曲 敏，陳 強(qiáng)，孫冰玉，呂銘守，劉琳琳，朱秀清

（哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江省普通高校食品科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江哈爾濱 150076）

多酚（Polyphenols）是存在于許多高等植物葉片和果實(shí)中的一大類(lèi)重要的次生代謝產(chǎn)物的總稱(chēng)，是具有多種化學(xué)結(jié)構(gòu)的多相分子群。在化學(xué)結(jié)構(gòu)上具有苯環(huán)和多個(gè)酚羥基，主要通過(guò)莽草酸和丙二酸途徑合成[1]。多酚參與了植物體自然抵抗生物和非生物脅迫的機(jī)制，使植物可以吸收過(guò)多的太陽(yáng)輻射、清除植物體內(nèi)自由基、有利于植物受精等多種生理功能[2]。多酚是人類(lèi)飲食中較為豐富的植物化學(xué)物質(zhì)，多酚的攝入可以提高人體的抗菌作用，同時(shí)可以預(yù)防抑郁癥、糖尿病等慢性疾病[3]。這種作用部分歸因于多酚在生物系統(tǒng)中作為抗氧化劑和信號(hào)抑制劑的能力，然而自然界存在的多酚多以游離態(tài)或者結(jié)合態(tài)的形式存在，因含有多個(gè)酚羥基基團(tuán)使得它們?cè)诠?、高溫和堿性條件下的化學(xué)穩(wěn)定性差，生物利用度低，所以多酚目前在功能性食品中作為生物活性成分的應(yīng)用受到了限制[4]。多酚能夠與食品中的主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如多糖、蛋白質(zhì)形成共價(jià)或非共價(jià)化合物，這種結(jié)合將增加其物理穩(wěn)定性，抗氧化活性和生物利用度，進(jìn)而增加了多酚在功能食品中的應(yīng)用范圍。近年來(lái)關(guān)于蛋白質(zhì)-多糖、蛋白質(zhì)-多酚、多糖-多酚的研究有了進(jìn)一步的深入，但對(duì)于蛋白質(zhì)-多糖-多酚三者相互作用的研究剛剛起步，本文對(duì)多酚的結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，多酚與蛋白質(zhì)、多糖三者相互作用的機(jī)理，多酚對(duì)二者功能性質(zhì)的影響及對(duì)改善乳化液性質(zhì)的影響，進(jìn)行了綜述，以期為充分發(fā)揮多酚在食品中的活性作用提供理論參考。

1 多酚的結(jié)構(gòu)與功能

1.1 多酚的結(jié)構(gòu)

多酚化學(xué)結(jié)構(gòu)上具有一個(gè)芳香環(huán)以及一個(gè)或多個(gè)羥基，其結(jié)構(gòu)單位是（C6H6O）（圖1）。多酚化合物的羥基數(shù)目和位置決定了多酚的類(lèi)型[5]。根據(jù)多酚單位的羥基數(shù)量和結(jié)合結(jié)構(gòu)，可分為酚酸類(lèi)、黃酮類(lèi)、單寧類(lèi)、木質(zhì)素類(lèi)、二苯乙烯類(lèi)等。目前，被廣泛研究的多酚主要為黃酮類(lèi)和酚酸類(lèi)[6]。大多數(shù)黃酮類(lèi)多酚通過(guò)芳香環(huán)A和B通過(guò)雜環(huán)C連接，根據(jù)C環(huán)與B環(huán)的連接位置和C環(huán)的不飽和程度，被分為黃酮、黃酮醇、黃烷酮、黃烷醇、花色苷、二氫黃酮醇，若黃酮類(lèi)化合物中B環(huán)與C-2位置上連接，則該化合物被稱(chēng)為異黃酮[7?8]。酚酸是一類(lèi)重要的非黃酮類(lèi)多酚，是一類(lèi)含有酚醛環(huán)和至少一種羧酸功能的物質(zhì)。天然酚酸分為兩個(gè)主要基團(tuán)：羥基苯甲酸（C6-C1）和從苯甲酸中衍生的羥基肉桂酸（C6-C3）[9]。根據(jù)羥甲基苯甲酸和羥基肉桂酸芳香環(huán)上羥基的位置分類(lèi)，主要的羥甲基苯甲酸有：水楊酸、沒(méi)食子酸、奎寧酸；主要的羥基肉桂酸有：蘋(píng)果酸、阿魏酸和咖啡酸。除了以上的黃酮類(lèi)和酚酸類(lèi)多酚物質(zhì)外，還有一些非黃酮、非酚酸類(lèi)多酚類(lèi)物質(zhì)，如姜黃素、白藜蘆醇、辣椒素、黃連素及番茄紅素等。

圖1 黃酮類(lèi)多酚的結(jié)構(gòu)Fig.1 The structure of flavonoid polyphenols

1.2 多酚的抗氧化性質(zhì)

