果蔬酚類物質生物利用研究進展

易建勇，馬有川，畢金峰，李 旋，吳昕燁，周 沫，馮舒涵

（中國農業科學院農產品加工研究所，農業農村部農產品加工綜合性重點實驗室，北京 100193）

酚類物質是植物中重要的次級代謝產物，主要由莽草酸、苯丙烷和聚酮類化合物代謝途徑產生[1-2]，不僅具有抗氧化作用，也有利于人類的健康[3]。果蔬中的酚類物質根據化學結構可分為兩大類[4-5]：黃酮類和非黃酮類，其中，黃酮類包括黃酮、異黃酮、黃烷酮、黃烷醇、黃酮醇、花色苷以及一些由黃酮單體形成的聚合物，如縮合單寧等；非黃酮類包括由1 個苯環連接7 個或1～4 個碳原子碳鏈（C6-Cn）的酚酸，如咖啡酸、阿魏酸、對香豆酸，以及通過酯鍵、醚鍵、縮醛鍵與有機酸、糖苷結合的酚類物質，如綠原酸、黃酮苷等，一些酚類物質如鞣花酸是沒食子酸的二聚體。此外，有一些酚類物質與細胞壁物質或有機酸等結合，因此可依照酚類物質的結合狀態將其分為游離酚、酯化酚、不溶性結合酚：其中酚酸類物質如咖啡酸、阿魏酸、對香豆酸等易通過羧基與有機酸結合成為酯，可通過溶于有機溶劑提取，稱為酯化酚或可溶性結合酚；部分與木質素、蛋白質等物質通過酯鍵、醚鍵等共價鍵結合的酚類物質因不易溶解而被稱為不溶性結合酚；通過有機溶劑提取，以游離形式存在的酚類物質稱為游離酚。

水果和蔬菜是人們攝入酚類物質的主要來源，這些酚類物質被許多研究證實顯著影響人體健康及慢性病的發病率[6]，大量研究表明，酚類物質可以有效預防心血管疾病[7]并降低患癌癥的風險[8]，有助于酒精性肝損傷的恢復[9]，還具有調節人體免疫功能的作用[10]。酚類物質在人體中的吸收利用程度與其生物功能直接相關[11]，常用生物可及性和生物利用度作為指標進行評估，前者表示化合物通過胃腸道消化從食物中釋放出并可被腸道吸收的部分，后者表示攝入的化合物參與體循環的比例，生物可及性是生物利用度的基礎，兩者共同反映了酚類物質的生物利用[12]。

食品加工過程顯著影響酚類化合物的含量以及化學結構，并通過改變酚類物質與其他分子之間的相互作用，進而影響食品中酚類物質的生物利用[13]。在食品加工及食用過程中，細胞結構的完整性被破壞，使酚類物質從植物液泡內及細胞壁基質中被釋放，同時部分酚類物質與食物中的蛋白質、膳食纖維等生物大分子之間發生緊密結合，這些都將影響酚類物質的生物利用度[14]。酚類物質與食品中其他物質的相互作用程度將決定酚類物質在人體代謝中的去向，即在胃腸道中被消化吸收或與其他物質結合進入大腸參與發酵作用。為促進酚類物質生物利用相關領域的研究，本文綜述了酚類物質在人體消化吸收過程中的生物利用和加工方式對酚類物質的影響研究現狀。

1 酚類物質在體外模擬體系中的生物利用

酚類物質生物利用的研究方法主要有動物實驗法和體外消化模型法，前者以人和動物為研究對象，可用于探尋生物體中酚類物質的吸收率和吸收部位，缺點是動物模型個體差異性大、研究成本高等；后者主要包括體外胃腸消化模型、體外腸道微生物發酵模型以及細胞模型等，雖然不能完全模擬活體消化環境中的復雜變化，但具有結果重復性好、研究成本低、方法簡易等優點，近年來在酚類生物利用研究領域被廣泛使用?；隗w外消化和動物模型結果，酚類物質進入人體后的生物利用主要包括以下4 個階段。

