天然维生素E研究进展

天然维生素E研究进展高凯曾淼（湖北民族学院生物科学与技术学院，湖北恩施445000）[摘要]天然维生素E是一种具有良好生理功能和药理价值的抗氧化剂，具有广阔的开发前景和市场需求。本文综述了天然维生素E的作用，重点介绍了国内外提取天然维生素E的生产工艺，开发现状及进展情况。[关键词]天然维生素E；天然维生素E的作用；提取工艺进展；应用及前景展望；开发现状TheSummaryofResearchDevelopmentonNaturalVitaminEGaoKZengM(SchoolofBiologicalScienceandTechnology,HubeiUniversityforNationalities,Enshi,445000,China)[Abstract]：ThenaturalvitaminEisakindofantioxidantswithgoodphysiologicalfunctionandpharmacologicalvalue.Ithasbroaddevelopmentprospectandavastmarketdemand.ThisessaygenerallydescribesthefunctionofthenaturalvitaminEandmainlyintroducestheproductivetechnologiesoftheextractionofnaturalvitaminEathomeandabroad，andit'scurrentdevelopmentstatusandtheprogress.[Keywords]：ThenaturalvitaminE；thefunctionofthenaturalvitaminE;theproductivetechnologiesoftheextractionofnaturalvitaminE；developmentstatus;theprogressofnaturalvitaminE图天然维生素E结构天然维生素E又称生育酚、抗不育维生素、生殖维生素等[1]，维生素E从其来源看有合成维生素E和天然维生素E之分，天然维生素E为具有生理活性的右旋体，即d型；而人工合成品为消旋体，即d型和l型的混合物，因此天然维生素E的生物活性是合成品的2倍以上，生物吸收度也比合成品高且具有更好的食用安全性[2]。天然维生素E无论是从生理活性还是抗氧化能力均优于合成维生素E，而且天然维生素E对人体无毒副作用，长期使用的安全性远高于合成维生素E。天然维生素E主要存在于植物油料种子中，大豆、玉米胚芽、棉籽、葵花籽中都含有丰富的维生素E。一、天然维生素E的作用天然维生素E具有良好的生理功能，有抗自由基、保护膜稳定性作用，可以避免由于自由基过量引发所谓的自由基链式反应导致细胞膜多不饱和脂肪酸，从而避免对机体造成损伤。维生素E的脂质过氧化具有抗衰老、抗肿瘤作用，预防和治疗心血管疾病，可调节血小板的粘附力和凝集作用。维生素E水平低时，血小板的凝集和凝血作用增强，促使动脉粥样硬化发展，增强心肌梗塞和中风的危险，补充维生素E可使正常的凝集作用恢复。维生素E可维持和增强生殖功能，促进性腺发育，提高生殖机能。目前，天然维生素E被广泛地应用于食品、化妆品、医药、饲料及塑料薄膜制品中。1.1维生素E的抗氧化作用机制[3]维生素E可以有效预防心血管病、动脉粥样硬化、癌症等疾病，人们推测维生素E的许多抗病机制与其抗氧化性能有关。事实上，所有的生物细胞时刻都面临着各种各样的氧化胁迫，与此同时细胞内又有各种各样的抗氧化系统调节或阻止氧化胁迫的进行和危害。具体的器官组织对氧化胁迫的承受能力取决于细胞所受的氧化胁迫程度与细胞自身的抗氧化能力的综合平衡。当细胞的抗氧化能力被削弱或氧化胁迫的程度提高，氧化胁迫对细胞造成的危害将不可逆转，细胞也就死亡。有研究报告表明线粒体是超氧化物产生的主要场所，但同时线粒体中维生素E的浓度也最高。