果蔬酚类物质生物利用研究进展

易建勇，马有川，毕金峰，李 旋，吴昕烨，周 沫，冯舒涵

（中国农业科学院农产品加工研究所，农业农村部农产品加工综合性重点实验室，北京 100193）

酚类物质是植物中重要的次级代谢产物，主要由莽草酸、苯丙烷和聚酮类化合物代谢途径产生[1-2]，不仅具有抗氧化作用，也有利于人类的健康[3]。果蔬中的酚类物质根据化学结构可分为两大类[4-5]：黄酮类和非黄酮类，其中，黄酮类包括黄酮、异黄酮、黄烷酮、黄烷醇、黄酮醇、花色苷以及一些由黄酮单体形成的聚合物，如缩合单宁等；非黄酮类包括由1 个苯环连接7 个或1～4 个碳原子碳链（C6-Cn）的酚酸，如咖啡酸、阿魏酸、对香豆酸，以及通过酯键、醚键、缩醛键与有机酸、糖苷结合的酚类物质，如绿原酸、黄酮苷等，一些酚类物质如鞣花酸是没食子酸的二聚体。此外，有一些酚类物质与细胞壁物质或有机酸等结合，因此可依照酚类物质的结合状态将其分为游离酚、酯化酚、不溶性结合酚：其中酚酸类物质如咖啡酸、阿魏酸、对香豆酸等易通过羧基与有机酸结合成为酯，可通过溶于有机溶剂提取，称为酯化酚或可溶性结合酚；部分与木质素、蛋白质等物质通过酯键、醚键等共价键结合的酚类物质因不易溶解而被称为不溶性结合酚；通过有机溶剂提取，以游离形式存在的酚类物质称为游离酚。

水果和蔬菜是人们摄入酚类物质的主要来源，这些酚类物质被许多研究证实显著影响人体健康及慢性病的发病率[6]，大量研究表明，酚类物质可以有效预防心血管疾病[7]并降低患癌症的风险[8]，有助于酒精性肝损伤的恢复[9]，还具有调节人体免疫功能的作用[10]。酚类物质在人体中的吸收利用程度与其生物功能直接相关[11]，常用生物可及性和生物利用度作为指标进行评估，前者表示化合物通过胃肠道消化从食物中释放出并可被肠道吸收的部分，后者表示摄入的化合物参与体循环的比例，生物可及性是生物利用度的基础，两者共同反映了酚类物质的生物利用[12]。

食品加工过程显著影响酚类化合物的含量以及化学结构，并通过改变酚类物质与其他分子之间的相互作用，进而影响食品中酚类物质的生物利用[13]。在食品加工及食用过程中，细胞结构的完整性被破坏，使酚类物质从植物液泡内及细胞壁基质中被释放，同时部分酚类物质与食物中的蛋白质、膳食纤维等生物大分子之间发生紧密结合，这些都将影响酚类物质的生物利用度[14]。酚类物质与食品中其他物质的相互作用程度将决定酚类物质在人体代谢中的去向，即在胃肠道中被消化吸收或与其他物质结合进入大肠参与发酵作用。为促进酚类物质生物利用相关领域的研究，本文综述了酚类物质在人体消化吸收过程中的生物利用和加工方式对酚类物质的影响研究现状。

1 酚类物质在体外模拟体系中的生物利用

酚类物质生物利用的研究方法主要有动物实验法和体外消化模型法，前者以人和动物为研究对象，可用于探寻生物体中酚类物质的吸收率和吸收部位，缺点是动物模型个体差异性大、研究成本高等；后者主要包括体外胃肠消化模型、体外肠道微生物发酵模型以及细胞模型等，虽然不能完全模拟活体消化环境中的复杂变化，但具有结果重复性好、研究成本低、方法简易等优点，近年来在酚类生物利用研究领域被广泛使用。基于体外消化和动物模型结果，酚类物质进入人体后的生物利用主要包括以下4 个阶段。

