功能性食品课件：磷脂和胆碱的生物学特性及保健功能

磷脂和胆碱的生物学特性

及保健功能Alipid(fat)thatcontainsphosphorus.

1844年法国人Gohley从蛋黄中发现卵磷脂（蛋黄素），并以希腊文命名为Lecithos（卵磷脂），英文名为Lecithin，也自此揭开了其神秘的面纱。上世纪70年代以来，欧美等国就把卵磷脂用于保健食品，在美国，卵磷脂及其保健品的总销量仅次于复合维生素和纤维素而名列第三。主要功效

1、保护肝功能

2、糖尿病患者的营养品

3、保持血管通畅

4、促进胎、婴儿神经系统发育

5、美容效应

6、预防老年性痴呆

7、防治胆结石作用

8、调节情绪，缓解心理压力磷脂:含磷酸的单脂衍生物

定义

磷脂是一类存在于生物界的含磷脂类。磷脂从商品化生产至今仅70余年历史,据资料统计,世界大豆磷脂年产量约14万t。美国和西欧约占世界大豆磷脂总产量的60%,主要的生产厂家为美国CentralSoyaLecithinGroup,ADM公司,RicelandFood公司及德国LucasMeyer公司。日本1961年批准允许使用大豆磷脂,目前,日本将大豆磷脂制成健康食品销售的公司达50～60家,每年用于食品工业的大豆磷脂约5000t,每年从美国、德国进口700t高纯度

磷脂制品。日本市场上大豆磷脂制品品种繁多,但大致可分为:软胶囊型塑状磷脂、纯度95%以上颗粒型磷脂、功能性酶改性磷脂、含高卵磷脂(PC)及氢化磷脂等等。脂类的分类（1）单脂（simplelipid）:脂（fat）、油（oil）、蜡（wax）(2)复合脂（complexlipid）磷脂:含磷酸的单脂衍生物糖脂:含糖的单脂衍生物第一节、磷脂的结构磷脂的结构式

甘油醇磷脂和甘油衍生物的命名1967年IUPAC-IUB（InternationalUnionofPureandAppliedchemistry-InternationalUnionofBiochemistry）国际理论和应用化学协会以及国际生物化学协会建议采用立体专一编号。立体专一编号（stereospecificnumbering,Sn）（一）卵磷脂（phosphatidylcholines,简称PC）胆碱(choline)+磷脂酸→磷脂酰胆碱(phosphatidylcholine)

纯的磷脂酰胆碱是吸水性的白色蜡状物，在空气中由于不饱和脂肪酸的氧化而变为黄色或棕色。磷脂酰胆碱不溶于水及丙酮，易溶于乙醚、乙醇及氯仿。

磷脂酰胆碱在脑、神经组织、肝脏、肾上腺及红细胞中含量较多，蛋黄中含量特多（约占8%-10%），所以叫做卵磷脂。

磷脂酰胆碱根据磷酸与甘油连接位置的不同，有α-及β-两种异构体，自然界的磷脂酰胆碱是α型的。磷酯酰胆碱中与磷酸相结合的含氮有机碱是胆碱。磷脂酰胆碱分子中，甘油部分的β碳原子是手性碳原子，因而有D型和L型两种构型。自然界存在的是L型的。Abbreviations:CK,cholinekinase;CT,CTP:phosphocholinecytidylyltransferase;CPT,CDP-choline:1,2-diacylgylcerolcholinephosphotransferase;PEMT,phosphatidylethanolamine

