功能食品苦味功能因子生理活性及其掩苦技術的研究進展

任建敏，吳四維

(重慶工商大學環境與生物工程學院，重慶400067)

功能食品是添加或含有一定量的藥食同源植物和糧食作物的功能因子，以能夠刺激和活化處于誘病態人體潛在的生理調節機能，促進人體向健康態轉變的食品。它們不僅具有一般食品的色、香、味、口感等感覺特性和營養特性，而且可調節人體機能，特別是降低疾病風險和促進康復，如平衡和調節生理節律、保健祛病、增強體質等功能特性，以適于特定人群食用［1－3］。隨著社會經濟發展，生活水平提高，不合理膳食結構等原因造成的心腦血管疾病、糖尿病、骨質疏松等慢性病困擾人類健康。同時，生活節奏加快，工作壓力加大，亞健康人群增多，以及近年來少年兒童成人病增加、人口老齡化與環境污染等日益嚴重的社會問題，也對人類健康構成了嚴重威脅［4－5］。因此，具有調節人體健康、預防疾病和促進康復的功能食品，已受到人們的普遍關注。在功能食品中，口味影響消費者的順應性，是食品功能設計時需考慮的重要因素。功能食品所使用的功能因子相當一部分如生物堿類、萜類與短肽等，生理活性高，但多有強烈的苦味，這些成分在食用時常使消費者引起嘔吐等反應，如何在掩蓋苦味的同時不破壞功能成分，是棘手的難題［6］。雖然目前的脫苦技術比較齊全，但是真正實用的方法很少。如何高效脫苦，進而讓特定人群，特別是味覺更敏感的少兒所接受，越來越受到食品、醫藥界人士的關注。

1 功能食品中常用的苦味功能因子及化學結構

存在于功能食品中的苦味功能因子，主要包括生物堿、萜類、糖苷類、多酚和苦味肽類，另外還有某些氨基酸、一些含氮有機物及某些無機鹽類等［7－10］。功能食品中常用苦味功能因子化學結構式如圖 1［8－9］。

2 功能食品中常用苦味功能因子生理活性

2.1 生物堿類

圖1 功能食品常用苦味活性因子化學結構式Fig.1 Chemical structure of some bitter compounds that are commonly used in functional foods

生物堿是來源于生物界(主要以植物為主)中的一類含氮的堿性有機化合物，具有較復雜的環狀結構，N元素多包含在環內，如吡啶、四氫吡咯、喹啉、異喹啉或嘌呤等衍生物，多具有顯著的生理活性［9］，如可可堿和咖啡因是嘌呤衍生物，存在于咖啡、茶葉、巧克力中，有提神醒腦、興奮中樞神經系統、增強肌肉收縮、促進代謝和加快疲勞消除等機能。同時，在結構上有多個含孤對電子的N元素，能與重金屬離子產生強的螯合作用，以防止人體對Pb2+、Hg2+、As3+等的吸收或累積而產生不良后果?？鼘幨青难苌?，存在于金雞納樹的莖與根皮和苦瓜中，具有退燒、抗瘧疾、止痛、抗發炎、抗毒素等功效，它能抑制過度興奮的體溫中樞，排毒養顏，使皮膚變得細嫩健美。存在于食物中的生物堿，可作為人體生命活動的氮源，本身的堿性與代謝產物能有效抵消酸性物，調節人體酸堿平衡，消除致病隱患。同時生物堿還具有抗氧化、清除自由基、抗癌等作用。已知的生物堿大約2000種，根據生物堿分子中基本母核將其分為59類，結構不同，生理活性與作用機理迥異。生物堿幾乎全部具有苦味，堿性越強越苦，成鹽后仍苦［7］。

2.2 萜類

萜類化合物是指存在自然界、分子式為異戊二烯單位倍數的烴類及其含氧衍生物。它們種類繁多，一般因含有內酯、內縮醛、內氫鍵、糖苷基等環狀結構而具有苦味。它們許多有強的生理活性，如青蒿素是從黃花蒿中提取的有過氧基團的倍半萜內酯，是治療瘧疾的特效藥物，有抗白血病和免疫調節功能;穿心蓮內酯是植物穿心蓮分離出的二萜內酯，味極苦，具有祛熱解毒，消炎止痛之功效，對細菌性與病毒性上呼吸道感染及痢疾有特殊療效;律草酮是存在于啤酒花中的三萜醇酮，有抗菌、抗腫瘤、抗氧化、鎮痛等作用［9］;檸檬苦素類化合物是存在于柑橘類中具有呋喃環的三萜類化合物，常見的有檸檬苦素、諾米林，它們能夠改善腦和末梢神經血液供給，強心利尿，調節代謝，降低膽固醇，亦可防止體內脂質過氧化，抑制由化學物質引起的肝癌、小腸癌和胃癌等［11］。萜類化合物不同的生理活性，取決于復雜的結構與活性基團，其顯著的抗癌活性，主要作用機制是抑制細胞增殖、誘導細胞凋亡等。

