可食用植物不同形態(tài)酚類化合物研究進展

邢 晨，王俐娟，王曉琴,

（1.華僑大學化工學院，福建 廈門 361021；2.華僑大學 油脂及天然產(chǎn)物研究所，福建 廈門 361021）

酚類化合物是由高等植物莽草酸、戊糖磷酸酯和苯丙烷類途徑合成的次級代謝產(chǎn)物，在植物界中分布廣泛，目前已鑒定出8 000多種結構[1]。其羥基活性基團可提供氫原子或電子，清除自由基或螯合金屬離子，隨后通過苯環(huán)周圍未配對電子離域來穩(wěn)定苯氧基，終止自由基反應[2]。酚類化合物可在體內發(fā)揮抗氧化活性，能有效降低人體患癌癥、糖尿病、心血管疾病的風險[3-4]，已成為食品科學領域研究熱點。由于其生物活性，富含酚類化合物的可食用植物常被視為功能性食品，且其提取物也可作為潛在的功能性成分被添加到食品中[5]。

研究酚類化合物的傳統(tǒng)方法為采用有機溶劑直接提取后測定其含量及自由基清除能力[6-8]，忽略了不可提取的部分。不可提取部分的酚類化合物在植物中分布廣泛，將其水解釋放后提取，其提取物具有抗氧化活性[9]。此外，體內研究表明，不可提取部分的酚類化合物在代謝途徑和生物活性方面與可提取酚相比有所不同[10-12]。本文將以可食用植物不同形態(tài)酚類化合物為綜述對象，對其形態(tài)劃分、提取方法、在植物組織及器官中的分布、影響分布的因素以及體內外活性四個方面進行闡述，以期為酚類化合物功能性食品開發(fā)提供參考。

1 酚類化合物在植物基質及提取物中的形態(tài)劃分

酚類化合物在植物中的存在形態(tài)可分為游離態(tài)（I）和結合態(tài)（II～V），游離酚是指不與其他大分子發(fā)生物理、化學相互作用的酚類化合物；結合酚按照發(fā)生相互作用方式及對象進一步細分，具體包括與大分子化學鍵合的結合酚（II）、與植物基質離子鍵合的結合酚（III）、物理截留于植物基質中的結合酚（IV）以及物理包埋于細胞結構內的結合酚（V）（表1）[13]。酚類化合物的存在形態(tài)直接影響其分離提取的難易程度[14-15]。如游離酚和物理截留于植物基質中的結合酚易溶于水或有機溶劑，可直接萃取出來；與大分子或植物基質化學鍵合的結合酚需要水解破壞化學鍵后才可提取；包埋于細胞內的結合酚需要通過水解或蒸煮等方式破壞細胞結構才可提取。酚類化合物的提取分離往往可得到多種酚提取物，為了區(qū)分它們，通常將采用有機溶劑直接萃取出的部分稱為可溶性酚提取物，從剩余殘渣中水解后萃取出的部分稱為不溶性酚提取物?？扇苄苑犹崛∥镏蟹宇惢衔镆杂坞x態(tài)形式或與低分子化合物結合的形式存在，前者稱為游離酚，后者統(tǒng)稱為可溶性結合酚。不溶性酚提取物中酚類化合物以結合態(tài)形式存在，由于是通過水解將結合酚從不溶性殘渣中釋放得到的，故統(tǒng)稱為不溶性結合酚。目前，通過分析不同形態(tài)酚提取物可以在一定程度上反映酚類化合物在植物中的存在形態(tài)，但要達到準確表征還需更多深入研究。

表 1 可食用植物酚類化合物的存在形態(tài)[13]Table 1 Existing forms of phenolic compounds in edible plants[13]

2 植物游離酚和結合酚分離提取方法

2.1 植物游離酚分離提取方法

2.1.1 傳統(tǒng)有機溶劑

采用有機溶劑進行液-液萃取是植物酚類提取的常用方法，具有易操作、高效、適用性廣等特點。提取游離酚的有機溶劑包括甲醇、乙醇、丙酮、乙醚和乙酸乙酯，經(jīng)常采用甲醇-水或丙酮-水[16]。一般而言，甲醇在提取低分子質量的酚類化合物時效果較好，而對于高分子質量的黃酮類化合物用丙酮-水溶液提取更高效[17-19]。另外，乙醇作為含酒精飲料的有效成分，是一種相對安全的提取溶劑，對人體產(chǎn)生的毒害作用較小[20]。由于提取溶劑的種類和比例會顯著影響游離酚的提取率，很多學者對此進行了篩選。研究表明，采用體積分數(shù)80%的丙酮-水溶液提取荔枝果肉酚類化合物效率最高[21]，而體積分數(shù)70%的乙醇-水溶液為葡萄果渣酚類化合物提取的最佳溶劑[22]。有機溶劑提取法具有簡便、高效的特點，在酚類化合物的提取方面應用廣泛。然而該方法部分溶劑有毒、試劑用量較大，可能存在食品安全性問題。為了解決這個問題，近年來學者們探索新興綠色溶劑，如低共熔溶劑（deep eutectic solvents，DES）。

