劉甜甜，吳曉娟，吳 偉

(中南林業(yè)科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院；稻谷及副產(chǎn)物深加工國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410004)

多酚是一種廣泛存在于植物源食品中的生物活性物質(zhì)，具有良好的抗氧化、抗腫瘤、抗病毒、緩解抑郁、調(diào)節(jié)膽固醇水平和延緩心腦血管疾病等生理功能[1-3]。多酚只有在胃腸道消化過(guò)程中從食品基質(zhì)中釋放出來(lái)，通過(guò)腸道消化吸收進(jìn)入人體代謝，才能充分發(fā)揮其健康功效，因而生物利用率對(duì)于評(píng)估多酚的生理功能具有重要意義[4]。天然多酚絕大多數(shù)以結(jié)合態(tài)存在，與膳食纖維、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)以及其他小分子物質(zhì)形成復(fù)合結(jié)構(gòu)。在儲(chǔ)藏加工和機(jī)體消化過(guò)程中，多酚與其他組分會(huì)發(fā)生復(fù)雜的反應(yīng)，多酚的存在形態(tài)可能會(huì)發(fā)生改變，影響其生物利用率[5]。膳食纖維是目前已知的與多酚結(jié)合最為廣泛，且緊密的膳食組分之一。多酚與膳食纖維可通過(guò)酯鍵、醚鍵或碳-碳鍵等形成共價(jià)化合物，還可通過(guò)氫鍵、疏水作用力、靜電作用力等產(chǎn)生非共價(jià)相互作用。膳食纖維的結(jié)合可提高多酚的化學(xué)穩(wěn)定性，有利于保持其生物活性，但另一方面，膳食纖維的束縛作用會(huì)減少多酚在胃腸道中釋放，降低其生物可及性。近年來(lái)有許多關(guān)于提高多酚生物利用率的策略，例如：通過(guò)化學(xué)修飾提高多酚的生物可及性，破壞阻礙多酚釋放的大分子結(jié)構(gòu)，或?qū)⒍喾友b載于微米或納米載體等，但從膳食纖維結(jié)合作用的角度分析多酚生物利用率的研究才剛剛起步[6，7]。因此，本文將重點(diǎn)討論多酚與膳食纖維相互作用的機(jī)理及其對(duì)多酚生物利用率的影響，為多酚-膳食纖維復(fù)合物在食品領(lǐng)域的應(yīng)用提供參考。

1 膳食纖維與多酚的相互作用

多酚是一類含有一個(gè)芳香環(huán)以及一個(gè)或多個(gè)羥基的植物次生代謝物，根據(jù)羥基的數(shù)目和位置，可分為酚酸、黃酮、二苯乙烯和木質(zhì)素等[8]。目前，研究最為廣泛的酚類物質(zhì)主要為酚酸和黃酮[8]。酚酸是一類含有酚醛環(huán)和至少1個(gè)羧基的物質(zhì)，主要有水楊酸、沒(méi)食子酸、蘋(píng)果酸、阿魏酸和咖啡酸等；黃酮包括2個(gè)苯環(huán)和1個(gè)雜環(huán)，根據(jù)雜環(huán)的氧化程度，可以進(jìn)一步表征為黃酮、黃酮醇、黃烷酮、黃烷醇、異黃酮和花色苷等[9]。

膳食纖維是一種多糖，可分為可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維?？扇苄陨攀忱w維包括果膠、β-葡聚糖、樹(shù)膠、低聚糖、菊粉等，不溶性膳食纖維主要包括纖維素、半纖維素、甲殼素和抗性淀粉[10]?？扇苄陨攀忱w維具有良好的抗氧化性質(zhì)，可作為天然抗氧化劑調(diào)節(jié)機(jī)體氧化應(yīng)激水平，改善氧化損傷[11]；不溶性膳食纖維有利于潤(rùn)腸通便[12]、預(yù)防肥胖[13]和減少有害物質(zhì)蓄積對(duì)人體造成損傷[14]等。通常不溶性膳食纖維中酚類物質(zhì)含量要明顯高于可溶性膳食纖維含量，特別是在谷物中，酚類物質(zhì)大多分布在由不溶性膳食纖維構(gòu)成的麩皮中，并且多酚與纖維素基質(zhì)結(jié)合的比例要顯著高于其他基質(zhì)[15，16]。