维生素E缺陷型动物的骨骼肌细胞最早症状就是线粒体的破坏，说明线粒体中维生素E的存在对限制超氧化物的生成起着关键的作用。服用维生素E可以降低线粒体中超氧化物的生成，同时维生素E通过稳定线粒体膜和清除已生成的超氧化物也可达到降低线粒体超氧化物水平的目的。维生素E通过限制超氧化物的生成和降低超氧化物水平而发挥其抗氧化作用。维生素E在细胞抗氧化机制中起着关键的作用。一方面维生素E通过直接清除过氧化物或自由基而起到抗氧化或阻止氧化胁迫损伤作用，另一方面维生素E也可通过限制超氧化物及相应的活性氧或氮化合物的生成和水平发挥其抗氧化功能。维生素E除了被《中国药典》收载以外，还被美国、英国、日本等多国药典收录。长期以来，人们更多注重维生素E的功能与实际应用，却忽视了维生素E的作用机制研究。人们试图把维生素E的一切生理功能都归结于其抗氧化性能，但是越来越多的实验结果说明维生素E的作用机制除了抗氧化机制以外，还存在其他作用机制。1.2维生素E的非抗氧化作用机制现在越来越多的实验结果说明维生素E的作用机制除了抗氧化机制以外，还存在其他与抗氧化作用无关的作用机制。1.2.1维生素E调节相关酶活性机制最近十几年的研究结果表明维生素E具有其他抗氧化剂所没有的生物功能。例如，天然α－生育酚可以抑制蛋白激酶C(PKC)的活性，从而抑制血管平滑肌细胞生长，与维生素E的抗氧化性能无关[4]。进一步研究表明α－生育酚不是通过与蛋白激酶C结合，也不是通过抑制蛋白激酶C基因表达，而是通过激活一种蛋白磷酸化酶PP2A，使蛋白激酶C去磷酸化而失活，从而抑制血管平滑肌细胞生长。β－生育酚虽然具有与α－生育酚相似的抗氧化活性，但是却没有α－生育酚那种抑制血管平滑肌细胞的活性，相反还抑制了α－生育酚的作用[5]。一系列的研究工作表明，α－生育酚除了抑制血管平滑肌细胞生长外，还通过抑制蛋白激酶C活性机制抑制单核细胞、巨噬细胞、中性白细胞、成纤维细胞等细胞的生长。据报道，α－生育酚阻止糖尿病小鼠肾小球功能丧失的主要原因也是抑制蛋白激酶C的活性所致。α－生育酚通过激活二酰基甘油激酶，使二酰基甘油生成减少、蛋白激酶C活性降低，从而阻止糖尿病小鼠肾小球功能丧失。进一步研究还表明，α－生育酚还可以抑制磷脂酶A2的活性。由于磷脂酶的主要作用就是调控细胞膜磷脂释放花生四烯酸合成具有生物活性的二十碳烯酸。因此，有人认为α－生育酚抑制磷脂酶A2活性是调控细胞膜磷脂释放花生四烯酸及其代谢进程的关键环节。α－生育酚是通过直接与磷脂酶A2结合而使磷脂酶活性降低。与此相反，也有报道表明α－生育酚是通过激活磷脂酶A2而使人内皮细胞释放前列腺环素。此外还有系列报道表明α－生育酚抑制环氧合酶、52脂肪氧合酶、NADPH2氧合酶等。目前有关方面的报道一般仅局限于α－生育酚，而关于其他维生素E类似物的作用至今未清楚。即使是α－生育酚调节相关酶活性的研究工作也多数是在实验室的试管中完成，人体或动物体内是否有活性，其作用机制如何尚不清楚，值得进一步探讨。1.2.2维生素E调控相关基因表达的机制随着分子生物学和基因工程技术的飞速发展，越来越多的新型维生素E调控基因被发现。目前有关维生素E的具体调控基因表达的机制尚未十分清楚，但是从目前的研究结果来看，推测维生素E从以下几个方面对相关基因的表达产生影响:(1)α2生育酚通过调节相关酶活性，例如蛋白激酶C、磷脂酶A2、5－脂肪氧合酶、环氧合酶等改变基因转录因子的活性或相关信号传导途径，从而间接地影响基因的表达；(2)α－生育酚也可能通过直接调控一些特异转录因子的活性来影响基因的表达，例如调节孕烷X受体、人生育酚结合蛋白等调控基因表达；(3)α生育酚通过与一些相关蛋白结合调控基因表达。例如，人生育酚结合蛋白具有调节生育酚进入相关基因表达所涉及的酶或转录因子所处部位的功能。因此，α＝生育酚与人生育酚结合蛋白可以调控相关基因的表达；(4)维生素E也可通过代谢转化成相应的活性物质，然后该活性物质再通过与相关转录因子或酶结合调控基因表达。