CN1272011C - 植物甾醇和/或植物甾烷醇衍生物 - Google Patents

植物甾醇和/或植物甾烷醇衍生物 Download PDF

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Abstract

具有18～22个碳原子和至少三个碳-碳双键的多不饱和脂肪酸的植物甾醇酯和/或植物甾烷醇酯能有效地减少血清胆甾醇和甘油三酯。

Description

植物甾醇和/或植物甾烷醇衍生物
本发明涉及植物甾醇和/或植物甾烷醇(phytostanols)的多不饱和脂肪酸酯及其应用。
植物甾醇是植物的甾醇，例如少量地见于植物油(如玉米油、豆油或其它植物油)中，在植物油中，它们是作为游离甾醇、脂肪酸酯和糖苷存在的。植物甾醇在结构上与胆甾醇相似，主要区别在于它们侧链的碳架。自然界中发现了一些不同的植物甾醇结构。最常见的有菜油甾醇，β-谷甾醇和豆甾醇。植物甾醇被还原而生成饱和的植物甾醇(称为植物甾烷醇)，例如菜油甾烷醇(campestanol)或谷甾烷醇(sitostanol)，它们也是少量地天然存在。正常的人饮食一般导致每天摄食少于半克呈各种形式的这类物质。
已知摄食定量的(例如每天数克或更多)植物甾醇和/或植物甾烷醇可减少血清胆甾醇含量。人们认为游离植物甾醇和植物甾烷醇通过替代胆甾醇而抑制食物胆甾醇和胆汁胆甾醇的摄取。但是，通过往膳食中添加游离植物甾醇或植物甾烷醇一般只观察到血清胆甾醇含量的适度减少。
动脉硬化是西方国家很多地区中引起死亡的最主要原因。已证实，低密度脂蛋白(LDL)胆甾醇与心血管病的发作直接相关，而高密度脂蛋白(HDL)胆甾醇则与心血管病的发作具有相反的关系。患有联合高脂血症的人甚至具有更高的发作心脏病的危险性。血清胆甾醇含量的升高和甘油三酯含量的升高通常被认为是发作心血管病的起因和标志。因此，降低胆甾醇含量和降低甘油三酯含量都被认为是防止心血管病的所需目的和主要策略。已提出了降低血清胆甾醇含量的许多方法，其中有应用某些药剂和摄食呈各种形式的植物甾醇。同样，也已提出了减少血清甘油三酯的许多方法，其中有摄食呈各种形式的多不饱和脂肪酸(PUFAs)。
在食品应用中物理性能特别重要。组分的性能允许和限制产品可被送递的形式(例如呈油状或奶油状)。此外，诸如溶解性和熔点这样的性能可以通过以复杂的、不可预料的方式改变结构、口感或味道而影响食品的可接受性。一个关于游离植物甾醇的应用的问题是它们的结晶性质和在油中的有限溶解性。通常，应用很大的量来达到对胆甾醇含量的效果，但产生物理问题。所以探寻了其它形式。
WO96/38047公开了包括天然脂肪组分的基于脂肪的食品，所述组分具有血液胆甾醇含量降低效果，并且其中存在生育三烯酚、谷维素和植物甾醇的至少一种组分，该组分优选与PUFA-甘油三酯的至少一种组分物理混合。所述植物甾醇主要以较低的一定浓度和相对不溶性的游离植物甾醇形式存在。形成的产物是半固体物。应用了在比例上比植物甾醇高得多的量的PUFA甘油三酯。未描述该混合物对甘油三酯含量的效果。
美国专利4,588,717公开了作为维生素增补剂或者作为食物丸的植物甾醇脂肪酸酯，所述酯是从植物甾醇和C18～C20脂肪酸制备的。还包括不饱和酸即亚麻酸、亚油酸和花生四烯酸这样的脂肪酸。通常已知这些酸对甘油三酯的含量几乎无效果。
WO97/42830公开了由天然食物油与低浓度甾醇和甾醇酯(尤其是谷甾醇和谷维素)以及任选地单酸甘油酯的部分结晶的混合物构成的凝胶的制备和应用，其中所述混合物按规定的比例混合作为一种赋予可食用液态脂以坚固度的方法。由于甾醇和甾醇酯含量低，所需的这类产品需要相当大的体积和额外的含热量以便送递呈有效地降低胆甾醇含量的量的植物甾醇和植物甾醇酯。
