β-谷甾醇和γ-谷维素的甾醇凝胶化油脂对大鼠营养生理功能的影响

宋曙辉 赵 霖 赵学志 张 虹 郑 超 傅 红

β-谷甾醇和γ-谷维素的甾醇凝胶化油脂对大鼠营养生理功能的影响

宋曙辉1赵 霖2赵学志1张 虹3郑 超3傅 红4

（北京市农林科学院蔬菜研究中心；农业部华北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室；农业部都市农业（北方）重点实验室1，北京 100097）
（中国人民解放军总医院营养科2，北京 100853）
（丰益（上海）生物技术研发中心有限公司3，上海 200137）
（福州大学生物科学与工程学院4，福州 350108）

有机凝胶剂可以为液体油提供类似于固体流变学特性的功能，因此近年来在食用油脂的结构化中的研究日益广泛。通过大鼠喂养试验，研究和评价β-谷甾醇和γ-谷维素键合物的植物甾醇凝胶剂对包括心血管疾病高风险因子在内的动物营养生理功能的影响。结果表明，有机凝胶剂β-谷甾醇和γ-谷维素键合物人造奶油产品对动物机体不会产生不良影响；当饲料中含有β-谷甾醇和γ-谷维素键合物的植物甾醇型凝胶化特种油脂产品时，试验组大鼠的体重均低于对照组，且高剂量组大鼠体重最低，同时数据显示甾醇型有机凝胶剂量的增加使大鼠睾肾部位容易产生脂类堆积；大鼠的血清总胆固醇、三酰甘油和低密度脂蛋白水平均随着有机凝胶添加量的增加而呈现降低的剂量效应，显示其具有较好的抗动脉硬化风险作用。

β-谷甾醇和γ-谷维素键合物 有机凝胶 食用油脂 大鼠营养生理

十年来，由于消费者对减少食物中饱和脂肪和消除反式脂肪的迫切需求，有力地促进了有机凝胶剂代替传统食用油脂中固态脂肪的研究［1-5］。Bot等［6-7］开展甾醇型有机凝胶剂的研究以来，以β-谷甾醇和γ-谷维素键合物为代表的植物甾醇被认为是最具食用安全性和发展潜力的油脂有机凝胶剂。研究表明，β-谷甾醇和γ-谷维素甾醇键合物的分子凝胶特性和其化学结构相关，等摩尔量的β-谷甾醇和γ-谷维素形成的分子间氢键是构建网络结构的基础，它们可以自组装成纳米级的管状晶体，晶体进一步聚集和交互作用形成空间网络结构以固化液态油脂［8-12］，同时，由于植物甾醇具有独特的降低血清中总胆固醇和低密度脂蛋白（LDL）水平的功能特性，减少了膳食中动物甾醇和饱和脂肪产生的对人体心血管疾病的不利影响［13-14］，因此包括中国在内的许多国家允许其作为新资源食品或食品添加剂，并且许多国际食品企业已在油脂食品的生产中加以应用［12，15］。

作为新型的液态油脂凝胶剂，β-谷甾醇和γ-谷维素键合物的凝胶机理、凝胶性能及其在食品中的应用特性研究已备受关注，另一方面，作为植物甾醇的β-谷甾醇和γ-谷维素，其各自的营养功能及生理活性的研究也已被充分报道，但是，和植物甾醇单体不同的是，需要以特定比例和方式构建的β-谷甾醇和γ-谷维素键合物为有机凝胶剂的油脂产品，其营养生理学特性的研究才刚刚起步［16-17］，随着近年来有机凝胶化油脂产品的异军突起，相关研究已成为食用油脂领域的新课题，亟需更加深入的认识。在前期研究基础上［18-20］，以β-谷甾醇和γ-谷维素键合物的植物甾醇型凝胶化特种油脂产品为对象，按照2010年中国卫生部批准的植物甾醇及其酯作为新资源食品添加所容许的剂量要求［15］，通过饲喂试验大鼠不同添加量的甾醇凝胶剂，测定大鼠体重、脂肪指数、血清生化指标、动脉硬化指标和氮代谢等一系列功能指标，这是首次以具体的β-谷甾醇和γ-谷维素键合物的植物甾醇凝胶产品为对象，研究和评价此类凝胶剂对包括心血管疾病高风险因子在内的、较全面的动物营养生理功能的影响，为有机凝胶化油脂食品的实际应用提供基础数据和必要参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 实验动物