N-methyltransferase;P-choline,phosphocholine;CDP-choline,cytidinediphosphate-choline.Intestinalmicrobesmetabolizedietaryphosphatidylcholine(PC),generatingtrimethylamine(TMA).Intheliver,trimethylamineisconvertedtoTMAObyflavin-containingmonooxygenases(FMOs).AmetabolomicstudyhasshownanassociationbetweenCVDandthemetabolitesTMAO,choline(C)andbetaine.Thisstudysupportstheimportanceoffutureinvestigationofthemicrobiotainhumanbiospecimensandtheneedforcomputationalpipelinesthatcanintegratedataonhumanandmicrobialgeneticstoshedlightonthemetabolicpathwaysofthehostandthemicrobiotainhealthanddisease.自然界的磷脂酰胆碱是几种磷脂酰胆碱的混合物，主要是组分中的脂肪酸不同，经水解后得到甘油、脂肪酸、磷酸和胆碱。常见于磷脂酰胆碱中的脂肪酸有棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸及花物四烯酸等。某些毒蛇的毒汁中含有一种磷脂酶，能使β位脂肪酰基水解脱落，生成溶血磷脂酰胆碱，从而破坏了细胞膜，引起溶血。卵磷脂按其分子中的磷酸基团处于丙三醇的1-和2-位可分为

和

卵磷脂。自然界中存在的卵磷脂为L--卵磷脂。卵磷脂分子中的不同碳位所连接的脂肪酸也不同。蛋黄卵磷脂

碳位上连接的几乎是饱和脂肪酸，而

位上连接的通常为油酸、亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸等不饱和脂肪酸；而大豆卵磷脂

位和

位是饱和酸和不饱和酸混合配位。卵磷脂被誉为与蛋白质、维生素并列的“第三营养素”。1998年被美国国家科学院食品营养学会列为每日必需营养素。美国、欧洲、日本等已将磷脂在临床上用于防治脑、心、肝、肿瘤等疾病。卵磷脂作为重要的天然表面活性剂具有乳化、分散、润湿、速溶、脱膜、分离等作用，被广泛应用于化工、食品、医药、石油、轻工、饲料以及El化等行业中。

(二)脑磷脂（phosphatidylethanolamines,简称PE）

乙醇胺(ethanolamine)+磷脂酸→磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine)Figure4:PhosphatidylethanolaminebiosynthesisAbbreviations:EK,ethanolaminekinase;ET,CTP:phosphoethanolaminecytidylyltransferase;EPT,CDP-ethanolamine:1,2-diacylgylcerolethanolaminephosphotransferase;PSD,phosphatidylserinedecarboxylase;etn,ethanolamine;P-etn,phosphoethanolamine;CDP-etn,cytidinediphosphate-ethanolamine;OMM,outermitochondrialmembrane;IMM,innermitochondrialmembrane.

磷脂酰乙醇胺在脑组织中含量甚多，故又称脑磷脂。它和磷脂酰胆碱并存于机体各组织及器官中，它的构造和理化性质均与磷脂酰胆碱相似，只是在磷脂酰乙醇胺中，与磷酸结合的是胆胺（HO=CH2-CH2-NH2）。磷脂酰乙醇胺性质与磷脂酰胆碱相似，也不稳定，易吸收水分，在空气中氧化成棕黑色。磷脂酰乙醇胺能溶于乙醚，但难溶于乙醇，这是与磷脂酰胆碱在溶解性方面的不同点。

(三)丝氨酸磷脂(phosphatidylserine，简称PS)

丝氨酸(serine)+磷脂酸→磷脂酰丝氨酸(phosphatidylserine)

Figure5:PhosphatidylserinebiosynthesisAbbreviations:PSS1,phosphatidylserinesynthase1;PSS2,phosphatidylserinesynthase

2.卵磷脂与脑磷脂在体内可互变

丝氨酸乙醇胺

胆碱(四)肌醇磷脂(phosphatidylinositol，简称PI)肌醇(linositol)+磷脂酸→磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol)

常见磷脂X集团及名称

Phosphatidylethanolamine(PE)

Phosphatidylserine(PS)

Phosphatidylinositol(PI)

Phosphatidylglycerol(PG)

Diphosphatidylglycerol(DPG)（五）鞘脂类(sphingolipid)

组成特点是不含甘油而含鞘氨醇(sphingosine)按照取代基团X的不同可分为两种X为磷酸胆碱称为鞘磷脂(sphingmyelin)X为糖基称为鞘糖脂(glycosphingolipid)