例如，γ－生育酚降解生成γ2－2－(2’2羧乙基)羟基苯并二氢吡喃(简称γ－CEHC)，而γ－CEHC是一种尿毒症病人的尿钠因子(在正常人尿液中也存在)，可以抑制环氧合酶－2和前列腺素E2的合成，从而影响相关基因的表达。二、天然维生素E的提取工艺进展天然维生素E一般是以富含维生素E的植物油或其精炼副产品的脱臭馏分(又名DD油)和油渣等为原料，经提取、蒸馏可得。主要有萃取法(包括最新采用的超临界CO2，萃取)、酯化法、皂化法、酯化一硅腔吸附法、酶法及凝胶过滤法等几种制备方法。根据提取原理不同，可分为溶剂萃取、化学处理、生物化学处理和分子蒸馏等。2.1国外提取维生素E工艺进展.从脱臭馏出物中提取天然维生素E通常采用萃取、分子蒸馏、精馏、吸附、色谱等物理化学方法，但由于各组分物理化学性质差别不大，并且维生素E很容易被氧化，所以直接从脱臭馏出物中提取维生素E往往比较困难，需要对原料进行预处理，以提高分离过程的选择性，常用的预处理方法有：酯化、转酯化、皂化、萃取尿素络合等。由于脱臭馏出物组分非常复杂，所以提取工艺往往都是各种方法的综合运用。2.1.1酯化-蒸馏（分子蒸馏）法Watanabe等人先将大豆脱臭馏出物短程蒸馏，得到生育酚和甾醇的浓缩物，再用Can-didarugosa脂肪酶将其中的甾醇转化为甾醇脂肪酸酯，甘油酸转化为游离脂肪酸，游离脂肪酸转化为脂肪酸甲酯，用分子蒸馏将甲酯及甾醇脂肪酸酯蒸出，得到生育酚纯度为76.4％，甾醇酯纯度为97.2％[6]，与Watanabe等人类似，Nagao等人先用Candidarugosa脂肪酶将原料中的甾醇与脂肪酸酯化，再用AlcaligenesSP.脂肪酶将脂肪酸与甲醇酯化，最后经短程蒸馏分离，甾醇酯的纯度为97％，生育酚的纯度为72％。Martins等人用分子蒸馏蒸出游离脂肪酸，在160℃10.4g/min条件下，使游离脂肪酸分离达96.16％，生育酚的回收率为81.23％。Shimada等人先用CandiaLipase催化甾醇和游离脂肪酸发生酯化反应，约80％甾醇被酯化，而生育酚没有反应，通过分子蒸馏将生育酚和游离脂肪酸挥发，再用Cadialipase在上述相同条件下，催化蒸馏的产品中残留甾醇酯化，大约有至少95％的甾醇酯化，最后经4次蒸馏，得到65％的生育酚，同时得到高纯度的甾醇酯。Ghosh等人研究了以葵花籽油脱臭馏出物作为原料分离生育酚和甾醇，分离工艺主要包括生物水解，生物酯化和蒸馏分离[7]，他们首先采用CandidacylindraceaLipase催化脱臭馏出物中的中性甘油酯水解成游离脂肪酸，再用MacormieheiLipase催化游离脂肪酸转化为丁基酯酯化后的产品再分级蒸馏，第一级蒸馏：133.32Pa，180-230℃，45min，蒸出大部分的丁基酯、烃类、氧化产物及一定量的游离脂肪酸第二级蒸馏：133.32Pa，230-260℃，15min，富集生育酚达30％，甾醇可达36％。整个工艺经过水解、酯化、蒸馏后可得到42％-70％生育酚。Bartok以油酯及其衍生物的混合物为原料，先水解脂肪酸甘油酯得到游离脂肪酸甘油和水，去除甘油，蒸馏游离脂肪酸，再水解蒸馏残留物，最后蒸除游离脂肪酸，得到90％的游离甾醇和95％的生育酚。Ramaurthi等人用卡诺拉油和大豆油的脱臭馏出物的混合物为原料，先用SP-382酶催化游离脂肪酸甲酯化，酯化5h，酯化率分别为96.5％、83.5％和89.4％，用纯油酸和dl-a-生育酚混合物研究在酯化反应中降低生育酚含量的潜在副反应结果发现，上述酯化条件生育酚损失率小于5％用简单的真空蒸馏去除酯化后原料中易挥发成分，留下生育酚、甾醇酯及甾醇，回收率达95％。Barnicki先用挥发性醇酯化脂肪酸，然后经过一系列的蒸馏分离，脱色浓缩，制备成生育酚、生育三烯酚的浓缩物，其中含20％-80％生育酚、生育三烯酚，总回收率达72％-97％。Barnicki先将植物油副产品加热，并在酸性条件下持续除水，再经过一系列的蒸馏除去游离脂肪酸和其