功能性食品課件：磷脂和膽堿的生物學(xué)特性及保健功能

磷脂和膽堿的生物學(xué)特性

及保健功能Alipid(fat)thatcontainsphosphorus.

1844年法國人Gohley從蛋黃中發(fā)現(xiàn)卵磷脂（蛋黃素），并以希臘文命名為L(zhǎng)ecithos（卵磷脂），英文名為L(zhǎng)ecithin，也自此揭開了其神秘的面紗。上世紀(jì)70年代以來，歐美等國就把卵磷脂用于保健食品，在美國，卵磷脂及其保健品的總銷量?jī)H次于復(fù)合維生素和纖維素而名列第三。主要功效

1、保護(hù)肝功能

2、糖尿病患者的營(yíng)養(yǎng)品

3、保持血管通暢

4、促進(jìn)胎、嬰兒神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育

5、美容效應(yīng)

6、預(yù)防老年性癡呆

7、防治膽結(jié)石作用

8、調(diào)節(jié)情緒，緩解心理壓力磷脂:含磷酸的單脂衍生物

定義

磷脂是一類存在于生物界的含磷脂類。磷脂從商品化生產(chǎn)至今僅70余年歷史,據(jù)資料統(tǒng)計(jì),世界大豆磷脂年產(chǎn)量約14萬t。美國和西歐約占世界大豆磷脂總產(chǎn)量的60%,主要的生產(chǎn)廠家為美國CentralSoyaLecithinGroup,ADM公司,RicelandFood公司及德國LucasMeyer公司。日本1961年批準(zhǔn)允許使用大豆磷脂,目前,日本將大豆磷脂制成健康食品銷售的公司達(dá)50～60家,每年用于食品工業(yè)的大豆磷脂約5000t,每年從美國、德國進(jìn)口700t高純度

磷脂制品。日本市場(chǎng)上大豆磷脂制品品種繁多,但大致可分為:軟膠囊型塑狀磷脂、純度95%以上顆粒型磷脂、功能性酶改性磷脂、含高卵磷脂(PC)及氫化磷脂等等。脂類的分類（1）單脂（simplelipid）:脂（fat）、油（oil）、蠟（wax）(2)復(fù)合脂（complexlipid）磷脂:含磷酸的單脂衍生物糖脂:含糖的單脂衍生物第一節(jié)、磷脂的結(jié)構(gòu)磷脂的結(jié)構(gòu)式

甘油醇磷脂和甘油衍生物的命名1967年IUPAC-IUB（InternationalUnionofPureandAppliedchemistry-InternationalUnionofBiochemistry）國際理論和應(yīng)用化學(xué)協(xié)會(huì)以及國際生物化學(xué)協(xié)會(huì)建議采用立體專一編號(hào)。立體專一編號(hào)（stereospecificnumbering,Sn）（一）卵磷脂（phosphatidylcholines,簡(jiǎn)稱PC）膽堿(choline)+磷脂酸→磷脂酰膽堿(phosphatidylcholine)

純的磷脂酰膽堿是吸水性的白色蠟狀物，在空氣中由于不飽和脂肪酸的氧化而變?yōu)辄S色或棕色。磷脂酰膽堿不溶于水及丙酮，易溶于乙醚、乙醇及氯仿。

磷脂酰膽堿在腦、神經(jīng)組織、肝臟、腎上腺及紅細(xì)胞中含量較多，蛋黃中含量特多（約占8%-10%），所以叫做卵磷脂。

磷脂酰膽堿根據(jù)磷酸與甘油連接位置的不同，有α-及β-兩種異構(gòu)體，自然界的磷脂酰膽堿是α型的。磷酯酰膽堿中與磷酸相結(jié)合的含氮有機(jī)堿是膽堿。磷脂酰膽堿分子中，甘油部分的β碳原子是手性碳原子，因而有D型和L型兩種構(gòu)型。自然界存在的是L型的。Abbreviations:CK,cholinekinase;CT,CTP:phosphocholinecytidylyltransferase;CPT,CDP-choline:1,2-diacylgylcerolcholinephosphotransferase;PEMT,phosphatidylethanolamine