WO98/06405公开了一种减少血流中的胆甾醇的方法，该方法通过施用作为得自植物油的脂肪酸酯的、按确定比率的β-谷甾烷醇与菜油甾烷醇。
美国专利5,502,045描述了通过施用得自植物油的C2～C22酸的β-谷甾烷醇酯减少吸收入血流的胆甾醇。
在脂质研究杂志(Journal of Lipid Research)， 1993， 34，1535～1544中，描述并参考了人受试验者进食从菜籽油脂肪酸制备的谷甾烷醇酯的混合物的试验。发现尽管在通过肠时被水解了，但植物甾烷醇酯比游离植物甾醇更有效地减少血清LDL胆甾醇。
在欧洲临床营养杂志(European Journal of ClinicalNutrition)， 1998， 52，334～343中，给出了用富含植物甾醇和植物甾醇酯的人造奶油进行的人试验结果。证实了与具有类似的脂肪酸分布的对比物相比，与人造奶油混合的甾醇酯减小了血浆总的胆甾醇浓度和LDL胆甾醇浓度。全部物质都含有不饱和脂肪酸酯，特别是油酸、亚油酸或亚麻酸的酯。未见到富含甾醇的人造奶油对血浆甘油三酯的浓度的效果。
现已发现，从植物甾醇和/或植物甾烷醇与某些ω-3多不饱和脂肪酸(n-3脂肪酸)制备的植物甾醇酯和/或植物甾烷醇酯在减少血清胆甾醇和甘油三酯方面意外地有效。这类多不饱和脂肪酸例如有具有五个不饱和碳-碳双键的二十碳五烯酸(EPA)或具有六个不饱和碳-碳双键的二十二碳六烯酸(DHA)。所述酯显著降低血浆胆甾醇含量和甘油三酯含量，但与植物油组合的植物甾醇只降低血浆胆甾醇含量。因此，这些酯可被用作组合的胆甾醇减少剂和甘油三酯降低剂，于是有益地影响心血管病的两个主要危险因素。
上面讨论的效果已在大鼠中证实了，应用的方法和获得的结果被描述和总结如下。
动物处理
在2周的前处理中给三十只重177±14g的雄性Fisher大鼠保持提供高脂食物(表1)。然后将它们随机分成五个试验组，每组包括6只动物。给对比组(1组)保持提供在2周的预处理期过程中应用的高脂食物。就其它试验食物来说，为了使全部试验食物具有等能食物和等量脂肪，用2％(wt/wt)下列脂质代替对比食物的2％脂肪含量(1％椰子油和1％玉米油)：
2组：2％谷甾醇混合物/高油葵花油(TRISUN 80)(1∶1比率)；
3组：2％谷甾烷醇-DHA酯；
4组：2％豆甾醇-EPA酯；
5组：2％谷甾醇混合物+EPA/DHA酯(1∶1比率)。
试验食物的脂肪酸成分示于表2中。让大鼠自由接近水和食物，并且将它们保持12小时亮-暗循环。每天替换笼中的食物，弃去全部未消耗的物质并测定摄食量。在试验期开始时(0周)和处理2周后(第2周)通过眶后穿刺术取血样(1ml)。4周后，通过在异氟烷麻醉下从腔静脉抽血使动物致死。将血液收集入含有作为抗凝剂的EDTA的管内。
脂质分析
通过立即在4℃、1600g下离心10分钟从肝素化血液制备血浆。在COBASFARA分析仪(Roche Diagnostica，Switzerland)上酶法测定血浆胆甾醇、甘油三酯和HDL-胆甾醇(沉淀法)。通过差减法计算非HDL胆甾醇。食物中的脂肪酸组成是通过气相色谱法测定的。
统计分析
在每个食物组中，将全部数据都表示成对动物的平均值±SD。通过单向协方差(ANCOVA)分析以及后续的关于对对比组(1组和/或2组)多重比较的Dunnet’s试验来分析食物组之间的平均差异。调节的协变量是处理期开始时(0周)相应参数的值。全部试验是在5％水平下进行的，并计算95％置信区间。
结果
在4周喂食期中，在全部食物组中大鼠的生长相似。4周的期间五个饮食制度的平均摄食量是12g/天/只。食物处理对体重和食物消耗无明显影响。
在用植物甾醇处理过的所有四个组中，血浆胆甾醇大为降低，即降低28％～46％(相对于对比组)以及降低46％～66％(相对于预处理期(0周))(表3)。