1.1 口腔消化階段

食物的消化過程起始于口腔，由于食物在口腔中停留時間較短，所以這一階段對酚類物質釋放的影響很小?？谇粚Ψ宇愇镔|的消化是通過舌頭和牙齒對食物的咀嚼攪拌、口腔中微生物菌群和酶的降解等共同完成的。通過咀嚼，食物在此階段被破碎為100～1 000 μm的顆粒，食糜顆粒的表面積增加，從而更有利于后續消化過程中消化酶的降解，提高酚類物質的生物利用。就非黃酮類多酚而言，有研究表明，沒食子酸、綠原酸在口腔階段即會大量釋放，這一部分的釋放主要歸因于酚酸的水溶性質[15]。就黃酮類多酚而言，類黃酮糖苷可被口腔中細菌和脫落的上皮細胞水解為類黃酮苷元化合物，然而只有擁有特定口腔菌群的人群能夠發生這種水解，因此這種水解不具有普遍性[16]。少量黃酮苷類物質在口腔中微生物分泌酶的作用下會發生緩慢降解，如根皮素-2’-O-葡糖苷的降解速率為0.11 μmol/min[16-17]?；ㄇ嗨乜梢栽谌祟惪谇恢形⑸锏淖饔孟掳l生部分降解，同時，不同花青素的結構將影響其進入口腔上皮細胞的能力[17]?？偟貋碚f，花青素和帶有糖苷的黃酮類物質在口腔中會發生不同程度地降解。

縮合單寧可在口腔階段與唾液蛋白發生結合形成復合物，低縮合單寧及其形成的復合物可在胃消化階段被水解釋放，而高縮合單寧，如單寧四聚體和五聚體形成的復合物則難以在胃消化階段被破壞，從而降低了其生物利用度[18]。綜合現有文獻，目前涉及口腔階段對酚類物質生物利用影響的研究較少，對口腔消化與酚類生物利用度的關系尚未完全清楚，有待系統研究。

1.2 胃消化階段

胃消化食物時，胃內pH值變化范圍在1～5.5之間[19]，在此階段，食物將在高酸性胃液以及胃蠕動的作用下被消化成稠密的半流體團食糜，粒徑可降低至500 μm以下。胃消化過程中的酸性環境有利于酚類物質的釋放以及部分結合態酚類物質向游離態轉化，進而促進其從食糜中向胃消化液中轉移擴散。經胃部消化后，蘋果中約有65%的酚類物質被釋放[20]。但同時一些酚類物質在胃酸環境下也會發生降解，如臍橙中原兒茶酸在胃消化階段的胃酸與酶的作用下的釋放量是胃空白對照的15.3 倍，而新橙皮苷胃消化2 h后含量僅為胃空白對照的2%[21]。

1.3 小腸消化階段

1.3.1 小腸的消化作用

當食糜轉移至小腸時，消化環境的酸堿性和消化酶的變化均會影響酚類物質的生物利用度，消化環境的pH值提高到7左右，在胰腺和膽汁中的消化酶的作用下，酚類物質將得到進一步釋放。研究表明，由于環境pH值的升高，造成酚類物質不同程度地降解和損失，如柑橘中多種酚類物質在小腸消化過程中發生嚴重降解[21]。徐洪宇等[22]對石榴皮酚類物質的體外消化研究發現，在腸液消化階段大部分酚類物質的損失率均在60%以上。環境酸堿性也顯著影響花青素的穩定性，pH值升高后將促使花青素轉化成無色的查耳酮假堿形態，使花青素的C環更易于被降解并形成開環。研究表明，花青素在小腸階段的降解最為嚴重（減少約55%），花青素在小腸中可轉化為其他化合物，如花青素-3-葡萄糖苷和兒茶酸等，其生物活性可能主要與其轉化產物有關[23-24]。Kahle等[25]研究發現經十二指腸液長時間消化后，綠原酸可通過異構化和水解成為奎寧酸?？偟貋碚f，部分酚類物質會在小腸階段進一步釋放，但其環境酸堿性也會導致游離出來的酚類物質降解。

為設計一種適于低速狀態下實驗室用的輥殼式流漿箱，可以通過改變溢流室入口角度的方法優化溢流室結構，使其內部壓力為正壓且接近常壓狀態，這時只需適當調整溢流室內液位高度就可達到目標噴漿速度所需壓力，避免使用抽真空設備，降低了實驗操作的難度、減少實驗成本。經過多次模擬分析，得到了優化溢流室進口的模型model- 2。對比圖11壓力云圖，model- 2相比model- 1溢流室壓力有顯著提高，而對其他位置壓力影響較小。

