Sterolit
Sterolit ovat moninainen ryhmä steroidialkoholeja, joihin muun muassa kolesteroli kuuluu. Kasveissa luonnollisesti esiintyviä steroleita kutsutaan usein kasvisteroleiksi tai phytosteroleiksi. Sterolit ovat rasvaliukoisia.
Steroliin voi olla esteröintireaktion kautta liitettynä rasvahappo, jolloin sterolia kutsutaan steroliesteriksi. Sterolit ja niiden esterit alentavat tutkitusti veren LDL-kolesterolia, siten mahdollisesti ehkäisten muun muassa sepelvaltimotautia, mutta tästä vaikutuksesta ihmisillä ei ole laajojen kliinisten tutkimusten puutteen vuoksi suoria todisteita. Steroliestereitä löytyy erityisesti niin kutsutuista terveysvaikutteisista elintarvikkeista niihin lisättyinä. Steroleita alettiin esteröidä 1990-luvulla, jotta niiden vesiliukoisuus ruokiin ja ravintolisiin paranisi.
Läheisesti steroleihin liittyvä molekyyliryhmä ovat stanolit, joissa niiden rungon hiilten 5 ja 6 välinen sidos on yksöissidos (sidos on tyydyttynyt). Steroleissa tämä sidos on tyydyttymätön kaksoissidos.
Tässä on lueteltu joitakin steroleita, mutta ei kaikkia. Seuraavat kasvistrerolit ovat yleisiä luonnossa:
Teollisesti steroleita erotetaan yleensä kasviöljyistä ja mäntyöljystä tai -sellusta. Tyydyttymättömiä steroleita vedyttämällä voidaan puolestaan tuottaa stanoleita.
Sterolien erottelu kasviöljyistä etenee aluksi samoin kuin kasviöljyjen valmistus elintarvikkeisiin: siemenistä puristetaan öljyä, sitä puhdistetaan valkaisun ja hajun poiston avulla. Öljyistä poistetaan helposti haihtuvat hajuja aiheuttavat aineet tislaamalla öljyjä matalassa paineessa ja lämmittämällä niitä. Sitten suoritetaan metanolin avulla vaihtoesteröinti (kutsutaan myös tässä yhteydessä metanolyysiksi), jossa triglyseridit muuttuvat rasvahappojen metyyliestereiksi. Triglyserideistä irronnut metyloitu glyseroli ja ylimääräinen metanoli poistetaan. Puhdistetusta reaktioseoksesta voidaan alipainetislauksella erottaa vapaat sterolit ja tokoferolit pois rasvahappometyyliestereistä. Lopuksi sterolit ja tokoferolit erotetaan toisistaan kiteytyksen ja suodatuksen avulla käyttäen kiteiden pesussa elintarvikekäyttöön sopivaa liuotinta. Steroleita puhdistetaan entisestään kiteyttämisellä vahaestereiden poistamiseksi.
Kun sterolilähteenä käytetään mäntyä, käsitellään puu ensin tyypillisellä sellun tuottoon käytetyllä sulfaattimenetelmällä, josta saatu saippuamainen rasvafaasi sisältää yli 2% kasvisteroleita. Sterolit voidaan erottaa suoraan uutolla tästä faasista metanolin avulla, johon sterolit liukenevat muita rasvamaisia yhdisteitä helpommin. Useammin kuitenkin saippuamainen seos happamoidaan. Tällöin saadaan seokseen öljymäinen faasi, jossa on muun muassa hartsia, rasvahappoja ja steroleita. Seosta kutsutaan raa'aksi mäntyöljyksi. Seos erotellaan tislaamalla eri jakeisiin (fraktioihin): rasvahapot omaan, hartsi omaan jne. Sterolit kertyvät tislauksessa jäljelle jäävään tervamaiseen tislaumattomaan osaan, jossa on noin 5–15% steroleita ja pitkäketjuisia huonosti haihtuvia rasvahappoja. "Terva" saippuoidaan elintarvikekäyttöön sopivan NaOH avulla, jolloin sterolit hydrolysoituvat ja rasvahapot saippuoituvat. Liuos neutraloidaan mineraalihapon (esimerkksi rikkihapon tai HCl) avulla. Muodostunut vesimäinen faasi rasvahappoineen ja ylimääräinen vesi poistetaan pikahaihduttamalla (eng. "flash evaporation"). Tämä toistetaan useasti. Lopuksi suoritetaan uudelleen kiteytys ja saadaan puhdistettuja steroleita.
