β-谷甾醇和γ-谷維素的甾醇凝膠化油脂對大鼠營養生理功能的影響

宋曙輝 趙 霖 趙學志 張 虹 鄭 超 傅 紅

β-谷甾醇和γ-谷維素的甾醇凝膠化油脂對大鼠營養生理功能的影響

宋曙輝1趙 霖2趙學志1張 虹3鄭 超3傅 紅4

（北京市農林科學院蔬菜研究中心；農業部華北地區園藝作物生物學與種質創制重點實驗室；農業部都市農業（北方）重點實驗室1，北京 100097）
（中國人民解放軍總醫院營養科2，北京 100853）
（豐益（上海）生物技術研發中心有限公司3，上海 200137）
（福州大學生物科學與工程學院4，福州 350108）

有機凝膠劑可以為液體油提供類似于固體流變學特性的功能，因此近年來在食用油脂的結構化中的研究日益廣泛。通過大鼠喂養試驗，研究和評價β-谷甾醇和γ-谷維素鍵合物的植物甾醇凝膠劑對包括心血管疾病高風險因子在內的動物營養生理功能的影響。結果表明，有機凝膠劑β-谷甾醇和γ-谷維素鍵合物人造奶油產品對動物機體不會產生不良影響；當飼料中含有β-谷甾醇和γ-谷維素鍵合物的植物甾醇型凝膠化特種油脂產品時，試驗組大鼠的體重均低于對照組，且高劑量組大鼠體重最低，同時數據顯示甾醇型有機凝膠劑量的增加使大鼠睪腎部位容易產生脂類堆積；大鼠的血清總膽固醇、三酰甘油和低密度脂蛋白水平均隨著有機凝膠添加量的增加而呈現降低的劑量效應，顯示其具有較好的抗動脈硬化風險作用。

β-谷甾醇和γ-谷維素鍵合物 有機凝膠 食用油脂 大鼠營養生理

十年來，由于消費者對減少食物中飽和脂肪和消除反式脂肪的迫切需求，有力地促進了有機凝膠劑代替傳統食用油脂中固態脂肪的研究［1-5］。Bot等［6-7］開展甾醇型有機凝膠劑的研究以來，以β-谷甾醇和γ-谷維素鍵合物為代表的植物甾醇被認為是最具食用安全性和發展潛力的油脂有機凝膠劑。研究表明，β-谷甾醇和γ-谷維素甾醇鍵合物的分子凝膠特性和其化學結構相關，等摩爾量的β-谷甾醇和γ-谷維素形成的分子間氫鍵是構建網絡結構的基礎，它們可以自組裝成納米級的管狀晶體，晶體進一步聚集和交互作用形成空間網絡結構以固化液態油脂［8-12］，同時，由于植物甾醇具有獨特的降低血清中總膽固醇和低密度脂蛋白（LDL）水平的功能特性，減少了膳食中動物甾醇和飽和脂肪產生的對人體心血管疾病的不利影響［13-14］，因此包括中國在內的許多國家允許其作為新資源食品或食品添加劑，并且許多國際食品企業已在油脂食品的生產中加以應用［12，15］。

作為新型的液態油脂凝膠劑，β-谷甾醇和γ-谷維素鍵合物的凝膠機理、凝膠性能及其在食品中的應用特性研究已備受關注，另一方面，作為植物甾醇的β-谷甾醇和γ-谷維素，其各自的營養功能及生理活性的研究也已被充分報道，但是，和植物甾醇單體不同的是，需要以特定比例和方式構建的β-谷甾醇和γ-谷維素鍵合物為有機凝膠劑的油脂產品，其營養生理學特性的研究才剛剛起步［16-17］，隨著近年來有機凝膠化油脂產品的異軍突起，相關研究已成為食用油脂領域的新課題，亟需更加深入的認識。在前期研究基礎上［18-20］，以β-谷甾醇和γ-谷維素鍵合物的植物甾醇型凝膠化特種油脂產品為對象，按照2010年中國衛生部批準的植物甾醇及其酯作為新資源食品添加所容許的劑量要求［15］，通過飼喂試驗大鼠不同添加量的甾醇凝膠劑，測定大鼠體重、脂肪指數、血清生化指標、動脈硬化指標和氮代謝等一系列功能指標，這是首次以具體的β-谷甾醇和γ-谷維素鍵合物的植物甾醇凝膠產品為對象，研究和評價此類凝膠劑對包括心血管疾病高風險因子在內的、較全面的動物營養生理功能的影響，為有機凝膠化油脂食品的實際應用提供基礎數據和必要參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 實驗動物