鞘磷脂类:最简单而在高等动物组织中含量最丰富的鞘脂类，其极性头是磷酰胆碱或磷酰乙醇胺。脑和神经组织中含有大量的鞘磷脂，脾、肝及其它组织中含量较少。鞘磷脂的组成和结构与磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺不同，其分子中不含甘油部分，而是含有一个长链的不饱醇——鞘氨醇。1mol鞘磷脂完全水解后，可得到鞘氨醇、脂肪酸、磷酸和胆碱各1mol。鞘磷脂分子中的脂肪酸连接在鞘氨醇的氨基上，磷酸以酯的形式与鞘氨醇及胆碱相结合。鞘磷脂是无色晶体，在光的作用下或在空气中不易氧化，比较稳定，不溶于丙酮及乙醚，而溶于热乙醇中。鞘氨醇半乳糖苷脑苷脂类:含有一个或多个糖单位故常称为糖鞘脂，如半乳糖脑苷脂含有D-半乳糖作为极性头基团，存在于脑的细胞膜中，葡萄糖脑苷脂极性头部含有葡萄糖，存在于非神经组织膜中。

神经节苷脂类:这是一类最复杂的糖鞘脂类,它含有由几个糖基组成的巨大极性头，神经节苷脂的一个或多个末端糖基是唾液酸(N-乙酰基神经酸)，神经节苷脂是细胞膜表面特异的受体的重要组分。

(六)胆碱（Choline）

胆碱具有碱性、醇性。第二节磷脂的物化性质(一)磷脂的物理性质

1.磷脂的外观

2.磷脂的溶解度

3.磷脂的胶体性

(二)磷脂的化学性质

1.磷脂的分解

2.磷脂的水解

3.磷脂的酶解

4.磷脂的氢化

5.磷脂的其它反应(一)磷脂的物理性质1.磷脂的外观纯净的磷脂是无色无味，在常温下为一种白色的固体物质。但往往由于制取的方法或精制方法、产品种类、储存条件等不同，磷脂产品具有淡黄色至棕色。

2.磷脂的溶解度

磷脂可溶于脂肪烃、芳香烃、卤化烃类有机溶剂，如乙醚、苯、三氯甲烷、石油醚等。它只部分溶于脂肪族的醇类，如乙醇。像其它非极性的表面活性剂一样，不溶于极性的溶剂，如乙酸甲酯，尤其是丙酮；但在有少量油脂存在时，磷脂于丙酮和乙酸甲酯中的溶解度即增加。卵磷脂可溶解于乙醇中，而脑磷脂则不溶解。利用磷脂在上述溶剂中溶解度的差异，可作为分离，提纯及定量磷脂的依据。磷脂能溶于动植物油脂，矿物油及脂肪酸中，实际上不溶于冷的动植物油脂。磷脂中加入脂肪酸，可使塑性磷脂软化或液化成为流体磷脂。溶解度

磷脂丙硐乙醇乙醚磷脂酰胆碱不溶溶溶磷脂酰乙醇胺不溶不溶溶鞘氨醇磷脂不溶溶（在热乙醇中）不溶3.磷脂的胶体性在磷脂的分子中，有磷酸根与氨基醇亲水基团和碳氢键疏水基团，能使水油两个不相溶的相形成稳定的胶体，这是因为磷脂在水与油两相之间形成一个界面层，由于这个界面层的存在而降低了油与水之间的界面张力。磷脂存在于油脂中具有明显的亲水胶体性，当与适量的水相混时，磷脂即从油脂中分离出，特别是在pH>8时呈微碱性的热水中更易吸水膨胀，直至生成胶体溶液。磷脂的这种吸水膨胀产生乳化胶体的特性，是它从毛油中制取和广泛应用的基础。

与甘油醇磷脂的不同点①对光及空气皆稳定，可经久不变。

②溶解度：不溶于丙酮、乙醚，而溶于热乙醇

与甘油醇磷脂的相同点①可解离成两性离子型或带电荷的分子

②两亲化合物鞘氨醇磷脂的性质(二)磷脂的化学性质

1.磷脂的分解

磷脂接触空气或在阳光照射下极不稳定，易氧化酸败而色泽变深。但在无水分的油脂中比较稳定。所以浓缩磷脂中的油脂可以防止磷脂氧化酸败，有利于磷脂的贮存。磷脂在高温中不稳定，在制油及制取磷脂过程中，温度在150℃时，油脂色泽加深，制取的磷脂气味不佳，超过150℃时磷脂逐渐分解。

