生育酚单体的功效、应用及分离技术研究进展

车夏宁，丁子元，许克家，曹玉平，裴成利，佟 毅(.中粮营养健康研究院有限公司 营养健康与食品安全北京市重点实验室, 北京 009；.中粮生物工程(天津)有限公司，天津 00457； .玉米深加工国家工程研究中心，长春 00)

生育酚(Tocopherol)又称母育酚(Tocol)，是人体必需的脂溶性维生素，属于维生素E族的一大类。根据甲基在色满醇环上的位置和数量不同，生育酚可分为α-、β-、γ-、δ-生育酚。生育酚因其抗氧化作用、独特的生理学效用被广泛应用于食品、医药、饲料、化妆品行业。

自19世纪初人类发现生育酚并确认其功效以来，关于生育酚的功效、应用、药理、抗氧化机制及其合成、提取方法的研究层出不穷。20世纪末，天然生育酚相对于合成生育酚的高活性逐步得到人们的认可，从油料下脚料中提取天然混合生育酚已形成一个产业，并具有稳定的市场，不同纯度天然混合生育酚的提取技术也已非常成熟[1-3]。近年来，较为前沿的研究开始挖掘不同生育酚单体在医药、食品方面的独特功效，且已证实生育酚单体在功能上存在差异，为更高效地利用生育酚奠定了理论基础。本文较为详细地阐述了生育酚单体(α-、β-、γ-、δ-生育酚)在食品、医药、饲料、化妆品行业的功效、应用，并对其分离技术进行了综述，以期为高端生育酚产品的开发、生产、应用提供参考。

1 生育酚单体的功效、应用

1.1 在食品领域的功效、应用

生育酚在食品领域应用非常广泛，一般作为抗氧化剂或营养强化剂使用。作为抗氧化剂使用时，其主要形式为α-生育酚和混合生育酚浓缩物；作为营养强化剂使用时，其主要形式为α-生育酚、α-生育酚醋酸酯、α-生育酚琥珀酸酯以及混合生育酚浓缩物。

近年来，在抗氧化剂应用领域，特别是油脂抗氧化领域，关于生育酚单体功效的相关研究日益升温，国内外大量文献对不同生育酚单体在脂类物质中的抗氧化原理、作用机制、影响因素等方面作了深入考察，主要结论如下：混合生育酚及其单体在适宜条件下能够防止脂类物质的氧化，包括植物性油脂大豆油、花生油、菜籽油、橄榄油、亚麻籽油、玉米油、葵花籽油等，动物性油脂如猪油、鱼油以及其他一些乳化物[4-13]。不同生育酚单体的抗氧化作用与其添加量、体系温度、抗氧化对象(如不同种类植物油中脂肪酸组成不同)、氧化过程的诱导因素(如氧气、金属离子、光辐射条件)等密切相关。据文献报道，α-生 育酚的有效抗氧化添加量为100～250 mg/kg，γ-生育酚为250～500 mg/kg，高于这一添加量时，α-、γ-生育酚有可能起到促氧化作用[4-6]，δ-生育酚最为稳定，在不同添加量下均表现出明显的抗氧化作用。高温条件下，δ-生育酚更加稳定，几种单体抗氧化能力由强到弱依次为δ-生育酚≥γ-生育酚≥α-生育酚[7-9]，而在温和的温度条件下几种单体抗氧化功效强弱则相反[5]。在低氧条件下，δ-生育酚最为稳定，抗氧化作用最强，γ-生育酚和α-生育酚可能起到促氧化作用[10-11]。Wagner 等[12]的研究表明在水包油的乳化体系中，γ-生 育酚和δ-生育酚表现出更明显的抗氧化特性，其中不同添加量的δ-生育酚均能抑制氢过氧化物和己醛的形成，γ-生育酚的抗氧化/促氧化作用具有剂量依赖性；而α-生育酚对于添加了诱导物AIBN(偶氮二异丁腈)的乳化物均表现出促氧化作用。Isnardy等[10]以菜籽油作为研究体系，得到了相似的结论，在低氧条件下，δ-生育酚最为稳定，且具有显著抗氧化作用，α-生育酚和γ-生育酚在添加量大于500 mg/kg时有不同程度的促氧化作用。Wagner等[13]考察了生育酚单体及其组合对于同样处理条件下橄榄油(富含单不饱和脂肪酸)和亚麻籽油(富含多不饱和脂肪酸)的抗氧化作用，结果显示，不同单体在两种油中抗氧化功效的强弱排序不同，橄榄油中抗氧化作用最强的为γ-生育酚和δ-生育酚组合物，亚麻籽油中抗氧化作用最强的为γ-生育酚。