2.1.2 低共熔溶劑

DES作為一種新興溶劑，在綠色化學、有機合成以及分離等領域具有廣闊的應用前景。DES是由氫質子受體（如氯化膽堿、酰胺類化合物）與一系列氫質子供體（如氨基酸、有機酸、醇類及糖類等）按一定比例混合形成的共熔液體[23]。Dai Yuntao等[24]利用核磁共振技術探究氯化膽堿/1,2-丙二醇/水結合物的分子結構，發(fā)現(xiàn)氯化膽堿鹵素原子與1,2-丙二醇、水的羥基形成氫鍵，氫鍵是維系DES穩(wěn)定及其特殊物理特性的主要作用力。DES的物理特性類似于離子液體（蒸汽壓較小、熔點低、化學性質穩(wěn)定、對不同天然化合物的溶解度大），且其毒性低，并在可降解性、生物相容性方面優(yōu)于離子液體，是一種理想的酚類化合物提取溶劑[25-26]。DES的提取效率受合成原料的種類及其物質的量比例影響[27-28]，對其進行篩選能有效提高酚類化合物產(chǎn)率。表2總結了DES法提取植物酚類化合物的應用，并列出了合成DES（提取率最高）所需的原料及其物質的量比例。相關研究表明，篩選后的DES提取效率優(yōu)于有機溶劑提取法，采用氯化膽堿-木糖醇（物質的量比2∶1）和氯化膽堿-1,2-丙二醇（物質的量比1∶1）從橄欖油中提取酪醇衍生物，提取率較體積分數(shù)80%的甲醇-水溶液提取法提高了67.9%～68.3%[29]；采用氯化膽堿-乳酸（物質的量比1∶2）從黃芩中提取黃酮類化合物，提取率較體積分數(shù)60%乙醇-水溶液提取法提高了5.1%～28.1%[30]。可見，DES綠色環(huán)保、提取率高，可作為有機溶劑的潛在替代品。

表 2 DES在游離酚提取中的應用Table 2 Applications of DES in the extraction of free phenolic compounds

2.2 結合酚分離提取方法

結合態(tài)酚提取物可按其結合基質的溶解性分為可溶性結合酚和不溶性結合酚?？扇苄越Y合酚常以共軛或酯鍵等化學鍵形式與肽、寡糖等低分子化合物結合[47-48]，這些化合物與游離酚一起被提取出來，但在色譜柱上不保留，從而無法被檢測系統(tǒng)識別[49]；因此需要提前水解釋放才可進行分析。不溶性結合酚常與細胞壁聚合物結合[47]，它們可以酯化在多糖上或通過醚鍵與木質素相連[50]。目前，不同存在形式結合酚的水解方法主要為堿水解和酸水解，堿水解能有效破壞酯鍵，酸水解能有效破壞糖苷鍵[51]。有研究將堿水解后萃取出的酚稱為酯化[52]、共軛[53]結合酚，繼續(xù)進行酸水解萃取出的酚稱為醚化[54]、糖基化[55]結合酚（圖1）。盡管目前沒有證據(jù)揭示結合酚的成鍵與水解方式之間的特異性，但多種水解方式促進了結合酚的釋放?？墒秤弥参锊煌嬖谛问浇Y合酚提取溶劑及分布情況如表3所示。結合酚水解后通常采用乙醚和乙酸乙酯萃取，然而大量有機試劑的消耗對人體和環(huán)境有害。由于水解后的結合酚化學結構與游離酚相同，DES理論上同樣適用于結合酚的提取，因此可開發(fā)相關綠色環(huán)保的結合酚提取方法。目前，結合酚存在形式研究集中于酯化結合酚，這可能是因為堿水解條件較為溫和，而酸水解需要在高溫條件下進行，可能會使酚類化合物降解。此外，采用纖維素酶、葡聚糖酶等釋放結合酚可對其存在形式進行特異性研究[56-57]；采用鹽水解可表征植物基質中通過離子鍵合的結合酚[58]。探究結合酚存在形式有助于揭示其在植物基質中的分布規(guī)律，對相關功能性食品開發(fā)具有指導意義。