N-methyltransferase;P-choline,phosphocholine;CDP-choline,cytidinediphosphate-choline.Intestinalmicrobesmetabolizedietaryphosphatidylcholine(PC),generatingtrimethylamine(TMA).Intheliver,trimethylamineisconvertedtoTMAObyflavin-containingmonooxygenases(FMOs).AmetabolomicstudyhasshownanassociationbetweenCVDandthemetabolitesTMAO,choline(C)andbetaine.Thisstudysupportstheimportanceoffutureinvestigationofthemicrobiotainhumanbiospecimensandtheneedforcomputationalpipelinesthatcanintegratedataonhumanandmicrobialgeneticstoshedlightonthemetabolicpathwaysofthehostandthemicrobiotainhealthanddisease.自然界的磷脂酰膽堿是幾種磷脂酰膽堿的混合物，主要是組分中的脂肪酸不同，經(jīng)水解后得到甘油、脂肪酸、磷酸和膽堿。常見于磷脂酰膽堿中的脂肪酸有棕櫚酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸及花物四烯酸等。某些毒蛇的毒汁中含有一種磷脂酶，能使β位脂肪?；饷撀?，生成溶血磷脂酰膽堿，從而破壞了細(xì)胞膜，引起溶血。卵磷脂按其分子中的磷酸基團(tuán)處于丙三醇的1-和2-位可分為

和

卵磷脂。自然界中存在的卵磷脂為L(zhǎng)--卵磷脂。卵磷脂分子中的不同碳位所連接的脂肪酸也不同。蛋黃卵磷脂

碳位上連接的幾乎是飽和脂肪酸，而

位上連接的通常為油酸、亞油酸、亞麻酸和花生四烯酸等不飽和脂肪酸；而大豆卵磷脂

位和

位是飽和酸和不飽和酸混合配位。卵磷脂被譽(yù)為與蛋白質(zhì)、維生素并列的“第三營(yíng)養(yǎng)素”。1998年被美國國家科學(xué)院食品營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)列為每日必需營(yíng)養(yǎng)素。美國、歐洲、日本等已將磷脂在臨床上用于防治腦、心、肝、腫瘤等疾病。卵磷脂作為重要的天然表面活性劑具有乳化、分散、潤(rùn)濕、速溶、脫膜、分離等作用，被廣泛應(yīng)用于化工、食品、醫(yī)藥、石油、輕工、飼料以及El化等行業(yè)中。

(二)腦磷脂（phosphatidylethanolamines,簡(jiǎn)稱PE）

乙醇胺(ethanolamine)+磷脂酸→磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine)Figure4:PhosphatidylethanolaminebiosynthesisAbbreviations:EK,ethanolaminekinase;ET,CTP:phosphoethanolaminecytidylyltransferase;EPT,CDP-ethanolamine:1,2-diacylgylcerolethanolaminephosphotransferase;PSD,phosphatidylserinedecarboxylase;etn,ethanolamine;P-etn,phosphoethanolamine;CDP-etn,cytidinediphosphate-ethanolamine;OMM,outermitochondrialmembrane;IMM,innermitochondrialmembrane.

磷脂酰乙醇胺在腦組織中含量甚多，故又稱腦磷脂。它和磷脂酰膽堿并存于機(jī)體各組織及器官中，它的構(gòu)造和理化性質(zhì)均與磷脂酰膽堿相似，只是在磷脂酰乙醇胺中，與磷酸結(jié)合的是膽胺（HO=CH2-CH2-NH2）。磷脂酰乙醇胺性質(zhì)與磷脂酰膽堿相似，也不穩(wěn)定，易吸收水分，在空氣中氧化成棕黑色。磷脂酰乙醇胺能溶于乙醚，但難溶于乙醇，這是與磷脂酰膽堿在溶解性方面的不同點(diǎn)。

(三)絲氨酸磷脂(phosphatidylserine，簡(jiǎn)稱PS)

絲氨酸(serine)+磷脂酸→磷脂酰絲氨酸(phosphatidylserine)