雄性SD大鼠40只［許可證編號CXK（軍）2012-004］，由中國軍事醫學科學院實驗動物中心提供。大鼠平均體重（70±2.4）g。

1.1.2 甾醇凝膠化油脂

以棕櫚油和大豆油為基料油，制備飽和脂肪質量分數為30%、含水量為16%的甾醇凝膠化人造奶油［18］。其中甾醇凝膠劑為β-谷甾醇和γ-谷維素鍵合物，其質量比分別為2∶3（即摩爾量比為1∶1）。人造奶油中甾醇凝膠劑的添加量分別為甾醇凝膠劑空白對照組（質量分數為0%的甾醇凝膠劑）、甾醇凝膠劑低劑量組（質量分數為3%的甾醇凝膠劑）、甾醇凝膠劑中劑量組（質量分數為6%的甾醇凝膠劑）、甾醇凝膠劑高劑量組（質量分數為9%的甾醇凝膠劑）。

1.1.3 動物飼料配方

飼料制作參照美國AIN-93嚙齒類實驗動物純化飼料標準，配制人工半合成飼料。各組飼料中的蛋白質、碳水化合物、脂肪和熱量均保持一致。飼料配方見表1所示。

表1 人工半合成飼料配方

其中，飼料中礦物質混合物、維生素混合物及微量元素組成分別見表2～表4。

表2 礦物質混合物組成

表3 維生素混合物組成

表4 人工半合成飼料的微量元素成分

1.1.4 主要試劑及原料

棕櫚油和大豆油（一級油）：豐益（上海）生物技術研發中心有限公司；β-谷甾醇（純度95%）：西安開來生物工程有限公司；γ-谷維素（純度99%）：隨州佳科醫藥化工有限公司。

1.1.5 儀器設備

Hitachi7600全自動生化分析儀、U-3410紫外可見分光光度計：日本日立公司；Sartorius電子天平：德國哥廷根賽多利斯股份有限公司；LDZ5-2自動平衡離心機：北京醫用離心機廠；TAKEDA鼓風干燥箱：日本竹田理化工業株式會社；全塑動物代謝籠：自制；Sn-69513型免疫計數器：上海核所日環光電儀器有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗動物分組及飼養

各種成分混勻后，于潔凈不銹鋼烘箱內42℃烘干，切成4 cm×4 cm塊狀食物飼喂。每日晨稱重，記錄大鼠體重的變化，稱量并記錄當天每只大鼠投入飼料的重量。

40只雄性SD大鼠，隨機分為4組、每組10只，分別為甾醇凝膠劑空白對照組、甾醇凝膠劑低劑量組（3%質量分數甾醇凝膠劑）、甾醇凝膠劑中劑量組（6%質量分數甾醇凝膠劑）、甾醇凝膠劑高劑量組（9%質量分數甾醇凝膠劑）。油脂添加量占總飼料質量的8%。大鼠于空調動物實驗室全塑代謝籠內單獨喂養，采用對喂法以保證試驗周期內每只大鼠食物平均攝入量相等，自由飲用蒸餾水。環境參數為溫度（23±1）℃，相對濕度（60±5）%，12 h晝夜交替。大鼠飼養6周后禁食12 h，麻醉后剪股動脈取血，分別取肝素抗凝血及非抗凝血，非抗凝血3 000 r／min離心分離血清，凍存備用。同時對肝、腎、腦、睪腎脂肪組織稱重。