膳食纖維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2種形式，其表征方法主要有傅里葉變換紅外分光光度法、紫外分光光度法、核磁共振波譜分析、差示掃描量熱法分析、等溫滴定量熱法和X射線光電子能譜分析等[9]。共價(jià)結(jié)合過(guò)程是不可逆的，作用很強(qiáng)，而非共價(jià)結(jié)合過(guò)程是可逆的，作用較弱。

1.1 共價(jià)結(jié)合

多酚可通過(guò)酯鍵、醚鍵或碳-碳鍵等與膳食纖維共價(jià)鍵合。如圖1所示，膳食纖維可通過(guò)羥基與酚酸羧基形成酯鍵，或與芳香環(huán)羥基形成醚鍵，還可通過(guò)碳原子與酚類化合物的碳原子相連。根據(jù)不同的共價(jià)結(jié)合方式，陳彩薇等[17]發(fā)現(xiàn)米糠中4種不同存在形態(tài)酚類物質(zhì)的含量從高到低依次為：不溶性酯型結(jié)合酚、不溶性苷型結(jié)合酚、可溶性酯型和可溶性苷型結(jié)合酚。其中，不溶性酯型結(jié)合酚占脫脂米糠中總酚質(zhì)量的32.48%，明顯高于其他存在形態(tài)結(jié)合多酚含量，說(shuō)明脫脂米糠中的多酚多以酯鍵形式與不溶性大分子物質(zhì)(如膳食纖維)結(jié)合。杜小燕等[18]將小麥麥麩中的結(jié)合酚類物質(zhì)分為酯苷結(jié)合型、糖苷結(jié)合型、堿解束縛型和酸解束縛型結(jié)合酚，發(fā)現(xiàn)堿解束縛型酚類物質(zhì)的含量最高，占總酚的63.00%，與脫脂米糠中不同存在形態(tài)結(jié)合多酚含量分布的結(jié)論基本一致。此外，賈亮[19]發(fā)現(xiàn)杏仁種皮中酸水解可溶性結(jié)合酚含量顯著高于堿水解可溶性結(jié)合酚，而堿水解不溶性結(jié)合酚含量和種類均高于酸水解不溶性結(jié)合酚，推測(cè)杏仁種皮中可溶性結(jié)合酚主要以糖苷鍵與膳食纖維結(jié)合，而不可溶性結(jié)合酚主要以酯鍵與膳食纖維結(jié)合。Wang等[20]發(fā)現(xiàn)棗子酚類物質(zhì)主要以糖苷結(jié)合型和不溶性結(jié)合酚形式存在，其中果核和果皮中的酚類物質(zhì)主要為不溶性結(jié)合酚，而果肉中的多酚主要為糖苷結(jié)合型酚。除天然存在的多酚-膳食纖維共價(jià)結(jié)合復(fù)合物，多酚與膳食纖維間的共價(jià)相互作用還可通過(guò)氧化反應(yīng)介導(dǎo)、多酚氧化酶催化或在熱酸條件下生成。Fernandes等[21]以抗壞血酸/過(guò)氧化氫氧化還原對(duì)作為自由基引發(fā)劑，發(fā)現(xiàn)海帶多糖上的羥基與沒(méi)食子酸的羧基形成了酯鍵結(jié)合。Suyeon等[22]以漆酶為催化劑促使兒茶素的氧化產(chǎn)物鄰醌和殼聚糖上的氨基成功結(jié)合。Olive等[23]在酸性條件下觀察到兒茶素與葡聚糖酐產(chǎn)生了共價(jià)縮合。