自由基對(duì)生物分子造成氧化損傷，導(dǎo)致各種疾病，包括動(dòng)脈粥樣硬化、衰老和癌癥等。多酚是一種重要的抗氧化劑，它們能夠從酚羥基中貢獻(xiàn)電子或羥基，來(lái)中和人體中的自由基[10]，從而抑制或延緩各類(lèi)疾病。多酚抗氧化能力與酚類(lèi)的氧化還原特性呈正相關(guān)，而多酚氧化還原特性取決于多酚的空間結(jié)構(gòu)和羥基化程度[11]。

1.2.1 多酚的抗氧化機(jī)理 多酚是天然的抗氧化劑，通過(guò)兩種機(jī)制提供氫原子和轉(zhuǎn)移自身的電子將烷氧自由基（ROO·）轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的物質(zhì)（ROOH）來(lái)體現(xiàn)自身的抗氧化能力[12]。自由基是運(yùn)動(dòng)過(guò)程中細(xì)胞呼吸和正常代謝產(chǎn)生的高度活躍的分子，主要包括超氧陰離子自由基（O2·）、羥基自由基（OH·）等，因?yàn)樽杂苫幸粋€(gè)不成對(duì)的電子，需要得到一個(gè)電子達(dá)到穩(wěn)定，所以呈現(xiàn)強(qiáng)氧化性[13?14]。如圖2（a）所示多酚在與自由基反應(yīng)時(shí)可以提供氫原子，氫原子的電子與自由基所帶的電子組成一對(duì)，生成穩(wěn)定的物質(zhì)和基團(tuán)（PHe-O-），然后基團(tuán)（PHe-O-）與自由基反應(yīng)生成穩(wěn)定物質(zhì)。如圖2（b）所示多酚在給自由基提供電子時(shí)，可能會(huì)發(fā)生自由基重組進(jìn)行二次還原，具體表現(xiàn)為多酚為自由基提供電子生成基團(tuán)（ROO-）和（H3O+），然后兩個(gè)基團(tuán)反應(yīng)生成穩(wěn)定物質(zhì)和水[15]。兩種機(jī)制可以同時(shí)發(fā)生，將體內(nèi)的自由基還原為穩(wěn)定的物質(zhì)，而體現(xiàn)多酚的抗氧化能力。

圖2 多酚還原自由基提供氫原子機(jī)制（a）、多酚還原自由基提供電子機(jī)制（b）Fig.2 The mechanism of polyphenols reducing radical to provide hydrogen mechanism (a) and providing electron (b)

1.2.2 羥基化程度與抗氧化性 酚類(lèi)的抗氧化能力取決羥基的數(shù)目。多酚中羥基的數(shù)目量與其抗氧化活性呈正相關(guān)，多酚作為自由基清除劑，能夠通過(guò)有效阻止自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，消除自由基得電子的能力，避免新的自由基形成[16]。Zhao等[13]在研究綠茶多酚還原生育酚自由基時(shí)，發(fā)現(xiàn)兒茶素作為自由基清除劑有效性為：表沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯（EGCG）>沒(méi)食子酸鹽（ECG）>表沒(méi)食子兒茶素（EGC）>表兒茶素（EC），從兒茶素的結(jié)構(gòu)式中（圖3）可以看出EGCG有8個(gè)羥基、ECG有7個(gè)羥基、EGC有6個(gè)羥基、EC有5個(gè)羥基，證明多酚的羥基數(shù)目與還原自由基能力成正相關(guān)。范金波等[17]通過(guò)鉬酸銨法測(cè)定蘆丁、根皮素、根皮苷的抗氧化活性時(shí)發(fā)現(xiàn)，蘆丁的VC當(dāng)量為0.684±0.018 mg VCeq/mg，根皮苷的Vc當(dāng)量0.414±0.037 mg VCeq/mg，根皮素的VC當(dāng)量0.199±0.012 mg VCeq/mg，且三種多酚的羥基數(shù)目大小依次為蘆丁>根皮苷>根皮素，與三種多酚總抗氧化能力一致，可見(jiàn)多酚的羥基數(shù)目與多酚的抗氧化能力有一定的關(guān)系。

圖3 兒茶素結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Catechin structure diagram