1.3.2 小腸的吸收作用

小腸是人體直接吸收酚類物質的主要場所，酚類物質的吸收方式為主動轉運和被動擴散[26-27]。但是，在小腸上皮細胞內還分布了大量的II相代謝酶，會導致一些黃酮類化合物底物在吸收后發生外排現象，如沙棘中的槲皮素等[28]。通過體外消化和細胞培養實驗可以較準確地分析酚類物質的生物利用度。有研究表明，具有一個羧基和一個疏水鏈或者疏水的芳香烴基團的酚類物質可以通過單羧酸轉運蛋白（monocarboxylte transporters，MCTs）途徑被機體吸收，如咖啡酸或阿魏酸[29]。在MCTs家族中，已證實MCTs3、MCTs4、MCTs5和MCTs6等可參與酚類物質的轉運[30]。此外，一些糖基酚酸可以在鈉-葡萄糖協同轉運蛋白（sodium-glucose co-transporters，SGLT）的作用下被吸收[31]。然而，并不是所有關于黃酮苷類化合物的研究結果都與該結果一致，相關吸收機制仍存在較大爭論。有研究表明，SGLT1沒有參與酚類物質的轉運吸收，例如Caco-2細胞實驗表明異黃酮苷類化合物的吸收率極低[32]，人體實驗也未在血液中檢測到足夠數量的黃酮化合物[33]。此外，還有研究發現，酚類物質可能先通過SGLT1轉運吸收進入機體，再重新被分泌到腸道中（即外排現象），或被細胞質中的β-葡萄糖苷酶水解[34]。

基于Caco-2小腸上皮細胞實驗結果，酚酸、部分黃酮苷、綠茶和可可中的小分子酚類物質（表兒茶素、兒茶素、原花青素）大多可以通過被動擴散作用被吸收[29,35]，花青素及其糖苷、異黃酮（黃豆苷原、三羥基異黃酮）、黃酮醇（斛皮素）和一些酚酸（咖啡酸、綠原酸和沒食子酸）經胃消化釋放后，在小腸中以不同途徑進入血漿。Fang Yajing等[36]發現，類黃酮5號位增加疏水性有利于類黃酮的吸收。同時，Wen Xia等[37]研究表明，Caco-2細胞模型中甲基化黃酮的吸收率是未甲基化黃酮的5～8 倍，在肝臟中甲基化黃酮的醛基化和硫酯化的速率更緩慢，表明其生物利用效率更高。一些黃酮糖苷比其苷元更容易被吸收利用。Pérez-Jiménez等[38]的研究表明，大約8 0%的黃酮以糖苷形式被吸收。李國輝[39]在蘋果多酚大鼠體內藥物代謝動力學研究中發現，根皮苷吸收、代謝速率顯著高于根皮素，但是，黃酮糖苷比其苷元更容易被吸收和利用的機理目前尚不清楚。從整個消化過程來看，糖基化的酚類物質相較于酚類苷元具有更好的水溶性，所以具有較高的血液含量峰值，同時又呈現與酚類苷元類似的半衰期[40]?？偟貋碚f，酚類物質的極性、分子結構和糖基化顯著影響其在腸上皮細胞的吸收。

1.4 大腸發酵階段

人類腸道中有數百萬種微生物，對食物消化有重要影響[41-43]。腸道菌群參與膳食多酚的代謝，影響多酚及多酚代謝物的生物利用度[44]。酚類物質的化學結構和附著的化學基團決定了酚類物質是否在小腸中被吸收，或直接到達結腸并被結腸微生物分解[45]。果蔬中存在大量的膳食纖維，可與植物細胞在消化過程中釋放出的大量酚類物質發生相互作用，降低酚類物質在小腸中的生物利用度，形成的結合物質只能隨后在大腸中由腸道菌群進行發酵和代謝，產生具有生物活性的代謝產物被人體吸收利用[46-48]。此外，腸道環境酸堿性、菌群種類、脂質等也對酚類物質腸道微生物發酵影響顯著。

腸道微生物對酚類物質的降解與酚類物質的來源、種類和濃度有關，亦與大腸的不同位置、菌群組成和停留時間有關[49]。van Dorsten等[50]體外發酵研究發現，綠茶提取物體外發酵過程中，沒食子酸和4-羥基苯基丙酸在結腸各處均保持較高水平，而葡萄汁提取物體外發酵過程中，沒食子酸和4-羥基苯基丙酸僅在結腸后端被消耗，并產生大量3-苯基丙酸。Khairallah等[51]采用體外消化和體外發酵模型，對富含多酚的馬鈴薯提取液（以綠原酸、咖啡酸、阿魏酸和蘆丁為主要酚類物質）進行測定，發現在結腸反應器中微生物酚類代謝物最豐富的是丙酸、乙酸和苯甲酸的衍生物，并且在橫結腸和下結腸部分抗氧化能力的增強可能與酚類物質代謝物的積累有關。原花青素主要在遠端結腸被吸收，花青素、黃酮醇苷、酚酸主要在近端結腸被吸收[52]。Rechner等[53]研究發現，綠原酸、柚皮苷和蘆丁3 種黃酮類化合物在體外混合培養發酵體系中的降解程度取決于化合物濃度、不同供體腸道菌群組成以及化合物的結構差異。在體外結腸消化實驗中，如芒果和香蕉在體內咀嚼并經體外消化，在體外發酵48 h后黃酮類化合物和酚酸都被釋放和被微生物利用，并發生了開環、脫氫和脫羧的化學結構變化[54]。Parkar等[55]采用腸道微生物體外發酵模型研究了4 種常見的膳食酚類物質（蘆丁、槲皮素、綠原酸和咖啡酸）的代謝，發現4 種酚類物質均被快速轉化，在0.5 h內從培養基中消失，全部轉化為已知的酚酸代謝產物，其濃度遠高于空白對照組。

