维生素E在饲草及畜产品中的应用研究

赵亚民，张丽静，傅 华

(兰州大学草地农业科技学院，甘肃 兰州 730020)

维生素E是一类脂溶性维生素。室温下，生育酚和生育三烯酚是透明、淡黄色黏稠物质，无臭无味，不溶于水但易溶于非极性溶剂。1922年，科学家发现一个未知、与饮食有关的因子是实验室小白鼠正常繁殖所必需的脂溶性成分[1]。1924年，这个未知因子被命名为维生素E。 1936年，α-生育酚从小麦胚芽油中被分离出来，并且其化学结构式(C29H50O2)也被确立[2]。1937年，β-、γ-生育酚相继被分离出来[3-4]，并且发现它们的活性都比α-生育酚低。1947年，δ-生育酚被报道从大豆油中分离出来[5]。植物油中的一些成分由于和α-生育酚具有类似的活性，而被认为是其他种生育酚[5-9]。后来发现这些成分在其化学结构中支链上含有不饱和键，这类生育酚被命名为生育三烯酚[6-7]。天然维生素E包括生育酚和生育三烯酚两类，因甲基数目和位置不同，又各有α、β、γ、δ四种类型，活性各异(图1)。生育酚和生育三烯酚都是由一个疏水侧链和一个芳香环的极性头部组成，具有相似的基本结构式[8]。

图1 生育酚和生育三烯酚结构式

生育酚和生育三烯酚存在于所有谷物、种子、坚果、植物油、水果、肉类、鱼类、奶类以及蛋类中[10]，并广泛存在于植物叶片中，叶子中一般以α-生育酚为主，种子中则以γ-生育酚为主[11]。生育酚和生育三烯酚在无氧或者抗氧化剂存在的条件下，对热、酸、碱稳定，对可见光稳定，但可以被紫外光破坏[12]。

维生素E是一种有效的天然抗氧化剂。植物油中含量最丰富的天然抗氧化物质就是α-和δ-生育酚，生育酚和生育三烯酚能够抑制食物中的脂质氧化。维生素E具有抗氧化活性是由于其结构中酚羟基的存在，从而减慢了脂质氧化的进程[13]。最初以为羟基的贡献能力是按照α>β>γ>δ的顺序进行的[14]，但后来发现不同的脂质模型系统，不同的氧化条件以及操作方法都能影响生育酚和生育三烯酚在体外的抗氧化活性。

本研究对生育酚和生育三烯酚的抗氧化机理进行描述，并结合其在动物生产、食品中的应用进行总结，以期对维生素E取得进一步认识。

1 维生素E抗氧化机理

维生素E由于酚羟基的存在，具有较强的抗氧化作用，人们推测维生素E的抗病机制与其抗氧化性能有关。色满环上的羟基作为活性基团，能够释放其羟基上的活泼氢，捕获自由基，从而阻断自由基的链式反应，起到预防或减轻细胞膜脂质过氧化损伤和防止油脂氧化的作用[15-17]。大量实验和临床研究报告表明，维生素E具有抗肿瘤、预防心血管疾病、预防动脉粥样硬化、提高机体免疫力等功能，是人类营养的必需成分[18-19]，维生素E已被许多国家的药典收录。

自动氧化是食用油脂和油基食品品质劣变的最主要原因，脂类的自动氧化极为复杂，从理论上讲，它是一个自由基链式反应。有一些事实可以证明这个结论[20]：(1)不饱和脂肪酸自动氧化产物是氢过氧化物；(2)自由基的清除剂能阻止或延缓脂类的自动氧化；(3)90%以上的亚油酸自动氧化产物共轭化了，且其中一个双键变成了反式；(4)电子旋转共振光谱仪(ESR)能直接测出自动氧化过程中自由基的存在。经研究总结，证明此反应有下列3个反应阶段：