1.2 非共價(jià)結(jié)合

如圖2所示，多酚與膳食纖維非共價(jià)相互作用主要包括氫鍵、疏水相互作用和靜電或離子相互作用。多酚和膳食纖維中含有許多羥基基團(tuán)，這為氫鍵的形成提供了可能。氫鍵通常在多酚的羥基和膳食纖維的糖基鍵或羥基之間形成。如果先形成氫鍵，多酚和膳食纖維分子之間的距離就會(huì)縮短，從而產(chǎn)生范德華力。當(dāng)一些不溶性的多酚和膳食纖維暴露在水中時(shí)，為了減少與水的接觸面積，多酚和膳食纖維自發(fā)的聚集在一起，就會(huì)產(chǎn)生疏水相互作用[4]。表沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯與燕麥β-葡聚糖的相互作用以氫鍵為主[24]；槲皮素與β-葡聚糖的相互作用以疏水作用力為主[25]；白藜蘆醇與羧甲基化(1,3/1,6)-β-D-葡聚糖間以弱靜電相互作用為主[26]。天然多酚與膳食纖維間通常同時(shí)存在多種不同的非共價(jià)相互作用，如：茶多酚與燕麥β-葡聚糖間為氫鍵和范德華力[27]；蘋(píng)果細(xì)胞壁與原花青素存在疏水相互作用和氫鍵作用[28]；Koh等[29]發(fā)現(xiàn)花青素的風(fēng)味陽(yáng)離子與藍(lán)莓果膠的自由羧基之間同時(shí)存在氫鍵、疏水相互作用和靜電相互作用。雖然與共價(jià)結(jié)合相比，非共價(jià)結(jié)合作用強(qiáng)度較弱，但是非共價(jià)結(jié)合也可以提高多酚的穩(wěn)定性，避免光、熱導(dǎo)致的多酚降解[30, 31]。

圖1 多酚與膳食纖維的共價(jià)結(jié)合方式

圖2 多酚與膳食纖維的非共價(jià)結(jié)合方式

2 影響多酚-膳食纖維相互作用的因素

不同來(lái)源膳食纖維與多酚的結(jié)合方式以及作用力大小主要由膳食纖維和多酚的結(jié)構(gòu)決定，并受溫度、pH值、離子強(qiáng)度和氧化應(yīng)激等環(huán)境因素影響[8]，具體如表1所示。

表1 不同因素對(duì)多酚-膳食纖維相互作用的影響

2.1 膳食纖維結(jié)構(gòu)對(duì)多酚-膳食纖維相互作用的影響

膳食纖維結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響多酚-膳食纖維結(jié)合作用的因素主要是膳食纖維的種類、分子質(zhì)量以及分子結(jié)構(gòu)和構(gòu)象等。有研究表明，與其他膳食纖維相比，果膠對(duì)多酚具有相對(duì)較高的親和力，因?yàn)樵诠z分子形成凝膠的過(guò)程中，可形成疏水的袋狀結(jié)構(gòu)，這有利于產(chǎn)生疏水相互作用[32]。Ruiz等[33]報(bào)道，葡萄皮中的膳食纖維對(duì)原花青素的吸附能力從大到小依次為：果膠、半纖維素和纖維素。膳食纖維的分子質(zhì)量影響多酚與膳食纖維結(jié)合的機(jī)制復(fù)雜。一些認(rèn)為，分子質(zhì)量高的膳食纖維結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，分支更多，存在更多的吸附位點(diǎn)，因此更容易與酚類物質(zhì)相互作用[34]。Zhang等[35]發(fā)現(xiàn)果膠對(duì)阿魏酸的吸附量隨著果膠分子質(zhì)量的增加先增加后減少，可能是分子質(zhì)量適度增加可以使膳食纖維分子鏈變長(zhǎng)，膳食纖維的吸附能力增加，但分子質(zhì)量過(guò)大會(huì)導(dǎo)致膳食纖維聚集度增大、分子間空隙變小，導(dǎo)致吸附能力減弱。此外，Liu等[36]發(fā)現(xiàn)，纖維素結(jié)構(gòu)中可用的羥基數(shù)量與多酚結(jié)合能力成正比。Fernandes等[37]發(fā)現(xiàn)，均半乳糖醛酸含量較多和側(cè)鏈殘基百分比較低的葡萄皮果膠多糖與錦葵素-3-O-β-D-葡萄糖苷有較高的結(jié)合率，這可能與膳食纖維更高的線性度和靈活性有關(guān)。