雄性SD大鼠40只［许可证编号CXK（军）2012-004］，由中国军事医学科学院实验动物中心提供。大鼠平均体重（70±2.4）g。

1.1.2 甾醇凝胶化油脂

以棕榈油和大豆油为基料油，制备饱和脂肪质量分数为30%、含水量为16%的甾醇凝胶化人造奶油［18］。其中甾醇凝胶剂为β-谷甾醇和γ-谷维素键合物，其质量比分别为2∶3（即摩尔量比为1∶1）。人造奶油中甾醇凝胶剂的添加量分别为甾醇凝胶剂空白对照组（质量分数为0%的甾醇凝胶剂）、甾醇凝胶剂低剂量组（质量分数为3%的甾醇凝胶剂）、甾醇凝胶剂中剂量组（质量分数为6%的甾醇凝胶剂）、甾醇凝胶剂高剂量组（质量分数为9%的甾醇凝胶剂）。

1.1.3 动物饲料配方

饲料制作参照美国AIN-93啮齿类实验动物纯化饲料标准，配制人工半合成饲料。各组饲料中的蛋白质、碳水化合物、脂肪和热量均保持一致。饲料配方见表1所示。

表1 人工半合成饲料配方

其中，饲料中矿物质混合物、维生素混合物及微量元素组成分别见表2～表4。

表2 矿物质混合物组成

表3 维生素混合物组成

表4 人工半合成饲料的微量元素成分

1.1.4 主要试剂及原料

棕榈油和大豆油（一级油）：丰益（上海）生物技术研发中心有限公司；β-谷甾醇（纯度95%）：西安开来生物工程有限公司；γ-谷维素（纯度99%）：随州佳科医药化工有限公司。

1.1.5 仪器设备

Hitachi7600全自动生化分析仪、U-3410紫外可见分光光度计：日本日立公司；Sartorius电子天平：德国哥廷根赛多利斯股份有限公司；LDZ5-2自动平衡离心机：北京医用离心机厂；TAKEDA鼓风干燥箱：日本竹田理化工业株式会社；全塑动物代谢笼：自制；Sn-69513型免疫计数器：上海核所日环光电仪器有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 试验动物分组及饲养

各种成分混匀后，于洁净不锈钢烘箱内42℃烘干，切成4 cm×4 cm块状食物饲喂。每日晨称重，记录大鼠体重的变化，称量并记录当天每只大鼠投入饲料的重量。

40只雄性SD大鼠，随机分为4组、每组10只，分别为甾醇凝胶剂空白对照组、甾醇凝胶剂低剂量组（3%质量分数甾醇凝胶剂）、甾醇凝胶剂中剂量组（6%质量分数甾醇凝胶剂）、甾醇凝胶剂高剂量组（9%质量分数甾醇凝胶剂）。油脂添加量占总饲料质量的8%。大鼠于空调动物实验室全塑代谢笼内单独喂养，采用对喂法以保证试验周期内每只大鼠食物平均摄入量相等，自由饮用蒸馏水。环境参数为温度（23±1）℃，相对湿度（60±5）%，12 h昼夜交替。大鼠饲养6周后禁食12 h，麻醉后剪股动脉取血，分别取肝素抗凝血及非抗凝血，非抗凝血3 000 r／min离心分离血清，冻存备用。同时对肝、肾、脑、睾肾脂肪组织称重。

1.2.2 血清生化指标测定

将未抗凝血3 000 r／min离心20 min，分离出血清，24 h内用Hitachi7600全自动生化分析仪检测。检测项目包括总蛋白、白蛋白、葡萄糖、尿素氮、尿酸、谷丙转氨酶、天冬氨酸转氨酶、高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）、总胆固醇（TC）、和三酰甘油（TG）、游离脂肪酸、瘦素、胰岛素（放射免疫分析法）、脂肪酶、脂蛋白，采用南京森贝伽生物科技有限公司试剂盒。

1.2.3 血常规测定

肝素抗凝全血用MEK-6318K全自动血球分析仪测定。检测项目包括红细胞、白细胞、血小板、红细胞体积、血红蛋白、平均红细胞容积、平均红细胞血红蛋白含量、嗜酸性粒细胞等。

1.2.4 抗氧指标测定

血清中超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）及脂质过氧化产物丙二醛（MDA）含量测定，南京建成生物试剂公司生产的试剂盒。

