植物甾醇的功能应用

摘要：植物甾醇是一种新型的功能性饲料，是一种以环戊二烯菲为骨架的3-羟基化合物，是一种具有胆固醇结构的活性物质。植物甾醇以游离态、酯化态和糖苷的形式存在于植物细胞膜中。植物甾醇可以降低胆固醇，是一种抗氧化剂，可预防心血管疾病。在动物生产中，植物甾醇可以促进动物和家禽的生长，提高动物产品的质量。该文简要介绍植物甾醇的性质、来源、提取，以及植物甾醇的生物学功能，如胆固醇代谢、抗氧化、激素功能、抗癌功能、免疫调节功能、抗炎作用和生长调节功能，综述植物甾醇在动物生产中的应用。关键词：植物甾醇；生物学功能；动物生产

引言：生物组织中含有大量的植物甾醇，其起到重要的生理功能。植物细胞膜和动物细胞膜内含有甾体化合物，所以在动物和植物的细胞膜含有植物甾醇。自20世纪50年代之后，开展大量动物临床试验研究，结果发现植物甾醇及其相关制剂对于心血管疾病、高胆固醇血症等具有良好的预防和治疗作用，并显示出较高的安全性。迄今已经研发出含有植物甾醇的功能性食品。

1植物甾醇的性质

1.1植物甾醇的来源

植物甾醇是一种含有活性成分的甾体化合物，在植物油、植物种子、坚果、水果和其他植物食品都存在植物甾醇，但是其存在形式不同，常见的有甾醇酯、甾醇糖苷、游离甾醇、酰化甾醇糖苷等，所以植物甾醇是植物细胞的关键组成。高纯度的植物甾醇呈固体、白色、无味，大多为粉末和片状，可以在有机溶剂中溶解，不溶于水、酸或碱。植物甾醇的热稳定性良好，熔点超过100℃，最高温度为215℃。植物甾醇主要包括豆甾醇、菜油甾醇、β-谷甾醇、谷甾烷醇等。而β-谷甾醇是植物甾醇的主要成分，占总量60%~90%。植物中的植物甾醇含量大约是总油的0.4%。人们的日常饮食中可以摄入一定量的植物甾醇，亚洲国家中，每人摄入大概400mg/d的植物甾醇；而欧洲国家通过饮食大概会摄入150~400mg/d的植物甾醇。

1.2植物甾醇的结构

植物甾醇含有1，2-环戊烷并菲甾核，具有不同程度的水合作用，属于四环三萜类天然产物。但是植物甾醇C-24位点连存在甲基或乙基，如菜油甾醇、豆甾醇、菜籽甾醇、β-谷甾醇等。其中，豆甾醇、菜籽甾醇等部分植物甾醇C-22位点为双键。正是因为侧链结构的细微变化，植物甾醇在动物和人类生活中表现出生物学和药理作用。植物甾醇的活性基团为C-3位羟基。因为酸性介质、代谢酶的作用，在人体摄入植物甾醇之后，其将会和脂肪酸、葡萄糖、磷脂及其他底物产生反应，会出现各种生物活性物质，与胆固醇衍生物类似。C-3位羟基结构、C-24位基团的空间位阻效应，使得植物甾醇的胆固醇吸收能力显著下降，加强脂肪的分解代谢速度。C-24位叔碳的抗氧化能力显著，可直接猝灭活性氧簇，阻断不饱和脂肪酸过氧化的链式反应，确保基体的氧化还原平衡，缓解多种慢性疾病的发展。

1.3植物甾醇的吸收

动物是通过食物来获取植物甾醇，因为其体内无法合成。动物对于植物甾醇的吸收类似于胆固醇吸收，但是食物中的植物固醇吸收率平均约为5%，相对较低，而胆固醇的吸收率显著高于植物甾醇。一般状态下，每人每天的植物甾醇摄入量为160~360mg，而血清内的植物甾醇浓度为3~17mg/L。不同类型的植物甾醇存在不同的吸收率[1]。甾醇油菜吸收率最高，其次是β-谷甾醇，吸收率最低的是豆甾醇。C-24侧链中C原子数在增加的同时，豆甾醇吸收率会逐渐降低。植物甾醇在体内的吸收与其化学形式的变化之间具有直接关系，例如β-谷甾醇α当双结合位置转换为谷甾醇时，吸收率下降；菜油甾醇的双键饱和之后，增加吸收率。植物甾醇在改性之后，可以显著提升水溶性，促进酯化，显著提高动物对植物甾醇的吸收率。

1.4植物甾醇的代谢

肠道吸收植物甾醇后，血液脂蛋白会将其输送到全身，并分布在全身中。健康成人的全天饮食中，血清植物甾醇水平仅为7~24mmol/L，但是随着植物甾醇摄入量的增加，血清中的植物甾醇含量会成倍增加。肾上腺、卵巢、动物肝脏、睾丸和其他器官中，存在着较高含量的植物甾醇，植物甾醇可作为体内甾醇激素的前体。人类或大鼠的植物甾醇可以用来产生皮质醇、性激素。部分动物的体内甾醇可以转化成胆固醇，如昆虫、虾等，合成甾醇激素。未被代谢或吸收的植物甾醇会成为一系列从体内释放的代谢产物。