1.1 口腔消化阶段

食物的消化过程起始于口腔，由于食物在口腔中停留时间较短，所以这一阶段对酚类物质释放的影响很小。口腔对酚类物质的消化是通过舌头和牙齿对食物的咀嚼搅拌、口腔中微生物菌群和酶的降解等共同完成的。通过咀嚼，食物在此阶段被破碎为100～1 000 μm的颗粒，食糜颗粒的表面积增加，从而更有利于后续消化过程中消化酶的降解，提高酚类物质的生物利用。就非黄酮类多酚而言，有研究表明，没食子酸、绿原酸在口腔阶段即会大量释放，这一部分的释放主要归因于酚酸的水溶性质[15]。就黄酮类多酚而言，类黄酮糖苷可被口腔中细菌和脱落的上皮细胞水解为类黄酮苷元化合物，然而只有拥有特定口腔菌群的人群能够发生这种水解，因此这种水解不具有普遍性[16]。少量黄酮苷类物质在口腔中微生物分泌酶的作用下会发生缓慢降解，如根皮素-2’-O-葡糖苷的降解速率为0.11 μmol/min[16-17]。花青素可以在人类口腔中微生物的作用下发生部分降解，同时，不同花青素的结构将影响其进入口腔上皮细胞的能力[17]。总地来说，花青素和带有糖苷的黄酮类物质在口腔中会发生不同程度地降解。

缩合单宁可在口腔阶段与唾液蛋白发生结合形成复合物，低缩合单宁及其形成的复合物可在胃消化阶段被水解释放，而高缩合单宁，如单宁四聚体和五聚体形成的复合物则难以在胃消化阶段被破坏，从而降低了其生物利用度[18]。综合现有文献，目前涉及口腔阶段对酚类物质生物利用影响的研究较少，对口腔消化与酚类生物利用度的关系尚未完全清楚，有待系统研究。

1.2 胃消化阶段

胃消化食物时，胃内pH值变化范围在1～5.5之间[19]，在此阶段，食物将在高酸性胃液以及胃蠕动的作用下被消化成稠密的半流体团食糜，粒径可降低至500 μm以下。胃消化过程中的酸性环境有利于酚类物质的释放以及部分结合态酚类物质向游离态转化，进而促进其从食糜中向胃消化液中转移扩散。经胃部消化后，苹果中约有65%的酚类物质被释放[20]。但同时一些酚类物质在胃酸环境下也会发生降解，如脐橙中原儿茶酸在胃消化阶段的胃酸与酶的作用下的释放量是胃空白对照的15.3 倍，而新橙皮苷胃消化2 h后含量仅为胃空白对照的2%[21]。

1.3 小肠消化阶段

1.3.1 小肠的消化作用

当食糜转移至小肠时，消化环境的酸碱性和消化酶的变化均会影响酚类物质的生物利用度，消化环境的pH值提高到7左右，在胰腺和胆汁中的消化酶的作用下，酚类物质将得到进一步释放。研究表明，由于环境pH值的升高，造成酚类物质不同程度地降解和损失，如柑橘中多种酚类物质在小肠消化过程中发生严重降解[21]。徐洪宇等[22]对石榴皮酚类物质的体外消化研究发现，在肠液消化阶段大部分酚类物质的损失率均在60%以上。环境酸碱性也显著影响花青素的稳定性，pH值升高后将促使花青素转化成无色的查耳酮假碱形态，使花青素的C环更易于被降解并形成开环。研究表明，花青素在小肠阶段的降解最为严重（减少约55%），花青素在小肠中可转化为其他化合物，如花青素-3-葡萄糖苷和儿茶酸等，其生物活性可能主要与其转化产物有关[23-24]。Kahle等[25]研究发现经十二指肠液长时间消化后，绿原酸可通过异构化和水解成为奎宁酸。总地来说，部分酚类物质会在小肠阶段进一步释放，但其环境酸碱性也会导致游离出来的酚类物质降解。

为设计一种适于低速状态下实验室用的辊壳式流浆箱，可以通过改变溢流室入口角度的方法优化溢流室结构，使其内部压力为正压且接近常压状态，这时只需适当调整溢流室内液位高度就可达到目标喷浆速度所需压力，避免使用抽真空设备，降低了实验操作的难度、减少实验成本。经过多次模拟分析，得到了优化溢流室进口的模型model- 2。对比图11压力云图，model- 2相比model- 1溢流室压力有显著提高，而对其他位置压力影响较小。