Sterolien estereitä saadaan esteröimällä steroleita tavallisesti kasviöljyistä saatujen rasvahappojen kanssa. Esteröinti muuttaa korkeissa lämpötiloissa sulavat ja öljyihin huonosti liukenevat sterolit nestemäisiksi. Yleensä ~40% saadun steroliesterin painosta johtuu sitoutuneesta rasvahaposta.
Kasviöljyn triglyserideistä hydrolysoidaan vapaita rasvahappoja emäksellä. Glyserolifaasi erotellaan saippuoitumattomasta rasvahappofaasista, josta alipainetislataan sitten jäämäglyseridit pois. Steroleita lisätään rasvahappojen joukkoon ja ne esteröidään yli 180 °C lämmössä käyttäen elintarvikekäyttöön sopivaa katalyyttiä. Saaduista steroliestereistä tislataan ylimääräiset vapaat rasvahapot pois.
Steroliestereitä voidaan myös tehdä metanolysoimalla ruokaöljyä, eli hajottamalla triglyseridit esteröimällä ne metanolin kanssa. Rasvahappometyyliesterit sekoitetaan sterolien kanssa. Suoritetaan vaihtoesteröinti, jossa rasvahapon metanoli korvataan sterolilla ja saadaan esteröity steroli. Ylimääräiset rasvahapot tislataan pois.
Tyypillistä länsimaista ruokavaliota noudattava saa päivässä noin 200–400 mg kasvisteroleita ja noin 50 mg kasvistanoleita. Määrät vaihtelevat ihmisryhmittäin: vegetaristeilla edellä mainitut määrät voivat olla kaksinkertaiset, Britanniassa keskimääräinen sterolien päiväsaanti on 167 mg ja Japanissa 375 mg. Valtaosa näistä kasvisteroleista on β-sitosterolia, jota on erilaisissa kasviöljyissä 45–95% kokonaissteroleista. Enimmillään kampesterolia on 30% ja stigmasterolia 25%. Muita pienemmissä määrin löytyviä kasvisteroleita ovat brassikasteroli ja ergosteroli.
Lisättynä kasvisteroliestereitä löytyy esimerkiksi Bunge Finland Oy:n "Keiju Alentaja" -tuotteista ja Unileverin "Becel Pro-Activ" -tuotteista. Eräässä "Keiju Alentaja" -levitteessä on 7.5 g steroleita 100 grammassa ja "Becel Pro-Activ" -levitteessä 9 g steroliestereitä 100 grammassa, jotka esteröimättömiksi steroleiksi muutettuina vastaavat 5.4 g määrää.
On kuitenkin hyvä ottaa huomioon että yllä oleva taulukko ja monet sterolien määriä listaavat tietokannat kuten USDA:n tietokanta (linkki tietokantaan) saattavat kuitenkin merkittävästi aliarvioida sterolien todellisia määriä ruuissa, sillä niiden arvojen saantiin käytetyt mittausmenetelmät ottavat usein huomioon vain tietyt yleisimmät sterolit. Lisäksi ne jättävät usein huomiotta glykosyloidut sterolit, joihin on liittynyt sokerimolekyylejä. Tiettävästi glykosyloidut sterolit ovat myös biologisesti aktiivisia (alentavat muun muassa veren LDL-kolesterolia) ja niitä on keskimäärin 16% kokonaissteroleista erilaisissa ruokavalioissa. Luonnosta löytyy glykosyloitujen sterolien lisäksi myös esteröityjä steroleita.
Käytettäessä 0.8 g lisättyjä steroliestereitä päivittäin, on tyypillinen veren LDL-pitoisuuden lasku noin 6%. Isommat annokset johtavat suurempiin alenemiin. 6% vastaa laskennallisen teorian mukaan 15% kuolleisuuden alenemaa sepelvaltimotautiin ikävuodesta 40 eteenpäin ja 6-10% alenemaa ikävuodesta 70 eteenpäin. Meta-analyysit eivät kuitenkaan ole selvästi osoittaneet sterolien käytön vaikuttavan kuolleisuuteen vähentävästi tai lisäävästi. Myös yksittäisten soluilla, eläimillä ja ihmisillä suoritettujen kokeiden tulokset ovat olleet ristiriitaisia. Muun muassa EAS ("European Atherosclerosis Society") suosittelee kuitenkin korkean riskin ryhmiin kuuluvia henkilöitä harkitsemaan stanolien käyttöä tarvittaessa, mutta kehottaa kiinnittämään huomiota pitkäaikaisiin kliinisiin tutkimuksiin pohjautuvan tiedon vähyyteen.