1.2.5 食物转化率、脂肪指数、脏器指数、致动脉粥样硬化指数AI、抗动脉粥样硬化指数AAI

食物转化率＝体重增加量／食物摄入量×100

脂肪指数＝睾肾脂肪质量／体重×100

脏器指数＝脏器质量／体重×100

致动脉粥样硬化指数AI＝（TC-HDL-C）／HDL-C

抗动脉粥样硬化指数AAI＝HDL-C／TC

1.2.6 统计分析

试验数据以平均值±标准误差表示，采用软件SPSS19.0进行方差分析，数据右上角不同字母表示组间差异有显著性（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 甾醇凝胶剂对大鼠体重、摄食量及各主要脏器指数的影响

6周大鼠喂养试验表明，生长期间的各组大鼠摄食量相等，精神状态基本良好，体毛顺滑，毛色正常，行动敏捷，没有不良反应。各组大鼠随着生长发育，摄食量增加，体重稳定增加，如图1所示。表5显示了当喂食含有植物甾醇的人造奶油后，大鼠的组间体重和植物甾醇喂食量的增加呈负相关性，但无显著组间差异（P＞0.05），其中以空白对照组的大鼠体重最高，而摄食高剂量组质量分数为9%的甾醇凝胶人造奶油产品的大鼠体重最轻。这可能与不同组间大鼠饲料中的净脂肪摄入量有关，由于植物甾醇的能量密度仅为油脂的13%左右，所以对照组的大鼠摄食的净脂肪量最高。

图1 大鼠生长期间体重变化

动物脏器指数反映受试物的营养状况和内脏变化情况。从表5还可以看出，各组大鼠的脂肪指数随着植物甾醇喂食量的增加而依次升高，其中9%植物甾醇组大鼠脂肪指数最高，达到空白对照组的1.5倍，并且有显著差异（P＜0.05），此结果暗示了随着饲料中植物甾醇数量的增加，大鼠内脏的睾肾部位容易产生脂类堆积，这可能与动物的性激素和皮质激素产生的部位有较密切的关系。同时，大鼠的脑指数、心指数也存在组间差异（P＜0.05），肝指数、肾指数和脾指数的差异不显著。

表5 人造奶油中的甾醇凝胶剂含量对大鼠体重及脏器指数的影响

2.2 甾醇凝胶剂对大鼠血常规指标的影响

大鼠血液学常规测定结果如表6所示。和空白对照组相比，喂食含有植物甾醇有机凝胶剂的人造奶油组，各试验组大鼠的白细胞数及淋巴细胞百分比都有所降低，但无明显差异（P＞0.05），而中剂量质量分数为6%和高剂量质量分数为9%的植物甾醇有机凝胶剂组在红细胞数、血红蛋白方面都高于空白对照组，但无显著差异（P＞0.05）。

表6 人造奶油中的甾醇凝胶剂含量对大鼠血常规指标的影响

2.3 甾醇凝胶剂对大鼠血清生化指标的影响

甾醇凝胶剂对大鼠血清生化指标的影响如表7所示。试验结果表明，摄入甾醇凝胶剂的大鼠，其血清中胰岛素含量显著高于空白对照组（P＜0.05），暗示β-谷甾醇和γ-谷维素键合物凝胶剂对胰岛素的分泌有促进作用；同时，各组的尿酸含量显著低于空白对照组（P＜0.05），各组大鼠肝脏受损指标谷丙转氨酶和谷草转氨酶的含量均低于空白对照组。

另外，试验结果表明，摄入甾醇凝胶剂的大鼠其血清总蛋白、球蛋白、白蛋白的含量均显著低于对照组（P＜0.05）。临床营养评价中常用血清总蛋白、白蛋白来判断动物机体的营养状况。其中白蛋白不仅作为脂肪酸、激素、氨基酸和微量元素锌的载体蛋白，还能清除产生的过氧化脂质。上述试验中的甾醇凝胶导致大鼠血清总蛋白、球蛋白和白蛋白降低的原因，还需进一步的探索和研究。同时，试验结果还显示，摄食了高剂量组质量分数为9%的甾醇凝胶剂的大鼠血清中，瘦素的含量显著低于其他各试验组（P＜0.05），这可能和表5的大鼠脂肪指数升高具有关联性；除此之外，其游离脂肪酸的含量也明显高于其他各试验组（P ＜0.05）。

