天然维生素E及其衍生物的研究进展

■张婧菲 胡志萍 王 恬

（南京农业大学动物科技学院，江苏南京 210095）

自1922年Herbert Evans和Katharin首次发现维生素E至今，人们已广泛认可维生素E是一种人类和动物必需的营养素，并将其应用于医药、食品、化妆品、饲料等多个生产领域。维生素E又名生育酚，具有多种生理活性功能，包括抗氧化、免疫增强、清除自由基、保护含硒蛋白、参与线粒体电子链的传递等[1]。目前，市场上出售的维生素E产品，按其来源可分为天然维生素E和人工合成的维生素E。大量研究表明，较人工合成的维生素E相比，天然维生素E在安全性、生理活性和营养价值方面均更胜一筹[2]。随着人们对食品安全和健康问题的日益关注，天然维生素E产品无论是在食品、药物保健，还是在畜牧生产领域越来越受欢迎。本文简要介绍了天然维生素E的基本组成与理化性质，并就当前市场上常见的天然维生素E衍生产品进行了综述。

1 天然维生素E的组成与理化性质

天然维生素E是一种脂溶性的维生素。不同于其他维生素具有唯一的化学式，天然维生素E是由天然生育酚及其衍生物生育三烯酚的多个异构体组成的混合物。目前自然界中一共发现了8种异构体，它们分别为α、β、γ、δ生育酚和α、β、γ、δ生育三烯酚（见图1）。天然维生素E是从天然植物原料中提取的，主要来源于植物油精炼脱臭时的蒸馏冷凝液提取产物[3]。一般的天然维生素E为黏稠油状物，呈透明或淡黄色，无臭无味。天然维生素E不溶于水，但易溶于油、丙酮、乙醇、三氯甲烷和乙醚等脂溶性溶剂；遇热和酸稳定，但遇碱较不稳定，非常容易被氧化。

图1 生育三烯酚和生育酚的化学结构式[4]

α-生育酚是天然维生素E的最主要成分。α-生育酚是苯并二氢吡喃的衍生物，基本化学结构为生育酚，具有β-色酮环和一个植醇侧链。其β-色酮环上6位羟基可与自由基反应，生成稳定的生育酚半醌自由基，可中断脂质过氧化链式反应。就生物学活性而言，α-生育酚的活性最强（100%），β-生育酚次之（38%），然后依次为α-生育三烯酸（12%），γ-生育酚（9%），δ-生育酚（2%）[5]。因此，天然维生素E具有出色的抗氧化性能。

然而，单纯的天然维生素E产品因其活跃的生理性质在应用领域受到了一定制约。一方面，α-生育酚虽然具有极强的抗氧化性质，但也极易被氧化，尤其是在贮藏和运输的过程中发生变质。另一方面，天然维生素E属于脂溶性维生素，与水溶性有效成分或界面难以均匀混合，不利于消化吸收[6]。因此，近年来常采用衍生化法或微囊化等技术，在不损害天然维生素E生理活性的前提下，提高天然维生素E的稳定性。

2 天然维生素E酯化衍生物

维生素E的酯化反应是指天然维生素E与羧酸、无机含氧酸或无机强酸发生反应，生成相应的酯化产物和水的过程。目前生产中常见的维生素E酯化衍生物包括有：α-生育酚琥珀酸酯、α-生育酚醋酸酯/乙酸酯、α-生育酚烟酸酯、α-生育酚棕榈酸酯、α-生育酚油酸酯等。其中，α-生育酚琥珀酸酯的产品还可以细分为辛烯基琥珀酸酯和聚乙二醇琥珀酸酯等[7-8]。研究表明，与传统的维生素E相比，酯化后的衍生物除了可以作为机体内维生素E的前提物质、发挥维生素E的促健康作用外，还具有许多其它功能和性质；这使得其在动物生产中的应用优于同类产品甚至生育酚本身。

2.1 α-生育酚醋酸酯/α-生育酚乙酸酯

α-生育酚醋酸酯是无机强酸乙酸与α-生育酚发生酯化反应的产物，分子式为C31H52O3，分子量472.73，其化学结构中含有四甲基二氢吡喃醇母核和三甲基十三烷基侧链(见图2)。有研究表明，合成维生素E的生物活性不及天然α-生育酚醋酸酯的一半[9]。α-生育酚醋酸酯是脂溶性的，与α-生育酚的区别是，α-生育酚醋酸酯不易受紫外线、空气、光的作用而氧化，稳定性较好[10]。研究表明，α-生育酚醋酸酯在中性含水体系中解离程度很小，比较稳定，而在偏酸或偏碱性的含水体系中解离程度有所提高，但是解离程度提高的幅度不大。提高温度也可以提高α-生育酚醋酸酯的解离程度。在脂肪酶或血清存在的条件下，α-生育酚醋酸酯非常容易发生水解，生成相应的游离α-生育酚，从而发挥维生素E的营养功能[11]。