Figure5:PhosphatidylserinebiosynthesisAbbreviations:PSS1,phosphatidylserinesynthase1;PSS2,phosphatidylserinesynthase

2.卵磷脂與腦磷脂在體內(nèi)可互變

絲氨酸乙醇胺

膽堿(四)肌醇磷脂(phosphatidylinositol，簡(jiǎn)稱PI)肌醇(linositol)+磷脂酸→磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol)

常見磷脂X集團(tuán)及名稱

Phosphatidylethanolamine(PE)

Phosphatidylserine(PS)

Phosphatidylinositol(PI)

Phosphatidylglycerol(PG)

Diphosphatidylglycerol(DPG)（五）鞘脂類(sphingolipid)

組成特點(diǎn)是不含甘油而含鞘氨醇(sphingosine)按照取代基團(tuán)X的不同可分為兩種X為磷酸膽堿稱為鞘磷脂(sphingmyelin)X為糖基稱為鞘糖脂(glycosphingolipid)

鞘磷脂類:最簡(jiǎn)單而在高等動(dòng)物組織中含量最豐富的鞘脂類，其極性頭是磷酰膽堿或磷酰乙醇胺。腦和神經(jīng)組織中含有大量的鞘磷脂，脾、肝及其它組織中含量較少。鞘磷脂的組成和結(jié)構(gòu)與磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺不同，其分子中不含甘油部分，而是含有一個(gè)長(zhǎng)鏈的不飽醇——鞘氨醇。1mol鞘磷脂完全水解后，可得到鞘氨醇、脂肪酸、磷酸和膽堿各1mol。鞘磷脂分子中的脂肪酸連接在鞘氨醇的氨基上，磷酸以酯的形式與鞘氨醇及膽堿相結(jié)合。鞘磷脂是無色晶體，在光的作用下或在空氣中不易氧化，比較穩(wěn)定，不溶于丙酮及乙醚，而溶于熱乙醇中。鞘氨醇半乳糖苷腦苷脂類:含有一個(gè)或多個(gè)糖單位故常稱為糖鞘脂，如半乳糖腦苷脂含有D-半乳糖作為極性頭基團(tuán)，存在于腦的細(xì)胞膜中，葡萄糖腦苷脂極性頭部含有葡萄糖，存在于非神經(jīng)組織膜中。

神經(jīng)節(jié)苷脂類:這是一類最復(fù)雜的糖鞘脂類,它含有由幾個(gè)糖基組成的巨大極性頭，神經(jīng)節(jié)苷脂的一個(gè)或多個(gè)末端糖基是唾液酸(N-乙?；窠?jīng)酸)，神經(jīng)節(jié)苷脂是細(xì)胞膜表面特異的受體的重要組分。

(六)膽堿（Choline）

膽堿具有堿性、醇性。第二節(jié)磷脂的物化性質(zhì)(一)磷脂的物理性質(zhì)

1.磷脂的外觀

2.磷脂的溶解度

3.磷脂的膠體性

(二)磷脂的化學(xué)性質(zhì)

1.磷脂的分解

2.磷脂的水解

3.磷脂的酶解

4.磷脂的氫化

5.磷脂的其它反應(yīng)(一)磷脂的物理性質(zhì)1.磷脂的外觀純凈的磷脂是無色無味，在常溫下為一種白色的固體物質(zhì)。但往往由于制取的方法或精制方法、產(chǎn)品種類、儲(chǔ)存條件等不同，磷脂產(chǎn)品具有淡黃色至棕色。

2.磷脂的溶解度

磷脂可溶于脂肪烴、芳香烴、鹵化烴類有機(jī)溶劑，如乙醚、苯、三氯甲烷、石油醚等。它只部分溶于脂肪族的醇類，如乙醇。像其它非極性的表面活性劑一樣，不溶于極性的溶劑，如乙酸甲酯，尤其是丙酮；但在有少量油脂存在時(shí)，磷脂于丙酮和乙酸甲酯中的溶解度即增加。卵磷脂可溶解于乙醇中，而腦磷脂則不溶解。利用磷脂在上述溶劑中溶解度的差異，可作為分離，提純及定量磷脂的依據(jù)。磷脂能溶于動(dòng)植物油脂，礦物油及脂肪酸中，實(shí)際上不溶于冷的動(dòng)植物油脂。磷脂中加入脂肪酸，可使塑性磷脂軟化或液化成為流體磷脂。溶解度