Sterolien vaikutukset ovat moninaiset: ne alentavat haitallista LDL-kolesterolia, mutta ne voivat myös itsessään olla aterogeenisiä, eli aiheuttaa verisuonten ahtautumista. Luotettavan kliinisen tiedon, joka osoittaisi suoran yhteyden kuolleisuuden sterolien käytön välillä, saamisen ongelma on ollut erityisesti vaadittujen kokeiden suuruus ja kesto. Tällainen koe vaatisi erään arvion mukaan 10 000–15 000 sepelvaltimotautia sairastavaa henkilöä ja yhteyden selvittämiseen perusterveillä yli 50 000 henkeä.
Suhteessa stanoleihin, kasvisteroleita päätyy ravinnosta verenkiertoon noin 20 kertaa enemmän. Tällä voi olla merkitystä ottaen huomioon kasvisterolien mahdolliset verenkierrolle haitalliset ominaisuudet, joita kuitenkin esiintyy ehkä myös stanoleilla.
Vain tiettyjen sydän- ja verisuonitautien riskiryhmään kuuluvien henkilöiden saatetaan suositella käyttävän kasvisteroliestereitä ruokavalio- ja elintapamuutosten ohella. Heihin kuuluvat korkean veren kolesterolitason omaavat henkilöt ja muuten korkean riskin henkilöt kuten diabeetikot, joilla yleensä ensijaisesti kolesterolitason laskemiseen käytetyt statiinit eivät toimi tai eivät yksin saa kyllin merkittävää kolesterolitason laskua aikaan. Ryhmään kuuluvat myös aikuiset ja yli 6 v lapset, joilla on todettu familiaalinen hyperkolesterolemia.
Äärimmäisen harvinaista sitosterolemiaa potevien ei kannata käyttää steroleita, sillä tauti johtaa sterolien kertymiseen vereen, jossa kohonneet pitoisuudet aiheuttavat ateroomien muodostumista. Raskaana olevien tai imettävien naisten ei suositella käyttävän steroleita vaikka kasvisterolien haitallisesta vaikutuksesta lapseen ei ole näyttöä.
Yhteensä 2 g steroliestereitä päivässä on useimmiten suositeltu annos tiettyjen sydän- ja verisuonitautien riskiryhmään kuuluville henkilöille. Sterolit kannattaa ottaa ruuan kanssa, sillä tämä tehostaa niiden vaikutusta. 2 g määrillä ei ole havaittu pitkäaikaisissa kokeissa ihmisillä haittavaikutuksia. 1.5–2 g/päivä vähentää enimmillään veren LDL-kolesteroli pitoisuutta 7–10% erilaisissa ihmisryhmissä ilman vaikutusta HDL pitoisuuksiin.
Sterolien LDL-kolesterolia alentavan vaikutuksen on tutkittu olevan pitkäaikaista jatkuvassa käytössä: ainakin statiinien käyttäjillä yli 8% sterolien aikaan saama LDL:n lasku säilyy 1.6 vuoden verran 2.5 g päivittäisillä annoksilla. Lopetettaessa sterolien käyttö veren LDL-kolesterolitaso palaa entiselleen noin 1–2 viikossa.
1951 kuvattiin ensimmäisen kerran sitosterolin laskevan veren kolesterolitasoja ja sen soveltuvan siten hyperkolesterolemian (korkean veren LDL-kolesterolitason) hoitoon. Ensimmäisen esteröimättömiä kasvisteroleja sisältävän lääkkeen toi USA:n markkinoille lääkeyhtiö Eli Lilly and Company kauppanimellä "Cytellin" vuonna 1954. Cytellin-lääkettä käytettiin USA:ssa 1954–1982. Päiväannokset olivat 6–18 g. Jopa 45 g päiväannoksia käytettiin ilman ilmeisiä ja merkittäviä sivuvaikutuksia henkilöiden hoitoon, keiden kolesterolitasot eivät laskeneet normaaleilla annoksilla.