诱导 RH→R·+H·

①

传播 R·+O2→ROO·

②

ROO·+RH→ROOH+R·

③

ROOH→RO·+HO·

④

RO·+RH→ROH+R·

⑤

RH+R·→H2O+R·

⑥

终止 R·+R·→RR

⑦

ROO·+R·→ROOR

⑧

ROO·+ROO·→ROOR+O2

⑨

式中，RH为油脂中所含的不饱和组分，H为双键两侧与碳原子结合的氢原子，受氧攻击脱落形成R·(脂质自由基)，开始油脂的自动氧化反应。基于油脂自动氧化的自由基链式反应，维生素E芳香环上的羟基可以提供氢原子，与ROO·(过氧自由基)结合形成稳定的化合物[12,21]，从而可以消除自由基，阻断此链式反应。

Shi和Pan[22]用量子化学方法证明天然维生素E抗氧化作用机制有2种类型：一种是通过释放活泼氢与ROO·(或者RO·)结合，从而抑制脂质过氧化的自由基链式反应；另一种是通过生育酚自由基氧杂萘满环上O-C键断裂，结合·OH，直接清除自由基。但多数情况下，维生素E的抗氧化作用是与脂氧自由基反应，向它提供氢原子，自身形成较稳定的生育酚游离基[23]，使脂质过氧化链式反应中断，从而实现抗氧化效果。

2 牧草中的维生素E

大多数牧草和牧草的初级加工产品除含有丰富的粗蛋白外，还富含多种维生素和矿物质，是家畜所需营养物质的良好来源。牧草中包括维生素E的几种生育酚异构体，其中α-生育酚含量最高[10]。豆科牧草的维生素含量水平高于禾本科牧草[24]。

Brown[25]发现幼嫩的牛尾草(Rabdosiaternifolia)和梯牧草(Phleumpratense)中α-生育酚含量均比其成熟个体含量高。Kivimae和Carpena[26]也发现草地作物后期随着其不断成熟，α-生育酚含量却在降低。Tramontano等[27]发现温室中的紫羊茅(Festucarubra)和草地早熟禾(Poapratensis)在种子萌发后的第2-6周，α-生育酚含量在不断提高。由此可见，植物的成熟度会影响其自身生育酚含量的水平，所以在测定生育酚含量时要注意其生长阶段的差异性。

不同利用方式也会对牧草中维生素E含量产生影响。收获的农作物在阳光下暴晒，生育酚的含量会降低，损耗量还与干燥方式和干燥时间有关[28]。Hucker[29]发现在刈割后的茬地里，或者在秋冬季节无绿色植物的地方，放牧会导致部分羊缺乏维生素E。由于青草在干燥或贮藏的过程中，会消耗掉一定量生育酚，所以青贮饲料中生育酚含量一般都高于干草。Hidiroglou等[30]比较了同一次刈割的干草和青贮饲料的α-生育酚含量，测得青贮饲料中含量为0.40～0.60 mg/kg，干草中含量为0.14～0.43 mg/kg。

3 饲草中维生素E对牛肉、奶品质的影响

维生素E是动物必需的营养物质，它可以增强动物的免疫力、抗应激能力和繁殖能力[31]。维生素E还能提高动物抗氧化能力，清除细胞中的自由基，阻止肌细胞膜上磷脂中不饱和脂肪酸的氧化，改善动物产品的品质[32]。

α-生育酚可通过直接阻止脂质氧化而间接延缓氧合肌红蛋白的氧化来发挥其对肉品的稳定作用。Daly等[33]研究发现，喂养黑麦草(Loliumperenne)、苜蓿(Medicagosativa)等牧草为主的肉牛瘦肉中生育酚含量比饲喂粮食饲料的牛高。Descalzo[34]发现阿根廷肉牛在均补充维生素E的条件下，饲喂牧草的牛的血浆中α-生育酚平均含量(3.91 mg/kg)是饲喂粮食饲料的牛的4倍，与同样饲喂牧草却未补充维生素E的牛(3.08 mg/kg)相比无明显提高。Wood等[35]对同时饲喂饲料和牧草与典型饲育场只饲喂饲料的牛进行比较，发现前者肌肉中维生素E含量要比后者高出3倍，而且牛肉所显现出来的红色也要好很多。上述结果表明，用牧草来饲喂家畜要比用粮食饲料饲喂家畜能明显提高动物体内维生素E含量。目前已有许多研究证明(表1)，饲喂牧草肉牛所产牛肉中α-生育酚含量比饲喂粮食饲料的高。

