磷脂类活性物质的海岸带生物化合物

一、磷脂概述

磷脂是一类存在于生物界的含磷脂类，在植物的种子、动物血液、脏器、蛋黄及细菌中与油脂并存，是生物细胞的构成物质，也是生命的基础物质之一。磷脂最早由Uauquelin于1812年从人脑中发现，又由Gobley于1844年从蛋黄中分离出来，并于1850年按希腊文lekithos（蛋黄）命名为Lecithin（卵磷脂），继而陆续从许多动植物中分离、确认了许多磷脂物质。1925年，Leven将卵磷脂（磷脂酰胆碱）从其他磷脂中分离出来。1861年，Topler又在植物种子中发现了磷脂的存在，而迄今认为最为丰富的大豆磷脂是1930年发现的（聂月美，2005；刘元法，2000；白满英，2001）。磷脂的研究20世纪30年代始于德国，60年代以来磷脂的生产在发达国家已实现工业化，广泛应用在食品、医药、化妆品和工业助剂领域。随着对磷脂研究和应用的深入发展，科学界、实业界对磷脂的结构、性能、功效和生理、生化作用的认识在逐步深化。由于磷脂实用价值的拓展，开展了磷脂的精细分离技术、精细有机合成技术以及化工系统工程的研究，使高纯磷脂、精细磷脂得以开发和应用，从而使磷脂在国民经济和社会发展中占据了应有的位置。80年代中期以来，随着人类生活质量和生命质量的提高，人们对保健营养品、功能食品、疗效食品不断提出新的要求，促进了磷脂的研究与开发，磷脂在发达国家受到普遍关注。继普通磷脂之后，食品级、医药级磷脂相续问世。目前在欧、美、日市场，磷脂占营养食品、功能食品、疗效食品销售的第3位，销售额达上百亿美元。90年代以来，将磷脂研究发展到生命科学和脑科学领域的探索、研究、开发和应用中。由于磷脂的全面、特有功能和功效性，磷脂被誉为“伟大的营养师”“脑的食物”“血管的清道夫”“可食用的化妆品”“细胞的保护神”“长寿因子”。磷脂以其对人体的全面生理功能风靡全球，掀起了国际磷脂保健新潮流。1997年5月在美国Seattle举行的磷脂国际会议上，将磷脂列为美国食品及营养委员会推荐的人体每天应补充的营养素之一。磷脂不仅具有较高的营养价值，而且还具有生理调节机能，可促进人体新陈代谢，增强免疫力，预防疾病，增进健康等。现在，美国、欧洲、日本等发达国家已将磷脂用于临床中，防治脑、心、肝、肿瘤等疾病。目前磷脂研究刚刚进入分子水平阶段，尚不系统和完备，正在步入研究和应用的新阶段。

由于所含醇的不同，磷脂可分为甘油磷脂类和鞘氨醇磷脂类，它们的醇物质分别是甘油和鞘氨醇（sphingosine）。分子结构可由下面通式表示（图3-19）：

图3-19　磷脂的化学结构

二、磷脂的来源

磷脂广泛存在于动植物的组织及微生物中，是细胞膜、神经组织的主要成分。磷脂按来源分为动物来源、植物来源和微生物来源。

1.动物来源磷脂

磷脂广泛地存在于动物组织中，是细胞膜、神经细胞及脑部细胞的主要成分，在生物体中扮演结构及功能上的角色，其含量和动物体种类、细胞类型、细胞位置及营养摄取等有关。动物来源的磷脂包括蛋黄、脑部组织、肝脏、其他部位组织、鱼类及水产类等。脑部组织含有丰富且多种类的磷脂，是身体中磷脂含量最高的器官；肝脏是体内磷脂主要被吸收、代谢及生化合成的地方，磷脂质占脂质含量的90%以上，为身体中磷脂占有最高比例的器官。用动物组织萃取磷脂，纯化过程复杂，产量少而且价格昂贵，因此多为医药用途。鱼类及水产类中所含的磷脂占总脂肪含量的15%～80%，因季节与种类不同而有剧烈变化，但是磷脂含量随脂肪含量增加而有明显上升，因此鱼类及水产类作为动物性磷脂质来源，具有开发的空间。

蛋黄磷脂具有含量高、萃取容易、容易取得的优势。鸡蛋每个质量为40～60g，其中蛋壳占11%、蛋清占58%、蛋黄占31%。蛋黄由水分50%、蛋白质16%、脂类32%组成，其中脂类以脂蛋白形式存在。在脂类中，磷脂占30%，中性脂肪占65%，胆固醇占4%，因而总蛋黄干物质中至少有60%的脂肪，其中磷脂占干物质的20%左右。蛋黄中磷脂产量较其他动物性来源的磷脂高，因此市售动物性来源的磷脂多为蛋黄磷脂。