磷脂丙硐乙醇乙醚磷脂酰膽堿不溶溶溶磷脂酰乙醇胺不溶不溶溶鞘氨醇磷脂不溶溶（在熱乙醇中）不溶3.磷脂的膠體性在磷脂的分子中，有磷酸根與氨基醇親水基團(tuán)和碳?xì)滏I疏水基團(tuán)，能使水油兩個(gè)不相溶的相形成穩(wěn)定的膠體，這是因?yàn)榱字谒c油兩相之間形成一個(gè)界面層，由于這個(gè)界面層的存在而降低了油與水之間的界面張力。磷脂存在于油脂中具有明顯的親水膠體性，當(dāng)與適量的水相混時(shí)，磷脂即從油脂中分離出，特別是在pH>8時(shí)呈微堿性的熱水中更易吸水膨脹，直至生成膠體溶液。磷脂的這種吸水膨脹產(chǎn)生乳化膠體的特性，是它從毛油中制取和廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。

與甘油醇磷脂的不同點(diǎn)①對(duì)光及空氣皆穩(wěn)定，可經(jīng)久不變。

②溶解度：不溶于丙酮、乙醚，而溶于熱乙醇

與甘油醇磷脂的相同點(diǎn)①可解離成兩性離子型或帶電荷的分子

②兩親化合物鞘氨醇磷脂的性質(zhì)(二)磷脂的化學(xué)性質(zhì)

1.磷脂的分解

磷脂接觸空氣或在陽光照射下極不穩(wěn)定，易氧化酸敗而色澤變深。但在無水分的油脂中比較穩(wěn)定。所以濃縮磷脂中的油脂可以防止磷脂氧化酸敗，有利于磷脂的貯存。磷脂在高溫中不穩(wěn)定，在制油及制取磷脂過程中，溫度在150℃時(shí)，油脂色澤加深，制取的磷脂氣味不佳，超過150℃時(shí)磷脂逐漸分解。

2.磷脂的水解

磷脂在堿性乙醇溶液或水溶液中加溫易皂化，或者在強(qiáng)酸性的水溶液下高溫使其水解。皂化后生成肥皂、磷酸甘油的鹽類、肌醇磷酸鹽類各種氨基化合物及碳水化合物，進(jìn)一步加熱生成甘油、肌醇及磷酸；酸化水解（或加壓水解）后生成游離脂肪酸及上述化合物的游離物質(zhì)。

水解

甘油醇磷脂可被酸、堿或酶水解

甘油醇磷脂脂酸＋甘油磷酸＋X基團(tuán)H+或OH-磷酸單酯酶甘油＋磷酸

3.磷脂的酶解

磷脂可以被酶分解，至少有四種以上的磷脂酶可用于分解羧酸及磷酸所形成的酯鍵。其中有的酶只可分解磷脂上的不飽和脂肪酸而對(duì)飽和脂肪酸不起作用。這種作用可生成一種具有強(qiáng)烈的溶血作用因而稱為“溶血磷脂”的磷脂。

磷脂酶的作用位點(diǎn)Phospholipasecleavagesites.NotethatanenzymethatdisplaysbothPLA1andPLA2activitiesiscalledaPhospholipaseB.磷脂的酶解eevenomphospholipaseA2sPLA2.Middleplaneofthelipidbilayer-blackdots.Boundaryofthehydrocarboncoreregion-reddots(extracellularside).Layeroflipidphosphates-yellowdotsMechanismofhydrolysiscatalyzedbyPLA24.磷脂的氫化

磷脂可以用鎳作催化劑在適當(dāng)條件下進(jìn)行氫化，氫化后生成白色固體的氫化磷脂。為了便于操作，氫化可在乙酸乙酯等溶劑中進(jìn)行。氫化后的磷脂可作為潤(rùn)滑油的添加劑。