表7 人造奶油中的甾醇凝胶剂含量对大鼠血生化指标的影响

2.4 甾醇凝胶剂对大鼠血脂及动脉硬化指标的影响

表8结果表明，摄入β-谷甾醇和γ-谷维素的甾醇凝胶剂的各试验组大鼠，其血清中总胆固醇、三酰甘油、低密度脂蛋白、高密度脂蛋白含量及致动脉粥样硬化指数AI值均明显低于空白对照组（P＞0.05）。同时，各组的高密度脂蛋白与低密度脂蛋白的比值（HDL／LDL值）和抗动脉粥样硬化指数AAI值均高于空白对照组（P＜0.05），而AI值均低于空白对照组。心血管疾病的临床医学将HDL／LDL值、AAI值和AI值视为反映动脉粥样硬化的重要指标，其中AAI值、HDL／LDL值越高，AI值越低，表明抗动脉硬化的效果越好［21］。以上试验结果说明β-谷甾醇和γ-谷维素的甾醇凝胶剂可以显著影响受试动物的心血管疾病因子指标，降低其血清胆固醇水平，减少动物的心血管疾病风险。

表8 人造奶油中的甾醇凝胶剂含量对大鼠血脂的影响

2.5 甾醇凝胶剂对大鼠氮代谢的影响

试验动物大鼠的氮平衡状态反映其机体的蛋白质代谢。在大鼠生长发育期，由于蛋白质合成代谢超过分解代谢，一般表现为正氮平衡。表9所示的各组大鼠氮代谢均处于正氮平衡状态，表明各组饲料均能够满足生长期大鼠机体发育过程中对蛋白质的需求。

表9的试验结果显示，各试验组大鼠的氮平衡和粪脂肪含量均显著高于对照组（P＜0.05），并随着甾醇凝胶剂的摄入量增加而上升。其中，粪脂肪的增加和表5所示的大鼠睾肾脂肪指数的增加呈相似趋势，这可能与粪脂肪中含有部分未被代谢的有机凝胶剂有关。另外，摄入质量分数为6%和9%甾醇凝胶剂的试验组，其大鼠粪干重高于对照组。同时，摄入甾醇凝胶剂的试验组大鼠的粪含水量及尿氮含量均低于空白对照组。

表9 人造奶油中的甾醇凝胶剂含量对大鼠氮代谢的影响

2.6 甾醇凝胶剂对大鼠血清抗氧化活性指标的影响

由表10可知，摄食高剂量组质量分数为9%β-谷甾醇和γ-谷维素甾醇凝胶剂的大鼠，其血清中的脂质过氧化物（MDA）均明显低于其他各组，而低剂量组和中剂量组的甾醇凝胶剂喂养的大鼠MAD值均高于空白对照组。同时，摄入甾醇凝胶剂的大鼠血清中的超氧化物歧化酶（SOD）的活性，随着甾醇含量的增加呈现下降趋势，均明显低于空白对照组（P＜0.05）。另外，高剂量组大鼠血清中的抗氧化酶指标谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px），其活性高于对照组（P＞0.05）。β-谷甾醇和γ-谷维素甾醇凝胶剂导致大鼠血清中这3种抗氧化活性指标变化的真正原因，还需要进一步深入的探究。

表10 人造奶油中的甾醇凝胶剂含量对大鼠血清抗氧化活性指标的影响

3 结论

通过大鼠喂养试验，研究和评价β-谷甾醇和γ-谷维素键合物的植物甾醇凝胶剂对包括心血管疾病高风险因子在内的、较全面的动物营养生理功能的影响。试验结果表明，当饲料中含有β-谷甾醇和γ-谷维素键合物的植物甾醇型凝胶化特种油脂产品时，试验组大鼠的体重均低于对照组，且高剂量组大鼠体重最低，同时，数据显示甾醇型有机凝胶剂量的增加使大鼠睾肾部位容易产生脂类堆积。试验数据还显示，大鼠的血清总胆固醇、三酰甘油和低密度脂蛋白水平均随着有机凝胶添加量的增加而呈现降低的剂量效应，并具有较好的抗动脉硬化的风险。其他的大鼠营养生理数据表明，有机凝胶剂β-谷甾醇和γ-谷维素键合物人造奶油产品对动物机体不会产生不良影响。

志谢：本研究由2014年度金龙鱼营养与安全研究基金资助，特此感谢！

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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

宋曙辉，女，1971年出生，副研究员，蔬菜营养与功能成分分析评价

傅红，女，1970年出生，教授，食品脂质开发与应用