乳化植物甾醇（酯）研究进展

刘颖沙，李国秀，时 静，刘小宁

（杨凌职业技术学院，陕西杨凌 712100）

植物甾醇，也称植物固醇，归于甾类化合物大类，豆甾醇、β-谷甾醇、菜油甾醇和菜籽甾醇等几种甾醇是最常见的植物甾醇，均以甾核为构成单位，是构成植物细胞的活性成分。近年来，植物甾醇在国际食品行业的热门营养素中占有一席之位，为未来推荐的十大功能性营养成分之一。植物甾醇是美国食品及药物管理局认可的“降低血脂、预防动脉硬化”的原料，食品行业相继推出植物甾醇新产品。目前，植物甾醇可作为未来十大功能性营养成分，批准使用“有益健康标签”[1]。

大量的科学和动物应用实践表明，植物甾醇及其制品在降低胆固醇方面有较好效果，由于甾醇属于脂溶性物质，难溶于水，不能直接添加到食品和药品中，影响应用价值的发挥，经过大量的科学探索，乳化可明显增强植物甾醇的水溶性[2]，并使其应用到更多领域，再加上甾醇具有较高安全性、稳定性和乳化性等优势，备受科研工作者的青睐。

1 结构与性质

植物甾醇在结构上与胆固醇基本类似，结构骨架为环戊烷多氢菲，唯一不同在于侧链[3]，这唯一的细小差别造成巨大的性质差异，疏水性是植物甾醇首要的物理性质，但其结构中有亲水性羟基，故具有一定的亲水能力，疏水和亲水这2个特征使植物甾醇具有调节和控制反相膜流动性的能力。

化学结构见图1。

图1 化学结构

2 植物甾醇的来源

植物甾醇是构成植物细胞必不可少的组分，在玉米、豆荞麦和杏仁等植物中含量较高。作为一种微量生理活性成分，植物甾醇的主要来源是植物油脂，在常见大宗油品中的含量为0.1%～0.8%。

3 植物甾醇酯制备方法

植物甾醇酯的制备方法有2种，分别是生物和化学催化合成法，是通过植物甾醇和脂肪酸，植物甾醇和脂肪酸衍生物在一定条件下反应而得。脂肪酸一般为多种类型植物甾醇的混合物，通过选用不同类型的脂肪酸，可以改善脂溶性。

3.1 酶催化合成法

酶催化合成法具有反应条件温和、产物易分离、副产物较少等优点。基于此，国内外学者进行科学研究，高活性酯化酶和有机溶剂均可以显著提升酯化的程度，基于超临界流体所具有的高扩散性，以其为溶剂，低黏度的特性使得传质速度加快。

He Wensen等人[4]以Novozym 435酶作为催化剂，以大孔丙烯酸树脂为固定物，使其快速分离，以原料甾醇∶月桂酸=1∶4（摩尔比）的比例进行，数据显示得到植物甾醇月桂酸酯产率为79.3%。Zheng Ming Ming等人[5]通过酶具有疏水性，将其与阳离子进行交换，以二氧化硅颗粒（Candida rugosa酶固定于混合模式）作为酶催化剂制备甾醇亚麻酸酯，数据显示该生物催化酶7次重复使用后，甾醇酯产率仍能达到78.6%。

3.2 化学催化合成法

Saul Robles-Manuel等人[6]研究发现在制备植物甾醇酯时，负载金属氧化物催化剂显著加快速度，真正意义上实现了催化剂的有效分离。

4 应用及存在问题

4.1 主要功能及应用

植物甾醇具有降低机体TC和LDL水平、防治心血管疾病、清除自由基、抵抗癌症、调节免疫的功效[7-8]。

植物甾醇应用具有多元化，是市面上最早出现的保健食品，可用于治疗心血管疾病；可作为防止煎炸油劣变的抗氧化剂；再者，植物甾醇其可以清除自由基，具有一定的抗癌作用；植物甾醇的乳化性，使其作为皮肤营养剂，因渗透性强，还有生发、养发功效。