5.磷脂的其它反應(yīng)

磷脂中的不飽和酸可以溴化而形成各種鹵化磷脂質(zhì)。這些物質(zhì)的理化性質(zhì)與磷脂相同。

磷脂用普通的方法只能勉強(qiáng)地加以磺酸化，因?yàn)橐话闼玫幕撬峄瘎┒际菑?qiáng)烈的脫水劑，如硫酸及氯磺酸等都會(huì)將其碳化。如在醛類、酮類、酚類等存在下，磷脂用二氧化硫來處理而很容易成為磺酸化衍生物，而醛、酮或酚都變成磷脂分子中的一部分。此種磺酸化產(chǎn)品可用于紡織工業(yè)及制革用鞣革原料。

第三節(jié)磷脂和膽堿的生理功能

在機(jī)體內(nèi)磷脂和膽堿的作用相互交叉相互滲透，磷脂的某些生理功能是通過膽堿實(shí)現(xiàn)的，而膽堿的部分生理功能又依賴于磷脂完成。（一）構(gòu)成生物膜的重要組成成分

生物膜具有極其重要的生理功能，能起保護(hù)層的作用，是細(xì)胞表面的屏障，也是細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換的通道。生物膜極易受到自由基攻擊而受傷，磷脂可重新修復(fù)被損傷的生物膜，故顯示出延緩機(jī)體衰老的作用pH7時(shí)，幾種常見的甘油醇磷脂的凈電荷

磷脂磷酸基團(tuán)X基團(tuán)凈電荷磷脂酰膽堿-+0磷脂酰乙醇胺-+0磷脂酰絲氨酸-+，--1磷脂酰肌醇-0-1Thepictureaboveisanelectronmicrographofacellmembraneatapprox.240,000xmagnificationThispictureshowsthecellmembraneatamuchlowermagnification.Thelighterareatotherightrepresentstheextracellularspace（二）促進(jìn)神經(jīng)傳導(dǎo)，提高大腦活力

人體大腦中磷脂類物質(zhì)所占比重高達(dá)40%左右，它們?cè)谌祟愔橇顒?dòng)中承擔(dān)著信息傳遞的重要功能。磷脂又是人體所需膽堿的主要來源。膽堿可以隨血液送入大腦，在人體內(nèi)乙?；傅淖饔孟律梢阴Ｄ憠A，可促使細(xì)胞活化，從而提高人體的反映能力及記憶和智力水平。卵磷脂可提高大腦中乙酰膽堿濃度，乙酰膽堿起著興奮大腦神經(jīng)細(xì)胞的作用。所以大腦內(nèi)乙酰膽堿的數(shù)量越多，記憶、思維的形成也越快，從而可使人保持充沛的精力和良好的記憶力。

當(dāng)神經(jīng)沖動(dòng)到達(dá)膽堿能神經(jīng)末梢時(shí)，突觸小泡內(nèi)的Ach外排至突觸間隙，作用于突觸后膜的膽堿能受體，引起下一級(jí)神經(jīng)元或效應(yīng)器的激發(fā)。在正常生理?xiàng)l件下，Ach完成傳遞沖動(dòng)作用后，隨即被突觸后膜上的AchE在數(shù)毫秒內(nèi)水解，生成乙酸和膽堿。此一水解過程分兩步進(jìn)行：即與Ach形成乙酰酶，然后乙酰酶脫乙?；?，酶恢復(fù)原有活性。

乙酰膽堿對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的作用，主要是破壞興奮和抑制的平衡，引起中樞神經(jīng)調(diào)節(jié)功能紊亂，大量積聚主要表現(xiàn)為中樞神經(jīng)系統(tǒng)抑制，可引起昏迷等癥狀。(IP3)(DG)IP3，DG是第二信使，與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳遞有關(guān)

磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol）（三）促進(jìn)脂肪代謝，防止出現(xiàn)脂肪肝

