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多酚不能等量替代維生素E

  作者: 來源: 日期:2011-12-26  
 在本文作者看來,目前沒有理由認為所有含有多酚的添加劑能等效替代維生素E。在酸性有機體中維生素E是主要的脂溶性抗氧化劑并保護細胞膜的多不飽和脂肪酸受損。如果高劑量的維生素E(α-生育酚乙酸酯)供應過量,這可能影響脂質過氧化以及相關的肉類(豬、家禽)的某些質量參數。關于維生素E可能的替代物,興趣越來越集中于富含類黃酮的植物提取物(如茶葉提取物)或在飼料上用于牲畜生產的工業副產物(例如葡萄果渣產品)。

 

作者
Siegfried Wolffram, Miriam Luhring教授
Ralf Blank教授,基爾大學
動物營養和生化研究所

作為次生植物的黃酮類化合物幾乎包含于所有的高等植物中。黃酮類化合物的基礎結構(圖1)包括兩個苯環和一個含氧雜環。黃酮類化合物通常分為以下主要子類:黃酮類、黃酮醇類、二氫黃酮類、黃烷-3醇(兒茶素)類、花青素類和異黃酮類。此外,多酚形式的兒茶素也可作為原花青素存在。在一個子類內的化合物其環系統的功能基團不同。

黃酮類的生物活性

對黃酮類在體內可能的影響的評估需要更詳細的檢查其生物活性。多項研究已經表明在其他因素中,化學結構、糖基化模式和分子量起重要的作用。與其它黃酮類相比較,由于其結構特征,花青素表現出明顯較差的生物活性。此外,與糖苷配基(無糖成分)或槲皮素-3- O-鼠李糖葡萄糖苷(蕓香苷)比較,在體內的大量研究證實槲皮素葡萄糖甙具有明顯較高的生物利用度。在大鼠上的比較性研究中,槲皮素顯示只有9%的系統生物利用度,而木犀草素、染料木素和兒茶素的水平則分別為28%-34%。與此相反,在吸收10mg/kg活重(LW)的槲皮素苷元后,大鼠的調查數據顯示為48%的生物利用度。在豬上,相比靜脈注射,口服50 mg/kg LW后測定的生物利用度為17%。只有相對極少的有關原花青素與單體黃酮生物利用度和藥代動力學相比較的研究。在綿羊和母雞上進行的研究表明,放射性標記的原花青素聚合體幾乎不能被吸收且大部分隨糞便排出。相反,接下來葡萄籽提取物或巧克力的應用中,人血漿中證實有低濃度的原花青素二聚體(原花青素Bl和B2)。這些二聚體的吸收率為兒茶素單體的100倍。

總結一下,可認為根據化學結構、使用劑量、應用形式以及研究物種不同,黃酮類化合物的生物利用度位于10%-50%之間。

腸道吸收

大鼠的試驗表明黃酮苷元(槲皮素、染料木素、大豆苷元)在胃部已經存在微量吸收。花色苷(花青素的糖基化形式)在這里是一個例外。它們可能在胃部被完整吸收。然而,這里必須明確指出天然產品中的游離黃酮(糖苷配基)通常很低。因此,糖苷配基可能在產品加工過程中通過熱處理以及其他方法被部分釋放。大部分黃酮苷以完整形式到達小腸。大量研究認為類黃酮苷(糖渣=葡萄糖)的腸道吸收發生在小腸,而鼠李糖苷(糖渣= 鼠李糖或含鼠李糖的雙糖和三糖)的腸道吸收發生在大腸。

由于完整糖苷的極性,通過被動、跨細胞擴散的吸收不能起作用。相反,假設各種酶和轉運蛋白都在這里參與。例如大量研究描述了槲皮素葡萄糖甙(例如槲皮素-3- O-鼠李糖葡萄糖苷)可通過Na+依賴的葡萄糖轉運子SGLTl進入小腸上皮,隨后通過非專一的細胞溶質rJ .-葡萄糖苷酶在細胞內分裂而被吸收(圖2)。此外,探討了在來自小腸的兒茶素吸收期間單羧酸轉運子的參與。除了這個,位于小腸上皮細胞刷狀緣膜的乳糖酶/皮苷水解酶(LPH),I´ -半乳糖苷酶似乎參與了類黃酮苷在小腸的吸收。根據這些,在小腸上皮細胞的吸收表面LPH催化了糖渣的細胞內水解。以這種方式釋放的苷元接著以被動擴散的方式在小腸上皮細胞被吸收。不能在小腸被吸收的黃酮苷元和黃酮苷(例如,鼠李糖苷)可在大腸被部分吸收(圖2)。微生物酶在這里對去糖基化起關鍵作用。除了苷元釋放,原花青素、黃酮醇和異黃酮發生全面的微生物降解。例如“多藥耐藥相關蛋白2”和“乳腺癌相關蛋白1”之類的ABC轉運子發揮重要作用。這些轉運機制降低了黃酮類的生物活性,它們的任務之一就是促進在小腸粘膜形成的以及被吸收進入小腸黏膜的黃酮類軛合物進入腸腔(圖3)。