1.2.2 血清生化指標測定

將未抗凝血3 000 r／min離心20 min，分離出血清，24 h內用Hitachi7600全自動生化分析儀檢測。檢測項目包括總蛋白、白蛋白、葡萄糖、尿素氮、尿酸、谷丙轉氨酶、天冬氨酸轉氨酶、高密度脂蛋白膽固醇（HDL-C）、低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）、總膽固醇（TC）、和三酰甘油（TG）、游離脂肪酸、瘦素、胰島素（放射免疫分析法）、脂肪酶、脂蛋白，采用南京森貝伽生物科技有限公司試劑盒。

1.2.3 血常規測定

肝素抗凝全血用MEK-6318K全自動血球分析儀測定。檢測項目包括紅細胞、白細胞、血小板、紅細胞體積、血紅蛋白、平均紅細胞容積、平均紅細胞血紅蛋白含量、嗜酸性粒細胞等。

1.2.4 抗氧指標測定

血清中超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）及脂質過氧化產物丙二醛（MDA）含量測定，南京建成生物試劑公司生產的試劑盒。

1.2.5 食物轉化率、脂肪指數、臟器指數、致動脈粥樣硬化指數AI、抗動脈粥樣硬化指數AAI

食物轉化率＝體重增加量／食物攝入量×100

脂肪指數＝睪腎脂肪質量／體重×100

臟器指數＝臟器質量／體重×100

致動脈粥樣硬化指數AI＝（TC-HDL-C）／HDL-C

抗動脈粥樣硬化指數AAI＝HDL-C／TC

1.2.6 統計分析

試驗數據以平均值±標準誤差表示，采用軟件SPSS19.0進行方差分析，數據右上角不同字母表示組間差異有顯著性（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 甾醇凝膠劑對大鼠體重、攝食量及各主要臟器指數的影響

6周大鼠喂養試驗表明，生長期間的各組大鼠攝食量相等，精神狀態基本良好，體毛順滑，毛色正常，行動敏捷，沒有不良反應。各組大鼠隨著生長發育，攝食量增加，體重穩定增加，如圖1所示。表5顯示了當喂食含有植物甾醇的人造奶油后，大鼠的組間體重和植物甾醇喂食量的增加呈負相關性，但無顯著組間差異（P＞0.05），其中以空白對照組的大鼠體重最高，而攝食高劑量組質量分數為9%的甾醇凝膠人造奶油產品的大鼠體重最輕。這可能與不同組間大鼠飼料中的凈脂肪攝入量有關，由于植物甾醇的能量密度僅為油脂的13%左右，所以對照組的大鼠攝食的凈脂肪量最高。

圖1 大鼠生長期間體重變化

動物臟器指數反映受試物的營養狀況和內臟變化情況。從表5還可以看出，各組大鼠的脂肪指數隨著植物甾醇喂食量的增加而依次升高，其中9%植物甾醇組大鼠脂肪指數最高，達到空白對照組的1.5倍，并且有顯著差異（P＜0.05），此結果暗示了隨著飼料中植物甾醇數量的增加，大鼠內臟的睪腎部位容易產生脂類堆積，這可能與動物的性激素和皮質激素產生的部位有較密切的關系。同時，大鼠的腦指數、心指數也存在組間差異（P＜0.05），肝指數、腎指數和脾指數的差異不顯著。

表5 人造奶油中的甾醇凝膠劑含量對大鼠體重及臟器指數的影響

2.2 甾醇凝膠劑對大鼠血常規指標的影響

大鼠血液學常規測定結果如表6所示。和空白對照組相比，喂食含有植物甾醇有機凝膠劑的人造奶油組，各試驗組大鼠的白細胞數及淋巴細胞百分比都有所降低，但無明顯差異（P＞0.05），而中劑量質量分數為6%和高劑量質量分數為9%的植物甾醇有機凝膠劑組在紅細胞數、血紅蛋白方面都高于空白對照組，但無顯著差異（P＞0.05）。