1.2 在医药行业的功效、应用

生育酚在医药行业属于一种化学药品，其主要成分为α-生育酚醋酸酯，剂型包括片剂、粉剂、胶囊和注射液，我国批准使用的进口VE主成分为α-生育酚聚乙二醇1000琥珀酸酯。国内外大量文献对生育酚、生育酚单体及其相应衍生物的功效、作用机制进行了深入的研究。生育酚的生理功能主要有以下几方面[14-16]：①抗衰老功能，与生育酚抗氧化、清除自由基、保护机体生物膜系统的作用密切相关；②促生育功能，生育酚可作用于垂体前叶，促进性腺激素的分泌，从而影响生殖系统的发育和生殖细胞的形成，在临床上能预防习惯性流产和先兆流产，同时也可预防男性不孕不育；③提高机体免疫功能，主要是通过增强B淋巴细胞的体液免疫、增强巨噬细胞的吞噬功能、提高T淋巴细胞的细胞免疫、增强相关细胞的抗原呈递功能来实现；④保护肝脏功能，这与生育酚的抗氧化能力也是密切相关的；⑤抗肿瘤作用，生育酚可通过干预癌细胞信号传导相关路径，下调促癌或上调抑癌相关基因表达，从而通过抑制肿瘤细胞增殖、促进肿瘤细胞凋亡等方式产生抗癌和防癌功效；⑥预防心脑血管疾病，保护心肌免受氧化性损伤，降低胆固醇，降低低密度脂蛋白含量，改善血流状况等。另外，大量研究表明，生育酚还可用于预防阿兹海默症、防治白内障、减轻肿瘤治疗过程中肾脏损伤等。

国内外大量文献通过动物实验、体外细胞实验和流行病学统计验证了生育酚单体在癌症防治方面的功效。Sayori[17]通过体外细胞实验研究了生育酚抑制人肝癌细胞HepG2增殖、促进HepG2凋亡的作用，结果表明δ-生育酚有明显抑制人肝癌细胞增殖和促进其凋亡的作用，且具有剂量依赖性，γ-生育酚作用次之，而α-生育酚作用不明显。Chen等[18]通过动物实验研究了富含γ-生育酚的混合生育酚、α-生育酚、γ-生育酚、δ-生育酚对于小鼠前列腺癌的防治作用，结果表明δ-生育酚在预防小鼠前列腺上皮内瘤方面具有比γ-生育酚和α-生 育酚更显著的效果。Smolarek等[19]的研究表明，δ-生育酚和γ-生育酚对于荷尔蒙依赖型的乳腺癌具有显著的防治作用，体外实验的结果显示δ-生 育酚和γ-生育酚的摄入能显著降低乳腺肿瘤细胞的负荷、降低乳腺肿瘤的发生率，能够上调肿瘤细胞凋亡标记蛋白水平，下调抗凋亡标记蛋白水平，并影响肿瘤细胞生存、增殖和细胞周期相关标记蛋白的水平，而α-生育酚没有相应效果。总体来讲，在癌症防治方面，δ-生育酚和γ-生育酚具有区别于或优于α-生育酚的功效。

1.3 在饲料行业的功效、应用

生育酚在饲料中一般作为饲料添加剂或抗氧化剂使用，主要形式为dl-α-生育酚醋酸酯，形态为油剂或粉类，化学合成居多，GB/T 7293—2006以及GB/T 9454—2008对其质量标准作了相关规定。