圖1:黃酮類物質子類的結構特征。

代謝機制和組織分布

在高口服劑量情況下,黃酮類化合物幾乎專門以共軛形式在血漿中形成(除了兒茶素沒食子酸酯)。它們在進入體循環前已經在小腸黏膜和肝臟內被代謝轉化。因為黃酮類物質已經含有許多活性基團,上述所有軛合物(階段II-酶)如甲基化、糖脂化和/或硫化是重要的(圖3)。黃酮類物質和個體之間在代謝模式上的差異也進行了描述。體外研究的結果表明在小腸內也發生了黃酮類物質的密集性共軛反應。未共軛的黃酮苷經門靜脈到肝臟,在那里可進行共軛(圖3)。此外,在大鼠的淋巴中也發現了槲皮素及其代謝產物。

根據上述哺乳動物機體內黃酮類化合物的快代謝,口服攝入相當數量的黃酮類化合物在經過小腸黏膜以及經過膽汁時被消除,這樣只有可變部分進入體循環。通過膽汁回到小腸腔或者經過小腸黏膜的黃酮類軛合物可被部分再吸收(腸肝循環)。除了通過膽汁去除外,某些黃酮類物質在腎臟被去除也是很重要的。例如,3-26%劑量的黃酮類、異黃酮類或黃酮醇類通過尿排出。

通過體外試驗來進行體內情況的相關模擬,口服攝入后黃酮類物質及其代謝物的組織分布在體外試驗或細胞基質試驗結果中的轉移情況特別有趣。在大鼠口服槲皮素((50和500 mg/kg體重/天)后11周,在血漿中檢測出黃酮醇的最高濃度。在所有檢測器官中在肺臟中濃度最高,在肺臟中黃酮醇的濃度大約比血漿中低6倍。檢測出遠遠低于體外試驗中描述的有效濃度的最低濃度是在腦部和白色脂肪組織中。在豬上的一個長期研究中(槲皮素50 mg/kg體重/天,為期4周),最高黃酮醇濃度發現在腎臟、結腸、空腸和肝臟。最低濃度發現在背最長肌和腦部。后者與血漿中測定的黃酮醇濃度沒有差異。因此,只有參與代謝或者消除黃酮類物質的器官顯示黃酮類物質濃度高于血漿。這些結果表明尤其在豬上,在組織上沒有明顯的黃酮醇的蓄積,即使在相對長時間的使用槲皮素的情況下。這里必須說明一下與實驗室嚙齒動物和人類相比,豬在黃酮醇的第一個消除路徑(階段I和階段II反應)中還顯示具有相當高的消除黃酮醇的能力(自己發現,未發表),因此實驗室嚙齒動物的研究結果可以轉用到豬上而未受到實質限制。


圖2:黃酮醇槲皮素的小腸吸收機制

黃酮類物質可替代維生素E補充劑嗎?

關于黃酮類物質的作用機制,它們較高的抗氧化潛能尤其有趣。在這里假設可以節省維生素E。不同的作者確實表明,至少在試管中各種黃酮類物質(包括槲皮素和兒茶素)可以再生或節省a-生育酚(aTOC)。