2 加工過程對酚類生物利用度的影響

2.1 加工引起的化學變化對酚類物質生物利用度的影響

2.1.1 加工引起酚類物質的降解

食品加工過程中的溫度、壓力及時間等條件均會影響酚類物質的穩定性，并因為酚類物質化學結構的差異而不同。由于切分、去皮和去核等物理加工手段對酚類物質影響較小，本文著重討論殺菌、干燥等典型加工工藝對食品中總酚質量分數的影響。

表1 典型加工工藝對食品中總酚質量分數的影響Table 1 Effect of typical processing techniques on the content of total phenolic compounds in fruits and vegetables

如表1可知，加工方式顯著影響食品中酚類物質的質量分數。其中，紅棗汁超濾后酚類物質質量分數降低42%[56]，下降原因可能是結合酚的流失。超聲、剪切和微波等加工方式對酚類物質質量分數的影響根據原料種類和環境條件不同而存在差異[61,66]。高溫導致酚類物質降解嚴重，溫和的熱處理對酚類物質的破壞的程度與處理時間密切相關，較長時間的溫熱處理導致酚類物質的降解[58-59,67]。酶解過程可能導致蛋白與部分酚類物質的結合，同時也會使部分結合酚被釋放。

食品中的酚類物質可以在發酵過程中被微生物代謝，同時釋放芳香物質和酚酸[68-70]，導致部分酚類物質的結構和含量發生改變。Wang Lu等[64]通過發酵和復合酶（木聚糖酶、纖維素酶、半纖維素酶）處理番石榴葉，發現其結合酚含量降低61.3%，游離酚含量提高71.4%，總酚、總黃酮、槲皮素和山柰酚含量明顯提高，分別為未處理組的2.1、2.0、13.0 倍和6.8 倍。功夫茶發酵過程中兒茶素、茶黃素和茶紅素的生物降解可能是酵母和細菌在發酵過程中分泌的酶所致[71]。

一些加工方式會引起多酚氧化酶構象發生變化，隨著加工處理強度增加，多酚氧化酶失去活性，從而抑制了酚類物質的降解。研究表明，超聲處理的空化效應會破壞細胞膜并形成微通道和自由基[66,72]，使酚類物質被釋放，在高功率條件下可引起多酚氧化酶失活。但不同酚類物質最佳的超聲條件是不同的，在處理過程中，也會造成酚類物質的轉化或降解[73]。與高溫處理相比，多數生物活性化合物在超高壓處理環境下非常穩定，多酚氧化酶等相關酶類也具有較強的耐壓性，在高壓環境下仍保持活性并使酚類化合物發生氧化和降解[74]。

2.1.2 加工引起酚類物質的化學修飾

在微生物發酵的作用下，酚類物質的化學結構會發生改變。泡菜、酒類和發酵茶類的發酵過程中，在微生物分泌的胞外酶作用下，糖基化、甲基化以及其他類型取代方式的化學結構修飾是酚類物質生物轉化的重要途徑，形成了眾多植物多酚的化學結構修飾產物[75]。孫曉紅等[76]發現獼猴桃果漿發酵過程中，植物乳桿菌發酵導致獼猴桃酚類物質的代謝轉化，和獼猴桃鮮果果漿相比，酚類物質種類（葒草素、芥子酸、原兒茶酸）增加，同時部分酚類物質（6,7-二羥基香豆素、金絲桃苷、蘆丁）含量提高。功夫茶發酵后，酚類物質化學結構發生改變，進而極性發生改變，溶于正丁醇及水的酚類物質增加，溶于乙酸乙酯的酚類物質無顯著變化[65]。酚類物質的生物利用度與其化學結構密切相關。隨著極性增加，水溶性增加，消化過程中損失越大，利用率降低，進而改變其生物利用度[27,77]。