Yasin等[12]研究证实，给肉鸡饲喂适宜水平的α-生育酚醋酸酯，可显著提高肌肉的氧化稳定性及降低脂肪沉积。2，2-二苯基-1，1三硝基苯肼(DPPH)和硫代巴比妥(TBA)自由基清除试验的结果亦证实了α-生育酚醋酸酯具有增强肉鸡肌肉抗氧化活性的功能。张伟等[13]以新西兰肉兔为试验对象，研究了不同水平α-生育酚醋酸酯对其生长性能、VE沉积及抗氧化能力的影响。结果显示，α-生育酚醋酸酯对肉兔的生长性能没有显著影响，但可在一定程度上降低血清和组织中丙二醛（MDA）的含量。但当VE浓度达到80 mg/kg时，血清中α-生育酚浓度与对照组相比显著升高。李同树等[14]研究不同水平α-生育酚醋酸酯对鲁西黄鸡产肉性能和肌肉品质的影响。结果显示，日粮添加50 mg/kg的α-生育酚醋酸酯可显著降低肉鸡的腹脂率，提高胴体品质，达到显著改善肉质的效果。这一结果与牛化欣等[15]的报道类似。

图2 α-生育酚醋酸酯的化学结构式

2.2 α-生育酚琥珀酸酯

α-生育酚琥珀酸酯是天然α-生育酚的一种酯化衍生物。α-生育酚琥珀酸酯是由琥珀酸酐与生育酚的苯并二氢吡喃母环上（β-色酮环）6位游离羟基酯化而形成的酯类化合物（见图3），它具有一个游离的羧基，呈弱酸性。常温下，α-生育酚琥珀酸酯为白色或类白色结晶性粉末，几乎无臭；不溶于水，可溶于丙酮、乙醇、乙醚等有机溶剂。由于α-生育酚中具有抗氧化活性的羟基已被酯化，因而完整的α-生育酚琥珀酸酯是不具备α-生育酚的抗氧化活性，故在空气中比较稳定，不易因环境原因如温度、紫外光照射、空气等而被氧化[10]。日粮中添加的α-生育酚琥珀酸酯经动物采食进入肠道后被胰脏非特异性酯酶及肠黏膜细胞酯酶水解，释放出游离的α-生育酚[16]。经注射（静脉和肌肉）的α-生育酚琥珀酸酯可避开胰脏非特异性胰酯酶及肠黏膜细胞酯酶对其的水解作用，直接和血液内的脂蛋白结合，随血液循环直接到各器官组织发挥α-生育酚的功效。部分α-生育酚琥珀酸酯随血液循环到达肝脏后，被肝细胞内酯酶水解释放出游离α-生育酚，α-生育酚再被分泌到血液中进行代谢循环[17-18]。被水解下来的琥珀酸等基团可直接参与体内代谢。

图3 α-生育酚琥珀酸酯的化学结构式[19]

张旭晖等[20]研究并比较α-生育酚醋酸酯及不同水平α-生育酚琥珀酸酯日粮对肉鸡的生长、抗氧化功能与肉品质的影响。结果显示，与对照组相比（α-生育酚醋酸酯），日粮中添加30～50 mg/kg α-生育酚琥珀酸酯可在一定程度上提高肉鸡机体的抗氧化功能，改善肌肉的系水力和嫩度，降低肝脏MDA和活性氧自由基的水平。相关性分析结果表明，肉鸡日粮中α-生育酚琥珀酸酯的添加水平与血清、肝脏中α-生育酚的含量呈显著正相关。表明α-生育酚琥珀酸酯在肉鸡体内发挥的抗氧化和改善肌肉品质的作用，可能与其提高血清和肝脏中α-生育酚的浓度密切相关。孙得发等[21]研究高脂日粮中添加α-生育酚琥珀酸酯（50、100、150 mg/kg）对肉鸡过氧化及脂代谢的影响。试验表明，与基础日粮对照组相比，高脂日粮组极显著降低料肉比，添加α-生育酚可显著改善高脂日粮诱导的日均采食量和日增重降低，且同等剂量的α-生育酚琥珀酸酯效果优于α-生育酚醋酸酯。此外，α-生育酚琥珀酸酯可显著降低血清MDA含量，增强谷胱甘肽过氧化物酶的活性，血清总胆固醇、甘油三酯水平随着α-生育酚琥珀酸酯的增加有降低的趋势。表明肉鸡日粮中添加α-生育酚琥珀酸酯和高油脂能够改善生产性能，添加α-生育酚琥珀酸酯能够缓解因油脂添加所带来的脂质过度沉积及过氧化问题。王改琴等[22-23]也得到了类似的试验结果。

