啤酒中多酚和類黑精及其抗氧化功效研究進展

于嘉琪，夏婷*，王涿邯，張小東，黃淑霞，余俊紅*

（1.天津科技大學生物工程學院省部共建食品營養與安全國家重點實驗室，天津 300457；2.青島啤酒股份有限公司啤酒生物發酵工程國家重點實驗室，山東 青島 266100）

啤酒是世界范圍內廣泛飲用的發酵飲料，具有5 000多年的歷史。不僅擁有獨特的香氣和別致的口感，而且具有較高的營養價值和功效。研究證實啤酒中含有的抗氧化成分主要是多酚類物質和類黑精，這些抗氧化物質一部分來自于啤酒原料本身，一部分來自于釀造過程中的反應產物。多酚和類黑精的種類與含量隨著原料和釀造工藝的不同而有所差異。啤酒中的多酚類物質和類黑精，具有較高的抗氧化活性，可以清除氧自由基，保護機體免受氧化損害，因而能預防心血管疾病、調節腸道微生態、抗腫瘤、抗菌消炎等。本文對啤酒中的多酚類物質、類黑精以及其抗氧化功效進行詳細介紹，為啤酒的功能成分研究以及新型啤酒開發提供理論參考和研究方向。

1 啤酒中抗氧化成分

啤酒作為一類發酵產品，含有多種活性成分，其中多酚類物質和類黑精是主要的抗氧化物質。這些抗氧化物質一部分來自于啤酒花的釀造過程，另一部分來自于麥芽的焙焦過程，而后者是抗氧化物質的主要來源[1-2]。啤酒中富含的抗氧化成分，可以切斷氧自由基帶來的鏈式反應，延緩OH基團的形成，能夠幫助維持啤酒的穩定性。以下重點介紹啤酒中的多酚類物質和類黑精。

1.1 多酚類物質

啤酒中的多酚類物質按分子量分為單寧類化合物和非單寧類化合物；也可以按母體結構的不同分為酚酸類、黃酮類（黃酮醇類、蘆丁、槲皮素、皮苷和二氫黃酮等）、原花色素、兒茶酸類和單寧類化合物。這些多酚類物質70%～80%來自于大麥麥芽，其中的多酚含量占大麥干物質的0.1%～0.3%，主要分布在麥皮和糊粉層中，隨著麥芽的焙焦和糖化過程逐步進入麥汁和成品啤酒中；另外20%～30%的多酚類物質來自于啤酒花。多酚含量占其酒花干重的2%～4%，主要分布在酒花的前葉和苞葉中[1]。

近年來多項研究對啤酒中的多酚類物質及其抗氧化活性進行研究。李葦舟等[3]檢測了啤酒釀造過程中大麥發芽前后的多酚含量變化，結果顯示大麥發芽后游離酚、結合酚和總酚含量較發芽前均顯著升高（P＜0.05）。發芽前總酚含量為179.00 mg/100 g～307.88 mg/100 g，發芽后總酚含量為187.13 mg/100 mg～605.00 mg/100 mg。發芽后麥芽多酚1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基清除能力及氧自由基吸收能力均較發芽前增加。G sior等[4]用福林-酚法檢測了5種添加特殊成分的麥芽啤酒與標準啤酒的多酚含量，結果發現添加特殊成分的啤酒多酚含量均高于標準啤酒，其中添加黑色巧克力成分的啤酒中多酚含量最高，為（404.38±5.98）mg GAE/L。同時5種特殊啤酒的鐵離子還原能力（ferric reducing antioxidant power，FRAP）、2，2-聯氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二銨鹽[2，2'-Azinobis-（3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonate），ABTS]自由基清除率均高于標準啤酒，添加黑色巧克力成分的啤酒抗氧化活性最強，FRAP、ABTS+自由基清除率分別為（2.07±0.03）、（2.17±0.17）mmol TE/L，并且證實啤酒中多酚含量與其抗氧化活性密切相關。