2.2 多酚結(jié)構(gòu)對(duì)多酚-膳食纖維相互作用的影響

多酚的聚合度、酚環(huán)數(shù)量、空間構(gòu)型和某些特定基團(tuán)的存在等都會(huì)影響多酚-膳食纖維的相互作用。分子質(zhì)量和聚合度與原花青素對(duì)膳食纖維的親和度呈正相關(guān)性，因?yàn)榉肿淤|(zhì)量較大的多酚上有更多可以成鍵的基團(tuán)[38]。Mamet等[39]發(fā)現(xiàn)，高聚合單寧與低聚合單寧相比，與果膠的結(jié)合能力更強(qiáng)，因?yàn)楦呔酆蠁螌幹袥](méi)食子酸酯部分的存在可以增強(qiáng)與高度甲基化果膠的親和力。分子結(jié)構(gòu)中芳香環(huán)較多的酚類化合物與纖維素的結(jié)合更強(qiáng)，因?yàn)樵蕉喾枷悱h(huán)的多酚與膳食纖維形成疏水相互作用的可能性越大[40]。在類黃酮異構(gòu)體中，與燕麥β-葡聚糖的吸附量按黃酮、黃酮醇、黃烷酮和異黃酮的順序依次增加；鄰香豆酸對(duì)燕麥β-葡聚糖的吸附能力高于對(duì)香豆酸和間香豆酸；3個(gè)或3個(gè)以下的羥基可以增強(qiáng)黃酮類多酚對(duì)β-葡聚糖的吸附能力，而4個(gè)及以上羥基會(huì)減弱黃酮類多酚對(duì)β-葡聚糖的吸附能力；沒(méi)食子?；瘯?huì)提高兒茶素對(duì)β-葡聚糖的的吸附能力；而甲基化或甲氧基化會(huì)降低酚酸對(duì)β-葡聚糖的吸附能力[41]。

2.3 環(huán)境因素對(duì)多酚-膳食纖維相互作用的影響

在食品儲(chǔ)藏和加工的過(guò)程中，多酚與膳食纖維之間的結(jié)合強(qiáng)度會(huì)受到各種環(huán)境因素影響，主要的環(huán)境因素有：溫度、pH值、離子強(qiáng)度和氧化應(yīng)激環(huán)境。

溫度對(duì)于多酚與膳食纖維之間的氫鍵和疏水相互作用具有重要意義。形成氫鍵是一個(gè)釋放能量的放熱過(guò)程，而形成疏水相互作用是一個(gè)需要能量的吸熱過(guò)程，多酚與膳食纖維間通常同時(shí)存在氫鍵與疏水鍵，不同的多酚-膳食纖維結(jié)構(gòu)中氫鍵與疏水鍵比例不同，因此其親和度隨溫度變化的趨勢(shì)并不一致[4]。例如，隨著溫度的上升，纖維素對(duì)矢車(chē)菊素-3-葡萄糖苷的吸附能力逐漸減弱，對(duì)阿魏酸吸附能力先增強(qiáng)后減弱，而對(duì)兒茶素吸附能力不受溫度的影響[42]。在阿魏酸與果膠的相互作用中，溫度的升高增加了吸附量，可能意味著疏水鍵的生成；溫度的進(jìn)一步升高降低了吸附量，可能與氫鍵的變化相關(guān)[35]。在食品加工過(guò)程中，溫度常與濕度同時(shí)影響膳食纖維對(duì)多酚的吸附能力，干燥通過(guò)減小膳食纖維的表面積、降低孔隙率減少了膳食纖維與多酚的結(jié)合[43]。

pH值可以顯著影響多酚與膳食纖維之間的共價(jià)和非共價(jià)相互作用，并使多酚的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。pH值過(guò)高會(huì)使多酚-膳食纖維間的酯苷鍵斷裂，而pH值過(guò)低則會(huì)使多酚-膳食纖維間的醚苷鍵斷裂，因此人們常用堿水解和酸水解的方法來(lái)提取膳食纖維中的結(jié)合多酚[44]。Lin等[45]發(fā)現(xiàn)花青素與果膠的結(jié)合作用隨著pH值的升高先增強(qiáng)后減弱，因?yàn)閜H值適度增加會(huì)使多酚-膳食纖維間離子或靜電相互作用增強(qiáng)，而pH值過(guò)高會(huì)導(dǎo)致多酚發(fā)生降解。