2植物甾醇的生理功能

2.1对胆固醇代谢的影响

20世纪50年代，人们发现饮食中摄入的植物甾醇越多，胆固醇吸收率越低，血清胆固醇水平越低。近年来，降低胆固醇功能的植物甾醇再次引起人们的兴趣。许多动物和人类的经验表明，补充植物甾醇、甾烷醇等可以降低低密度胆固醇（LDL-C）与总胆固醇（TC）。这种降低血液胆固醇的作用不仅与抑制肠道对胆固醇的吸收有关，还与肝脏或肠道中植物甾醇的胆固醇代谢的其他方面有关。植物甾醇和甾烷醇对降低血液胆固醇的作用已被公认，但其机制尚不清楚[2]。不同的科学家提出许多不同的机制。根据上述胆固醇和植物甾醇的吸收和代谢机制，可以从3个层面总结植物甾醇对于胃肠道胆固醇吸收存在的影响：对于胃肠、十二指肠物理化学作用：植物甾醇和胆固醇形成混合结晶，竞争乳糜颗粒中的空间；在吸收点位中的作用，抑制胰腺胆固醇酶；细胞内外流：竞争胆固醇跨膜转运体，抑制ACAT活性，组装乳糜微粒。

2.2对血浆脂蛋白的影响

研究表明，当人造黄油中添加一定量的植物甾醇（或甾烷醇）时，在食用一定时间后，LDL胆固醇的降低和安慰剂组之间存在显著差异，植物甾醇2g/d的效果最好。经过多项研究证明，甾烷醇对LDL-C水平降低的平均数为10.1%，而甾醇的LDL-C降低9.7%，这意味着甾烷醇抑制低密度脂蛋白，可以使其水平得到有效下降。另一项实验表明，高胆固醇患者在经过治疗后（甾烷醇1.8g/d）可将LDL-C降低8.5%；用1.6g/d甾醇治疗1年后，LDL-C下降5.9%[3]。

2.3抗氧化作用

在畜牧业中，氧化应激会下降动物的质量和生产效率，动物还会出现许多疾病。动物如果处于应激状态，会产生比其所能清除能力更多的自由基。自由基过量会对身体产生不可逆的氧化损伤。摄入外源性抗氧化剂可以将体内的自由基含量减少，避免脂质过氧化，帮助身体对抗许多种疾病。动物体内的主要抗氧化酶是过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX）、过氧化物酶歧化酶（SOD）。其抗氧化活性和人体清除自由基的能力为正相关。有专家研究发现，植物甾醇的抗氧化作用可能因为选择性提高体内抗氧化内活性[4]。植物甾醇的抗氧化功能在分子侧链中存在亚乙基。

2.4免疫抗炎作用

β-谷甾醇及糖苷对淋巴细胞增殖可能产生刺激。Bouic[5]在1996年开展一项实验，对马拉松长跑运动员采用β-谷甾醇及其糖苷混合物。经过一段时间后发现，试验组血清白介素6（IL-6）浓度下降，CD3和CD4细胞数量增加。血液白细胞总数比较，试验组要比对照组人员低。意味着在结束比赛和训练后，运动员的免疫抑制降低，感染的可能性降低，这表明植物甾醇具有免疫调节功能。植物甾醇可以起到抗炎效果，原炎症细胞因子包括IL-6、肿瘤坏死因子α（TNF-α）、反应蛋白C。许多实验表明，β-谷甾醇具有与强的松、氢化可的松类似的抗炎作用；豆兹醇虽然具有抗炎作用，但是却没有与可的松类类似的副作用。

2.5调节性激素分泌

植物甾醇的浓度过高会影响生物繁殖。有研究发现当前的鳕鱼产卵期延迟，原因在于该海域的谷甾醇、二噁英以及其他激素化合物增加。冯子懿等[6]通过开展鱼类的植物甾醇水浴暴露试验，发现植物甾醇浓度在增加的同时，鱼类的肝脏重量、性腺重量受到抑制。植物甾醇浓度合理，对生物繁殖则具有积极作用。

3植物甾醇在动物生产中的应用

3.1在猪生产中的应用

植物甾醇的激素效应对动物生长可以起到一定促进效果。有专家证明，饲料中添加植物甾醇150mg/kg可以增加断奶仔猪后的平均每日摄入量（ADFI），但对平均日增重（ADG）和饲料转化率（FCR）没有显著影响。有专家添加不同剂量的植物甾醇（0、50、100、150mg/kg和200mg/kg），初始重量为50kg，以监测其对最终猪生长效率和肉质的影响。结果表明，添加150mg/kg或200mg/kg植物甾醇后，成年猪ADG和ADFI增加，增长肌肉大理石纹的概率随之增加。肌肉大理石纹是反映猪肌肉纤维中的脂肪分布的指标，关系到肉类口感。扶国才等[7]使用植物甾醇25mg/kg应用在种猪中，开展60d的营养干预。结果表明，种猪的ADG出现显著提高，FCR下降，瘦肉率出现上升。也有人在猪饲料中添加15mg/kg和30mg/kg植物甾醇。饲喂56d后，与对照组相比，植物甾醇组ADG提高12.16%，FCR降低2.56%。程业飞等[8]表示，在比较60kg仔猪使用常规植物甾醇和乳化植物甾醇的效果时，同样是30mg/kg剂量，并无显著差异，不会对猪生长产生影响，但是可以在不同程度上提高表观干物质、粗蛋白质的消化率、有机物，还可以调节蛋白质、血液中的脂质代谢。比较最终猪粗脂肪的表观消化率，发现乳化植物甾醇要比普通植物甾醇的消化率更好。动物吸收植物甾醇的效率非常低，经过乳化处理能够提高猪肠道的植物甾醇吸收率。