目前啤酒中多酚類物質的檢測方法主要有液相（liquid chromatography，LC）或高效液相色譜法（high performance liquid chromatograph y，HPLC）結合質譜（mass spectrometry，MS）、光電二極管陣列檢測器（photo-diode array detector，PDA）或二極管陣列檢測器（diode array detector，DAD）。Rahman 等[2]用福林-酚法和分光光度法分別對13種啤酒樣品中的多酚和黃酮含量進行檢測，結果分別為3.72 mg GAE/100 mL～13.73 mg GAE/100 mL、0.82 mg CE/100 mL～5.28 mg CE/100 mL。將其中多酚、黃酮含量最高的啤酒樣品用DPPH法、ABTS法和FRAP法測得自由基清除能力分別為71.24、199.42 μmol TE/100 mL 和98.41 μmol TE/100 mL，是13種啤酒中抗氧化活性最強的。Nardini等[5]對7種商業化添加天然食物的啤酒在發酵過程中的總酚和總黃酮含量進行了分析，結果發現，可可啤酒中的總酚和總黃酮含量最高，分別為（1 026.4±3.0）mg/L和（96.4±2.0）mg/L，其次為核桃、栗子和甘草。抗氧化活性最高的是添加了核桃的啤酒，用FRAP和ABTS法檢測其抗氧化活性分別為10.2 mmol/L Fe2SO4/L啤酒、5.2 mmol/L Trolox/L啤酒。Horincar等[6]研究發現添加茄子皮提取物后啤酒的總酚、總黃酮含量分別從0.426 mg GAE/mL上升到0.631 mg GAE/mL以及從0.065 mg CE/mL上升到0.171 mg CE/mL。茄子皮提取物添加的啤酒樣品抗氧化活性較未添加的樣品明顯升高。綜合以上研究，目前主要通過在啤酒生產過程中添加一些富含多酚的天然活性成分，來增加啤酒的抗氧化活性，以提高產品的功能性和附加值。啤酒中多酚類物質的種類及含量檢測結果見表1。

表1 啤酒中多酚類物質的種類及含量檢測Table 1 Types and content of polyphenols in beer

續表1 啤酒中多酚類物質的種類及含量檢測Continue table 1 Types and content of polyphenols in beer

1.2 類黑精

類黑精是一類多聚、有顏色的大分子物質，經美拉德反應生成。類黑精廣泛存在于熱處理食品中，含量在5.7%～25.5%，并且類黑精與食品的質量、風味、顏色有關。在啤酒生產過程的麥芽焙焦、糖化、煮沸階段，都會發生美拉德反應，生成類黑精。

啤酒中的類黑精可通過超濾、超速離心、大孔吸附樹脂、尺寸排阻色譜、透析等方法分離。鄭金德等[13]采用超濾方法分離不同啤酒中的類黑精。結果顯示，黑啤酒中的類黑精以大分子類黑精組分（＞10 kDa）為主。而淡色啤酒中主要是＜3 kDa類黑精組分，對這部分類黑精采用大孔吸附樹脂分離，其中20%乙醇洗脫部分的類黑精含量及抗氧化活性最強。另有研究發現類黑精含量大小順序為黑色啤酒＞淡色啤酒＞無酒精啤酒，含量分別為1.49、0.61、0.58 g/L，提示類黑精含量主要受啤酒生產原料和釀造工藝的影響[14-15]。Alves等[16]的研究發現啤酒中的類黑精主要來自于麥芽谷物，黑啤酒中的類黑精含量為（4.2±0.6）g/100 mL，約是淡色啤酒的2倍，提示類黑精會影響啤酒的顏色，類黑精含量越高啤酒顏色越深。該研究中的啤酒類黑精含量較前面報道的類黑精含量高很多，可能是由于其他試驗采用凝膠過濾和透析方法分離類黑精，這種方法雖然產率低但純度更高。另有研究用HPLC分離后采用安培檢測法對23種啤酒和17種大麥麥芽提取物進行還原能力評估。結果顯示釀造淡色啤酒的麥芽電化學還原能力略高于天然大麥（約為1.3 g BHAE/kg），但焦糖麥芽的電化學還原能力是7.5 g BHAE/kg～17.2 g BHAE/kg，明顯高于天然大麥。同時麥芽來源的多酚還原能力分別占淡色啤酒、深色啤酒總還原能力的48%～57%和33%～45%。高分子量的類黑精還原能力分別占淡色啤酒、深色啤酒總還原能力的19%～39%和14%～21%[17]。