3 天然维生素E微囊化衍生物

微囊化是一种将生物材料或活性药物包裹在天然的或合成的高分子材料中的技术。微囊化后的粒子一般属于微米级或纳米级的颗粒，可作为携带不同特殊物质的载体[24]。早在1964年，Chang等第一次提出了“微胶囊”的概念，利用选择透过性膜包被酶、蛋白质、激素等具有生物活性的物质[25]。该半透膜虽然可选择性地透过氧气、代谢产物和分泌物等小分子物质，但诸如免疫活性细胞和抗体等大分子物质是无法通过的。这一技术，不仅解决了当时移植免疫排斥的问题，而且为以后长期的缓释作用提供了良好的微环境及可行性。经过几十年的研究和发展，微囊化技术目前已被广泛应用于医学、农药和饲料添加剂领域。微囊化的主要优点包括：①通过包被作用，提高敏感成分的稳定性，保护其免受环境的不利影响，尤其是避免湿度、pH值、光和氧化反应等因素[26]；②发挥缓慢释放甚至控制释放的作用，延长有效成分的作用时间；③通过在机体内的靶向定位，提高有效成分的生物利用率[27]；这不仅减少了药物的相对使用量、避免资源浪费，而且还可缓解由药物残留导致的环境污染和食品安全等问题；④减少或掩盖核心成分的不良气味或敏感外观，改善产品的销售外观。

在当前的畜牧生产中，微囊化技术已被成功应用于活跃、敏感或易挥发性饲料添加剂（如氨基酸、维生素和风味调料等）产品的改良[28-29]。微囊化药物或添加剂进入机体后，一般可通过两种不同的机制到达保护敏感成分和药物缓释的作用。当微囊壁材不能被体液溶解时，随着体液渗透进入微囊，微囊中的药物溶解形成饱和溶液并透过囊壁扩散出来，扩散的快慢决定着微囊中药物的释放速率。当微囊壁材可被体液溶解或通过消化作用降解时，随着囊壁的溶解，药物逐渐释放出来，且囊壁降解的快慢决定着药物的释放速率。机体可通过物理（酸或碱溶解）和酶解（胃蛋白酶或其他酶）途径实现对微囊壁材的降解作用[30]。Jia等[31]研究了微囊化的酸化剂对断奶仔猪胃肠道功能的影响。结果显示，与普通的酸化剂相比，微囊化处理可延长酸化剂在肠道内的停留时间，从而通过降低pH值来改善肠道的形态与功能，提高断奶仔猪的生长性能和免疫力。闫东方等[32]的研究结果表明，微囊化唾液乳杆菌可防止菌体失活，提高微生态制剂产品的稳定性，并可以显著改善肉鸡的生产性能、抗氧化能力和免疫性能。

饲料中的维生素E在加工和储存期间因其高活性和低稳定性而易受到破坏，尤其是在颗粒料的制备过程中，高温高湿的环境可加速日粮中维生素E的氧化反应。微囊化维生素E是为保护其生物活性而将维生素E制成的包囊剂，通常以变性淀粉、阿拉伯胶等作为壁材[33]。与油状维生素E和二氧化硅吸附的维生素E相比，以变性淀粉为包被壁材的微囊化维生素E在贮藏过程中的氧化速率显著降低，表明微囊化维生素E具有更加优异的稳定性[34]。有研究报道，微囊化维生素E可以增强其氧化稳定性，提高溶解度和生物利用率，保护主要活性成分α-生育酚免受贮存时间和饲料加工条件的影响[35]。

也有关于微囊化维生素E对肉鸡生产性能、血清生化和抗氧化功能的影响的研究报导。试验表明，日粮中添加微囊化维生素E可以提高肉鸡后期及全期的平均日增重，促进肉鸡生长。较普通维生素E组相比，微囊化维生素E有利于促进机体蛋白质的代谢，保护肝脏和肾脏功能的稳定，显著提高肉鸡血清中总超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶的活力。说明微胶囊化维生素E的稳定性较好，并在动物胃肠道缓释，吸收更加完全，使得维生素E能更好地发挥效果，改善肉鸡的生产性能。目前关于微囊化维生素E在动物生产中的研究资料十分匮乏，有待进一步研究。

4 小结

随着对天然α-生育酚研究的不断深入，其各种衍生物的生物学功效也越来越引人瞩目。它们除了水解后可发挥α-生育酚的生理作用外，还有着一系列不同于原生育酚的生物学活性。加之α-生育酚酯化产物和微囊化颗粒的稳定性高，使其应用前景越来越广阔。α-生育酚衍生产品作为营养补充剂在欧美日等发达国家已广泛应用于保健食品和药品中。近几年来，尤其是α-生育酚琥珀酸酯和微囊包被的维生素E产品，在国内畜牧生产领域也崭露头角。综上所述，将天然α-生育酚的相关衍生产品作为添加剂应用于食品、动物生产等领域，将具有更加广阔的开发前景和深远的意义。