4.2 存在的问题

首先，植物甾醇熔点高、不溶于水，难以被人体吸收；其次，植物甾醇脂溶性低，难以均匀地加入食品、化妆品当中，影响其功效的发挥。

5 植物甾醇的乳化

5.1 乳化的意义和目的

植物甾醇作为天然甾醇资源，也是植物中的天然活性物质，经分析认为，植物甾醇最多来源于植物油及副产物，谷物次之，水果蔬菜来源较少[9]。

植物甾醇属于脂溶性物质，故而与水溶性物质难以混溶，一般不易被人体吸收，转化率偏低，也难以均匀地添加到食品、化妆品和药品等水溶性产品中，使其应用受到限制，而将其乳化可以克服这一弊端，进一步拓宽植物多醇的应用领域。因此，研究植物甾醇的乳化及乳化稳定性，对其更好地应用于生产生活的各个领域有着重要的理论和现实意义[10]。

随着食品工业的发展，乳化技术被越来越广泛地应用，大量产品以乳状液形式面市。在食品工业中使用乳状液不仅可使食品的风味、口感得到改善，也有利于人体的吸收，提高食品的保水性能。

5.2 植物甾醇的乳化机理

对植物甾醇进行乳化处理，乳化剂在水和植物甾醇间产生界面吸附作用。依据分子内极性的定向分布，亲油端伸向植物甾醇并与其非极性碳端结合，亲水端羟基伸向水，从而形成定向排列，最终植物甾醇分子和乳化剂的亲油端成为一部分，水分子和乳化剂的亲水端成为另一部分，这2个部分相互作用使得界面张力减小，乳化剂在植物甾醇分子周围形成具有一定强度的界面膜，使其在相互碰撞中不易凝结，从而达到乳化目的。

5.3 乳化研究进展

国内外的研究者对乳化处理植物甾醇已有报道，张娟聪[11]通过研究产物稳定性，将硬质酰乳酸钠乳化植物甾醇，随后采用喷雾干燥技术将其应用于牛奶饮品中。结果显示，乳化可以提高稳定性和均一性，1个月以后也没有任何沉淀现象的发生。赵昕[12]研究发现，不同配方的复合乳化剂对乳化效果有一定差异，以蔗糖酯-单甘酯-司盘80复合乳化剂效果最佳。钱伟等人[13]将3种乳化剂结合，形成集合颗粒，大小适中、均一稳定，放置时间很久也不出现上浮和沉降，具有持久稳定性。

国外研究者已取得专利保护产权，Wu W T等人[14]通过提高甾醇吸收率，制备乳化植物甾醇颗粒，因其颗粒微小，可方便加入食品、药品、化妆品当中。Akashe A[15]等人研发得到甾醇结晶物，熔点降低，也可以直接应用于食品奶酪中。Ostlund R E Jr[16]研究发现，乳化后的二氢谷甾醇可明显抑制和阻碍胆固醇的吸收利用。Engel R等人[17]添加卵磷脂和单甘脂即可抑制植物甾醇在水中结晶，提升水溶性甾醇的稳定性。

5.4 乳化效果的测定方法

2种方法可以对乳化效果进行测定，首先是观察法，将乳化剂加入甾醇溶液，摇匀后经过一段时间的水油分泵，出现时间越长，乳化效果越明显；第2种方法将乳化剂混合于植物甾醇中，离心弃去沉淀，测定上清液，吸光度值与乳化效果成正比关系。

6 乳化植物甾醇应用领域

6.1 降低胆固醇含量

Delaney B等人[18]以小鼠血清的胆固醇含量为基础，对比没有经过乳化和经卵磷脂乳化的2种植物甾醇。结果显示，经过乳化处理的植物甾醇可以明显降低小鼠血清中胆固醇含量，AUC值从319.86μg/mL/h降低至66.95μg/mL/h。夏利明[19]用符合乳化剂对植物甾醇进行乳化。试验结果显示，牛乳中随着植物甾醇不断添加，小鼠一些脂肪含量明显降低。例如，腹脂和体脂，同时肝脏质量也呈降低趋势，血清中TC，LDL和AI含量明显降低。Yoon W T等人[20]通过研究表明，将卵磷脂和溶血卵磷脂加入植物甾醇起乳化作用后，植物甾醇具备较高的稳定性和均匀性，乳化可以改善植物甾醇在生物体内的利用程度，从而使血清中的胆固醇含量明显降低。经过Akashe A等人[21]相关学术研究，经过乳化的植物甾醇可以作为食品添加剂加入食品中，对人体健康无害，再加上其可以降低血浆中胆固醇含量，所以有利于人体健康[22]。