1.3.2 小肠的吸收作用

小肠是人体直接吸收酚类物质的主要场所，酚类物质的吸收方式为主动转运和被动扩散[26-27]。但是，在小肠上皮细胞内还分布了大量的II相代谢酶，会导致一些黄酮类化合物底物在吸收后发生外排现象，如沙棘中的槲皮素等[28]。通过体外消化和细胞培养实验可以较准确地分析酚类物质的生物利用度。有研究表明，具有一个羧基和一个疏水链或者疏水的芳香烃基团的酚类物质可以通过单羧酸转运蛋白（monocarboxylte transporters，MCTs）途径被机体吸收，如咖啡酸或阿魏酸[29]。在MCTs家族中，已证实MCTs3、MCTs4、MCTs5和MCTs6等可参与酚类物质的转运[30]。此外，一些糖基酚酸可以在钠-葡萄糖协同转运蛋白（sodium-glucose co-transporters，SGLT）的作用下被吸收[31]。然而，并不是所有关于黄酮苷类化合物的研究结果都与该结果一致，相关吸收机制仍存在较大争论。有研究表明，SGLT1没有参与酚类物质的转运吸收，例如Caco-2细胞实验表明异黄酮苷类化合物的吸收率极低[32]，人体实验也未在血液中检测到足够数量的黄酮化合物[33]。此外，还有研究发现，酚类物质可能先通过SGLT1转运吸收进入机体，再重新被分泌到肠道中（即外排现象），或被细胞质中的β-葡萄糖苷酶水解[34]。

基于Caco-2小肠上皮细胞实验结果，酚酸、部分黄酮苷、绿茶和可可中的小分子酚类物质（表儿茶素、儿茶素、原花青素）大多可以通过被动扩散作用被吸收[29,35]，花青素及其糖苷、异黄酮（黄豆苷原、三羟基异黄酮）、黄酮醇（斛皮素）和一些酚酸（咖啡酸、绿原酸和没食子酸）经胃消化释放后，在小肠中以不同途径进入血浆。Fang Yajing等[36]发现，类黄酮5号位增加疏水性有利于类黄酮的吸收。同时，Wen Xia等[37]研究表明，Caco-2细胞模型中甲基化黄酮的吸收率是未甲基化黄酮的5～8 倍，在肝脏中甲基化黄酮的醛基化和硫酯化的速率更缓慢，表明其生物利用效率更高。一些黄酮糖苷比其苷元更容易被吸收利用。Pérez-Jiménez等[38]的研究表明，大约8 0%的黄酮以糖苷形式被吸收。李国辉[39]在苹果多酚大鼠体内药物代谢动力学研究中发现，根皮苷吸收、代谢速率显著高于根皮素，但是，黄酮糖苷比其苷元更容易被吸收和利用的机理目前尚不清楚。从整个消化过程来看，糖基化的酚类物质相较于酚类苷元具有更好的水溶性，所以具有较高的血液含量峰值，同时又呈现与酚类苷元类似的半衰期[40]。总地来说，酚类物质的极性、分子结构和糖基化显著影响其在肠上皮细胞的吸收。

1.4 大肠发酵阶段

人类肠道中有数百万种微生物，对食物消化有重要影响[41-43]。肠道菌群参与膳食多酚的代谢，影响多酚及多酚代谢物的生物利用度[44]。酚类物质的化学结构和附着的化学基团决定了酚类物质是否在小肠中被吸收，或直接到达结肠并被结肠微生物分解[45]。果蔬中存在大量的膳食纤维，可与植物细胞在消化过程中释放出的大量酚类物质发生相互作用，降低酚类物质在小肠中的生物利用度，形成的结合物质只能随后在大肠中由肠道菌群进行发酵和代谢，产生具有生物活性的代谢产物被人体吸收利用[46-48]。此外，肠道环境酸碱性、菌群种类、脂质等也对酚类物质肠道微生物发酵影响显著。

肠道微生物对酚类物质的降解与酚类物质的来源、种类和浓度有关，亦与大肠的不同位置、菌群组成和停留时间有关[49]。van Dorsten等[50]体外发酵研究发现，绿茶提取物体外发酵过程中，没食子酸和4-羟基苯基丙酸在结肠各处均保持较高水平，而葡萄汁提取物体外发酵过程中，没食子酸和4-羟基苯基丙酸仅在结肠后端被消耗，并产生大量3-苯基丙酸。Khairallah等[51]采用体外消化和体外发酵模型，对富含多酚的马铃薯提取液（以绿原酸、咖啡酸、阿魏酸和芦丁为主要酚类物质）进行测定，发现在结肠反应器中微生物酚类代谢物最丰富的是丙酸、乙酸和苯甲酸的衍生物，并且在横结肠和下结肠部分抗氧化能力的增强可能与酚类物质代谢物的积累有关。原花青素主要在远端结肠被吸收，花青素、黄酮醇苷、酚酸主要在近端结肠被吸收[52]。Rechner等[53]研究发现，绿原酸、柚皮苷和芦丁3 种黄酮类化合物在体外混合培养发酵体系中的降解程度取决于化合物浓度、不同供体肠道菌群组成以及化合物的结构差异。在体外结肠消化实验中，如芒果和香蕉在体内咀嚼并经体外消化，在体外发酵48 h后黄酮类化合物和酚酸都被释放和被微生物利用，并发生了开环、脱氢和脱羧的化学结构变化[54]。Parkar等[55]采用肠道微生物体外发酵模型研究了4 种常见的膳食酚类物质（芦丁、槲皮素、绿原酸和咖啡酸）的代谢，发现4 种酚类物质均被快速转化，在0.5 h内从培养基中消失，全部转化为已知的酚酸代谢产物，其浓度远高于空白对照组。