3.2在肉鸡生产中的应用

对于肉鸡日粮分别添加植物甾醇10、20和40mg/kg，一段时间后发现肉鸡的总氧化物歧化酶（SOD）活性提高12.05%、6.16%和8.43%，20mg/kg添加组的肉鸡体重平均日增重4.26%。在817只肉鸡的基础日粮中添加5%植物甾醇，肉鸡的平均最终体重和平均日增重均显著增加，存活率也得到提升[9]。在肉鸡的基础饮食中增加植物甾醇200g/t，经过一段时间的观察后发现，鸡的平均日增重、平均体重、超氧化物歧化酶活性、高密度胆固醇水平也会相应增加。而添加5、10和20mg/kg植物甾醇在肉鸡的日粮中，各项指标并未出现明显变化。

3.3在牛生产中的应用

在奶牛日粮中添加3~5g植物甾醇，可以提高产奶量、乳蛋白率、非脂乳固体率，还能够延缓泌乳中期产奶量的下降。泌乳晚期营养过剩的奶牛会因为肥胖症、高胆固醇血症等疾病，出现肝脏氧化损伤，养殖风险增加，经济效益下降。将200mg/d的植物甾醇添加到奶牛的日常饮食中，可以提高产奶量，提高奶牛的抗氧化能力，降低血液胆固醇的发生率。

3.4在肉鸭生产中的应用

将不同水平（10、20、40mg/kg和80mg/kg）的植物甾醇添加到肉芽的日粮中，不会影响肉鸭的生长质量，但是能够降低肉鸭血清中的TC和LDL-C，最佳添加剂量为20mg/kg。在10mg/kg时，植物甾醇也能够提高鸭的脂肪含量，所以植物甾醇对动物体内的脂肪再分配可能存在影响。植物甾醇可以降低血浆LDL-C，调节肝脏内源性胆固醇的合成代谢，增加肝脏和血浆中的总过氧化物歧化酶活性，促进鸭抗氧化能力的提升。吴萍等[10]对于分别分析普通和乳化植物甾醇对鸭肌肉生长、脂肪沉积和肌肉质量的影响。结果表明，2种植物甾醇分别能显著降低1~21日龄和42日龄鸭的FCR含量和TC含量。普通植物甾醇的添加在一定程度上改善肉鸭的品质。

4总结

在日粮中添加植物甾醇不仅可以降低胆固醇，提高瘦肉率，改善瘦肉品质，还可以提高动物的生产性能和经济效益。但是植物甾醇还存在吸收率低、作用机理不明确、应用不全面等问题，需要进行进一步研究，让这一新型饲料添加剂为畜牧饲料提供更好的效果。

参考文献

[1]　赵鑫，姜文．植物甾醇的生物学功能及在育肥猪生产中的应用[J]．今日养猪业，2018（2）：93-95．

[2]　王恬．植物甾醇的性质、功能及其在动物生产上的应用[J]．饲料工业，2018，39（20）：1-10．

[3]　赵曼，孔珂昕，薛露，等．植物甾醇及其衍生物的生物合成途径研究进展[J]．中草药，2022，53（18）：5884-5898．

[4]　李欣，成细瑶，彭飞，等．工业分枝杆菌植物甾醇转化途径及菌种改造研究进展[J]．工业微生物，2021，51（1）：50-56．

[6]　冯子懿，侯丽萍，郑果，等．谷甾醇对斑马鱼生长发育和生殖的影响[J]．湖南农业科学，2017（2）：74-79．

[7]　扶国才，罗有文，王恬，等．植物甾醇对生长猪生产性能和胴体品质的影响[J]．畜牧与兽医，2009，41（10）：45-47．

[8]　程业飞，胡琴，王春梅，等．普通和乳化植物甾醇对育肥猪生长性能、血清生化指标和养分消化率的影响[J]．中国粮油学报，2017，32（4）：98-102．

[9]　许栋，李景军，林丽秀，等．植物甾醇对猪生产性能、免疫指标及不同组织Wnt1基因表达的影响[J]．饲料研究，2021，44（17）：14-17．

[10]吴萍，陈跃平，温超，等．不同类型植物甾醇对肉鸭生长及肌肉品质的影响[J]．中国粮油学报，2012，27（1）：75-79

作者:文静 陈海伟 袁鸣 田慧敏 赵冰 萨如拉 单位:赤峰学院化学与生命科学学院