生育酚具有保护动物机体组织结构完整性、维持机体正常繁殖机能、抗氧化、改善动物肌肉品质、提高免疫力、提高动物抗应激能力以及预防疾病发生等功能，在畜、禽、水产中均有广泛应用。张旭晖等[20]考察了不同添加量α-生育酚琥珀酸酯对肉鸡抗氧化功能与肌肉品质的影响，结果表明日粮中添加不同量的α-生育酚琥珀酸酯能够提高肉鸡血清和肝脏中抗氧化酶类的水平和总抗氧化能力，降低肝脏中活性氧水平，同时提高肌肉的系水力和嫩度。孙得发等[21]研究了α-生育酚琥珀酸酯对肉鸡脂质过氧化及脂类代谢的影响，结果表明肉鸡日粮中组合添加α-生育酚琥珀酸酯和高油脂能明显改善肉鸡的生产性能，且能够缓解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]的研究也表明α-生育酚琥珀酸酯的添加能够一定程度上提高肉鸡生产性能、血清抗氧化功能及机体免疫能力。张莉莉等[23]考察了在蛋鸡日粮中添加不同量的α-生育酚琥珀酸酯对鸡蛋品质和蛋鸡生化指标的影响，结果表明在基础日粮中添加适量的α-生育酚琥珀酸酯可提高蛋鸡的产蛋率，增加蛋黄中VE沉积，同时降低蛋黄中总胆固醇含量，提高鸡蛋营养价值。总体来讲，α-生育酚及其衍生物对动物机体的调节作用，主要表现在抗氧化作用、保护细胞作用、免疫调节作用、肿瘤抑制作用等方面，通过这一系列作用来提高畜禽品质和生产性能[24]。

1.4 在其他行业的功效、应用

生育酚单体在化妆品行业作为抗氧化剂和营养剂，应用也非常广泛。其主要形式为α-生育酚醋酸酯。α-生育酚醋酸酯在洗护产品特别是防晒产品中有广泛的应用，其功效主要有维持皮肤保湿性和光滑性，阻止亚硝胺等致癌物形成，与防晒剂协同使用抵御紫外线引起的皮肤细胞DNA、膜系统、免疫系统的损伤等[25-26]。此外，生育酚还可作为天然抗氧化剂应用于塑料行业，1992年维生素生产商罗氏(Hoffman-La Roche)推出了用于塑料行业的VE抗氧化剂，BASF公司也在1996年推出了相关系列产品，但其在塑料抗氧化剂市场中所占比例非常低[27]。

2 生育酚单体分离技术

2.1 色谱分离法

色谱分离法是研究最多、应用最广的一种生育酚单体分离方法，包括单柱色谱分离、模拟移动床(SMB)连续色谱分离、超临界流体色谱分离3种。

在色谱分离技术中，单柱色谱分离是目前研究报道最多、应用范围最广、工业化程度最高的一种分离手段，国内外诸多专利涉及该领域，US3402182[28]、US6867308[29]、CN103012352[30]、CN101445498[31]所公布的方法中均涵盖了采用强碱性阴离子树脂作为色谱分离介质，一次洗脱采用低级醇，二次洗脱采用酸与低级醇的混合溶液或低级醇与丙酮的混合溶液，分段收集流出液，旋干、精制后得到高纯度生育酚单体的方法；US6673945[32]所公布的方法采用弱碱性树脂(如交联度为2%～25%的聚乙烯吡啶基质的弱碱性树脂)作为分离介质，一次洗脱采用低极性的烃类如己烷、庚烷，二次洗脱采用醇类如异丙醇、甲醇，实现了α-生育酚的富集。CN103012352[30]所公布方法同时涵盖了采用弱碱性树脂作为分离介质，一次洗脱采用醇类与烃类的混合溶液，二次洗脱采用醇与有机酸的混合溶液，以混合生育酚为原料，分离得到纯度较高的(β+δ)-生育酚和δ-生育酚单体的方法；US4122094[33]所公布方法以硅胶作为分离介质，氯仿作为洗脱溶剂，采用高效液相色谱洗脱得各种生育酚单体，该方法更适用于定量分析，不适用于大规模制备。吕裕斌等[34]研究了生育酚同系物在硅胶柱上的色谱特性，采用正己烷-异丙醇体系实现了生育酚同系物的分离，且随着流动相中异丙醇体积分数的增大，生育酚同系物之间的容量因子和分离度减小。Shin等[35]开发了一种半制备液相色谱，以硅胶为填料分离4种生育酚单体的方法，4种生育酚单体纯度达99%以上，回收率在54%～83%之间。CN104230872[36]和US6867308[29]所公布方法涵盖了采用硅胶色谱分离和强碱性树脂色谱分离相结合的方式来实现混合生育酚提纯、生育酚单体分离和提纯的方法。CN102382095[37]专利采用连接了醋酸根官能团的大孔树脂(中性大孔树脂或强碱性大孔树脂)作为分离介质，以混合生育酚为原料，用惰性有机溶剂作为除杂溶剂，特定pH的二氧化碳乙醇溶液或醋酸乙醇溶液作为洗脱溶剂，洗脱、浓缩、分子蒸馏后得高纯度的α-生育酚。这些专利均采用单柱分离的模式，分离介质为普通硅胶、高性能硅胶、强碱性阴离子树脂、弱碱性阴离子树脂或经过特殊修饰的大孔树脂。在这些分离介质中普通硅胶重复利用稳定性较低，但高性能的硅胶成本较高，相对而言，强碱性或弱碱性阴离子树脂成本较低、分离性能稳定，适用于大规模工业化生产。单柱色谱分离技术优势在于应用范围广、工业化程度高，且能在一定回收率下分离得到纯度较高的几种生育酚单体，但只能采用间歇操作的模式，存在分离周期长、树脂利用率低、溶剂消耗高等弊端，且很难同时实现生育酚单体产物的高回收率和高纯度。