通过用植物甾醇处理几乎未影响HDL胆甾醇含量(表4)。因此，非HDL胆甾醇(VLDL胆甾醇+LDL胆甾醇)主要是通过植物甾醇处理而降低的。
在用植物甾醇与n-3脂肪酸组合处理过的组中，血浆甘油三酯含量大为降低，即降低18％～39％(相对于对比组)以及降低15％～41％(相对于预处理期(0周))(表5)，但植物甾醇与植物油组合(第2组)未显著降低血浆甘油三酯。
表1
大鼠高脂食物的组成a
  成分   g/100g无水混合物
  蛋白质   18.7
  纤维   6.6
  脂肪   18.3
  糖类   39.2
  食物能量(MJ/Kg)   16
  脂肪中的代谢能量(％)   42
该食物含有0.5wt％胆甾醇、1wt％胆酸钠以及根据大鼠的需要的标准维生素和矿物质混合物。
a主要的脂肪包括椰子核(18wt％)、椰子油(2.5wt％)和玉米油(2.5wt％)。
表2
试验食物的脂肪酸组成(mol％)
  脂肪酸   1组对比组   2组2％(谷甾醇混合物+Trisun)   3组2％谷甾烷醇-DHA酯   4组2％豆甾醇-EPA酯   5组2％谷甾醇混合物-EPA/DHA酯
  饱和的   57.73   56.57   57.62   56.41   56.86
  单烯   18.84   25.35   15.59   15.62   16.34
  PUFAs   23.43   18.08   26.79   27.98   26.81
  总和n-6   22.08   16.76   16.85   16.92   17.47
  总和n-3   1.21   1.15   9.91   10.89   9.20
  C14   33.91   33.63   34.99   34.05   34.04
  C16   17.84   16.64   16.76   16.58   16.66
  C18   5.38   5.64   5.33   5.26   5.42
  C18:1-9   17.99   24.39   15.08   15.02   15.16
  C 18:1-7   0.55   0.67   0.41   0.42   0.56
  C18:2-6   21.91   16.54   16.31   16.56   16.74
  C18:3-3   1.21   1.15   1.17   1.21   1.25
  C20:5-3   0.00   0.00   0.11   9.52   4.56
  C22:6-3   0.00   0.00   8.58   0.13   2.76
结果是以脂肪酸甲酯的百分数(mol％)表示的。
表3
植物甾醇酯对大鼠血浆总胆甾醇的效果
  0周   第2周   第4周
  试验组   平均值±SD   平均值±SD   ％变化a   平均值±SD   ％变化a
  1组   2.69±0.42   2.48±0.44   -8   2.24±0.47c   -17
  2组   3.25±0.80   2.10±0.31   -35   1.23±0.20b   -62
  3组   2.90±0.58   1.79±0.37b   -38   1.23±0.26b   -58
  4组   2.97±0.49   1.94±0.12b   -35   1.61±0.25b   -46
  5组   3.58±0.52   1.73±0.26b   -52   1.22±0.21b   -66
a相对于预处理的百分变化。
b在第2周或第4周时与对比组显著不同(P＜0.05)。
c在第2周或第4周时与第2组(谷甾醇混合物+trisun)显著不同(P＜0.05)。
表4
植物甾醇酯对大鼠脂蛋白的效果