2.1.3 加工引發酚類物質與其他物質相互作用

果蔬加工過程中細胞破裂，酚類物質釋放并與植物組織中多糖、蛋白發生相互作用。酚類物質與果膠存在離子相互作用，果膠分子的羧基與單寧的酚羥基通過氫鍵和疏水相互作用而發生分子間交聯，使得含有柿子單寧的凝膠呈現出多相、聚集的網狀結構[78]。酚類物質與纖維素可通過疏水作用結合[46]，因此也可通過破壞連接酚類物質與其他大分子物質的共價鍵、氫鍵或疏水相互作用，使酚類物質從與大分子物質結合狀態轉換為游離狀態。例如利用浸泡手段可激活苦蕎中的多種酶，苦蕎中的結合酚在這些酶的作用下水解成為游離酚，從而增加可提取總酚的含量[79]。有學者通過研究綠原酸與向日葵分離蛋白的相互作用發現，綠原酸改變了蛋白質的二級和三級結構，使酚酸與蛋白質之間存在很強的親和性，從而在多肽鏈之間形成新的交聯[80]。酚類物質與其他物質相互作用，在加工過程中部分游離酚轉變為結合酚，其在消化過程中難以降解，可到達大腸被微生物代謝。

2.2 加工引起的物理作用對酚類物質生物利用度的影響

2.2.1 酚類物質的釋放

一些加工方式（熱燙、微波、冷凍和超聲等）可破壞細胞壁結構，從而消除酚類物質從食品中釋放的物理阻礙，對酚類物質的生物利用度產生顯著影響。一方面植物組織破壞（如研磨、咀嚼或熱處理等）導致原花青素與植物細胞壁多糖結合，這種結合可能會影響酚類物質的生物利用度[81-82]；另一方面，在破壞細胞壁結構的同時會伴隨酚類物質的溶出，如燙漂等處理會使酚類物質含量大幅降低，進而降低酚類物質的生物利用度[63]。發酵過程會使與酚類物質結合的復合物發生降解和轉化，并將結合酚釋放出來，增加游離酚含量，同時由于結合狀態改變和羥基數量增加，又可進一步改變酚類物質的生物活性[46]，對酚類物質的生物有效性和生物利用度產生積極影響。Lafarga等[83]發現，相對于浸泡處理及干制處理，煮熟處理的蠶豆等豆類的酚類物質含量明顯增高，并顯著高于浸泡和煮制后水中酚類物質含量，這種多酚含量增加可能是蒸煮處理與浸泡或干制處理相比，原料細胞破壞程度更高，導致多酚提取率不同而引起的。

2.2.2 酚類物質的包埋

微膠囊化后的酚類物質具有緩釋效果、生物活性延長和穩定性好的優點[84]。綠茶兒茶素的包埋技術包括微顆粒、微膠囊、納米顆粒和脂質納米膠囊，以及脂質體、膠束和微乳液等方法。包埋有助于提高綠茶兒茶素的水溶性和穩定性，利用可生物降解聚合物制備的納米顆粒已被廣泛地應用于兒茶素的制備，并在提高兒茶素的包埋性、增強包埋效果和保持作用位點等方面顯示出良好的應用前景[85]。

添加脂質可顯著提高親脂酚類物質生物利用度。Martínez-Huélamo等[86]發現，在番茄醬中添加橄欖油有利于提高黃酮類和羥基肉桂酸類酚類物質的生物利用度。因此，在食品加工中根據原料組成選擇適宜的加工方式有助于對酚類物質的保護，在生物有效性研究過程中，需考慮加工條件以及酚類物質與食品中其他物質的相互作用。

3 結 語

酚類物質的化學結構、胃腸道的消化吸收、大腸發酵和加工過程中的理化作用顯著影響果蔬中酚類物質的生物利用度。國內外學者們在植物酚類物質生物利用以及不同加工方式對酚類物質種類和含量影響的研究方面取得一定成就。但總體來看，目前人們仍未完全明確酚類物質與其他物質的相互作用對酚類物質生物利用度的影響，以及加工方式對酚類物質變化影響的機制。在今后的研究中，需要進一步探討酚類物質結合狀態與其生物利用度的關系，特別是加工方式對酚類物質釋放及其對生物利用度的影響；明確口腔、胃、小腸和大腸等不同消化階段對酚類物質狀態和穩定性的影響，全面掌握酚類物質在整個消化過程中影響其生物利用度的因素；深入研究腸道微生物與酚類物質生物利用度的關系。加強以上3 個方面的研究有利于提升人們對酚類物質的生物利用及其健康功效的理解，為調控酚類物質生物利用和開發新型功能食品奠定理論基礎。