2 加工过程对酚类生物利用度的影响

2.1 加工引起的化学变化对酚类物质生物利用度的影响

2.1.1 加工引起酚类物质的降解

食品加工过程中的温度、压力及时间等条件均会影响酚类物质的稳定性，并因为酚类物质化学结构的差异而不同。由于切分、去皮和去核等物理加工手段对酚类物质影响较小，本文着重讨论杀菌、干燥等典型加工工艺对食品中总酚质量分数的影响。

表1 典型加工工艺对食品中总酚质量分数的影响Table 1 Effect of typical processing techniques on the content of total phenolic compounds in fruits and vegetables

如表1可知，加工方式显著影响食品中酚类物质的质量分数。其中，红枣汁超滤后酚类物质质量分数降低42%[56]，下降原因可能是结合酚的流失。超声、剪切和微波等加工方式对酚类物质质量分数的影响根据原料种类和环境条件不同而存在差异[61,66]。高温导致酚类物质降解严重，温和的热处理对酚类物质的破坏的程度与处理时间密切相关，较长时间的温热处理导致酚类物质的降解[58-59,67]。酶解过程可能导致蛋白与部分酚类物质的结合，同时也会使部分结合酚被释放。

食品中的酚类物质可以在发酵过程中被微生物代谢，同时释放芳香物质和酚酸[68-70]，导致部分酚类物质的结构和含量发生改变。Wang Lu等[64]通过发酵和复合酶（木聚糖酶、纤维素酶、半纤维素酶）处理番石榴叶，发现其结合酚含量降低61.3%，游离酚含量提高71.4%，总酚、总黄酮、槲皮素和山柰酚含量明显提高，分别为未处理组的2.1、2.0、13.0 倍和6.8 倍。功夫茶发酵过程中儿茶素、茶黄素和茶红素的生物降解可能是酵母和细菌在发酵过程中分泌的酶所致[71]。

一些加工方式会引起多酚氧化酶构象发生变化，随着加工处理强度增加，多酚氧化酶失去活性，从而抑制了酚类物质的降解。研究表明，超声处理的空化效应会破坏细胞膜并形成微通道和自由基[66,72]，使酚类物质被释放，在高功率条件下可引起多酚氧化酶失活。但不同酚类物质最佳的超声条件是不同的，在处理过程中，也会造成酚类物质的转化或降解[73]。与高温处理相比，多数生物活性化合物在超高压处理环境下非常稳定，多酚氧化酶等相关酶类也具有较强的耐压性，在高压环境下仍保持活性并使酚类化合物发生氧化和降解[74]。

2.1.2 加工引起酚类物质的化学修饰

在微生物发酵的作用下，酚类物质的化学结构会发生改变。泡菜、酒类和发酵茶类的发酵过程中，在微生物分泌的胞外酶作用下，糖基化、甲基化以及其他类型取代方式的化学结构修饰是酚类物质生物转化的重要途径，形成了众多植物多酚的化学结构修饰产物[75]。孙晓红等[76]发现猕猴桃果浆发酵过程中，植物乳杆菌发酵导致猕猴桃酚类物质的代谢转化，和猕猴桃鲜果果浆相比，酚类物质种类（荭草素、芥子酸、原儿茶酸）增加，同时部分酚类物质（6,7-二羟基香豆素、金丝桃苷、芦丁）含量提高。功夫茶发酵后，酚类物质化学结构发生改变，进而极性发生改变，溶于正丁醇及水的酚类物质增加，溶于乙酸乙酯的酚类物质无显著变化[65]。酚类物质的生物利用度与其化学结构密切相关。随着极性增加，水溶性增加，消化过程中损失越大，利用率降低，进而改变其生物利用度[27,77]。