  HDL胆甾醇   非HDL胆甾醇
  平均值   平均值
  1组   0.60±0.09   1.64±0.47b
  2组   0.71±0.08   0.52±0.14a
  3组   0.49±0.10b   0.75±0.21a
  4组   0.53±0.08   1.07±0.26a，b
  5组   0.68±0.19   0.54±0.10a
a在第2周或第4周时与对比组显著不同(P＜0.05)。
b在第2周或第4周时与第2组(谷甾醇混合物+trisun)显著不同(P＜0.05)。
表5
植物甾醇酯对大鼠血浆甘油三酯的效果
  0周   第2周   第4周
  平均值±SD   平均值±SD   ％变化a   平均值±SD   ％变化a
  1组   1.08±0.23   1.09±0.21   1   1.22±0.13   13
  2组   1.00±0.17   1.04±0.17   4   1.08±0.15   7
  3组   1.25±0.26   0.83±0.13b   -34   0.74±0.15b，c   -41
  4组   0.98±0.15   0.81±0.19b   -17   0.83±0.13b，c   -15
  5组   1.59±0.51   0.94±0.16   -41   1.00±0.13b   -37
a相对于预处理的百分变化。
b在第2周或第4周时与对比组显著不同(P＜0.05)。
c在第2周或第4周时与第2组(谷甾醇混合物+trisun)显著不同(P＜0.05)。
有机化合物的物理性能(例如物理状态、熔点和溶解度)不能从化学结构可靠地预测。这些相同的性能通过以复杂的、不可预料的方式影响结构、口感或味道而大为影响食品的可接受性。在本发明的范围内，合成了EPA和DHA与纯形式的谷甾醇、谷甾烷醇和豆甾醇的酯，以及从这些甾醇和其它甾醇的混合物与所述酸和其它脂肪酸的混合物合成了酯。在室温或低于室温时所述化合物和混合物的一些是液体，其它的则是部分呈固态。所有这些物质都明显地比相应的植物甾醇或植物甾烷醇更易溶于食用油。为进行对比，还合成了谷甾烷醇与含较大量的C16～C20不饱和脂肪酸(特别是亚麻酸，例如从菜籽获得的亚麻酸)的混合脂肪酸的酯，并且发现产生的混合物在室温或室温以下大部分是晶体。完全溶解这些酯比溶解用EPA或DHA制备的酯需要多得多的食用油。
进一步发现了本发明的化合物提供独特的物理优势。该化合物比迄今描述的其它植物甾醇酯呈现更高的在食用油中的溶解度，这对于掺入各种食品是有利的。这些物质使得有可能以每单位体积最高浓度共同送递呈其酯形式的植物甾醇和/或植物甾烷醇与选定的PUFAs。这对于掺入体积更小至关重要的产品(例如水分散性制剂)或不希望有另外的非必需食用油的产品来说是有利的。这表现出物理优势，胜过其它植物甾醇/植物甾烷醇的简单混合物或制剂和/或它们与PUFAs的脂肪族酯以及它们的通常可获得的酯或甘油三酯形式。
因此，本发明的一个目的是从植物甾醇和/或植物甾烷醇和具有18～22个碳原子和至少三个不饱和碳-碳双键的PUFAs制备的植物甾醇酯和/或植物甾烷醇酯。本发明的进一步目的是这类植物甾醇酯和/或植物甾烷醇酯或其混合物在人饮食和疗养食品方面的应用，旨在降低人的血清胆甾醇含量与血清甘油三酯含量。本发明的化合物优选以每天1～10克植物甾醇酯和/或植物甾烷醇酯含量的总量应用。本发明的更进一步目的是这些植物甾醇酯和/或植物甾烷醇酯或其混合物在呈适当物理形式(例如胶囊等)的制剂中的应用，作为饮食增补剂或者作为食品的组分以及这些制剂本身。
优选的植物甾醇有β-谷甾醇或豆甾醇和菜油甾醇或其混合物。更优选的有β-谷甾醇和豆甾醇或其混合物。最优选的是β-谷甾醇。优选的植物甾烷醇有β-谷甾烷醇和菜油甾烷醇或其混合物。更优选的是β-谷甾烷醇。优选的PUFAs有EPA和DHA。