对于为什么植物甾醇可以降低胆固醇含量，目前学术界有2种经典说法：第一，胆固醇作为脂溶性物质，在生物体肠道内可以被植物甾醇沉淀聚集成不被吸收利用的状态，所以可以降低胆固醇含量；第二，植物甾醇与胆固醇竞争磷脂胆酸盐微粒上的结合位点，从而可以将胆固醇的运载减慢，影响吸收。通过将植物甾醇研究应用于动物（猪） 的饲养管理中，植物甾醇不仅使得断奶仔猪的LDL-C降低，也使育肥猪血清中的LDL-C含量显著降低[23]。

6.2 制成超细微粒

植物甾醇属于脂溶性物质，水溶性较差，基于此特性，降低其生物利用程度。制成植物甾醇的超细微粒，其粒径极小，在水中或其他溶剂中所接触的比表面积较大，故而可快速提高溶解速率，提升生物利用效率。

6.3 制成微乳液

微乳液是由水、油、表面活性剂和助表面活性剂4种物质在适当配比下自发形成的一种外观透明、黏度低热力学稳定体系。微乳液具有表面张力低、直径较小、稳定均匀等优势，将植物甾醇应用于微乳液中可提升溶解程度，将微乳液在食品、药品、保健品和化妆品等领域，应用范围较广。

6.4 制成纳米脂质体

利用植物甾醇的特性制成纳米脂质体。众所周知，纳米具有分布均匀和粒径小等优点，制成纳米脂质体，稳定性和吸收程度都具有明显优势，增强其在水中溶解程度。Leong W F等人[24]研究制备成植物甾醇纳米分散体。由于植物甾醇难以与水溶性物质溶剂均匀混合，所以在食品中很难均匀分布，长期暴露于空气中，容易被氧化，导致过氧化值升高，不易贮藏，易出现酸败现象。

目前，将植物甾醇酯进行微胶囊化处理，制成微胶囊，外观小巧、稳定性良好，可以更好地应用于功能性食品中，使其具有更多功效[25]。崔炳群和夏辉等人[26-27]采用喷雾干燥方式对植物甾醇酯进行微胶囊化处理，更加方便地应用于实际中。

6.5 植物甾醇衍生物应用

植物甾醇具有多效生理优势，但由于游离植物甾醇在人体内很难消化利用，若超额使用会导致高脂血症，再加上其具有弱疏水性和脂溶性，限制植物甾醇的应用领域。植物甾醇的结构C-5和C-6间有双键，通过酯化操作，可以改善其固有特性，拓宽应用领域[28-29]。

植物甾醇衍生物同植物甾醇一样，具有重要多效的生理功能[30]，目前国际药物主要来源是甾体药物，不仅在食品、药品和化妆品得到充分应用，而且也在化工和纺织领域广泛应用。

（1） 食品工业领域。李晓光等人[31]研发一含有0.1%～10.0%的植物甾醇酯的蛋白饮料，其具有显著降低胆固醇的功能。由于植物甾醇具有较好的抗氧化能力和防止腐败作用，并且经过美国食品与药品管理局及多家官方机构认可其无毒无害，在食品中植物甾醇可直接添加，提升营养和利用价值。

（2）饲料工业领域。将动物饲料中加入植物甾醇，可以降低胆固醇在动物体内（鱼、虾和鸟） 的含量，同时可以刺激食欲，提高抗氧化酶活性，增强抗氧化机能，达到降低血脂和胆固醇的作用。

（3） 化妆品工业领域。在美国和日本等国家，植物甾醇由于具有较好的乳化性已经广泛应用于护肤品和化妆品中。已有研究发现谷甾醇具有较强的细胞膜渗透性，可以起到滋养皮肤、保持水分、预防红斑、抑制皮肤炎症等效果。将植物甾醇作为调节剂加入洗发水或护发素，具有保证头发的韧性、护头皮的作用。

我国植物甾醇资源丰富，但利用程度和开发产品与发达国家相差甚远。若将植物甾醇的特性进行研究，并进行乳化处理，通过动物试验和细胞培养对比吸收程度，为更好地利用植物甾醇奠定基础。

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