表6 人造奶油中的甾醇凝膠劑含量對大鼠血常規指標的影響

2.3 甾醇凝膠劑對大鼠血清生化指標的影響

甾醇凝膠劑對大鼠血清生化指標的影響如表7所示。試驗結果表明，攝入甾醇凝膠劑的大鼠，其血清中胰島素含量顯著高于空白對照組（P＜0.05），暗示β-谷甾醇和γ-谷維素鍵合物凝膠劑對胰島素的分泌有促進作用；同時，各組的尿酸含量顯著低于空白對照組（P＜0.05），各組大鼠肝臟受損指標谷丙轉氨酶和谷草轉氨酶的含量均低于空白對照組。

另外，試驗結果表明，攝入甾醇凝膠劑的大鼠其血清總蛋白、球蛋白、白蛋白的含量均顯著低于對照組（P＜0.05）。臨床營養評價中常用血清總蛋白、白蛋白來判斷動物機體的營養狀況。其中白蛋白不僅作為脂肪酸、激素、氨基酸和微量元素鋅的載體蛋白，還能清除產生的過氧化脂質。上述試驗中的甾醇凝膠導致大鼠血清總蛋白、球蛋白和白蛋白降低的原因，還需進一步的探索和研究。同時，試驗結果還顯示，攝食了高劑量組質量分數為9%的甾醇凝膠劑的大鼠血清中，瘦素的含量顯著低于其他各試驗組（P＜0.05），這可能和表5的大鼠脂肪指數升高具有關聯性；除此之外，其游離脂肪酸的含量也明顯高于其他各試驗組（P ＜0.05）。

表7 人造奶油中的甾醇凝膠劑含量對大鼠血生化指標的影響

2.4 甾醇凝膠劑對大鼠血脂及動脈硬化指標的影響

表8結果表明，攝入β-谷甾醇和γ-谷維素的甾醇凝膠劑的各試驗組大鼠，其血清中總膽固醇、三酰甘油、低密度脂蛋白、高密度脂蛋白含量及致動脈粥樣硬化指數AI值均明顯低于空白對照組（P＞0.05）。同時，各組的高密度脂蛋白與低密度脂蛋白的比值（HDL／LDL值）和抗動脈粥樣硬化指數AAI值均高于空白對照組（P＜0.05），而AI值均低于空白對照組。心血管疾病的臨床醫學將HDL／LDL值、AAI值和AI值視為反映動脈粥樣硬化的重要指標，其中AAI值、HDL／LDL值越高，AI值越低，表明抗動脈硬化的效果越好［21］。以上試驗結果說明β-谷甾醇和γ-谷維素的甾醇凝膠劑可以顯著影響受試動物的心血管疾病因子指標，降低其血清膽固醇水平，減少動物的心血管疾病風險。

表8 人造奶油中的甾醇凝膠劑含量對大鼠血脂的影響

2.5 甾醇凝膠劑對大鼠氮代謝的影響

試驗動物大鼠的氮平衡狀態反映其機體的蛋白質代謝。在大鼠生長發育期，由于蛋白質合成代謝超過分解代謝，一般表現為正氮平衡。表9所示的各組大鼠氮代謝均處于正氮平衡狀態，表明各組飼料均能夠滿足生長期大鼠機體發育過程中對蛋白質的需求。

表9的試驗結果顯示，各試驗組大鼠的氮平衡和糞脂肪含量均顯著高于對照組（P＜0.05），并隨著甾醇凝膠劑的攝入量增加而上升。其中，糞脂肪的增加和表5所示的大鼠睪腎脂肪指數的增加呈相似趨勢，這可能與糞脂肪中含有部分未被代謝的有機凝膠劑有關。另外，攝入質量分數為6%和9%甾醇凝膠劑的試驗組，其大鼠糞干重高于對照組。同時，攝入甾醇凝膠劑的試驗組大鼠的糞含水量及尿氮含量均低于空白對照組。