容易理解，本发明的酯不需以纯态应用。可应用这些酯的混合物。同样可应用这些酯与植物甾醇/植物甾烷醇的其它脂肪族酯的混合物。可根据它们的来源改变应用的植物甾醇和/或植物甾烷醇的比率。同样，可改变PUFA和其它脂肪酸的比率。还应懂得，该产品可能含有一些游离的植物甾醇/植物甾烷醇和/或PUFA甘油酯或酯。因此，物理性能可以从具有高比例的多不饱和植物甾醇/甾烷醇酯(它们是液体，易溶于食用油)的那些变成具有更小比例的不饱和度的混合物(它们呈半固态或蜡状)的那些。
本发明的化合物可按已知方法制备。例如它们可按已知方式通过植物甾醇/植物甾烷醇与n-3PUFA的酯化获得。备选地，它们可优选通过在酯交换催化剂存在下加热而由游离植物甾醇/植物甾烷醇与n-3PUFAs的酯的酯交换制备，由此，(i)所述酯交换是在无溶剂下进行的，(ii)所述脂肪族酯包括合适的简单C1～C4酯和甘油三酯，(iii)所述催化剂是C1～C4醇的醇钠。该反应适当地是通过在80～140℃和133～6650Pa的压力下加热所述混合物而进行的，并且该反应是用化学计算量的直至过量的PUFA酯进行的。如下实施例进一步阐述了本发明。
                        实施例1
往0.91g二十二碳六烯酸(纯度：90％)、1.03g豆甾醇(纯度：95％)和二甲氨基吡啶(50mg)于18ml干二氯甲烷中的混合物中加入二环己基碳二亚胺(0.63g)于5ml二氯甲烷中的溶液。在室温下搅拌4小时后，反应完全。然后，添加甲醇(0.5g)和乙酸(0.25g)，再将该混合物搅拌一小时。将该混合物冷却到0℃，过滤，用己烷(3×25ml)漂洗固体物。在减压下除去溶剂，用急骤色谱法在硅胶上处理残余物而得1.0g无色油状二十二碳六烯酸豆甾醇酯的纯级分，NMR和IR数据相符。在室温下贮存数周后和在-20℃下冷冻数周后该物质保持油状。
                        实施例2
与实施例1类似，从二十碳五烯酸(纯度：90％)和豆甾醇制备了二十碳五烯酸豆甾醇酯。二十碳五烯酸豆甾醇酯(1.46g)是以无色油状获得的，它在20℃～-20℃的温度范围内保持液态。
                        实施例3
与实施例1类似，从豆甾醇与一种49％二十碳五烯酸和27％二十二碳六烯酸的混合物制备了豆甾醇的二十碳五烯酸-二十二碳六烯酸酯的混合物。豆甾醇的酯的混合物是以无色油状获得的，它在20℃～-20℃的温度范围内保持液态。
                         实施例4
与实施例1类似，从豆甾烷醇(纯度：95％)和二十二碳六烯酸(纯度：90％)制备了二十二碳六烯酸豆甾烷醇酯。二十二碳六烯酸豆甾烷醇酯是以稍微带色的油状获得的，它在20℃～-20℃之间保持液态。
                         实施例5
与实施例1类似，从豆甾烷醇和二十碳五烯酸制备了二十碳五烯酸豆甾烷醇酯。二十碳五烯酸豆甾烷醇酯是以略带黄色的油状获得的，它在20℃～-20℃的温度范围内保持液态。
                         实施例6
与实施例1类似，从豆甾烷醇与一种49％二十碳五烯酸和27％二十二碳六烯酸的混合物制备了豆甾烷醇的二十碳五烯酸酯和二十二碳六烯酸酯的混合物。豆甾烷醇的二十碳五烯酸酯和二十二碳六烯酸酯的混合物是以无色油状获得的，它在20℃下贮存时变浑浊，并且在-20℃下部分地变成固态。
                         实施例7
与实施例1类似，从β-谷甾醇、菜油甾醇和豆甾醇的混合物与49％二十碳五烯酸和27％二十二碳六烯酸的混合物制备了PUFA甾醇酯的混合物。PUFA甾醇酯的混合物是以浑浊的油状获得的，它在20℃下含有一些固体并在-20℃下部分地变成固态。
