对溶血磷脂的深度认识

发表时间:2022/02/27 13:14:50  作者:曦曦博士  浏览次数:7688  
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人和单胃动物都是一样的。在人的营养中,一个大家熟悉的营养补品「卵磷脂」常常与“调节血脂”这个功能挂在一起;在动物营养中,磷脂和它的同门兄弟「溶血磷脂」类产品也受到越来越多的关注。


它们跟脂肪的消化和吸收到底有什么样的关系呢?今天我们来重点关注一下「溶血磷脂」--- 它到底是什么?从哪儿来?能干啥?这三个基本问题,我们来讲清楚吧~


问题#1. 「溶血磷脂」是什么?


首先,概念必须明确。当我们在聊溶血磷脂时,我们到底聊的是什么样的一个物质?


在营养学中,我们都知道蛋白质、碳水化合物、脂类这三大有机营养物质;

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其中,「脂类」是个大杂烩,它的分类比较复杂。简单来说,它包括了甘油三酯(即脂肪的真身)类脂、蜡类、固醇类...等等等等;

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其中,「类脂」(长得像脂肪的)又包括了磷脂、糖脂、脂蛋白等“复杂脂类“;

没有比这更详细的溶血磷脂的深度认识了

磷脂是老朋友了 --- 中学生物课天天讲“细胞膜的双层磷脂结构”(红色圆脑袋+黄色尾巴的就是磷脂)


而磷脂 (phospholipids) 呢,仍然是一个大杂烩 --- 只要含有「磷酸」的脂类,就能被称之为磷脂。它又主要包括「甘油磷脂」和「鞘磷脂」 。从它俩的“姓”就能看出来,鞘磷脂(sphingomyelin) 是有鞘氨醇的磷脂 (比如神经鞘磷脂),而甘油磷脂(phosphoglyceride)就是含有甘油的磷脂。因为鞘磷脂几乎不存在于植物中,所以在营养行业中,说到「磷脂」,常常指的便是甘油磷脂了


同样都姓“甘油”,我们熟悉的「甘油三酯」就是甘油 + 三个脂肪酸尾巴;而如果两个尾巴被脂肪酸给占了,一个被磷酸占了,它就变成了「甘油磷脂」

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甘油三酯和甘油磷脂的结构示意图 (黄色=甘油骨架;波浪线=脂肪酸;绿头=磷酸)


甘油磷脂的「磷酸」那一头,还能形成酰基 (RCO-,acyl group)再拉上一个小伙伴 --- 它拉着胆碱,就成了「磷脂酰胆碱」;拉着乙醇胺,就成了「磷脂酰乙醇胺」;拉着丝氨酸,就是「磷脂酰丝氨酸」;拉着肌醇,就成了「磷脂酰肌醇」。


这四位,也是甘油磷脂的主要家庭成员。这些看似复杂的名字分解一下,其实很简单,就是「磷脂酸通过酰基连着某某」, 它们共同的结构都是「甘油+2个脂肪酸+磷酸+某某」

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甘油磷脂的主要成员:

PE = 磷脂酰乙醇胺(phosphatidyl ethanolamine);

PS = 磷脂酰丝氨酸 (phosphatidyl serine);

PC = 磷脂酰胆碱 (phosphatidyl choline) ;

PI = 磷脂酰肌醇 (phosphatidyl inositol)。(图片来自网络)


好啦,甘油磷脂的概念很明确了,「溶血磷脂」和它一样吗?


答案是:不一样


我们知道,甘油三酯被酶水解后,可以产生甘油二酯或者甘油一酯 + 游离脂肪酸。同样的,甘油磷脂在「磷脂酶」的作用下,也可以切掉一个脂肪酸尾巴 --- 这个只有一个尾巴的磷脂,便是「溶血磷脂」(严格来讲,应该叫做溶血甘油磷脂)

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「甘油三酯」可酶解为2个游离脂肪酸+1个甘油一酯

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「甘油磷脂」可酶解为1个游离脂肪酸+1个溶血磷脂 (图片来自Ailte et al., 2016)


问题#2. 「溶血磷脂」从哪儿来?


溶血磷脂从哪儿来?它们都一样吗?


其实,讲完第一个问题,我们已经很清楚地知道,磷脂或溶血磷脂是一大类物质,它们并没有一个特定的结构 --- 根据脂肪酸尾巴的不同(比如饱和度、多少个碳等)、磷酸牵着谁的不同,它的结构各异。

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不同的溶血磷脂的结构示意图(引自Makide et al., 2014)


在自然界中,蛋黄、牛奶、以及很多油料种子(比如大豆、菜籽、棉籽等)中都含有甘油磷脂。在不同的来源里,磷脂的含量和组成各不相同。


其实最早,磷脂是由法国科学家Theodore Gobley在蛋黄中分离出来的,起名为「卵磷脂」 (lecithin;在希腊语中,Lekithos = 蛋黄),而蛋黄中含量最多的磷脂就是磷脂酰胆碱,占 70% 以上。所以严格来说,卵磷脂指的是「磷脂酰胆碱」。


但是呢,在今天营养行业的使用中,卵磷脂更多的已演变为泛指「甘油磷脂」。在美国FDA的定义中,「commercial lecithin is a naturally occurring mixture of the phosphatides of choline, ethanolamine, and inositol, with smaller amounts of othe lipids. It is isolated as a gum following hydration of solvent-extracted soy, safflower, or corn oils. lecithin is bleached, if desired, by hydrogen peroxide and benzoyl peroxide and dried by heating」。所以,在某种程度上,卵磷脂也可以说是商品磷脂的统称。