啤酒的各個釀造過程都會對類黑精的含量及其抗氧化活性產生影響。肖恩來等[18]研究發現熱處理會導致美拉德反應產物褐變，類黑精含量升高。大麥在焙焦過程中發生美拉德反應生成類黑精，不同啤酒的麥芽烘焙時間和溫度不同，導致顏色和類黑精含量的差異，麥芽中類黑精的含量與抗氧化活性之間呈顯著的正相關性。Zhao等[19]的研究發現啤酒中類黑精含量與DPPH自由基清除率、還原能力、金屬螯合能力均呈顯著正相關（P＜0.05），表明類黑精對啤酒的抗氧化活性有顯著的促進作用。類黑精、總酚及二氧化硫對淡色啤酒的抗氧化活性貢獻在22%～68%，這主要由于采用的抗氧化活性測定方法不同。李翔[20]研究發現，在焙焦溫度86℃下，隨著焙焦時間的延長，抗氧化能力增強。在焙焦6 h、焙焦溫度86℃時，類黑精OD420值為0.23，DPPH自由基清除率達86%；110℃時的類黑精OD420值為0.36，DPPH自由基清除率達91%。結果顯示隨著焙焦溫度升高，抗氧化能力增加。同時在麥汁煮沸過程中也會發生劇烈的美拉德反應，使產生的類黑精含量增加25%。煮沸麥汁的ABTS＋自由基清除活性比糖化后期提高了51%，說明煮沸過程中產生的類黑精對ABTS＋自由基有很強的清除作用，是抗氧化活性提高的主要貢獻者。在此階段由于溫度的升高，除了形成美拉德反應的最終產物類黑精，還伴隨著蛋白質、多糖的不斷水解和酚類化合物的大量溶解，這些物質共同促使啤酒抗氧化活性增強[21]。

2 啤酒的抗氧化功效

啤酒中的主要抗氧化物質為多酚和類黑精，其體外抗氧化檢測方法主要有DPPH、ABTS、FRAP、氧化自由基吸收能力（oxygen radical absorbance capacity，ORAC）、總反應性抗氧化潛能（total reactive antioxidant potential，TRAP）、氧化鐵二甲酚橙法（ferrous oxidation in xylenol orange，FOX）、Trolox等價抗氧化能力（trolox equivalent antioxidant capacity，TEAC）等，因為這些方法靈敏性較高，而且操作方便、耗時少。在體內，啤酒中的這些抗氧化物質可清除機體活性氧（reactive oxygen species，ROS）含量，抵抗氧自由基對機體帶來的損傷，修復細胞屏障，減輕細胞中蛋白質、線粒體、DNA等氧化損傷，起到預防和保健的作用[22]。

2.1 預防心血管疾病

心血管疾病是目前人類死亡率最高的疾病，其主要基礎病理是血栓和動脈粥樣硬化。研究表明，適度飲用啤酒能夠在一定程度上降低心血管疾病的發生。每日酒精攝入量25 g對心臟病的保護作用可達33%。Padro等[23]的研究發現適當飲用啤酒不僅不會引起機體的肥胖，還會減少膽固醇的血管堆積，降低了動脈粥樣硬化發生的風險，對心血管健康有積極影響，并且飲用含酒精啤酒組較飲用無酒精啤酒組身體質量指數更低；血中高密度脂蛋白（high density lipoprotein，HDL）增加更明顯。結果表明，啤酒中的生物活性物質是預防心血管疾病的重要因素。Shafreen等[24]的研究發現羅斯（Rostocker，ROST）啤酒的總酚、黃酮含量最高，分別為（668.3±13.3）、（52.5± 1.5）mg GAE/L，ABTS＋自由基清除效率也最高，為（2.68±0.03）mmol TE/L。并且ROST啤酒與人血清白蛋白和血漿循環纖維蛋白原的結合率最高。結果提示啤酒中的多酚、黃酮類物質可通過與人體脂蛋白結合，降低心血管疾病，是促進機體健康的主要物質。另有學者研究發現啤酒中的多酚類物質可以減少白細胞的黏附和炎癥標記物的生成，而酒精能改善機體的血脂，減少動脈粥樣硬化的相關炎癥因子形成[25]。多項研究證明啤酒中的多酚類物質可以升高機體內HDL和降低膽固醇的含量，減少血管內膽固醇的堆積；同時也可以減少血小板聚集，降低纖維素蛋白原水平，抑制凝血惡烷的形成，因此可預防血栓、動脈硬化和血管內皮功能，對心血管保護具有積極的作用[26-27]。