2.1.3 加工引发酚类物质与其他物质相互作用

果蔬加工过程中细胞破裂，酚类物质释放并与植物组织中多糖、蛋白发生相互作用。酚类物质与果胶存在离子相互作用，果胶分子的羧基与单宁的酚羟基通过氢键和疏水相互作用而发生分子间交联，使得含有柿子单宁的凝胶呈现出多相、聚集的网状结构[78]。酚类物质与纤维素可通过疏水作用结合[46]，因此也可通过破坏连接酚类物质与其他大分子物质的共价键、氢键或疏水相互作用，使酚类物质从与大分子物质结合状态转换为游离状态。例如利用浸泡手段可激活苦荞中的多种酶，苦荞中的结合酚在这些酶的作用下水解成为游离酚，从而增加可提取总酚的含量[79]。有学者通过研究绿原酸与向日葵分离蛋白的相互作用发现，绿原酸改变了蛋白质的二级和三级结构，使酚酸与蛋白质之间存在很强的亲和性，从而在多肽链之间形成新的交联[80]。酚类物质与其他物质相互作用，在加工过程中部分游离酚转变为结合酚，其在消化过程中难以降解，可到达大肠被微生物代谢。

2.2 加工引起的物理作用对酚类物质生物利用度的影响

2.2.1 酚类物质的释放

一些加工方式（热烫、微波、冷冻和超声等）可破坏细胞壁结构，从而消除酚类物质从食品中释放的物理阻碍，对酚类物质的生物利用度产生显著影响。一方面植物组织破坏（如研磨、咀嚼或热处理等）导致原花青素与植物细胞壁多糖结合，这种结合可能会影响酚类物质的生物利用度[81-82]；另一方面，在破坏细胞壁结构的同时会伴随酚类物质的溶出，如烫漂等处理会使酚类物质含量大幅降低，进而降低酚类物质的生物利用度[63]。发酵过程会使与酚类物质结合的复合物发生降解和转化，并将结合酚释放出来，增加游离酚含量，同时由于结合状态改变和羟基数量增加，又可进一步改变酚类物质的生物活性[46]，对酚类物质的生物有效性和生物利用度产生积极影响。Lafarga等[83]发现，相对于浸泡处理及干制处理，煮熟处理的蚕豆等豆类的酚类物质含量明显增高，并显著高于浸泡和煮制后水中酚类物质含量，这种多酚含量增加可能是蒸煮处理与浸泡或干制处理相比，原料细胞破坏程度更高，导致多酚提取率不同而引起的。

2.2.2 酚类物质的包埋

微胶囊化后的酚类物质具有缓释效果、生物活性延长和稳定性好的优点[84]。绿茶儿茶素的包埋技术包括微颗粒、微胶囊、纳米颗粒和脂质纳米胶囊，以及脂质体、胶束和微乳液等方法。包埋有助于提高绿茶儿茶素的水溶性和稳定性，利用可生物降解聚合物制备的纳米颗粒已被广泛地应用于儿茶素的制备，并在提高儿茶素的包埋性、增强包埋效果和保持作用位点等方面显示出良好的应用前景[85]。

添加脂质可显著提高亲脂酚类物质生物利用度。Martínez-Huélamo等[86]发现，在番茄酱中添加橄榄油有利于提高黄酮类和羟基肉桂酸类酚类物质的生物利用度。因此，在食品加工中根据原料组成选择适宜的加工方式有助于对酚类物质的保护，在生物有效性研究过程中，需考虑加工条件以及酚类物质与食品中其他物质的相互作用。

3 结 语

酚类物质的化学结构、胃肠道的消化吸收、大肠发酵和加工过程中的理化作用显著影响果蔬中酚类物质的生物利用度。国内外学者们在植物酚类物质生物利用以及不同加工方式对酚类物质种类和含量影响的研究方面取得一定成就。但总体来看，目前人们仍未完全明确酚类物质与其他物质的相互作用对酚类物质生物利用度的影响，以及加工方式对酚类物质变化影响的机制。在今后的研究中，需要进一步探讨酚类物质结合状态与其生物利用度的关系，特别是加工方式对酚类物质释放及其对生物利用度的影响；明确口腔、胃、小肠和大肠等不同消化阶段对酚类物质状态和稳定性的影响，全面掌握酚类物质在整个消化过程中影响其生物利用度的因素；深入研究肠道微生物与酚类物质生物利用度的关系。加强以上3 个方面的研究有利于提升人们对酚类物质的生物利用及其健康功效的理解，为调控酚类物质生物利用和开发新型功能食品奠定理论基础。