表 3 可食用植物不同存在形式結合酚提取溶劑及質量分數(shù)Table 3 Extraction solvents and distribution of different forms of bound phenolic compounds from edible plants

圖 1 可食用植物不同存在形式結合酚提取的常用流程Fig. 1 General extraction procedures for different forms of bound phenolic compounds from edible plants

3 游離酚和結合酚在植物組織和器官中的分布

酚類化合物在植物組織內的定位反映了其對植物的生理作用[55]。植物通常將酚類化合物儲存在重要部位，在那里它們充當信號或植物防御機制[71]。游離酚和結合酚的比較研究主要集中于保護組織（果皮等）和營養(yǎng)組織（胚芽等）（表4）。一般而言，保護組織中的總酚含量高于營養(yǎng)組織，可能由于保護組織起到防御不利生物（病原體、昆蟲和食草動物攻擊）和非生物（紫外線輻射和溫度）的作用。這些植物保護組織是有價值的加工副產(chǎn)品，但經(jīng)常作為廢料被處理。此外，在小麥麩皮[72]、玉米表皮[73]和番荔枝果皮[55]中，結合酚比例很高，可作為結合酚良好的原料來源。使用含麩皮小麥粉制作的全麥面包深受廣大消費者青睞，其酚類化合物含量豐富，有預防動脈粥樣硬化等疾病的功效；加強對谷物外殼、果皮等廢料的功能性成分研究，可實現(xiàn)廢料資源的最大化利用。

游離酚和結合酚在植物器官中的分布研究可分為全株植物不同器官和不同植物相同器官。全株植物不同器官間的比較研究較少。續(xù)隨子的根部富含游離態(tài)黃酮（1.45 mg/g），其含量高于莖部（0.03 mg/g）和種子（0.04 mg/g）[74]；絹毛欖仁果實不溶性結合酚含量（5.34 mg/g）低于根、莖、葉部位（10.38～11.62 mg/g）[68]。不同植物相同器官間的比較研究多集中于葉、花和果實，游離酚和結合酚在這些植物器官中均有分布，但由于物種特異性導致比例和含量有所差異（表4）。比較游離酚和結合酚在植物器官中的分布可全面了解富含酚類化合物的種質資源，為植物特定器官的功能性食品開發(fā)提供資料和參考。

4 影響植物游離酚和結合酚分布的因素

游離酚和結合酚在植物組織和器官中的分布有所不同，影響它們分布的因素眾多，如原料來源、加工工藝等（表5）。來自不同產(chǎn)地的可食用植物，其游離酚和結合酚的分布受當?shù)貧夂蜃兓挠绊?，這種現(xiàn)象在菜豆中已有報道[89]。由于地理環(huán)境、自然雜交、人為培育等條件不同，可食用植物品種繁多，不同品種間游離酚和結合酚分布存在差異，如紅色品種手指小米粥結合酚在總酚中比例（82.8%～85.0%）和總酚含量（9.47～14.50 mg/g）均比白色品種手指小米粥（61.2%～74.6%、2.13～2.55 mg/g）高[90]。在果實成熟、發(fā)芽過程中，游離酚和結合酚含量呈現(xiàn)多種變化趨勢，表明該過程可能存在結合酚釋放、聚合以及酶參與的生物化學反應[91-92]。

表 5 酚類化合物存在形態(tài)的影響因素Table 5 Factors influencing existing forms of phenolic compounds in edible plants