表9 人造奶油中的甾醇凝膠劑含量對大鼠氮代謝的影響

2.6 甾醇凝膠劑對大鼠血清抗氧化活性指標的影響

由表10可知，攝食高劑量組質量分數為9%β-谷甾醇和γ-谷維素甾醇凝膠劑的大鼠，其血清中的脂質過氧化物（MDA）均明顯低于其他各組，而低劑量組和中劑量組的甾醇凝膠劑喂養的大鼠MAD值均高于空白對照組。同時，攝入甾醇凝膠劑的大鼠血清中的超氧化物歧化酶（SOD）的活性，隨著甾醇含量的增加呈現下降趨勢，均明顯低于空白對照組（P＜0.05）。另外，高劑量組大鼠血清中的抗氧化酶指標谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px），其活性高于對照組（P＞0.05）。β-谷甾醇和γ-谷維素甾醇凝膠劑導致大鼠血清中這3種抗氧化活性指標變化的真正原因，還需要進一步深入的探究。

表10 人造奶油中的甾醇凝膠劑含量對大鼠血清抗氧化活性指標的影響

3 結論

通過大鼠喂養試驗，研究和評價β-谷甾醇和γ-谷維素鍵合物的植物甾醇凝膠劑對包括心血管疾病高風險因子在內的、較全面的動物營養生理功能的影響。試驗結果表明，當飼料中含有β-谷甾醇和γ-谷維素鍵合物的植物甾醇型凝膠化特種油脂產品時，試驗組大鼠的體重均低于對照組，且高劑量組大鼠體重最低，同時，數據顯示甾醇型有機凝膠劑量的增加使大鼠睪腎部位容易產生脂類堆積。試驗數據還顯示，大鼠的血清總膽固醇、三酰甘油和低密度脂蛋白水平均隨著有機凝膠添加量的增加而呈現降低的劑量效應，并具有較好的抗動脈硬化的風險。其他的大鼠營養生理數據表明，有機凝膠劑β-谷甾醇和γ-谷維素鍵合物人造奶油產品對動物機體不會產生不良影響。

志謝：本研究由2014年度金龍魚營養與安全研究基金資助，特此感謝！

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Effect of Organogelation of Edible Oil with Bonding Mixture ofβ-Sitosterol andγ-Oryzanolas on Function of Nutrition Physiology of Rats

Song Shuhui1Zhao Lin2Zhao Xuezhi1Zhang Hong3Zheng Chao3Fu Hong4
（Beijing Vegetable Research Center，Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences；Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Horticultural Crops of North China，Ministry of Agriculture；Key Laboratory of Urban Agriculture （North），Ministry of Agriculture，P.R.China1，Beijing 100097）
（Department of Nutrition，the General Hospital of PLA2，Beijing 100853）
（Wilmar （Shanghai）Biotechnology Research and Development Center Co.Ltd.3，Shanghai 200137）
（College of Biological Science and Technology，Fuzhou University4，Fuzhou 350108）

Organogel can solidify and trap liquid oil and showed a solid-like rheological property，and the application of organogels to structure liquid oils had become an active area of research in the past years.In this study，we examined the effect of bonding mixture ofβ-sitosterol andγ-oryzanolas as organogel on animal nutrition physiological function by the rat feeding test，including the high risk factor of cardiovascular disease.With feed of margarine structured by bonding mixture ofβ -sitosterol and γ -oryzanolas，there was no adverse effects on rats.The results showed that，rat body weight of experimental groups was lower than the control group，and the high dose group was the lowest.Meanwhile，the data implied that the increasing dose of sterol organogel can promote accumulation of adipose tissue in the part of testosterone and kidney of rats.In addition，the rats serum total cholesterol，triglyceride and low density lipoprotein levels were decreased with the increasing amount of organogel，which indicated that sterol organogel had better effect on the risk of antiatherosclerosis.

bonding mixture of β -sitosterol and γ -oryzanolas，organogel，edible oil，nutrition physiology of rats

TS22

A

1003-0174（2016）11-0062-07

2015-03-24

宋曙輝，女，1971年出生，副研究員，蔬菜營養與功能成分分析評價

傅紅，女，1970年出生，教授，食品脂質開發與應用