溶液的離子強(qiáng)度對(duì)于多酚-膳食纖維的疏水相互作用至關(guān)重要。有機(jī)分子間的疏水相互作用隨著離子強(qiáng)度的增加而增加[46]。離子濃度上升使蘋(píng)果膳食纖維與花青素的結(jié)合能力提高，可能是由于離子強(qiáng)度的增加導(dǎo)致多酚-膳食纖維間疏水相互作用增加[47]。Phan等[42]發(fā)現(xiàn)，纖維素對(duì)矢車(chē)菊素-3-葡萄糖苷的吸附能力隨著離子濃度的升高而降低；對(duì)兒茶素的吸附能力不受離子濃度的影響，說(shuō)明纖維素與矢車(chē)菊素-3-葡萄糖苷和兒茶素間可能不存在疏水相互作用。

在食品儲(chǔ)藏加工過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生許多具有強(qiáng)氧化性的自由基。當(dāng)環(huán)境中產(chǎn)生和清除自由基的能力不能達(dá)到平衡時(shí)會(huì)生成氧化應(yīng)激環(huán)境。Xu等[48]發(fā)現(xiàn)，荔枝“Guiwei”經(jīng)過(guò)一年時(shí)間的儲(chǔ)藏后，荔枝果肉中總膳食纖維中結(jié)合酚含量基本不變，但不溶性膳食纖維中的結(jié)合酚含量降低，而可溶性膳食纖維中的結(jié)合酚含量增加。荔枝儲(chǔ)藏使得多酚與膳食纖維的結(jié)合方式發(fā)生了變化，這種變化可能是通過(guò)氧化使多酚和膳食纖維結(jié)構(gòu)改變來(lái)實(shí)現(xiàn)的。Bautista-等[49]研究了6種不同種類的原花青素類單寧與葡萄皮不溶性細(xì)胞壁物質(zhì)(膳食纖維)的相互作用，發(fā)現(xiàn)氧化可提高原花青素對(duì)葡萄皮細(xì)胞壁的結(jié)合能力，表沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯相較于其他5種酚類物質(zhì)表現(xiàn)出了較高的膳食纖維親和力。

3 多酚-膳食纖維相互作用對(duì)多酚生物利用率的影響

3.1 多酚-膳食纖維相互作用對(duì)多酚生物可及性的影響

多酚的生物可及性是食物基質(zhì)中釋放的酚類物質(zhì)經(jīng)消化后可被胃腸道黏膜吸收的百分比。結(jié)合多酚在胃腸道中會(huì)發(fā)生一系列的酶促反應(yīng)，以游離和可溶性結(jié)合的方式釋放到胃和小腸的消化液中。多酚-膳食纖維相互作用會(huì)嚴(yán)重阻礙人體胃腸道內(nèi)酯酶對(duì)不溶性多酚的水解。當(dāng)食物基質(zhì)中含有菊粉微粒時(shí)，橄欖苦苷經(jīng)胃腸道消化后的生物可及性降低了27.5%[50]。Carrillo等[51]證明在沒(méi)有細(xì)胞壁物質(zhì)的情況下，花青素的生物可及性更強(qiáng)。米糠膳食纖維經(jīng)胃腸道消化后，僅釋放19.91 mg /100 g DW的酚類物質(zhì)，占米糠膳食纖維中總結(jié)合酚類物質(zhì)的2.68%[52]。膳食纖維的結(jié)構(gòu)(如粒徑大小)對(duì)結(jié)合多酚的生物可及性有重要影響。不溶性膳食纖維結(jié)合多酚的生物可及性與膳食纖維粒徑的大小呈反比，減小膳食纖維顆粒的大小可以提高多酚在小腸中的生物可及性[53]。膳食纖維的性質(zhì)(如溶解性)對(duì)結(jié)合多酚的生物可及性也有較大影響。Zhao等[54]發(fā)現(xiàn)，米糠不溶性膳食纖維(IDFDRB)結(jié)合酚的生物可及性遠(yuǎn)低于米糠可溶性膳食纖維(SDFDRB)結(jié)合酚，IDFDRB的多酚生物可及性僅為18.8%，而SDFDRB的多酚生物可及性達(dá)87.4%，IDFDRB中的酚類物質(zhì)主要在胃中釋放；而SDFDRB中的酚類物質(zhì)主要在小腸中釋放。