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Theodore Gobley 与卵磷脂

今天工业化生产的主要来源是大豆,于是就有了“大豆磷脂”、“大豆卵磷脂”的说法。如果是从蛋黄中提取的,一般会称之为“蛋黄卵磷脂”。


在大豆磷脂的基础上,我们可以通过特有的酶解反应技术,来得到最终的「溶血磷脂」产品。可想而知,酶解反应的技术和控制,也将直接影响最终产品的组成和品质。


目前工业中最常用的磷脂酶是「磷脂酶A2」,它切掉的是在甘油的第二个碳(C2)的脂肪酸。酶解反应后,「磷脂酰胆碱」就变成「溶血磷脂酰胆碱」;「磷脂酰乙醇胺」变成「溶血磷脂酰乙醇胺」;「磷脂酰丝氨酸」变成「溶血磷脂酰丝氨酸」;「磷脂酰肌醇」变成「溶血磷脂酰肌醇」....

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再看这张图 --- 磷脂的甘油骨架的第二个碳(C2)的脂肪酸被「磷脂酶A2」切掉,成为溶血磷脂。(图片来自Ailte et al., 2016)

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今天市面上的磷脂、溶血磷脂多是来自大豆


问题#3. 「溶血磷脂」能干啥?

搞清楚了溶血磷脂是什么,从哪儿来。那么,不论是作为人的营养补品还是动物的饲料添加剂,它在脂类营养这个过程中,扮演着什么角色呢?


在营养学中,谈功能都离不开谈结构。回到结构,我们可以看到,溶血磷脂和磷脂的共同点是“两级”(两面派...)--- 一端亲水 (hydrophylic),一端亲油 (hydrophobic)

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亲油又亲水的磷脂、溶血磷脂 (这里R指脂肪酸的碳链、X指磷脂拉着的基团;图片引自Jansen)


这个特性就与脂肪的消化和吸收息息相关了。


首先看「消化」--- 我们知道,脂类不溶于水,但摄入的脂类要被消化,就离不开消化酶来参与,而酶促反应必须要水的参与。这时,溶血磷脂的作用便是作为乳化剂之一,“伪装”脂类,使其亲水--- 在与脂肪接触时,能够将亲油的那条尾巴插入脂肪中,将大块脂肪撬开成一颗颗小油滴,而亲水那一端则在外围包裹住油滴,使它能够融入水里。这个过程,就叫做「乳化」。(这个原理,其实就跟肥皂能洗掉衣服上的油脂、卸妆液能卸掉“防水眼妆”是一样的)


这么一来,大块脂肪变成小坨小坨的,与脂肪酶接触的表面积大大增加,脂肪酶有了地盘开展工作,不亦乐乎。自然,脂肪的消化率也就提高了。

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溶血磷脂的乳化作用 (图片引自KEMIN)

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乳化后的脂肪,让脂肪酶更容易发挥作用 (图片引自KEMIN)


第二步是「吸收」 --- 消化酶完成任务之后,这些摄入的脂类就变成了甘油一脂、甘油二酯、脂肪酸等复杂的混合物,准备好被吸收啦。可是,油比水轻,这些脂类漂浮在肠腔中,小肠微绒毛根本够不着它们。怎么办呢?


这时候,溶血磷脂又可以利用它的“两面派“,与动物体内的胆盐一起,将这些消化产物聚合在一起,形成一个名叫「混合微团」(micelle) 的大杂烩 —— 这是一个水溶性的小球,携带着脂类的消化产物以及大量的脂溶性维生素、类胡萝卜素等营养物质前往吸收的场所。


而溶血磷脂因为少了一个“亲油”的脂肪酸尾巴,其亲水性比两个尾巴的磷脂更好,因此与磷脂相比,能够形成直径更小的脂肪滴,进一步增大脂肪酶的接触面积,提高消化率;同时,形成直径更小的混合微团,小球中的营养物质于是乎也更容易被吸收了。

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与其它乳化剂相比,溶血磷脂可形成直径更小的混合微团 (图片引自KEMIN)


作者对33个不同地区的溶血磷脂应用实验进行了荟萃分析,发现如果在肉鸡日粮中额外添加溶血磷脂,料肉比能有显著的下降;如果重构配方,则能够替代约 60-70 kcal/kg 的能量,保持料肉比不变。

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额外添加溶血磷脂(利舒宝®)对肉鸡FCR的影响(引自Wealleans et al., 2020. https://doi.org/10.1080/00071668.2019.1671955)

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在动物营养中,油脂及其带来的能量是非常重要的饲料组成部分,如何将油脂应用得好?这是营养师们都关心的问题。溶血磷脂作为脂类营养中潜力满满的工具一枚,也有越来越多的研究在探索着它更多的作用机理和应用场景。这些就留着以后有机会再聊吧~


来总结一下今天的三个基本问题吧!

  • 溶血磷脂是谁?它并不是单一的结构,而是一类物质的总称 --- 它是脂类中的、类脂中的、磷脂中的、甘油磷脂被磷脂酶水解之后的产物。
  • 溶血磷脂从哪儿来?有多种来源。目前工业中使用最多的是大豆来源的甘油磷脂,利用特定的酶解技术,来生产出最终的溶血磷脂产品。
  • 溶血磷脂能干啥?它是不折不扣的“两面派”,一端亲水、一端亲油,且比磷脂的亲水性更好,能够主要通过乳化和混合微团的形成,来提高油脂的消化和吸收效率。


没有比这更详细的溶血磷脂的深度认识了

溶血磷脂的主要作用机制 & 作用位点:胃-乳化脂肪、十二指肠-帮助脂肪消化;回肠-形成混合微团、空肠-帮助吸收。(图片引自KEMIN)

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