1.2.3 多酚空間結(jié)構(gòu)與抗氧化性 通過(guò)量子化學(xué)計(jì)算法，將多酚的各個(gè)能級(jí)換算成具體參數(shù)，使多酚的抗氧化性與其空間結(jié)構(gòu)建立起定量構(gòu)效關(guān)系，因此可以從多酚的空間結(jié)構(gòu)分析多酚的抗氧化性。前沿分子軌道能極差△E（△E=EHOMO-ELUMO）是多酚活性的重要理論參數(shù)，EHOMO為最高占據(jù)軌道能，表現(xiàn)為貢獻(xiàn)電子的能力，ELUMO為最低占據(jù)軌道能，表現(xiàn)為多酚吸收電子的能力，△E越小，則多酚的電子越容易發(fā)生躍遷，反應(yīng)活性越強(qiáng)，多酚的還原性越高。劉科海等[18]在分析多酚的量子化學(xué)參數(shù)與自由基清除能力時(shí)發(fā)現(xiàn)，柚皮素△E=4.6216 eV，柚皮苷△E=4.8659 eV，橙皮素△E=4.6251 eV，橙皮苷△E=4.6872 eV，四種多酚的活性順序?yàn)殍制に?橙皮素>橙皮苷>柚皮苷，DPPH自由基清除率的順序?yàn)殍制に兀?9.94%±0.02%）>橙皮素（35.99%±0.03%）>橙皮苷（28.20%±0.02%）>柚皮苷（19.84%±0.01%）。由此可見(jiàn)，多酚的空間結(jié)構(gòu)決定多酚的抗氧化能力。籍寶霞[19]通過(guò)總抗氧化能力法（TECA）、鐵還原能力法（FRAP）、HOCl清除能力法、脫氧核糖分析法（·OH清除能力）檢測(cè)不同多酚的抗氧化能力，根據(jù)高斯理論計(jì)算程序計(jì)算出不同多酚的量子化學(xué)計(jì)算參數(shù)，在分析量子化學(xué)參數(shù)與抗氧化能力時(shí)發(fā)現(xiàn)多酚的總電子焓（H）、總熵（S）、能量間隙（△E）與HOCl的清除能力成正相關(guān)，多酚的總熵（S）、最高占有軌道能量（EHOMO）與還原TEAC、FRAR能力、·OH清除能力成正相關(guān)。表1為多酚的量子化學(xué)計(jì)算參數(shù)與抗氧化能力的相關(guān)系數(shù)表。由此可以看出多酚的空間結(jié)構(gòu)與多酚抗氧化能力存在著定量構(gòu)效關(guān)系。

表1 多酚的量子化學(xué)計(jì)算參數(shù)與抗氧化能力的相關(guān)系數(shù)Table 1 The correlation coefficient between the quantum chemical calculation parameters of polyphenols and their antioxidant capacity

1.3 多酚的其他功能性質(zhì)

自由基是人體代謝過(guò)程中產(chǎn)生的活性高分子，由于其具有強(qiáng)氧化性，大量積累會(huì)導(dǎo)致癌癥、神經(jīng)衰退等疾病的產(chǎn)生。當(dāng)機(jī)體產(chǎn)生和清除自由基的能力不能達(dá)到平衡時(shí)而產(chǎn)生的氧化應(yīng)激反應(yīng)更是誘發(fā)此類(lèi)疾病的主要原因。多酚可以通過(guò)信號(hào)通路傳遞氧化信號(hào)直接還原自由基，影響細(xì)胞的增殖分化和凋亡，阻斷自由基所引發(fā)的很多裙帶慢性疾病[20]。

1.3.1 癌癥預(yù)防 多酚在預(yù)防和治療癌癥上，主要是通過(guò)防止氧化應(yīng)激反應(yīng)造成的能量失調(diào)、增加抑制細(xì)胞生長(zhǎng)因子與癌細(xì)胞結(jié)合、抑制癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和腫瘤血管的形成等[21?22]。常用于抗癌的多酚有白藜蘆醇、黃連素、辣椒素等，通過(guò)提高癌細(xì)胞中的活性氧（ROS）水平和一些ROS相關(guān)信號(hào)，刺激線粒體釋放凋亡誘導(dǎo)因子，進(jìn)入細(xì)胞核促使染色質(zhì)凝結(jié)和核染色體DNA斷裂；促進(jìn)脂肪氧合酶（FAS）的信號(hào)轉(zhuǎn)錄因子受體附著在配體上，激活半胱天冬酶；通過(guò)上調(diào)P53因子促進(jìn)細(xì)胞周期激素酶抑制劑（Cip1/P21）的生成，抑制癌細(xì)胞復(fù)制的G1期，完成癌細(xì)胞的ROS依賴(lài)性凋亡、FAS依賴(lài)性凋亡和P53因子依賴(lài)性凋亡[23]。Tairine等[24]以黃連素作為光敏劑治療腎癌，發(fā)現(xiàn)腎癌細(xì)胞的活力下降至16.26%，細(xì)胞內(nèi)ROS增加了180.03%，細(xì)胞自噬率增加至173.2%，對(duì)腎癌細(xì)胞有顯著的抑制作用。

1.3.2 抗菌性 多酚的抗菌作用機(jī)制可能是由于部分疏水性質(zhì)，使其在與細(xì)菌細(xì)胞膜的脂質(zhì)雙分子層和脂多糖界面進(jìn)行相互作用，膜蛋白與磷脂比例發(fā)生改變，導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)重組，降低了細(xì)菌在易感宿主內(nèi)引起疾病的能力[25]。且在相互作用的過(guò)程中，多酚的羥基又被認(rèn)為是一價(jià)陽(yáng)離子的穿膜載體，將H+帶入細(xì)胞質(zhì)并將K+運(yùn)出，K+在外流過(guò)程中消耗能量，影響了細(xì)胞膜的物質(zhì)運(yùn)輸及細(xì)胞膜的通透性和穩(wěn)定性，造成細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)外泄和微生物死亡[26]。Jatinder等[27]在研究海南蒲桃中多酚的抗菌能力時(shí)，分別向金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、肺炎克雷伯菌、白念珠菌等培養(yǎng)基中添加0.1 mL濃度為10 mg/mL的多酚溶液，金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、肺炎克雷伯菌和白念球菌的抑菌圈直徑分為為23、16、15.3和14.3 mm；并指出不同抑菌效果的原因?yàn)橛捎诓煌?xì)菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，多酚對(duì)不同細(xì)菌細(xì)胞的通透性和穩(wěn)定性產(chǎn)生了不同的影響。