2.磷脂的水解

磷脂在碱性乙醇溶液或水溶液中加温易皂化，或者在强酸性的水溶液下高温使其水解。皂化后生成肥皂、磷酸甘油的盐类、肌醇磷酸盐类各种氨基化合物及碳水化合物，进一步加热生成甘油、肌醇及磷酸；酸化水解（或加压水解）后生成游离脂肪酸及上述化合物的游离物质。

水解

甘油醇磷脂可被酸、碱或酶水解

甘油醇磷脂脂酸＋甘油磷酸＋X基团H+或OH-磷酸单酯酶甘油＋磷酸

3.磷脂的酶解

磷脂可以被酶分解，至少有四种以上的磷脂酶可用于分解羧酸及磷酸所形成的酯键。其中有的酶只可分解磷脂上的不饱和脂肪酸而对饱和脂肪酸不起作用。这种作用可生成一种具有强烈的溶血作用因而称为“溶血磷脂”的磷脂。

磷脂酶的作用位点Phospholipasecleavagesites.NotethatanenzymethatdisplaysbothPLA1andPLA2activitiesiscalledaPhospholipaseB.磷脂的酶解eevenomphospholipaseA2sPLA2.Middleplaneofthelipidbilayer-blackdots.Boundaryofthehydrocarboncoreregion-reddots(extracellularside).Layeroflipidphosphates-yellowdotsMechanismofhydrolysiscatalyzedbyPLA24.磷脂的氢化

磷脂可以用镍作催化剂在适当条件下进行氢化，氢化后生成白色固体的氢化磷脂。为了便于操作，氢化可在乙酸乙酯等溶剂中进行。氢化后的磷脂可作为润滑油的添加剂。

5.磷脂的其它反应

磷脂中的不饱和酸可以溴化而形成各种卤化磷脂质。这些物质的理化性质与磷脂相同。

磷脂用普通的方法只能勉强地加以磺酸化，因为一般所用的磺酸化剂都是强烈的脱水剂，如硫酸及氯磺酸等都会将其碳化。如在醛类、酮类、酚类等存在下，磷脂用二氧化硫来处理而很容易成为磺酸化衍生物，而醛、酮或酚都变成磷脂分子中的一部分。此种磺酸化产品可用于纺织工业及制革用鞣革原料。

第三节磷脂和胆碱的生理功能

在机体内磷脂和胆碱的作用相互交叉相互渗透，磷脂的某些生理功能是通过胆碱实现的，而胆碱的部分生理功能又依赖于磷脂完成。（一）构成生物膜的重要组成成分

生物膜具有极其重要的生理功能，能起保护层的作用，是细胞表面的屏障，也是细胞内外环境进行物质交换的通道。生物膜极易受到自由基攻击而受伤，磷脂可重新修复被损伤的生物膜，故显示出延缓机体衰老的作用pH7时，几种常见的甘油醇磷脂的净电荷

磷脂磷酸基团X基团净电荷磷脂酰胆碱-+0磷脂酰乙醇胺-+0磷脂酰丝氨酸-+，--1磷脂酰肌醇-0-1Thepictureaboveisanelectronmicrographofacellmembraneatapprox.240,000xmagnificationThispictureshowsthecellmembraneatamuchlowermagnification.Thelighterareatotherightrepresentstheextracellularspace（二）促进神经传导，提高大脑活力

人体大脑中磷脂类物质所占比重高达40%左右，它们在人类智力活动中承担着信息传递的重要功能。磷脂又是人体所需胆碱的主要来源。胆碱可以随血液送入大脑，在人体内乙酰化酶的作用下生成乙酰胆碱，可促使细胞活化，从而提高人体的反映能力及记忆和智力水平。卵磷脂可提高大脑中乙酰胆碱浓度，乙酰胆碱起着兴奋大脑神经细胞的作用。所以大脑内乙酰胆碱的数量越多，记忆、思维的形成也越快，从而可使人保持充沛的精力和良好的记忆力。