肉質較差主要與脂質和脂溶性維生素(例如維生素E)的氧化有關。維生素E(醋酸鹽維生素E)在數量上超過生理需求的使用可影響所選的肉質參數如,pH值、肉色和汁液流失。關于可能的維生素E補充劑替代物,使用富含黃酮類物質的植物提取物(如茶葉提取物)或在飼料上用于畜牧生產的工業副產物(如葡萄皮渣)是當前探討密集的一個課題。然而,由于在體內黃酮類物質的抗氧化作用受到各種因素(如當地濃度、生物利用度、代謝)的影響,因此體內外試驗結果差異很明顯。相比許多體外有關研究黃酮類物質和維生素E之間相互關系以研究黃酮類物質抗氧化潛能的發現,體內研究只有少量結果。由于大多數這些試驗都是在實驗室嚙齒動物上進行的且這些結果通常沒有進行任何重要的探索就轉移運用到其他物種上,只有最重要的結果在考慮用于牲畜生產上進行相關研究之前列出如下。

在實驗室嚙齒動物上的研究

在維生素E缺乏的大鼠上,口服槲皮素(2和20 mg/天/只,持續四周)導致血清和肝臟中aTOC濃度較高。然而,這在正常維生素供應(75 IU維生素E醋酸酯/kg日糧)條件下不能表現出來。硫代巴比妥酸反應生成物質(TBARS)生成明顯降低,TBARS為一種在維生素E缺乏和正常供應的動物上表示脂質維生素E消耗的(限制性使用的)指示劑,其效果在維生素E缺乏時明顯增強。因此作者得出結論槲皮素的抗氧化作用效果在維生素E缺乏的情況下尤其明顯。在大鼠的進一步研究中,發現在使用槲皮素(2 g/kg日糧)、(-)-表兒茶酸(2 g/kg日糧)和(+)-兒茶酚(2 g/kg日糧)4周后血漿和肝臟中的aTOC濃度高于對照組。由于不飽和脂肪酸的供應量增加導致有機體內維生素E的轉運增加,因此進行進一步試驗以研究補充添加黃酮類物質對MUFA(單不飽和脂肪酸)或PUFA(多不飽和脂肪酸)含量豐富的日糧的影響。在四周后,黃酮類物質處理組顯示血漿和肝臟中aTOC濃度提高。相反,在另一個研究中,在使用槲皮素12周后對大鼠血漿和組織(肝臟、心臟和肌肉)中aTOC濃度沒有影響。即使在本研究中對維生素E缺乏的大鼠沒有產生“節省維生素E”的作用效果。此外,作者測定了血漿和組織中丙二醛(MDA)的濃度,分析結果顯示使用槲皮素-即使在維生素E缺乏的情況下-沒有對MDA濃度產生任何影響。在大鼠上進一步研究的結果導致作者懷疑黃酮類物質獨立于維生素E的直接抗氧化作用效果。


圖3:黃酮苷(無糖)在小腸粘膜和肝臟中的代謝機制。

在畜牧動物上的研究

在母雞上的幾個研究著眼于研究補充添加葡萄果渣(IT;含高濃度 (+ )-兒茶素、(-)-茶多酚、(-)-茶多酚3-0-沒食子酸和二聚體、三聚體、四聚體原花青素)和維生素E醋酸酯對肝臟aTOC濃度、體重、養分消化率和儲藏期間胸肉和腿肉脂質過氧化的影響??偨Y一下,結果表明補充添加TI或者維生素E醋酸酯處理對健康和畜牧學參數都沒有影響。然而,與對照組((95 mg 維生素E/kg日糧)相比表明這兩個添加組都導致在4 °C下儲藏的胸肉和腿肉的lBARS濃度降低。但是,維生素E醋酸酯添加組沒有明顯高于TI添加組。與對照組相比,補充添加TI導致肝臟中aTOC濃度提高,作者將這解釋為維生素E節省效果。在母雞上類似的研究中,添加不同濃度(15、30或60 g/kg日糧)黃酮類物質或者維生素E醋酸酯(200 mg/kg日糧)降低了儲藏胸肉的TBARS生成至類似程度。與對照組相比,飼喂不同量的茶兒茶素(TC:50、100、200、300 mg/ kg日糧)到母雞日糧中也導致儲藏的胸肉和腿肉的aTOC濃度提高和TBARS生成降低,其中 200 mg/kgTC的添加劑量證實與添加200 mg維生素E醋酸酯的效果相當。與此相比,進一步研究持續使用六周綠茶提取物(50和100mg/kg日糧)結合天然 aTOC (50或100 mg/kg日糧)與單獨添加 aTOC (100或200 mg/kg日糧)沒有發現對雞胸肉中aTOC濃度有任何影響。