2 多酚與蛋白質(zhì)、多糖的相互作用

2.1 多酚-蛋白質(zhì)的相互作用

多酚與蛋白質(zhì)的絡(luò)合被認(rèn)為是一種高效、安全方便的改進(jìn)乳化液性能的方法。二者在結(jié)合的過(guò)程中可以通過(guò)共價(jià)和非共價(jià)兩種形式相互作用，結(jié)合的形式不同，表現(xiàn)的作用力也不一樣，共價(jià)結(jié)合作用力相對(duì)較強(qiáng)，形成化合物不易分解，非共價(jià)結(jié)合作用力相對(duì)較弱，在一定條件下共軛物可以分解為蛋白質(zhì)和多酚，體現(xiàn)了共軛物的可逆性。蛋白質(zhì)與多酚無(wú)論以哪種形式結(jié)合都可以在一定程度上提高各自的理化性質(zhì)和功能性質(zhì)[28?29]。

2.1.1 共價(jià)結(jié)合 多酚與蛋白質(zhì)的共價(jià)結(jié)合基于多酚的雙酚基很容易被氧化成醌，無(wú)論是在植物組織酶促氧化，還是通過(guò)分子氧氧化，都可以與多肽的氨基或巰基側(cè)鏈反應(yīng)形成共價(jià)化合物[30]。常用的結(jié)合方法主要包括：自由基接枝法、堿處理法、酶催化法等。

2.1.1.1 自由基接枝法 由基接枝法，也稱(chēng)為自由基聚合反應(yīng)，是一種提高天然以及合成聚合物性能的方法。該法采用氧化還原引發(fā)劑體系（過(guò)氧化氫/抗壞血酸），在溫室條件下合成多酚與蛋白質(zhì)的共價(jià)復(fù)合物，不產(chǎn)生有毒物質(zhì)，并且可以防止多酚的氧化[31?32]。如圖4所示機(jī)理，該方法主要以過(guò)氧化氫和抗壞血酸氧化還原對(duì)作為引發(fā)劑，抗壞血酸可以與過(guò)氧化氫反應(yīng)生成抗壞血酸鹽和羥基，然后羥基攻擊蛋白質(zhì)側(cè)鏈上的氫原子，形成一個(gè)蛋白質(zhì)大分子基團(tuán)，蛋白質(zhì)側(cè)鏈上的雜原子中心可以?xún)?yōu)先與酚環(huán)上鄰位和對(duì)位的羥基進(jìn)行反應(yīng)形成多酚蛋白質(zhì)共軛物（蛋白質(zhì)-X-多酚）[33]。Lu等[34]采用自由基聚合法制備兒茶素蛋清蛋白聚合物時(shí)，發(fā)現(xiàn)相比于酶法，過(guò)氧化氫-抗壞血酸引發(fā)劑體系可以在溫室下產(chǎn)生能引發(fā)偶聯(lián)的羥基。該研究中，分別采用1 mg/mL自由基接枝法制備的兒茶素-乳清蛋白共軛物對(duì)DPPH自由基的清除率為78.87%±0.93%和0.5 mg/mL兒茶素-乳清蛋白共軛物對(duì)ABTS+·的清除率為97.31%±0.16%，而其混合物對(duì)DPPH自由基和ABTS+·的清除率則分別為32.08%±0.88%和31.57%±0.85%。可見(jiàn)，自由基接枝法法形成的共軛物具有很強(qiáng)的抗氧化性。

2.1.1.2 堿處理法 蛋白質(zhì)與多酚之間發(fā)生共價(jià)化合，酚類(lèi)可以改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、功能和營(yíng)養(yǎng)特性。在堿性條件下，多酚被氧化形成醌類(lèi)化合物，缺電子的醌類(lèi)是一種高度反應(yīng)的亞基[35]，可以通過(guò)共價(jià)鍵與蛋白質(zhì)側(cè)鏈巰基和氨基發(fā)生不可逆的相互作用，蛋白質(zhì)的乳化性和抗氧化性得到提高[36]。堿處理法是研究多酚與蛋白質(zhì)共價(jià)結(jié)合的最常用的方法，圖5為多酚與蛋白質(zhì)反應(yīng)機(jī)理示意圖，多酚在堿性條件下氧化為醌類(lèi)化合物，與蛋白質(zhì)側(cè)鏈巰基和氨基反應(yīng)形成共軛物[37]。Chen等[38]在用單寧酸和綠原酸改性血漿蛋白時(shí)，發(fā)現(xiàn)采用堿性條件的方法，在pH8.2時(shí)，將綠原酸氧化為醌類(lèi)化合物，然后與血漿蛋白共軛；分別添加濃度為0.5%、1%、1.5%的綠原酸，血漿蛋白共軛物的乳化穩(wěn)定指數(shù)分別為81.39%±0.81%、82.53%±0.84%、85.10%±0.72%，而血漿蛋白本身的乳化穩(wěn)定指數(shù)為69.10%±1.43%，由此可以看出綠原酸的添加可以提高蛋白質(zhì)共軛物的穩(wěn)定性。