研究表明啤酒花中的黃酮類物質黃腐酚（xanthohumol，Xn）可以作為膽汁酸受體的配體，減少脂肪和葡萄糖生成，起到預防和治療動脈硬化的作用[28]。此外，啤酒中的類黑精可以抑制胃消化過程中的脂質過氧化，并減少脂質氧化產物的形成，從而防止動脈粥樣硬化的發生[29]。啤酒中存在的多酚類物質能夠增加血漿中一氧化氮濃度，有助于降低血壓，從而降低心血管疾病的風險[26]。雖然有研究證明類黑精具有降低血壓作用，但關于啤酒中類黑精的降壓作用及機制尚未見報道。以上研究雖然證明啤酒中的抗氧化成分在一定程度上能夠保護心血管系統、降低心血管疾病的發生，但受到酒精量的限制，從啤酒中提取這些抗氧化成分或開發無醇的功能性啤酒將成為未來啤酒功效研究的新方向。

2.2 抗腫瘤

腫瘤的發病率與死亡率逐年增長，嚴重威脅著人類健康。啤酒中的多酚類物質，特別是來源于啤酒花的Xn和它的環化產物異黃腐酚具有抗腫瘤作用。體外研究發現Xn對乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌、胃癌、結腸癌、胰腺癌、白血病等多種腫瘤有防治作用[30-32]。Xn在啤酒中含量能達到0.96 mg/L，體外研究發現來源于啤酒花的黃腐酚可以促進促凋亡蛋白的表達，抑制抗凋亡蛋白表達，阻止惡性腫瘤的增殖和遷移，具有很好的抗癌活性，特別在白血病、乳腺癌等疾病中具有很好的功效[32]。另外啤酒花中的多酚類物質6-和8-異丙基柚皮素，能夠通過抑制腫瘤細胞增殖、激活NK細胞、抑制組蛋白脫乙酰酶等機制，發揮抗腫瘤作用[31-33]。

另有研究表明啤酒中的類黑精通過結合金屬離子，發揮其抗腫瘤作用，并且黑啤對腫瘤的抑制效果比淺色啤酒更強，原因在于黑啤的類黑精含量高。類黑精通過與金屬離子結合，降低活性氧對細胞DNA的損傷，保護細胞免受氧化應激反應的損害，降低腫瘤的發生，因而類黑精被認為是抗突變和腫瘤生長抑制物質[14]。另外氧自由基攻擊DNA時會產生氧化堿，如8-OH-dG，這種氧化堿會促進細胞突變和腫瘤生長。有研究證明啤酒可降低8-OH-dG的含量，對DNA具有顯著的保護作用，這種作用依賴于啤酒中的類黑精含量，而與多酚含量無關[15]。

2.3 調節腸道菌群和代謝物

啤酒中的多酚和類黑精能夠與腸道微生物群之間相互作用，對于機體健康十分重要。研究發現啤酒中的阿魏酸、黃腐醇、兒茶素、表兒茶素、原花青素、槲皮素和蘆丁這些多酚類物質與微生物群和代謝相關，這些物質可以調節腸道中厚壁菌、擬桿菌數量，對腸道有益菌的生長有積極作用，能夠限制致病菌的繁殖，改善腸道菌群平衡，減少炎癥的發生[34-35]。有研究顯示啤酒中最豐富的多酚是阿魏酸，其濃度為6.5 mg/L。在非酒精性脂肪性肝病小鼠模型中，阿魏酸能夠降低厚壁菌與擬桿菌的比例，并增加腸道菌群代謝產物吲哚-3-乙酸含量，進而調節脂質代謝，降低血脂（甘油三酯和膽固醇）在肝臟的沉積[36]。Hernández-Quiroz等[37]研究適量飲用啤酒（355 mL/d）對人體腸道菌群的影響，結果發現30 d后正常人體通過飲用無酒精啤酒補充生物活性的多酚類物質，可以增加腸道菌群多樣性和有益菌的豐度，而含酒精組因受酒精干擾，腸道菌群無此變化。

研究表明類黑精可以通過其抗氧化特性不斷清除胃腸道內形成的自由基，維持腸道內環境的穩態。同時類黑精也被認為是一種潛在益生元物質，它可以促進胃腸道中乳酸桿菌和雙歧桿菌的生長，抑制病原菌的產生[23，38]。Pérez-Burillo等[39]的研究發現在體外發酵的類黑精，與腸道微生物相互作用，能夠增加短鏈脂肪酸（主要是乙酸和乳酸）的產生，其中黑啤中的類黑精能夠增加益生菌雙歧桿菌的生長。同時，對類黑精骨架中釋放的酚類物質及菌群代謝物進行鑒定，結果發現黑啤和皮爾斯納啤酒類黑精中釋放的多酚物質含量相近，分別為7.38μg/g和7.42μg/g。而黑色啤酒的微生物代謝產物百分比（52%）高于皮爾斯納（35%）。兩種啤酒均含有的主要微生物代謝物為2-3，4-二羥基苯乙酸、3-3，4-二羥基苯基丙酸和鄰苯三酚。目前啤酒中類黑精對腸道菌群及代謝物的影響仍以體外為主，未來仍需進一步研究其在動物及人體內的影響及作用機制，為功能性啤酒的研發提供更多的理論依據。