当神经冲动到达胆碱能神经末梢时，突触小泡内的Ach外排至突触间隙，作用于突触后膜的胆碱能受体，引起下一级神经元或效应器的激发。在正常生理条件下，Ach完成传递冲动作用后，随即被突触后膜上的AchE在数毫秒内水解，生成乙酸和胆碱。此一水解过程分两步进行：即与Ach形成乙酰酶，然后乙酰酶脱乙酰基，酶恢复原有活性。

乙酰胆碱对中枢神经系统的作用，主要是破坏兴奋和抑制的平衡，引起中枢神经调节功能紊乱，大量积聚主要表现为中枢神经系统抑制，可引起昏迷等症状。(IP3)(DG)IP3，DG是第二信使，与细胞内信号传递有关

磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol）（三）促进脂肪代谢，防止出现脂肪肝

卵磷脂在体内可生成脂肪降解因子，将人体内多余的脂肪溶解、分解排出体外，避免剩余脂肪堆积于皮下，以此来调节体重。磷脂中的胆碱对人体的脂肪代谢有着重要的作用，若人体内胆碱不足，就会影响脂肪代谢，造成脂肪在肝脏内积聚，逐渐形成脂肪肝。胆碱是卵磷脂及乙酰胆碱等的组成成分。作为卵磷脂的成分参与脂肪代谢。当体内胆碱缺乏时，肝内卵磷脂不足，由于卵磷脂是合成脂蛋白所必需的物质，肝内的脂肪是以脂蛋白的形式转运到肝外。所以肝脂蛋白的形成受影响，使肝内脂肪不能转运出肝外，积聚于肝细胞内，从而导致成脂肪肝，肝细胞破坏，肝功能减退等一系列临诊和病理变化。（四）促进体内转甲基代谢的顺利进行

生物体内的甲基供体。

在代谢反应过程中提供甲基(-CH3)给受体的有关化合物，即为甲基供体。一碳单位是指仅含有一个碳原子的基团,如甲基、亚甲基、羟甲基、甲酰基、亚氨甲基(—CH＝NH)等。（五）降低血清胆固醇、改善血液循环、预防心血管疾病卵磷脂的分子结构中含有亲水的磷酸脂集团和亲油的脂肪酸集团，因此，它可以使脂类物质与水结合在一起，起到乳化作用。卵磷脂的这种优良的油水亲和性能，能溶解血液中和管壁上的脂溶性物质甘油三酯及胆固醇硬块，使之变成细小微粒，增加血液的流动性和渗透性，降低血液黏度，使其顺利通过细胞的新陈代谢排除体外，从而减少脂肪沉积在血管壁上造成动脉粥样硬化。卵磷脂富含的多不饱和脂肪酸可以阻断小肠对胆固醇的吸收，促进胆固醇排泄，同时卵磷脂也是高密度脂蛋白(HDL)的主要成分，在胆固醇的运送、分解、排泄过程中起着“清道夫”的作用。第四节、机体对磷脂和胆碱的需要量正常人每天摄入6~8g的磷脂比较合适，可以一次或多次摄取。若为特殊保健需要，可适当增加至15~25g。人们对胆碱的需要情况目前了解得还很不彻底，尚未提出明确的日推荐量标准。分析表明，每升母乳约含胆碱145mg。第五节、磷脂在功能性食品中的应用大豆卵磷脂大豆卵磷脂是以大豆磷脂为原料，经分离提纯等工艺精制而成，以胆碱磷脂为主的高纯度磷脂产品。磷脂酰胆碱含量>60%卵磷质的亲水性能以及pH值适用范围大于其他类型的大豆磷脂，易形成水包油O/W型稳定的乳化体，是优良天然乳化剂。由于含胆碱、胆胺、生物素等活性成分，常作为制备含有各种医药制剂的乳化剂、调理剂和营养剂的应用。卵磷脂对于动脉粥状硬化、脂肪肝、神经衰弱及营养不良、降低血清胆固醇、改善血液循环、预防心脑血管疾病、防止细胞衰