甾醇降低胆固醇与胆汁酸的吸收作用明显。从试验中观察到,甾醇的吸收从小肠到结肠之间有显著的阻碍作用。用含植物甾醇的饲料喂鸡,有抑制鸡体内胆固醇合成的活性,能使鸡蛋和鸡肉中胆固醇含量减少。

3.2促进动物生长和健康的作用

3.2.1动物生长剂

含植物甾醇的动物生长剂不受温度的影响,不受酶的分解,可作混合饲料或饲料添加剂。过去人们所用的吲哚乙酸、赤霉素等植物生长激素作为动物生长剂虽然也有一定效果,但由于它们是一种极不稳定的化合物,不仅在生物体外,而且进入生物体内以后也容易分解,往往在发挥其生理作用之前就变成不活泼的物质而逐渐失去效力。尤其是温度的影响很大.不仅是饲养温度而且动物本身的体温也有影响,这一点是植物生长激素在使用过程中一个最大的致命弱点。植物甾醇和植物生长激素与能在水中形成分子膜的脂质结合,生成植物激素一植物甾醇一核糖核蛋白。这种含有植物甾醇的核糖核蛋白具有促进动物性蛋白质合成功能,因而构成一种新型的动物生长激素。植物激素一植物甾醇一核糖核蛋白生成后,增加了原植物激素对环境温度、动物体温和体内分解的稳定性。如植物激素吲哚乙酸单独使用时,在分解酶存在下于25℃,1 h和5 h的分解率为38.2%和82.9%,几乎完全分解。使用吲哚乙酸一核糖核蛋白时,在同样条件下,l h和5 h的分解率仅为1.0%和3.2%,几乎不产生分解。

3.2.2肝功能改善剂

畜禽饲养业在许多国家和地区都是重要产业之一,但近年来,该产业因家畜、家禽的肝部疾病所导骛的经济损失相当严重,如泌乳初期产奶量高的奶牛其产奶所得的营养量超出了摄人的营养量。作为能量补充,机体便大量动员体内脂肪,结果导致脂肪肝。引起种种代谢方面的障碍和某些感染病症。在妊娠后期肥胖的奶牛,分娩后容易引发脂肪肝等肝功能障碍.结果抑制了卵巢活动,使发情、排卵和受孕延迟。另外家禽由于饲喂营养价值过高的饲料,使肝代谢负担加重,从而导致肝功能障碍,使产蛋量下降;肝脏脂肪蓄积进而引起肝脏黄色化等现象,造成经济损失。以植物甾醇作肝功能改善剂,不但可改善受损害的肝功能状况,同时还可作为肝功能障碍的预防剂,且具有毒性低的特点。应用植物甾醇类肝功能改善剂的有效剂量,因家畜、家禽的种类、体质、年龄、性别、给药时间、植物甾醇的种类、肝功能损害的程度等不同而异.

4在饲料工业中应用的可行性分析

我国养殖业及饲料工业的高速发展将面临以下几个深受关注的问题:一是饲料资源问题。目前随着城市化建设的加快和耕地资源的急剧减少,人畜争粮问题日益突出。解决饲料资源问题的途径主要为开源节流,即开发新的饲料资源和充分利用现有资源。二是畜产品安全问题。畜产品安全问题即为饲料安全问题,在饲料生产和动物饲养过程中滥用违禁药品,超量、超范围使用兽药,对药物配伍禁忌和停药期的规定执行不够严格等。饲料安全问题已成为全社会关注的热点和难点之一,其中以“绿色添加剂”最受关注。三是养殖业的环保问题。规模化养殖业对环境的负面作用越来越受关注,营养利用率的研究和立法将有助于解决这一问题。随着人们生活水平的提高,消费者对瘦肉型猪肉的需求越来越高,提高猪胴体瘦肉率是畜牧工作者追求的重要目标之一。除了品种改良及科学的饲养管理外,应用营养学方法尤其是通过饲料添加剂提高瘦肉率方面进行了大量的研究工作,研究认为,铬、L一肉碱、甜菜碱、共轭亚油酸等均有提高瘦肉率的功效,但其效果存在不稳定性,广泛应用于饲料工业还有一定的难度。而给猪注射生长激素oGH(porcine growth hormone)、pST(poreine somatotropin)或在饲料中添加兴奋剂BAA(B一肾上腺素能受体兴奋剂)如尽激动剂等,达到提高瘦肉率的效果是肯定的.但这些物质易残留于肉品中造成对人体健康产生威胁的后果,因此,研究和开发新型绿色的、效果稳定的饲料添加剂,以提高瘦肉率,是一个亟待解决的课题。如前所述,高胆固醇和高LDL-C已被确认为心血管疾病的一类危险因素,而胆固醇主要来源于动物性食物。因此,降低动物产品中胆固醇含量,对保证膳食平衡,维护人类健康有重要意义。针对我国养殖业及饲料工业面临的以上问题,以及低胆固醇动物食品和瘦肉型食品的市场需求,将植物甾醇应用于饲料添加剂中将有良好的市场前景。首先,植物甾醇能调节生长,促进蛋白质合成,降低饲料系数,具有节约饲料资源的功效:其次,植物甾醇具有显著的降低胆固醇作用,可提高瘦肉率,改善动物产品的质量,有利于人类健康:再次,植物甾醇具有抗氧化活性等其它生理功能。可提高动物生产性能,提高养殖的经济效益:最后,植物甾醇具有极高的安全性,已成功应用于食品中。天然来源的植物甾醇安全性很高,大量研究显示,一般剂量的植物甾醇对人体和其它动物没有任何明显的毒害或副作用;在较高剂量下,少数研究发现其对一部分人可能会引起某些副作用,如腹泻以及便秘等.但其发·生几率很低。Ling等(1995)给大鼠皮下注射高剂量[0.5-5 mg/(kg·d)]的β一谷甾醇,发现其在体内转化为类雌激素物质。于是有可能会对生殖系统产生一定的影响。然而Baker等f19981体外试验研究表明,植物甾醇没有表现出雌激素活性。不能结合雌激素受体。不能刺激雌激素受体的转录:给雌性小鼠口服植物甾醇亦没有雌激素活性。Ayehs等研究表明,成年男性和女性摄食8.6 g/d植物甾醇对肠道微生物区系及其代谢活性没有影响,对机体雌激素水平亦没有影响。另外。人和动物摄食高剂量的植物甾醇是很难达到的。

因此.植物甾醇作为新型饲料添加剂的开发应用将符合我国乃至世界饲料工业的发展方向,其在畜禽及水产饲料中的应用。可被列入“绿色饲料添加剂”范畴。

5小结

植物甾醇可应用于降低禽蛋和禽肉中胆固醇的含量,开发和生产低胆固醇鸡蛋、鸭蛋。植物甾醇具有增进动物蛋白质合成、促进动物生长和健康等的功能。含植物甾醇动物生长剂可作混合饲料或饲料添加剂,适用于人工养蚕和鱼、虾、鸟养殖,起到提高产量、降低成本的良好经济效果。此外,植物甾醇还具有畜禽肝功能改善、免疫调节、清除自由基抗氧化等调节动物生长功能。总之,作为一种新型功能性饲料添加剂,植物甾醇在饲料工业中具有广阔的应用前景,但它的应用研究在我国还刚刚开始起步,相关研究主要集中在人的高胆固醇血症、动脉粥样硬化等方面,而对家畜家禽的研究较少。因此需要做大量而深入研究植物甾醇的作用机理和相关功能。

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