圈养牲畜一般较少摄食新鲜牧草饲料，这种情况下可通过向饲料中添加维生素E以满足其需求。牛每日饲喂300～3 520 IU α-生育酚，肉品颜色稳定性可延长2～5 d。补充维生素E后腰肌肉变色时间比对照组明显延长，牛肉的红色和颜色饱和度也明显比对照组好很多。每天给牛补充360 IU/kg维生素E还可显著抑制其脂质氧化[41]。Yang等[40]对一部分牛一直只饲喂牧草，对另一部分牛在屠宰前132 d饲喂添加维生素E(2 500 IU/d)的粮食饲料, 发现添加维生素E的牛肌肉中α-生育酚含量明显提高，与只饲喂牧草的牛肌肉及肝脏中α-生育酚含量水平相当。α-生育酚含量水平随着补充维生素E量的水平的增加而增加。于宰前50 d给黑白花牛每日补饲200 IU α-生育酚，可明显减少储藏期肌肉中铁肌红蛋白的生成量，提高肌肉的红色度，延长肉产品的货架期[42]。

奶牛初乳含有很多维生素E，对犊牛健康有利，干奶期需要补充较多维生素E。在奶牛日粮中加入优质牧草，不仅可提高牛奶产量，而且还可显著提高奶产品的品质和乳脂率，其所含维生素E能有效地控制牛奶香味的氧化，保持鲜奶所具有的特殊香味[43]。加拿大新布朗斯维克畜牧研究所的研究和应用表明，向产奶期奶牛日粮中添加维生素E，可以有效防止所产牛奶中的脂肪氧化，同时延长牛奶中脂肪酸败的时间。实践表明，在产奶期的奶牛日常饲料中按每日每头添加500～700 mg的维生素E，其奶牛血液中维生素E的含量最高，并使所产牛奶中的维生素E含量也相应增高，而牛奶的贮藏时间在相同条件下比未添加维生素E的延长了2～3倍[44]。

采食牧草除了能有效提高动物体内生育酚含量外，还能显著提高牛体内不饱和脂肪酸含量[40]，这有可能与牧草中高维生素E提供的强抗氧化性有关。家畜进食牧草还能有效提高体内谷胱甘肽的浓度。饲喂牧草的牛肉中谷胱甘肽的浓度相对有显著提高[45]。此外，饲喂牧草的牛肌肉中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性也都有明显提高[46]。

新鲜牧草中含有丰富的维生素E，通过放牧足以满足家畜对维生素E的需求；圈养牲畜可以通过向饲料中大量添加维生素E的方式补充维生素E，使肌肉中生育酚浓度得到提高。喂高精粮饲料需要补充较多的维生素E，而饲喂新鲜牧草可降低维生素E的补充量。幼嫩的青绿饲料中维生素E含量较多，干草中维生素E含量较低，所以在春季补饲鲜草有利于家畜维生素E的补充。

4 维生素E在食品类动物油脂中的作用

许多研究已经证实，生育酚在动物脂肪和植物油中有抗氧化作用，研究主要集中在α-生育酚和δ-生育酚抗氧化活性的比较上。Telegdy和Berndorfer[47]调查了α-、β-、γ-和δ-生育酚在猪油中的抗氧化活性。他们发现在20～60 ℃时，各生育酚抗氧化活性顺序为α>γ>β>δ；而当温度为80～120 ℃时，各生育酚抗氧化活性顺序为δ>γ>α>β。Cort[48]发现在鸡肉和猪肉脂肪中生育酚含量分别为0.02%、0.05%和0.20%时，DL-γ-生育酚抗氧化功能要比DL-α-生育酚强。在牛肉脂肪中生育酚含量为0.02%时，DL-γ-生育酚抗氧化功能也比DL-α-生育酚强。这些研究表明，在保护脂肪不被氧化的作用方面，γ-生育酚相对于α-生育酚通常呈现出较高的抗氧化功能。