Kun kasvisteroleita ja stanoleita opittiin esteröimään elintarviketeollisuudessa 1990-luvulla, alkoi niiden moderni käyttö elintarvikeissa lisäaineina. Vuonna 1989 Raisiolle tuolloin työskennellyt Professori Ingmar Wester kehitti stanolien esteröinnin. Raision valmistamaa "Benecol"-levitettä alettiin myydä Suomen kaupoissa 1995 jälkeen ja se oli maailman ensimmäinen kolesterolia alentava ja esteröityjä kasvistanoleita sisältävä elintarvike. Vuoden 2000 jälkeen alettiin käyttämään sterolien estereitä elintarvikkeissa muualla Euroopassa.
Kasvisterolit vähentävät kolesterolin päätymistä verenkiertoon ja sitä kautta ne laskevat veren LDL-pitoisuuksia. Sterolien kolesterolia alentavia vaikutusmekanismeja ei tunneta kauttaaltaan.
Ravinnon mukana saadusta kolesterolista noin 50%, 0.4–5% kasvisteroleista ja 0.02–0.3% stanoleista imeytyy suolistosta. Sterolien ja stanolien imeytymiseen vaikuttaa NPC1L1 proteiini, joka avustaa näiden molekyylien siirtymistä suolesta soluun.
Kehon oman tai ravinnon mukana tulleen kolesterolin (uudelleen) imeytyminen suolistosta edellyttää sitä, että kolesteroli muodostaa suolessa pieniä pisaroita (misellejä) sappihappojen avustamana. Kasvisterolit syrjäyttävät kolesterolia näissä miselleissä, jolloin vähemmän kolesterolimolekyylejä imeytyy kehoon kasvisterolien siis viedessä niiltä tilaa.
Lisäksi kasvisterolit aktivoivat maksan X reseptori (LXR) alfaa, LXR beetaa ja ABCA1 transportteria. Nämä pumppaavat suolen soluihin siirtynyttä kolesterolia pois soluista takaisin suolistoon.
Vereen päätyessään kasvisteroleita pidetään veren kolesterolista riippumattomana sepelvaltimotautia aiheuttavana tekijänä. Kaksi ABC transportteri proteiinia, ABCG5 ja ABCG8, erittävät suolen sisäpinnan soluihin imeytyneitä kasvisteroleita takaisin suoleen. Toimimattomat ABCG5 ja ABCG8 transportterit aiheuttavat mutaatiot johtavat siksi harvinaiseen sitosterolemiaan, johon liittyvät merkittävästi kohonneet veren kasvisteroliarvot, normaali tai lievästi kohonnut veren kolesterolipitoisuus ja suuri riski sairastua sepelvaltimotautiin verrattain nuorena.
Kasvistanolit tehostavat kerääntyvästi statiinien LDL-kolesterolia alentavaa vaikutusta, eli niiden yhteiskäyttö johtaa siten parempiin kolesteroliarvoihin kuin kumpikaan aine yksinään.
Sterolit eivät vaikuta veren HDL-kolesteroli, liporoteiini (a) ja PCSK9 pitoisuuksiin. Ne saattavat hieman madaltaa veren triglyseriditasoja erityisesti sellaisilla henkilöillä, joilla ne ovat koholla.
Sterolien käyttö lisää hieman kehon omaa kolesterolin sisäsynteesiä, mutta tämä ei riitä kumoamaan sterolien kolesterolia alentavaa vaikutusta.
Lukuun ottamatta tiettyjä lipoproteiineja (kuten LDL:ää), steroleilla ei ole pitkäaikaiskäytössä terveillä ihmisillä havaittu olevan vaikutuksia useimpiin veriarvoihin ja muihin kliinisten testitulosten arvoihin. Ne eivät vaikuta sukupuolihormonien ja muiden steroidihormonien määriin terveillä. Sterolit saattavat vähentää hieman kehon kykyä ottaa ravinnosta A-vitamiinin esiasteina toimivia karotenoideja (esimerkiksi beetakaroteenia), laskien niiden pitoisuutta veressä 15–25% pitkäaikaiskäytössä, mutta vaikutus ei ole terveyden kannalta merkittävä. Sterolit eivät terveillä vaikuta punasolujen solukalvojen muotoutuvuuteen.