圖4 自由基接枝法機(jī)理示意圖Fig.4 Schematic diagram of radical grafting mechanism

圖5 綠原酸與蛋白質(zhì)堿處理法反應(yīng)機(jī)理Fig.5 Mechanism of reaction between chlorogenic acid and protein base treatment

2.1.1.3 酶催化法 多酚氧化酶將多酚氧化生成醌類(lèi)化合物，然后與蛋白質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。多酚氧化酶主要包括鄰苯二酚氧化酶和漆酶，在氧氣存在的情況下，多酚氧化酶可誘導(dǎo)單酚生成鄰二酚，進(jìn)而用鄰二酚酶將其轉(zhuǎn)化為鄰醌[39]。生成醌可以容易地與蛋白質(zhì)鏈中的親核氨基酸殘基相互作用以形成蛋白質(zhì)多酚共軛物[40]。賈瀟等[41]通過(guò)酶催化法交聯(lián)阿魏酸與大米蛋白，發(fā)現(xiàn)大米蛋白的α-螺旋減少了4.32%，β-轉(zhuǎn)角減少了0.93%，無(wú)規(guī)卷曲增加了1.77%，而β-折疊則呈無(wú)規(guī)律變化。無(wú)規(guī)則卷曲的增加表明漆酶催化阿魏酸和大米蛋白交聯(lián)可以使蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)更為靈活和延伸。

2.1.2 非共價(jià)結(jié)合 蛋白質(zhì)與多酚之間的非共價(jià)相互作用通常是可逆的，作用力也弱于共價(jià)相互作用。一般來(lái)說(shuō)，蛋白質(zhì)-多酚共軛物形成所需的作用力主要為氫鍵和疏水相互作用。多酚被稱(chēng)為優(yōu)良的氫供體，它可以與蛋白質(zhì)的C=O形成氫鍵。此外，氫鍵也是通過(guò)多酚的OH基團(tuán)與蛋白質(zhì)的羥基（-OH）和氨基（-NH2）基團(tuán)相互作用而形成[42]。Fang等[43]在用紫外分光（UV）光譜法研究槲皮素與牛血清白蛋白二者相互作用時(shí)，發(fā)現(xiàn)槲皮素在365 nm處有最大吸收峰，加入牛血清白蛋白后，最大吸收峰發(fā)生微小的紅移，其原因?yàn)殚纹に氐娘@色集團(tuán)與蛋白質(zhì)的顯色基團(tuán)如OH、NH2、SH之間生成了氫鍵，導(dǎo)致了減少ππ躍遷能量的增色。Mehdi等[44]在制備乳清蛋白和姜黃素絡(luò)合物時(shí)，發(fā)現(xiàn)乳清蛋白可以提高姜黃素的可溶性，當(dāng)pH為2時(shí)，姜黃素與乳清蛋白絡(luò)合可使其水溶性提高180倍。由此可以看出蛋白質(zhì)與多酚之間的非共價(jià)化合可以改善部分多酚的功能性質(zhì)。

影響蛋白質(zhì)和多酚二者非共價(jià)結(jié)合的因素有溫度、pH、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其濃度、多酚的類(lèi)型及結(jié)構(gòu)等。Cheryl等[45]利用乳清分離蛋白絡(luò)合提高模型飲料中花青素色的穩(wěn)定性，在研究中發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)分子與花青素之間的結(jié)合位點(diǎn)隨著溫度的升高而減少，表明溫度越高，乳清分離蛋白與花青素之間氫鍵作用作用力越弱。Wang等[46]在研究蛋白質(zhì)-多酚共軛物，在較低pH（pH<7）時(shí)，蛋白質(zhì)發(fā)生解離，導(dǎo)致蛋白質(zhì)與多酚相互作用的結(jié)合位點(diǎn)暴露，二者之間通過(guò)靜電相互作用共軛。然而當(dāng)pH>7時(shí)，蛋白質(zhì)和多酚之間發(fā)生非酶氧化，多酚容易被氧化成反應(yīng)自由基和醌類(lèi)化合物。