                         实施例8
与实施例1类似，从豆甾烷醇与一种脂肪酸混合物制备了豆甾烷醇不饱和脂肪族酯的混合物，其中所述脂肪酸混合物是从瑞士菜籽油的商品化食品样品(9％饱和甘油三酯，61％单不饱和甘油三酯，30％多不饱和甘油三酯)的碱解获得的。豆甾烷醇不饱和脂肪族酯的混合物是以无色油状获得的，它在室温下缓慢地结晶。在-20℃下，该物质基本上呈固态。
                         实施例9
在120℃下干燥植物甾醇(43％谷甾醇、23％豆甾醇、24％菜油甾醇和其它少量甾醇的20.6g商品化混合物)与75％DHA-EPA乙酯(43％二十二碳六烯酸乙酯和32％二十碳五烯酸乙酯及其它脂肪族酯的16.8g商品化混合物)的混合物，同时鼓泡通入惰性气流。往该熔化后的混合物中添加乙醇钠(1.03ml 21％于乙醇中的溶液)。在120℃和15毫巴的真空下搅拌该混合物达两小时。将该淡棕色混合物冷却到80℃并且用稀酸猝灭催化剂。通过在减压下加热同时鼓泡通入惰性气流而使分离的油相脱水。获得35.0g浑浊的淡棕色油状粗植物甾醇酯，它在室温下保持呈流体。HPLC证实变成甾醇酯的转化率是95％。
                        实施例10
通过在120℃下鼓泡通入惰性气体而使植物甾醇(43％谷甾醇、23％豆甾醇、24％菜油甾醇与其它少量甾醇的148g商品化混合物)与鱼油甘油酯(141g商品化具有17％EPA和11％DHA的脂肪酸成分的甘油酯混合物)的混合物脱水。往该熔化后的混合物中添加乙醇钠(11.9ml 21％于乙醇中的溶液)。在120℃和15毫巴的真空下搅拌该混合物达一小时。
用稀酸骤冷该淡棕色混合物，在减压下使分离的油相脱水而得249g淡棕色油状物，它缓慢地结晶成半固体物质。HPLC证实转化率是93％。
                        实施例11
估测按实施例1～8中描述的方法制备的物质以及母体甾醇在瑞士菜籽油商品化样品中的溶解性，方法是交替地在室温下往一定量甾醇酯中添加小增量的油并且搅拌5分钟的时间直至溶解。最小初始比率是约1∶1，并且在高于10∶1时停止试验。
物质                            溶解性g油/g物质
二十二碳六烯酸豆甾醇酯          可混溶＞1
二十碳五烯酸豆甾醇酯            可混溶＞1
豆甾醇的EPA-DHA酯混合物         可混溶＞1
二十二碳六烯酸豆甾烷醇酯        可混溶＞1
二十碳五烯酸豆甾烷醇酯             可混溶＞1
豆甾烷醇的EPA-DHA酯混合物          可溶＞4
谷甾醇甾醇混合的EPA-DHA酯混合物    可混溶＞1
豆甾烷醇菜籽酯混合物               不溶＞10
豆甾醇                             不溶＞10
豆甾烷醇                           不溶＞10
90％二十二碳六烯酸乙酯             可混溶＞1
90％EPA乙酯                        可混溶＞1

Claims (7)

1.豆甾醇与二十碳五烯酸或二十二碳六烯酸的酯及其混合物。
2.二十碳五烯酸豆甾醇酯。
3.二十二碳六烯酸豆甾醇酯。
4.一种包含如权利要求1-3中任一项所要求的酯的组合物。
5.如权利要求4所要求的组合物，为药物组合物。
6.如权利要求4所要求的组合物，为饮食增补剂或食品组分。
7.如权利要求1-3中任一项所要求的酯在制备如权利要求4-6中任一项所要求的组合物中的应用。
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