为了克服单柱色谱分离的众多弊端，也有一些研究采用连续色谱的操作模式实现了生育酚单体的分离。CN101220018[38]专利采用四区模拟移动床色谱系统，以50%～100%的混合生育酚为原料，分离出纯度和收率均大于98%的4种生育酚单体，该方法克服了单柱色谱分离的弊端，生产连续，产品质量稳定，但也存在分离介质成本高、分离操作较为烦琐的问题。陈明杰[39]开发了一种改进的模拟移动床分离α-生育酚的工艺，通过改进进料模式提高了α-生育酚的制备效率，同时也研究了硅胶柱层析联合四区开环模拟移动床色谱一步提纯混合生育酚的技术。

超临界流体色谱作为近年来兴起的一项较新的色谱分离技术，其最大的优势在于绿色环保、涉及有机溶剂较少，但精准的超临界流体色谱设备多停留在小试、中试规模，设备放大有困难，运行成本也较高。US0044548[40]公开了一种超临界流体色谱分离生育酚单体的方法，采用硅胶或C18反向硅胶作为填料，含有低级醇的二氧化碳作为超临界解吸流体，分段收集解吸液，可得到纯度较高的几种生育酚单体。蒋崇文等[41]考察了温度和压力对生育酚在超临界流体色谱中的保留行为，并在小试规模实现了超临界流体色谱分离生育酚单体。

2.2 化学反应法

化学反应法基本原理是根据4种生育酚单体酯化产物结构上的差异，导致的一定条件下脱酰难易程度实现几种单体的分离。有相关专利对该方法进行了保护，但实现工业化生产还有待验证。US4480108[42]公开了一种以混合生育酚酯类化合物为原料，与非芳香族饱和环胺在一定条件下进行反应脱酰，根据几种单体酯脱酰难易程度不同，可分步脱酰分离出δ-、(β+γ)-生育酚，还可把脱酰反应过程与色谱分离相结合以提高分离效率。US4602098[43]同样利用脱酰反应难易不同来实现生育酚单体分离，不同之处在于该方法采用甲醇作为脱酰反应试剂，在较高温度下进行反应。

2.3 离子液体萃取法

离子液体萃取法是近些年来兴起的一项较为前沿的分离技术，常常应用于天然产物提取领域。CN101440081[44]公开了一种用离子液体作为萃取剂，采用分馏萃取方式从混合生育酚中分离α-生育酚的方法，分离所得产物具有较高的纯度和收率，但离子液体成本较高，回收利用困难，不适宜工业化大规模生产。

3 结束语

本文对生育酚单体的功效、应用、分离技术进行了综述。总体来讲，混合生育酚(包括合成生育酚和天然混合生育酚)的功效已为人们熟知，其生产技术也非常成熟，对于生育酚单体而言，α-生育酚及其衍生物的应用最为广泛，目前基本采用化学合成或半合成的方法生产；近年来，γ-、δ-生育酚在医药、食品领域的独特功效也逐步明晰，大量研究表明，这两种生育酚单体在抗肿瘤和抗氧化方面具有区别于或优于α-生育酚的功效，生育酚单体及其衍生物有可能会成为VE系列产品发展的方向。但是，目前人们对于不同生育酚单体应用特性和作用机制的了解还不够深入，β-、γ-、δ-生育酚单体产品的应用还有待推广，而其应用技术的推广还要依赖于人们对其功效、作用机制、分离技术的同步探索和推动。

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