影響蛋白質(zhì)和多酚非共價(jià)結(jié)合的因素還有多酚的分子大小，分子較大的多酚結(jié)合能力較強(qiáng)。Chanphai等[47]在研究不同多酚對(duì)乳蛋白負(fù)載效率的影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)乳蛋白對(duì)單分子的多酚負(fù)載率較高，且負(fù)載率因分子大小而不同。其中，表沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯（50%）>表兒茶素沒(méi)食子酸酯（45%）>表兒茶素（40%）>兒茶素（35%）。此外，多酚與蛋白質(zhì)的結(jié)合能力還受到蛋白質(zhì)表面性質(zhì)的影響，未折疊的蛋白質(zhì)對(duì)多酚的親和力強(qiáng)于球狀蛋白質(zhì)。Tugba等[30]發(fā)現(xiàn)牛血清蛋白和人血清白蛋白于多酚的結(jié)合能力高于β-乳球蛋白和溶菌酶，主要原因?yàn)榕Ｑ宓鞍缀腿搜灏椎爸泻形凑郫B的蛋白質(zhì)氨基酸殘基，它們與多酚相互作用的可能性較高，高于β-乳球蛋白和溶菌酶中高度折疊的球狀蛋白質(zhì)。因此在制備多酚和蛋白質(zhì)非共價(jià)共軛物時(shí)，蛋白質(zhì)和多酚的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型、結(jié)合溫度和pH是影響結(jié)合力的主要因素。

2.2 多酚-多糖的相互作用

多酚和多糖之間的相互作用，既可以保持多酚原有的活性，還可以在多糖-多酚共軛物中引入有益的特性。多糖在結(jié)合多酚后，可以增加多糖的溶解速率和降低多糖溶液的黏度。多糖和多酚之間的相互作用可以分為共價(jià)結(jié)合和非共價(jià)結(jié)合兩種形式。

2.2.1 非共價(jià)結(jié)合 非共價(jià)結(jié)合的形式包括氫鍵、范德華力和疏水相互作用。多酚、多糖具有許多羥基，為它們之間氫鍵的形成提供了可能，由于多酚和多糖具有能產(chǎn)生極化分子的官能團(tuán)，如果先建立氫鍵，多酚和多糖分子間的距離就會(huì)變短，則有形成范德華力的可能[48?49]。Zhang等[50]采用添加乙醇的方法測(cè)定乙醇對(duì)阿拉伯果膠吸附阿魏酸的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著乙醇濃度的增加，阿拉伯果膠對(duì)阿魏酸的吸附量下降約350 μg/mg，而對(duì)照組中隨著NaCl濃度的添加其吸附量下降僅為19 μg/mg。證明阿拉伯果膠與阿魏酸之間形成氫鍵，而乙醇的羥基具有很強(qiáng)的爭(zhēng)奪氫鍵的能力。Watrelot等[51]在分析蘋(píng)果果膠與花青素的熱力貢獻(xiàn)時(shí)表明，與放熱有關(guān)的焓貢獻(xiàn)為△H=?5.4 kJ·mol?1熵驅(qū)動(dòng)為?T△S=?11.9 kJ·mol?1，因?yàn)闅滏I為焓驅(qū)動(dòng)，疏水作用為熵驅(qū)動(dòng)，可確定蘋(píng)果果膠與花青素之間存在氫鍵和疏水作用兩種作用力。

2.2.2 共價(jià)結(jié)合 自由基接枝是形成多糖-多酚共軛物最常用的方法之一。這種方法快速且環(huán)保，無(wú)需有機(jī)溶劑或有毒的自由基引發(fā)劑，由氧化還原對(duì)（抗壞血酸/過(guò)氧化氫）相互作用產(chǎn)生的羥基自由基攻擊多糖分子中的敏感基團(tuán)，形成多糖大分子自由基可以與多酚發(fā)生氧化還原反應(yīng)，促進(jìn)多糖-多酚共價(jià)鍵的形成[30]。天然多糖具有很多良好的理化性質(zhì)，如生物相容性、生物降解性、抗菌性等，而部分不易溶解的多糖使其在食品中的應(yīng)用受到了限制，接枝親水官能團(tuán)是提高這類(lèi)多糖溶解性最常用的方法。多酚具有良好的水溶性是合成水溶性多糖的理想材料。Curcio等[31]采用自由基接枝法將沒(méi)食子酸接枝到殼聚糖上賦予中性不溶的殼聚糖溶解性。多糖-多酚共軛物也可以通過(guò)碳二亞胺介導(dǎo)法制備，其原理為含氨基的分子與含羧基的分子之間形成酰胺鍵，且得到的復(fù)合物具有良好的水溶性、抗氧化能力[52]。多酚與多糖二者共價(jià)鍵也可以通過(guò)多酚氧化酶激活與多糖發(fā)生聚合反應(yīng)形成[53]。其原理是在有氧的情況下通過(guò)酶將酚類(lèi)氧化成醌類(lèi)，然后與多糖發(fā)生聚合。常用的酶類(lèi)有脂肪酶、漆酶、轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶。