2.植物来源磷脂

许多植物中含有磷脂，其中以大豆磷脂为最常见。除大豆外，玉米、棉籽、亚麻籽、油菜、向日葵及花生等油料作物中均含有磷脂。

大豆磷脂占大豆整粒种子的1.2%～3.2%，是最常作为商业上使用的植物性磷脂。大豆经提炼大豆油后，其所剩余废弃的大豆粕中含有丰富的磷脂，由溶剂萃取方法可得到大豆磷脂，其产量丰富且价格便宜，因此市售的磷脂产品多数是以大豆为来源的。

3.微生物来源磷脂

由微生物所产生的磷脂，因微生物种类不同而有差异。生产磷脂的微生物的种类包括细菌、酵母等。微生物来源的磷脂较动物性及植物性来源的磷脂要昂贵，需要靠高度的发酵技术及菌株的筛选来生产大量的磷脂。因为菌株的差异，所生产的磷脂的种类并无一定的规则。生产微生物来源的卵磷脂在选择菌株时须考察微生物的细胞膜含有高含量的磷脂以及所产生的磷脂为副产物或是废弃物，以符合经济利益。

三、甘油磷脂

甘油磷脂即磷酸甘油酯（phosphoglycerides），它是生物膜的主要组分，包括卵磷脂和脑磷脂。这类化合物所含甘油的第三个羟基被磷酸、另两个羟基为脂肪酸酯化，继而，其中的磷酸再与氨基醇（如胆碱、乙醇胺或丝氨酸）或肌醇结合。分子结构可由下面通式表示（图3-20），其中R1，R2分别表示C16～C22的饱和或不饱和脂肪酸，由于-X基团的不同而呈现不同的种类。

图3-20　甘油磷脂的化学结构式

四、鞘氨醇磷脂

又称神经鞘磷脂、神经磷脂或鞘磷脂，大都存在于动植物组织中，易结晶，难溶于水、乙醚及其他有机溶剂中。它是神经酰胺（ceramide）与磷酸直接连接，然后再与胆碱或胆胺连接而成的磷脂。神经酰胺由鞘氨醇（神经氨基醇）与脂肪酸缩合而来。组成鞘磷脂的高级脂肪酸除了有硬脂酸、软脂酸、二十四烯酸外，还有鞘磷脂中特有的二十四烯酸，又称为脑神经酸（24∶1Δ15）。鞘氨醇有两种，一种存在于动物组织中，结构为图3-21（a）；另一种存在于植物组织中，结构为图3-21（b）。

图3-21　鞘氨醇磷脂的化学结构

五、磷脂的生物活性

作为一大类物质，不同磷脂具有不同的生物学功能。磷脂的应用已不仅仅局限于一般的磷脂加工性能，它的生物学功能和在药物上的应用愈来愈受到广泛关注。

1.磷脂组成生物膜骨架

生物膜是由蛋白质和脂类组成的有机集合体，大多数膜中蛋白质与脂类比为1∶4～4∶1，脂类主要是甘油磷脂，其他还含有糖脂和胆固醇等。生物膜中甘油磷脂主要是PC和PE。由于其双亲性，磷脂能自发在水介质中形成闭合双分子层，成为生物膜骨架。生物膜是细胞表面的屏障，又是细胞内外环境进行物质交换的通道，众多酶系与膜结合，系列生化反应在膜上进行。膜上蛋白质可分为两种，即外周蛋白和内嵌蛋白。外周蛋白是以离子键与脂质极性头或内嵌蛋白两侧亲水部分结合，膜上许多活性蛋白质都是高度组织化、有序化，能执行特定生物学功能，这种功能执行对整个细胞生命过程非常重要，而这种蛋白质活性又与磷脂骨架具有重要关系。磷脂脂肪酸不饱和度高，生物膜流动性强，膜蛋白运动性增强，使之更能为适应功能而改变其分布和构型，从而使膜酶发挥最佳功能。生物膜上的酶有的还具有较强磷脂依赖性，只有在相应磷脂存在下才具有活性，因此磷脂对人体健康具有重要作用。(www.xing528.com)

2.磷脂独特的保健功能

（1）磷脂特别是PC在人体神经系统生长发育和激素的分泌调节等方面起重要作用，可健脑益智，适宜于脑发育期的青少年，还可预防神经衰弱和老年痴呆症等。

（2）磷脂能显著提高免疫功能，激活巨噬细胞的活力，增强机体抵抗疾病的能力。

（3）磷脂是脂质乳化剂，可乳化血浆，促进造血代谢，预防冠心病、高血压、高血脂和高黏血症等心脑血管疾病。

（4）磷脂能改善肝脏脂质代谢障碍，防止肝炎及脂肪肝的形成。PC的主要成分胆碱是使肝脏保持正常功能的必需营养素。PC能促进脂蛋白合成、再生，保护肝细胞的线粒体、微粒体等膜免受损伤，改善脂质代谢异常。

（5）磷脂可以改善肺功能。对于肺部磷脂，除作为细胞膜成分外，在肺泡腔内还存在作为表面活性剂的磷脂。这些磷脂具有保持肺泡换气的功能，因此能改善肺功能，可作为新生儿呼吸窘迫综合征的治疗药。