卵磷脂在體內(nèi)可生成脂肪降解因子，將人體內(nèi)多余的脂肪溶解、分解排出體外，避免剩余脂肪堆積于皮下，以此來調(diào)節(jié)體重。磷脂中的膽堿對(duì)人體的脂肪代謝有著重要的作用，若人體內(nèi)膽堿不足，就會(huì)影響脂肪代謝，造成脂肪在肝臟內(nèi)積聚，逐漸形成脂肪肝。膽堿是卵磷脂及乙酰膽堿等的組成成分。作為卵磷脂的成分參與脂肪代謝。當(dāng)體內(nèi)膽堿缺乏時(shí)，肝內(nèi)卵磷脂不足，由于卵磷脂是合成脂蛋白所必需的物質(zhì)，肝內(nèi)的脂肪是以脂蛋白的形式轉(zhuǎn)運(yùn)到肝外。所以肝脂蛋白的形成受影響，使肝內(nèi)脂肪不能轉(zhuǎn)運(yùn)出肝外，積聚于肝細(xì)胞內(nèi)，從而導(dǎo)致成脂肪肝，肝細(xì)胞破壞，肝功能減退等一系列臨診和病理變化。（四）促進(jìn)體內(nèi)轉(zhuǎn)甲基代謝的順利進(jìn)行

生物體內(nèi)的甲基供體。

在代謝反應(yīng)過程中提供甲基(-CH3)給受體的有關(guān)化合物，即為甲基供體。一碳單位是指僅含有一個(gè)碳原子的基團(tuán),如甲基、亞甲基、羥甲基、甲?；啺奔谆?—CH＝NH)等。（五）降低血清膽固醇、改善血液循環(huán)、預(yù)防心血管疾病卵磷脂的分子結(jié)構(gòu)中含有親水的磷酸脂集團(tuán)和親油的脂肪酸集團(tuán)，因此，它可以使脂類物質(zhì)與水結(jié)合在一起，起到乳化作用。卵磷脂的這種優(yōu)良的油水親和性能，能溶解血液中和管壁上的脂溶性物質(zhì)甘油三酯及膽固醇硬塊，使之變成細(xì)小微粒，增加血液的流動(dòng)性和滲透性，降低血液黏度，使其順利通過細(xì)胞的新陳代謝排除體外，從而減少脂肪沉積在血管壁上造成動(dòng)脈粥樣硬化。卵磷脂富含的多不飽和脂肪酸可以阻斷小腸對(duì)膽固醇的吸收，促進(jìn)膽固醇排泄，同時(shí)卵磷脂也是高密度脂蛋白(HDL)的主要成分，在膽固醇的運(yùn)送、分解、排泄過程中起著“清道夫”的作用。第四節(jié)、機(jī)體對(duì)磷脂和膽堿的需要量正常人每天攝入6~8g的磷脂比較合適，可以一次或多次攝取。若為特殊保健需要，可適當(dāng)增加至15~25g。人們對(duì)膽堿的需要情況目前了解得還很不徹底，尚未提出明確的日推薦量標(biāo)準(zhǔn)。分析表明，每升母乳約含膽堿145mg。第五節(jié)、磷脂在功能性食品中的應(yīng)用大豆卵磷脂大豆卵磷脂是以大豆磷脂為原料，經(jīng)分離提純等工藝精制而成，以膽堿磷脂為主的高純度磷脂產(chǎn)品。磷脂酰膽堿含量>60%卵磷質(zhì)的親水性能以及pH值適用范圍大于其他類型的大豆磷脂，易形成水包油O/W型穩(wěn)定的乳化體，是優(yōu)良天然乳化劑。由于含膽堿、膽胺、生物素等活性成分，常作為制備含有各種醫(yī)藥制劑的乳化劑、調(diào)理劑和營(yíng)養(yǎng)劑的應(yīng)用。卵磷脂對(duì)于動(dòng)脈粥狀硬化、脂肪肝、神經(jīng)衰弱及營(yíng)養(yǎng)不良、降低血清膽固醇、改善血液循環(huán)、預(yù)防心腦血管疾病、防止細(xì)胞衰