3.2 多酚-膳食纖維相互作用對(duì)多酚生物利用率的影響

多酚的生物利用率是多酚在食用后被吸收到血液循環(huán)系統(tǒng)的程度[54]。結(jié)合多酚被人體利用的過(guò)程如圖3，人攝入食物后，胃和小腸消化將酚類物質(zhì)從食物基質(zhì)中釋放出來(lái)，然后胃腸道表皮細(xì)胞將游離酚吸收進(jìn)入血液循環(huán)，血漿將它們分布到達(dá)人體不同靶向器官，發(fā)揮不同的生物活性，最后經(jīng)代謝排出體外。多酚在胃和小腸中生物可及性很低，大多數(shù)的結(jié)合多酚會(huì)到達(dá)消化道下部——大腸，大腸微生物如雙歧桿菌和乳酸菌產(chǎn)生的糖酶、酯酶和其他胞外酶可以水解多酚和膳食纖維的共價(jià)鍵，釋放多酚并將其發(fā)酵成各種分解代謝物。Merve等[55]發(fā)現(xiàn)，添加果膠和菊粉可以有效提高黑莓泥中某些酚類物質(zhì)在體外結(jié)腸發(fā)酵后釋放的含量，并產(chǎn)生了一些低分子質(zhì)量代謝物，如酪醇、沒(méi)食子酸和苯甲酸，這些簡(jiǎn)單酚類化合物可以調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)、調(diào)節(jié)腸道菌群激活短鏈脂肪酸排泄、促進(jìn)腸道健康。酚類物質(zhì)的吸收可以通過(guò)協(xié)助擴(kuò)散和主動(dòng)運(yùn)輸來(lái)實(shí)現(xiàn)[56，57]。多酚被上皮細(xì)胞吸收后進(jìn)入血液循環(huán)。Pimpao等[58]在攝入富含酚類的漿果果泥的志愿者的血漿中發(fā)現(xiàn)了幾種酚硫酸鹽，這些代謝物在血液循環(huán)下可跨越血腦屏障內(nèi)皮細(xì)胞，發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。與脂肪和蛋白質(zhì)相比，增加碳水化合物的攝入可以顯著增加血漿中表兒茶素和兒茶素黃烷醇的含量[59]。目前有關(guān)膳食纖維結(jié)合多酚生物利用率的研究報(bào)道主要集中于結(jié)合多酚在胃腸道消化環(huán)境的釋放和利用方面，而關(guān)于真實(shí)的貯藏加工條件下多酚-膳食纖維相互作用的變化，以及這些變化如何影響多酚生物利用率的研究較少。

圖3 膳食纖維結(jié)合多酚在胃腸道中的吸收和代謝

4 展望

目前對(duì)于多酚-膳食纖維相互作用的研究幾乎都僅限于簡(jiǎn)單的環(huán)境因素對(duì)于多酚和膳食纖維親和性的影響。但在復(fù)雜的食品貯藏加工或者機(jī)體消化條件下，多酚和膳食纖維相互作用具體發(fā)生怎樣的變化研究還不夠深入。在不同的環(huán)境條件下，到底有哪些非共價(jià)作用增強(qiáng)、哪些非共價(jià)作用減弱，不同加工強(qiáng)度是否導(dǎo)致多酚和膳食纖維結(jié)合作用不同程度的變化，這些變化又怎么影響多酚的消化和吸收尚不清楚。因此，將食品加工和人體消化環(huán)境下多酚-膳食纖維具體的結(jié)構(gòu)變化規(guī)律闡明，找到多酚-膳食纖維相互作用變化規(guī)律與多酚生物利用率之間的關(guān)聯(lián)，是未來(lái)研究的重點(diǎn)。這對(duì)于改善多酚-膳食纖維的功能性質(zhì)和提高多酚的生物利用率具有重要意義。