2.3 糖苷類

糖苷是單糖或寡糖的半縮醛羥基與另一配基分子的羥基、氨基、脂基或硫羥基等失水而產生的化合物。糖苷類苦味物質主要有配基為黃酮類的系列化合物，包括黃烷酮、黃酮、異黃酮、黃烷醇等，存在于柑橘、茶、大豆、紅酒等物質中，它們各自發揮其特定的作用。如柚皮苷、新橙皮苷等，具有抗炎、抗病毒、抗癌、鎮痛、降血壓活性，能降血膽固醇，改善局部微循環和營養供給，可用于防治心腦血管疾病等［12－13］。其它苦味糖苷有配基為硫羥基的糖硫苷如蕓苔葡糖硫苷(存在于十字花科蔬菜中)與配基為羥基與脂基的沒食子鞣質等，它們都有不同的生理活性。除此，糖苷在生命活動中所起的作用，如免疫、分子識別和信息傳遞等方面的作用，也逐步被人們所認識。

2.4 多酚類

多酚類化合物是指分子結構中有若干個酚羥基化合物的總稱，包括黃酮類、鞣質類、酚酸類以及花色苷類等，存在于一些常見的植物性食物中，如可可豆，茶，大豆，紅酒，蔬菜和水果中。分子量低的酚大多呈苦味，分子量較高的酚多呈澀味［14］，具有抗菌、抗氧化、清除體內自由基、健腦明目、提高免疫與延緩衰老等功效［3，15－16］。多酚類苦味物質中最常見的為茶多酚與槲皮素。茶多酚是以黃烷醇為主，能與金屬離子螯合降低溶解度，并通過與蛋白質的結合，抑制細胞和病毒生長，可對多種致癌物起抑制作用。此外，還能提高肌體的抗氧化能力，緩解和延緩動脈粥樣硬化和高血壓，有保護心腦血管正常功能的作用。

槲皮素是黃烷酮多酚化合物，又稱槲皮黃素，具有祛痰、止咳、平喘作用。此外還有降低血壓、增強毛細血管抵抗力、減少毛細血管脆性、降血脂、擴張冠狀動脈、增加冠脈血流量等效用。另外，多酚對食品也有良好的天然抗菌、抗氧化保鮮功能，添加進食品中，能夠延長食品儲存期，防止色素褪色，提高纖維素的穩定性，有效保護食品中各種營養成分。

2.5 苦味肽類

苦味肽是由蛋白質的水解產生的低聚肽，這類物質結構介于氨基酸和蛋白質之間，由20種天然氨基酸以不同組成和排列方式構成，低聚肽的苦味與組成氨基酸的總疏水性有關［17］。某些低聚肽不僅能提供人體生長、發育所需的營養物質，同時還具有多種生理功能，如激素作用、免疫調節、抗血栓、抗高血壓、降膽固醇、抑菌、抗病毒、抗癌等作用［18］。

2.6 無機鹽類

無機鹽類如 K+、Na+、Ca2+、Mg2+是食品的組分之一，也是與人體生理功能密切相關的元素，離子半徑較大的Ca2+、Mg2+鹽都具有苦味。Ca2+對構筑人體骨骼極其重要，能對抗骨質疏松癥，強身健體。人體的神經官能、應激反應和肌肉收縮都離不開Ca2+，食物中Ca2+能減少肥胖發生和冠心病的發病危險。

Mg2+是人體細胞內第二重要的陽離子，是很多酶的輔因子，與肌肉收縮、神經傳導等有重要關系。目前常用的鎂鹽有硫酸鎂、氯化鎂等，用于治療低鎂血癥。硫酸鎂還用于導瀉、利膽、治療驚厥、妊娠高血壓綜合征等。