2.3 多酚-蛋白質(zhì)-多糖的相互作用

由于多酚易氧化成醌類(lèi)化合物，它們可以與親核分子發(fā)生共價(jià)反應(yīng)，使得多酚具有高反應(yīng)活性，能夠與各種化合物相互作用[54]。多酚類(lèi)的多極性官能團(tuán)與蛋白質(zhì)和多糖暴露的羥基或氨基相互作用，生成氫鍵或者共價(jià)鍵，從而改變這些大分子生物活性[55]。圖6為蛋白質(zhì)-多酚-多糖復(fù)合物制備方法的示意圖，在制備多酚多糖蛋白質(zhì)共軛物時(shí)，通常先制備蛋白質(zhì)多酚共軛物作用力為氫鍵或者共價(jià)鍵，然后再與多糖共軛。Liu等[56]在研究新型乳化劑時(shí)，將乳鐵蛋白、果膠、綠原酸共價(jià)結(jié)合在一起時(shí)，發(fā)現(xiàn)乳鐵蛋白變性溫度為97.3±0.03 ℃，乳鐵蛋白和綠原酸共軛物變性溫度101.42±0.05 ℃，乳鐵蛋白、綠原酸和果膠共軛物的變性溫度為110.31±0.01 ℃，三者混合物的變性溫度為105.81±0.07 ℃，證明三元共軛物比單一的乳鐵蛋白具有更好的熱穩(wěn)定性。自然界中植物可以通過(guò)蛋白質(zhì)、多酚、多糖復(fù)合抑菌來(lái)提高生存能力。Sabrine等[57]在研究突尼斯海藻中的抗氧化及抗菌活性時(shí)，發(fā)現(xiàn)突尼斯海藻中蛋白質(zhì)-多酚-多糖復(fù)合物有明顯的抑菌作用，在革蘭氏陰性菌中，只有肺炎克雷伯菌對(duì)復(fù)合物敏感，且抑菌區(qū)直徑為8 mm，最低抑菌濃度為40 mg/mL；所有的革蘭氏陽(yáng)性菌都對(duì)復(fù)合物敏感，最敏感的為金色葡萄球菌，抑菌區(qū)直徑為19 mm，最低抑菌濃度為10 mg/mL。在食品加工過(guò)程中通常利用多酚、蛋白質(zhì)、多糖相互作用的特性提高食品的感官品質(zhì)，因?yàn)榉宇?lèi)物質(zhì)與口腔中唾液蛋白、糖蛋白發(fā)生沉淀反應(yīng)，引起口腔上皮干燥、粗糙和褶皺的口腔感覺(jué)，稱(chēng)之為酒澀和茶澀，形成了酚類(lèi)物質(zhì)獨(dú)特的收斂性質(zhì)[58]，而在紅酒和茶中添加一些多糖，多糖與多酚物質(zhì)在與蛋白質(zhì)結(jié)合時(shí)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)作用，而使其收斂性得以降低，提高了紅酒的感官品質(zhì)[51]。

圖6 制備蛋白質(zhì)多酚多糖共軛物方法示意圖Fig.6 Schematic diagram of preparation method of protein polyphenol polysaccharide conjugate

3 多酚與蛋白質(zhì)、多糖作用對(duì)改善乳化液性質(zhì)的影響

3.1 乳化性質(zhì)

在制備微膠囊或者乳化劑時(shí)，通常選用的壁材為蛋白質(zhì)和多糖，多酚與蛋白質(zhì)和多糖結(jié)合時(shí)，會(huì)改變蛋白質(zhì)和多糖的界面性質(zhì)，對(duì)乳化液的乳化特性和凝膠特性產(chǎn)生一定的影響[59]。蛋白質(zhì)的構(gòu)象是蛋白質(zhì)乳化性能的主要因素，多酚在與蛋白質(zhì)結(jié)合時(shí)，暴露處的部分疏水結(jié)構(gòu)可以改變蛋白質(zhì)的構(gòu)象，增加蛋白質(zhì)的不規(guī)則卷曲，從而提高了蛋白質(zhì)的乳化活性。Wei等[60]在研究EGCG對(duì)蛋清蛋白功能性質(zhì)的影響時(shí)，比較了蛋清蛋白、蛋清蛋白-EGCG偶聯(lián)物的乳化活性，蛋清蛋白的乳化活性（ESI）在35 min左右，共軛物的乳化活性（ESI）在100 min以上，證明了EGCG對(duì)蛋白質(zhì)的乳化活性有一定的影響。劉英杰等[61]在研究花青素對(duì)大豆分離蛋白功能性質(zhì)的影響時(shí)，大豆分離蛋白的乳化性為50%左右，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)溶液中花青素的濃度為0.025%時(shí)，乳化性提升了90%左右。Morfo等[62]在制備乳清蛋白和姜黃素Pickering乳液時(shí)，發(fā)現(xiàn)油包水型的液滴，隨著不溶性的多酚姜黃素的添加，液滴的穩(wěn)定性隨之增加，未加入姜黃素的液滴維持時(shí)間不超過(guò)24 h，而加入0.14%的姜黃素的液滴可以維持?jǐn)?shù)周不分散。由此可以看出多酚可以提高乳化液的穩(wěn)定性。