2.4 抗菌消炎

研究顯示啤酒花中的黃酮類化合物由于具有戊烯基結構，可以作為植物雌激素應用于消炎、抗菌、抗病毒等方面[40]。類黑精的金屬螯合特性對于病原微生物的生存非常重要。在低濃度下，類黑精可以通過螯合鐵離子作用發揮抑菌活性。細菌能夠產生鐵載體以獲取鐵離子，類黑精可以螯合鐵載體三價鐵離子復合物，從而降低致病菌的毒力。在高濃度下，類黑精可以通過去除鎂離子破壞細胞膜和促進細胞內分子釋放，從而發揮殺菌活性[39，41]。有研究通過快速讀板法檢測歐洲3種啤酒中類黑精的抗菌活性，結果發現這3種啤酒中的類黑精均對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有抑菌作用，對金黃色葡萄球菌的抑菌活性高于對大腸桿菌的抑菌活性，并且黑啤的抗菌活性高于淡色啤酒，其對金黃色葡萄球菌的抑菌活性以土霉素當量來計為19.7 μg/L[34]。

炎癥是機體免疫系統對有害物質做出的反應，是一個復雜的過程。炎癥的加重可能會導致腫瘤和其他慢性炎癥疾病的發生。體外實驗研究發現啤酒提取物如黃腐酚和異黃腐酚，在濃度 0.5 μmol/L～20.0 μmol/L時能夠降低脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）刺激的巨噬細胞和單核細胞中的促炎因子水平，降低一氧化氮合酶活性和NO水平，從而發揮抗炎作用[42]。Wu等[43]的研究發現啤酒花醇提物中總酚、總黃酮、苦味酸（α-酸、β酸）的含量及抗氧化活性明顯高于水提物，并且啤酒花的醇提物和水提物均能降低LPS誘導的巨噬細胞中的NO和白細胞介素-6水平，醇提物較水提物具有更高的抗炎癥活性。另有研究發現啤酒花提取物可以降低關節炎小鼠模型中的環加氧酶2的活性，降低炎癥介質前列腺素E2的含量，從而減輕炎癥反應[43]。

2.5 其他

研究表明啤酒中的多酚類化合物，如來自啤酒花中的黃腐酚、異黃腐酚、8-異戊烯基柚皮素和苦味酸有天然雌激素作用，適度飲用啤酒有利于骨密度的增加，可以改善骨質疏松和更年期癥狀[15，44]。另外啤酒花提取物（1 μg/mL～10 μg/mL）可以減少胸腺基質淋巴細胞生成素和腫瘤壞死因子-α的生成，調節過敏反應[45]。

3 結語

隨著一系列健康中國政策的頒布，人們對食品健康產業的關注度越來越高，啤酒作為全球銷量最高的低酒精度發酵飲料，其功能性啤酒的研發成為新的研究方向，給啤酒的發展帶來了機遇和挑戰。本文詳細介紹了啤酒中的多酚、黃酮、類黑精等抗氧化物質，闡述了適度飲酒在預防心血管疾病、改善腸道微生態、抗腫瘤、殺菌抗炎等方面的作用，以期對未來功能性啤酒的研發提供參考。目前功能性啤酒的研發面臨的問題：第一，目前功能性啤酒的開發主要通過啤酒中添加外源天然活性物質，來提高啤酒的保健價值，但其風味及穩定性有待于進一步研究。第二，在啤酒生產加工過程中增加抗氧化物質的含量，能更便捷地提高啤酒的抗氧化功能。啤酒中的類黑精主要是在生產過程中產生的，如何通過精準調控改進生產工藝以提高其在啤酒中的含量，這也是未來功能性啤酒研發的新趨勢。第三，啤酒中的多酚與類黑精成分對機體的保護作用機理及量效關系仍不明確，有待于進一步進行大量的動物及臨床研究驗證。未來希望通過對啤酒生產過程的精準調控，提高啤酒的風味、穩定性和健康性能，進而提升啤酒的附加值和市場競爭力，促進健康風味雙導向的功能性啤酒的研發，推動健康食品產業的發展。