Lampi和Piironen[49]研究了α-生育酚和γ-生育酚对黄油甘油三酯的氧化过程以及抗氧化剂和促氧化剂的转移效果的影响。试验中样品添加生育酚量为2～500 μg/g。检测样本放在40 ℃黑暗环境中16 d使其氧化，并且每隔4 d测定其过氧化值(PV)、茴香胺值(AV)和剩余生育酚浓度。这个诱导反应中，添加了α-生育酚的样品要比添加了γ-生育酚的样品的氧化率低。

Kanno等[50]发现，50 ℃下牛奶中脂类自然氧化过程中生育酚发挥了抗氧化作用。生育酚同系物抗氧化活性强弱顺序按其PV值达到30 mequiv/kg的时间来计算，他们发现当生育酚的质量分数为0.001%时，γ>β>δ>α；质量分数为0.003%时，α>γ>β>δ；质量分数为0.01%时，γ>δ>β>α；当质量分数大于0.05%时，δ>γ>β>α。α-生育酚0.003%的含量正好相当于牛奶中正常情况下所含生育酚量，这个含量的α-生育酚比同一含量水平上的其他生育酚抗氧化能力强，比α-生育酚其他含量水平所表现出来的抗氧化能力也要强。

与以上研究相比，生育酚和生育三烯酚在鱼油中的抗氧化功能研究相对较少。Hamilton等[51]研究了鱼油中加入α-生育酚、δ-生育酚以及γ-和δ-生育酚的混合物后，其氧化稳定性和鱼油气味的变化。将样品暴露在20 ℃的空气中放置0～6个月测定稳定性，期间监测其PV值和异味形成。添加维生素E含量为2%时，各生育酚抗氧化效用强弱顺序为δ>γ/δ>α。Kulas和Ackman[52]利用纯化的鱼油甘油三酯研究α-、γ-和δ-生育酚的抗氧化功能。将试验样本敞口放置在30 ℃黑暗环境中0、2、4、6、8、10 d，测定其PV值。生育酚浓度为0.1 g/kg时，PV值大小依次为α>γ>δ；浓度为1.0 g/kg时，顺序恰好颠倒过来。

5 总结

我国畜牧业发展迅速，牧草和饲料作物是农业和畜牧业的重要生产资料，对畜牧业的发展具有十分重要的作用。维生素E作为一种动物必需维生素，具有其他物质所不具备的而生命有机体必需的生物活性。维生素E在维持肉类、奶类产品的氧化稳定性上具有重要作用，补充维生素E是改善和提高动物产品的一个有效途径。动物自身不能合成维生素E，需要从饮食中摄取，而牧草是动物摄取天然维生素E的主要和直接来源。 圈养家畜可通过在饲料中补充维生素E的方式提高家畜维生素E含量。天然牧草中含有丰富的维生素E，通过放牧或者饲喂新鲜牧草可有效提高家畜体内维生素E含量。

维生素E具有沸点高、热稳定性好等优点，是油脂和含油食品中的天然抗氧化剂。维生素E不仅营养丰富，而且安全性高，其又应用于生产功能性保健和强化食品，是一种安全、无毒又富有营养的食品添加剂。

受到人工合成的维生素E结构、类型及活性的限制，人们更趋向于选择天然维生素E。但植物本身维生素含量并不高，所以提高植物中天然维生素E含量也是一种需要。随着分子生物学、生物化学的发展，人们可以利用基因工程等技术手段，结合作物育种技术，对植物进行改良，从而提高植物体内维生素E的含量。此外，改善饲料、食品加工工艺，获得高维生素E含量饲料、食品也很有益处。

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