在生長豬上,服用綠茶多酚提取物(GTP:10和100 mg GTP/kg日糧/天)加上滿足維生素E供應(17 I.E./kg日糧)五周沒有表現對血漿、肝臟、肺和后背肌中的aTOC濃度,或者肉質參數和抗氧化狀態有任何影響。在豬上的進一步研究中,與對照組(55 mg維生素E醋酸酯/kg日糧)在最后育肥階段補充添加綠茶兒茶素(GTC:200 mg/kg日糧)加上滿足維生素E供應(45 mg維生素E醋酸酯/kg日糧)也沒有對后背肌中的aTOC濃度有任何作用效果。但是,關于脂質過氧化,在肌肉儲藏后10天在氣壓變化條件 (40%C02:60%02) 下,發現GTC組的TBARS比對照組低。在伊比利亞豬豬上的研究中,使用黃酮類化合物或富含多酚的提取物沒有導致背最長肌中aTOC濃度增加或者脂質過氧化降低。比較到目前為止的研究,其中給動物添加滿足需求或者超過生理需求的維生素E,我們自己關于生長豬的試驗著眼于在維生素E缺乏以及另外制造日糧氧化應激(添加5%的魚油到日糧中)時黃酮類槲皮素可能的維生素E節省效果。不添加魚油,使用槲皮素四周后導致血漿和肝臟中的aTOC濃度提高。因此,槲皮素的維生素E節省作用可設定在維生素E供應不足沒有添加額外的“氧化應激”的情況下。飼喂魚油導致血漿中維生素E濃度進一步下降且明顯地增加了 8-前列腺素F2a (8-iso-PGF2a) 的濃度,8-iso-PGF2a是體內脂質過氧化的一個標記。在這些條件下使用槲皮素公認對血漿中維生素E濃度沒有作用,但是降低了體內脂質過氧化(降低了血漿中8-iso-PGF2a濃度)。

總結和結論

維生素E是不如動物最重要的親脂抗氧化劑,且由于其疏水特征從而負責保護細胞膜結構內的多不飽和脂肪酸。各種天然和合成的維生素衍生物的抗氧化效果在這里都具有良好的特點。代表植物多酚主要部分的黃酮類物質幾乎包含于所有高等植物中。然而,由于培育條件、加工和處理以及存儲條件變化,植物飼料原料和補充劑中的天然含量變化相當大。這就是為什么在 ´主要物質´的含量上規范這種產品是科學評估和嚴肅市場的基礎的和不可缺少的先決條件。其中隨著對作為畜牧生產實踐中常用的維生素E替代物越來越關注,目前研究集中在探討使用富含黃酮類植物提取物(如茶提取物)或畜牧飼料中作為天然抗氧化劑的工業副產物(例如葡萄果渣)。以這個為結合點,當前的研究著眼于研究黃酮類物質對家禽和豬的可能的維生素E節省或抗氧化作用。雖然這些研究在某些情況下顯示不一致甚至是矛盾的結果,值得提出的是這些研究沒有一個描述了對活動物關于畜牧參數如飼料采食量、飼料轉化率、日增重和生長性能的明顯的作用效果。然而,這適用于超生理劑量的維生素E和相應的添加含多酚的補充劑上。與此相比,在維生素E供應補足的情況下(在實踐上低于常規劑量)以及在動物試驗上明顯的氧化應激條件下,表明通過多酚對維生素E狀態具有部分改善,但是這種發現可能在農場實踐中不明顯因為生產者在使用礦物質和維生素添加劑時在補充超過需求的維生素和活性成分時提供了相當的“安全邊界”從而最終導致動物被提供超過需求的量。

關于在日糧中補充添加含多酚的產品對肉質參數的作用效果,可強調在大多試驗中在儲藏肉上得出的是正面效果。這可通過與高劑量的維生素E的作用效果相比較來完成。然而,在此必須提出的是各種添加劑的“定量”比較是不可能的,一方面由于大多數含多酚的產品特征和標準不足,其組成和潛在的活性成分含量未知,且另一方面由于缺乏多酚和維生素E的劑量等價數據。以本文作者觀點來看,目前植物多酚在畜牧動物上固然是有趣的´活性成分候選´,但是由于相關有用的研究很少,因此沒有理由認為所有含有多酚的補充劑都能等量替代維生素E。在此還需提出的是維生素E和多酚多給有機體帶來許多作用,這些作用都不是基于它們的抗氧化活性機制且也沒有進行充分研究。
 
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