除上述自然因素外，食品加工、貯藏等人為因素也會對游離酚和結合酚的分布產(chǎn)生影響。研磨等精細加工工序會使黑米游離、結合酚含量下降[93]，可能是因為黑米保護組織（外殼、麩皮）中總酚含量比內部營養(yǎng)組織部分高，研磨后損失了總酚含量較高的保護組織部分。發(fā)酵過程能有效提高游離、結合酚含量，這可能是由于微生物和內源性酶作用使食品基質中的酚更容易被萃取出來，且發(fā)酵過程有機酸的產(chǎn)生破壞了細胞膜的通透性，促進結合酚的釋放[94]。在面食加工中，烹飪等熱處理工藝會使結合酚含量大幅下降，游離酚含量上升[95]，可能是因為破壞了酚與基質結合的化學鍵或破壞了細胞結構使結合酚釋放出來。在食品貯藏過程中，游離酚含量大幅下降，而結合酚含量無顯著變化[96]，可能由于與食品基質緊密結合，受氧化反應的影響較小。探究游離酚和結合酚分布的影響因素，有利于指導相關功能性食品開發(fā)，例如，通過分析植物成熟、發(fā)芽階段酚類化合物的分布規(guī)律來選擇原料進行加工；分析加工、貯藏條件來調節(jié)工藝參數(shù)，減少游離酚的損失，增加結合酚的釋放；此外，還可以通過發(fā)酵等方法增加酚類化合物的含量，生產(chǎn)富含酚類化合物的保健食品。

5 不同形態(tài)酚類化合物體內外生物活性

酚類化合物因其具有抗氧化活性等健康特性受到廣泛關注，傳統(tǒng)研究通常采用有機溶劑直接提取后測定其總酚及自由基清除能力。大量研究表明，酚提取物的抗氧化活性與其含量顯著相關[105]。近年來發(fā)現(xiàn)，結合酚廣泛存在于植物基質中，由于無法直接萃取，通常將其水解釋放后研究其提取物的抗氧化活性。與游離酚相似，結合酚的含量與抗氧化活性也顯著相關，該現(xiàn)象已在麥片[106]、櫻桃[53]、茭白[107]、水稻[72,108]和燕麥[64]等可食用植物中被報道。然而，由于基質效應等因素的影響，上述關于酚提取物的研究可能無法真實反映其在植物基質中的抗氧化表現(xiàn)。有學者開發(fā)了一種簡單直接的抗氧化能力測定方法（QUENCHER），該方法無需水解和提取過程，直接使用分光光度法測定抗氧化能力，尤其適用于不溶性酚占比大的基質[13]。

基于分光光度法的自由基清除能力實驗很好地表征了酚類化合物體外抗氧化活性，但無法預測人體內的復雜反應[109-110]。富含酚類化合物的食品通過飲食進入人體后，酚類化合物與植物基質的結合方式會影響它們的釋放和吸收[111]，進而影響其在體內的代謝途徑。在植物基質中，游離酚可在小腸腸內酯酶的作用下水解，隨后在肝臟或其他器官被吸收利用[112-114]；與細胞壁緊密結合的酚類化合物受小腸內酸性環(huán)境及腸內酯酶的影響較小，可到達結腸部位[115]，在結腸微生物產(chǎn)生的水解酶作用下緩慢持續(xù)地釋放[116]，進而被腸道菌群分解為小分子進入肝腸血液循環(huán)[117]，此類結合酚具有緩慢持續(xù)釋放的特點，可能會使其在體內發(fā)揮更長的抗氧化作用。研究表明，小鼠在飼喂游離態(tài)阿魏酸后，其阿魏酸血氧濃度迅速升高，4 h后消失；而給食富含結合態(tài)阿魏酸的麥麩后，在24 h內均能檢測到阿魏酸血氧濃度[118]。此外，桑葉結合酚提取物能增加Ser112抗體磷酸化，進而調節(jié)過氧化物酶體增殖物激活受體γ水平，而游離酚沒有表現(xiàn)出相關活性[119]?？梢姡宇惢衔锎嬖谛螒B(tài)影響其在體內的吸收代謝途徑和抗氧化方式，結合酚在體內較為持續(xù)的抗氧化作用以及潛在的生理活性值得進一步探究。

6 結 語

酚類化合物在植物中廣泛地以游離態(tài)和結合態(tài)存在，不同存在形態(tài)的酚類化合物具有相似的生物活性，然而卻表現(xiàn)出不同的生理活性。全面分析植物酚類化合物有助于科學開發(fā)其潛在的保健功效。結合當前研究狀況，后續(xù)研究可從以下4 個方面加強或深入：1）結合酚分離純化中綠色溶劑的應用，例如DES；2）谷物外殼、果皮等廢料開發(fā)，這些工業(yè)廢料是結合酚的良好來源，可加強相關功能性食品添加劑的開發(fā)，實現(xiàn)廢料資源的開發(fā)利用；3）游離酚、結合酚分布影響因素的分析，可通過人為因素例如選擇合適的采摘期和加工工藝，調節(jié)酚類化合物的分布；4）深入探究不同形態(tài)酚類化合物體內外生物活性，明確相關食品的潛在保健功效。