（6）磷脂能够提高药物治疗指数，降低药物毒性。磷脂除本身具有药物作用外，与其他天然活性成分复合，还能提高活性成分的体内或透皮吸收，增强药物活性，显著改善生物有效性。

（7）磷脂还具有排毒养颜的功效，能促进皮肤对氧气、养分的吸收。

（8）磷脂具有抗氧化作用。Sugino等研究发现，向富含DHA的油中加入不同磷脂含量的蛋黄脂质，随磷脂含量的增加，蛋黄脂质起的抗氧化作用增强。学者经研究认为，磷脂可以作为酚类化合物如α-生育酚（α-tocopherol）等的抗氧化能力的增效剂，原理可能是磷脂的氨基酸基团通过氢转移参与了生育酚的再生。

六、磷脂的应用和发展现状

磷脂作为乳化剂，具有分散、润湿、消泡、稀释等作用，已在食品、医药、化妆品、农业等行业得到广泛的应用。

1.食品工业

磷脂主要用作食品乳化剂、抗氧剂、食用香料的微胶囊壁材。另外，磷脂还是备受关注的新型保健食品。美国食品和药品管理局（FDA）将卵磷脂列为公认安全物质，联合国粮食与农业组织（FRO）和世界卫生组织（WTO）专家委员会报告规定，对卵磷脂的摄取量不做限量要求。

2.医药工业

首先，高纯度磷脂比普通磷脂乳化性好，作用的pH范围更宽，可以辅助治疗胆固醇及神经紊乱，以及作为脂肪注射液中的乳化剂。

其次，磷脂制成脂质体作为药物载体，能提高药效。研究发现，它对人体酶系统亦有疗效。DHA/EPA磷脂在医疗方面的独特生理功效，更是日益引起人们关注。磷脂脂质体特别是DHA/EPA磷脂构成的脂质体在生物医学、免疫调节和遗传工程等领域的应用将会有广阔的前景。

3.化妆品

磷脂对皮肤有很好的适应性和渗透性，能增进皮肤的柔软性和弹性。另外，磷脂能刺激头发的生长，对头皮起软化作用，对治疗脂溢性脱发有一定疗效。

七、磷脂生产和开发现状

从世界范围来看，生产磷脂的著名企业主要分布在美国、德国和日本。美国主要有Central Soya，Lecithin，Riceland与ADM等几家大型磷脂公司。Central Soya主要生产磷脂食品添加剂、保健食品卵磷脂颗粒制剂，Lecithin以磷脂的改性研究著称，Riceland采用连续化生产新工艺开发出流动性粉末大豆磷脂，ADM则以食用级大豆磷脂为主，还生产谷物磷脂。

德国Lucas Meyer公司和Nattermann公司为世界著名的磷脂专业公司。前者的磷脂分离、精制和制剂化技术在世界上处于领先地位，后者主要生产药用和化妆品用卵磷脂，具有精湛的分馏技术，开发出用于医药和化妆品的磷脂脂质体。

日本主要有亚油酸油脂、味之素、昭和产业、丰年、日清制油和真磷脂等。

近年来，这些公司都在致力于开发酶改性磷脂、高纯度卵磷脂产品，应用于医药和化妆品中。近年来，国外开发了酶解磷脂、酵素磷脂等中间产品和注射用磷脂脂肪营养液、人造白血浆、人造皮膜、人造透析膜及复合营养袋等新材料、新产品，扩大了磷脂的应用领域。

相比之下，国内对磷脂的研究和生产起步较晚。20世纪80年代初在浓缩磷脂与粉状磷脂的制取工艺与设备的研究方面取得了一些成果。90年代，研究开发工作侧重于改性与应用、高纯度醇溶卵磷脂的提取技术和磷脂保健食品的开发。静脉注射用精制大豆磷脂的开发是医药科技2000年发展的重要课题。

随着磷脂纯化精制工艺的成熟，以大豆磷脂为主研制的高纯度药用磷脂针剂和保健食品磷脂胶囊等产品已经开始拥有市场。尽管如此，与国外相比，我国磷脂的生产及研究仍存在产品纯度低、生产规模小、资源利用率低、功能性欠佳、产品质量检测手段落后等问题。因此，磷脂的精制与分离、分析检测及改性等都是研究的热点。纵观国内外的天然磷脂产品，仍是以大豆磷脂为主，蛋黄磷脂则在高纯度医药级的磷脂产品市场上占有一定份额。DHA/EPA磷脂在生理活性方面超越蛋黄磷脂、大豆磷脂的优异特性已经引起越来越多的关注，在保健食品及医药产品开发方面有着深厚的市场潜力，已经日益成为全球磷脂研究开发的新动向。受陆生动植物脂肪酸组成特点所限，大豆、蛋黄显然无法成为天然DHA/EPA磷脂的原料。