3 味道的產生及掩苦技術

在功能食品設計時，通常在預設食品功能的條件下，選擇2～3種功能因子，評估功能活性因子的安全性、添加量與提取方法，確定食品配料與產品劑型。

味道是人體味覺細胞對進入口腔中食物的綜合反應［19］，食物中各種易消化組分與添加的功能因子相互作用，并與舌不同味覺受體結合，產生酸、甜、苦、咸、鮮五種不同味道，五味協同作用形成不同食品風味［20］。各組分的化學結構、分子量、溶解度和濃度等，是影響不同味覺受體對五味感受強度的重要因素?？辔妒强辔段镔|作用于舌根部的苦味受體T2Rs基因產生，苦味分子通常呈疏水性，苦味受體T2Rs呈結合囊狀，對苦味分子親和力強，敏感度高［21］。根據苦味減弱與消除目的不同，采用不同的掩苦技術:

3.1 加入調味劑

添加甜味劑，增加對甜味的感應，混淆大腦味覺，能在一定程度上掩蓋苦味。但傳統糖類甜味劑的攝入，會引起人體血糖濃度高，加重糖尿病患者的負擔，且糖類較高的熱量，讓人們的食用有所顧及。因此，非糖類、低熱量甜味劑的開發已引起人們的重視。近年來，從熱帶雨林植物中提取出的甜味蛋白，如奇甜蛋白［22］、莫內甜蛋白［23］等，它們不僅具備傳統甜味劑的特點，并且有無毒、安全、甜度高、熱量低、不引起齲齒以及可供糖尿病人食用等優點。

鹽多有提高甜味、抑制苦味的作用［24］。小分子鈉鹽可抑制許多苦味化合物的苦味，傳統的咸味劑NaCl，低濃度可以抑制苦味，不同陰離子的鈉鹽抑制苦味程度差異大［25］。鋅鹽也能抑制苦味，如使用25mmol/L ZnSO4能抑制0.04～0.4mmol/L鹽酸奎寧50%～70%的苦味，但鋅鹽味澀且降低甜味［26］。鎂鹽能抑制鹽酸奎寧的苦味，對食品中的酸、甜、咸、鮮味影響較小。

酸也能抑制苦味，低濃度的酒石酸能抑制硫酸奎寧的苦味［27］，檸檬酸與咖啡因的苦味可相互抑制。酚酸類如天然提取的對羥基肉桂酸衍生物，如阿魏酸、綠原酸與其它肉桂酸奎尼酸酯、2，4－二羥基苯甲酸、芥子酸與二羥基苯丙氨酸多巴等，能抑制咖啡因、奎寧、苯甲酸鈉等的苦味［28，29－31］。某些氨基酸，如γ－氨基丁酸在低于100ppm的濃度下，對咖啡咽、奎寧、兒茶酚和含 K+等苦味有好的抑制作用［32－34］，天冬酰胺酸還可降低高效增甜劑的后苦味現象［35］。二氧化碳遇水溶液呈酸性，能麻痹味蕾而起到矯味作用。

某些調味劑如冷凍薄荷腦，可麻木味蕾或讓苦味分子快速通過味蕾的識別，提高苦味感受閾值，達到掩蓋苦味的作用。

單純的苦味會讓人感到不適應，但當它和甜、酸、咸味調配得當時，在掩蓋苦味的同時，還能起著豐富和改進食品風味等特殊作用［7］。

3.2 使用苦味抑制劑

苦味抑制劑主要是通過與苦味物質競爭性地爭奪苦味受體，從而阻止苦味受體對苦味物質的感受，實現掩蓋或減弱苦味的目的。

在自然界中，能與苦味受體結合的物質很多，如脂蛋白、環糊精與果聚糖、磷酸鹽、酚類等，可掩蓋苦味受體膜表面或與之反應，調控苦味受體通道，阻止苦味分子與受體作用，減弱或掩蓋苦味，而不影響其它味覺受體對酸、甜、咸與氨基酸鮮味的響應［36－37］。環糊精也可與苦味分子形成包合物，避免苦味分子與味蕾接觸［38－39］。磷脂類如磷脂酸、磷脂酰肌醇、大豆卵磷脂等也可選擇性抑制苦味［40］，大豆卵磷脂能明顯抑制多粘菌素B硫酸鹽和磺胺甲惡唑等苦味［41］。脫脂蛋黃能降低綠茶提取物的苦澀味［42］，部分磷酸鹽、硫代磷酸鹽和磷酸氫鹽對苦味也有好的抑制效果［43］。植物中提取的黃烷酮衍生物如圣草酚與高圣草素在濃度100ppm，能減弱咖啡因、奎寧和地那銨苯甲酸鹽苦味而無其它異味［44］，一些無味的黃酮類化合物(如新地奧明)也是良好的掩苦劑［45］。3β－羥基洋橄欖內酯與3β－羥基二氫廣木香內酯可重組苦味受體，三甲基環戊基丁酸能抑制苦味受體，有效降低對糖精和磺胺的苦味感受［46］。