3.2 凝膠性

多酚對(duì)蛋白質(zhì)有很高的親和力，由于多酚與蛋白質(zhì)的結(jié)合通常發(fā)生在側(cè)鏈氨基上，為蛋白質(zhì)表面提供更多的氫鍵，而氫鍵作為蛋白質(zhì)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)凝膠的重要作用力，因此多酚有促進(jìn)蛋白質(zhì)凝膠的作用。Mariana等[63]在分析綠茶多酚對(duì)β-乳球蛋白凝膠化的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)膠體溶液pH為4.5時(shí)，隨著綠茶多酚含量的增加，蛋白質(zhì)膠體的彈性、凝膠粘度也隨之增加。Cura等[64]在研究酪蛋白酸鈉的凝膠特性時(shí)，發(fā)現(xiàn)在酪蛋白酸鈉溶液中加入漆酶和阿魏酸可以提高溶液的凝膠強(qiáng)度，因?yàn)槠崦缚梢源龠M(jìn)阿魏酸與酪蛋白酸鈉共價(jià)鍵的形成，在測(cè)定溶液剪切力時(shí)發(fā)現(xiàn)，添加25 nkat/g漆酶的酪蛋白酸鈉溶液和添加2.5 mmol阿魏酸的酪蛋白酸鈉溶液的剪切力均在1 N以下，而聯(lián)合添加25 nkat/g的漆酶、2.5 mmol阿魏酸及5%酪蛋白酸鈉溶液的剪切力在1.5 N左右，且漆酶的濃度越高溶液的凝膠強(qiáng)度越強(qiáng)。由此可以看出多酚的添加可以提高蛋白質(zhì)的凝膠能力。

3.3 界面特性

圖7 多酚對(duì)蛋白質(zhì)乳化劑界面性質(zhì)的影響Fig.7 Effects of polyphenols on interfacial properties of protein emulsifiers

在分析乳化液的界面特性時(shí)，兩個(gè)主要的指標(biāo)分別為膜的表面壓力和表面擴(kuò)張彈性，表面壓力值曲線的斜率反映的是乳化劑的擴(kuò)散系數(shù)，擴(kuò)散系數(shù)表現(xiàn)為乳化劑在油水界面的擴(kuò)散能力，表面擴(kuò)張彈性表現(xiàn)為乳化劑形成膜的彈性流變性。多酚在與蛋白質(zhì)相互作用時(shí)，多酚會(huì)在氨基酸疏水側(cè)鏈上堆積，使蛋白質(zhì)的疏水結(jié)構(gòu)無(wú)法在油水界面上完全擴(kuò)散，導(dǎo)致蛋白質(zhì)乳化劑表面活性降低，油水界面膜的表面壓力減小。多酚與蛋白質(zhì)結(jié)合使分子間的疏水作用增強(qiáng)，界面膜的厚度和密度上升，導(dǎo)致界面膜的機(jī)械強(qiáng)度增強(qiáng)，界面表面彈性減小，圖7為多酚對(duì)蛋白質(zhì)界面性質(zhì)影響的示意圖。Mariana等[65]在分析綠茶多酚與β-乳球蛋白復(fù)合物對(duì)魚(yú)油界面影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)隨著綠茶多酚濃度的添加，β-乳球蛋白的擴(kuò)散系數(shù)減小，綠茶多酚的濃度為0.25%，擴(kuò)散系數(shù)為18 mNm?1·s?0.5，綠茶多酚濃度為0.5%，擴(kuò)散系數(shù)為16.2 mNm?1·s?0.5，界面膜的表面擴(kuò)張彈性也隨著多酚濃度的增加而減小。Silvio等[59]在分析綠茶多酚-乳清蛋白復(fù)合物作為乳化劑時(shí)，發(fā)現(xiàn)多酚延緩蛋白質(zhì)在油水界面的擴(kuò)散，降低蛋白質(zhì)乳化液油水界面膜的表秒擴(kuò)張彈性和表面張力。由此可說(shuō)明多酚的添加會(huì)降低蛋白質(zhì)乳化液的界面性質(zhì)。

4 展望

多酚的功能性質(zhì)一直以來(lái)廣泛引起人們關(guān)注。多酚不僅具有抗氧化、抗菌、預(yù)防和治療慢性疾病的等生理作用，而且在食品工業(yè)、醫(yī)藥保健、生物膜材料等領(lǐng)域都有著巨大的應(yīng)用價(jià)值?；诙喾訉?duì)蛋白質(zhì)和多糖功能特性的提高，將多酚-蛋白質(zhì)-多糖共軛物應(yīng)用于食品功能性因子傳遞系統(tǒng)的構(gòu)建，分析多酚-蛋白質(zhì)-多糖共軛物對(duì)傳遞系統(tǒng)功能因子的物理和化學(xué)穩(wěn)態(tài)作用，及對(duì)生物利用率等影響。探究多酚-蛋白質(zhì)-多糖共軛物的動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)規(guī)律，及多酚的生物活性對(duì)其他生物大分子的影響等，能為提高食品品質(zhì)提供更加科學(xué)的理論依據(jù)。但多酚因其種類(lèi)繁多和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在與其他生物大分子結(jié)合時(shí)，很容易產(chǎn)生新生化合物，如果將這種化合物應(yīng)用到食品工業(yè)中可能會(huì)存在安全性問(wèn)題，這是在今后的研究中值得注意的。