除此，一些無味、與苦味分子結構類似分子也是良好的苦味抑制劑，如新橘皮糖苷味苦，可用無味的同分異構體橘皮苷抑制其苦味。

3.3 使用不同食品劑型

食品劑型不同，苦味物質在口腔中的擴散并與味蕾刺激的速率不同，通過選用合適的食用劑型，可提高粘稠度與位阻等，延緩苦味分子向味蕾擴散與釋放，干擾味蕾對苦味的感受。

乳液是口服液劑型常見的形式之一，Vazliri等［47］將苦味物質氯喹磷酸鹽制成O/W/O復乳液，溶于水相中的苦味分子，因克服O/W界面膜阻力，大部分延緩至胃腸道釋放，苦味降低。將苦味物質與食用油如大豆油、玉米油與生姜油等，制成O/W微乳液，油相中的苦味分子與味蕾作用阻力增大，苦味減?。?8］。分子量較大的脂肪酸、脂肪酸鹽或脂肪酸脂如亞油酸、二十碳五烯酸、硬脂酸鈉、棕櫚酸鹽(或酯)等，也可阻止苦味分子與味蕾接觸，以降低奎寧、硫酸奎寧及亮氨酸等物質的苦味［49］。

苦味因子與樹膠、碳水化合物等配料制成膏劑，增加食品的粘稠度，改變食品的流變性質，延緩苦味分子與味蕾接觸，降低苦味。Kaning等［50］將海藻酸鈉與苦味物質鹽酸氨普立糖混合，利用海藻酸根在唾液中與Ca2+反應生成海藻酸鈣凝膠，阻止苦味分子在口腔釋放。呂慧俠等［51］利用海藻酸鈉與阿齊霉素、羅紅霉素等大環內酯苦味溶液混合，滴入CaCl2溶液中制得海藻酸鈣掩味凝膠，有良好的掩苦效果。

隨著微包囊技術工藝的日益成熟，其應用范圍不再局限于醫藥領域，現已逐漸應用在食品、化妝品等行業。應用脂質體包囊苦味因子等，包囊在脂質體中的苦味因子，與味蕾接觸阻力增大，苦味降低，如卵磷脂在介質pH7.2時，能掩蓋氯喹磷酸鹽的苦味;脂蛋白與磷脂酸和β乳球蛋白混合，能掩蓋奎寧、心得安等苦味［52］?？辔兑蜃优c食品配料制成微囊或微球劑型，一方面減小苦味分子在唾液中的溶解度，同時，也使活性因子和營養物靶向輸送，并在體內隨微囊或微球的生物降解而緩慢控制釋放［53］。

苦味因子與惰性配料制成固體分散體，也能有效阻止活性因子在口腔中與苦味受體的接觸，抑制苦味［54］。

3.4 其它方法與技術

應用離子交換與吸附方法，以醋酸纖維素、聚酰胺與聚苯乙烯等為離子交換與吸附材料，可部分或完全去除食品或飲料中檸檬苦素、對苯二酚等苦味物質，降低或去除苦味［55］。

苦味分子也可選用膜分離與微、超濾技術，因分子粒徑較大，不能透過半透膜或超濾孔穴而脫苦［56－57］。通過壓力和真空輔助的酶水解法與食品發酵技術，改變苦味分子的結構，改進食品風味與脫苦，如柑橘汁經酶水解，苦味降低［58］;茶葉發酵，可使茶多酚等發生氧化，從而改進茶葉風味與抑制苦味，橄欖發酵可使橄欖中酚類等苦澀物質轉變成橄欖酸與二羥苯乙基醇等降低苦味［59］。

加熱與調節pH，是水果、飲料與蔬菜等傳統的脫苦方法，特別在堿性介質中加熱，能大大減小或完全去除生物堿、低聚糖與酚類物質量。溫度與pH也可通過改變食品的物理特性，如黏稠度等，增大與味蕾接觸的阻力，降低苦味。

以上方法存在改變功能因子的結構與食品風味等缺陷，限制了其在功能食品中的應用。

4 展望

苦味功能食品因其較高的營養價值和調節人體健康、預防疾病等多重功能，已受到人們的逐漸認可和追捧。如何將口感和功能較好地統一起來，在盡量減少對功能食品中苦味功能因子破壞的基礎上，使苦味柔和適口，成為食品工業亟需解決的問題。隨著食品加工新技術與分子生物學領域對苦味受體和苦味轉化途徑等的深入研究，將極大地推動這一問題的解決。

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