谷物多酚提取及影响和改善其生物活性利用技术的研究进展

陈林林 张海鹏 李伟 李昕彤 郝熙 张铭 吴松遥

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2024.05.035

引文格式：陈林林，张海鹏，李伟，等.谷物多酚提取及影响和改善其生物活性利用技术的研究进展[J].中国调味品，2024，49（5）：205-212.

CHEN L L， ZHANG H P， LI W， et al.Advances in technologies for extracting polyphenols from cereals，influencing and improving their bioactivity utilization[J].China Condiment，2024，49（5）：205-212.

摘要：谷物中的多酚以游离态和结合态形式存在，具有良好的生物活性，是天然食品抗氧化剂的主要来源，可采用酸法、碱法、酶解法、超声辅助水解等方式提取。但谷物多酚在提取及加工过程中会发生降解、释放或与其他物质结合法，进而影响谷物多酚的生物活性利用，故可采用包封等技术避免谷物多酚的分解和氧化。文章综述了谷物中多酚的提取方法及加工方式对其含量、结构、稳定性、抗氧化性及抗菌性的影响，同时总结了几种改善谷物多酚活性释放和递送的途径，为多酚的有效利用和功能性产品的开发提供了参考。

关键词：谷物多酚；提取；加工；包封；抗氧化活性

中图分类号：TS201.2      文献标志码：A      文章编号：1000-9973（2024）05-0205-08

Advances in Technologies for Extracting Polyphenols from Cereals，

Influencing and Improving Their Bioactivity Utilization

CHEN Lin-lin， ZHANG Hai-peng， LI Wei， LI Xin-tong， HAO Xi，

ZHANG Ming， WU Song-yao

（College of Food Engineering， Harbin University of Commerce， Harbin 150028， China）

Abstract： Polyphenols in cereals exist in free and bound forms， which have good biological activity. They are the main source of natural food antioxidants， which can be extracted by acid method， alkali method， enzymatic hydrolysis method and ultrasound-assisted hydrolysis and other methods. However， cereal polyphenols can be degraded， released or combined with other substances during extraction and processing， thus affecting the bioactivity utilization of cereal polyphenols. Therefore， encapsulation and other technologies can be used to avoid the decomposition and oxidation of cereal polyphenols. In this paper， the effects of extraction and processing methods of polyphenols in cereals on their content， structure， stability， antioxidant activity and antibacterial activity are reviewed， and several ways to improve the active release and delivery of polyphenols in cereals are summarized， which has provided references for the effective utilization of polyphenols and the development of functional products.

Key words： cereal polyphenols; extraction; processing; encapsulation; antioxidant activity

收稿日期：2023-09-26

基金项目：黑龙江省省属高等学校基本科研业务费科研项目（2023-KYYWF-1054）；黑龙江省“百千万”工程科技重大专项（2021ZX12BO7-1）

作者简介：陈林林（1979—），女，教授，博士，研究方向：食品科学。

谷物中的多酚作为重要的活性物质，在人体血糖水平和肠道健康方面起着积极作用。谷物中的酚类化合物主要以游离态和结合态两种形式存在，以结合酚为主，占总酚含量的60%～85%[1]，常以酯键、醚键、糖苷键与细胞壁基质上的大分子如果胶、纤维素、结构蛋白結合，能维持细胞结构的稳定性。游离酚主要存在于谷物细胞的液泡中，含量较结合酚少，但能直接或间接参与代谢以清除自由基及中间产物，采用溶剂浸提法易溶出、得率较高，然而由于结合酚与细胞壁基质相互作用较强，采用溶剂浸提法不易使结合酚完全释放，因此对谷物中多酚的提取常用酸法、碱法、酶解法、超声辅助水解等方法，通过破坏多酚与其他化合物之间的键使多酚得以完全释放[2]。

由于原谷物口感较差、难以消化，因此常采用热处理、低温处理、机械加工、发酵等加工方式改善谷物的品质与口感，但加工过程中由于多酚对热效应、机械剪切力、pH值、光、氧、酶等反应条件敏感，因此会改变多酚的含量和稳定性，最终对生物活性产生影响。如谷物发酵处理后，产生的酶通过破坏细胞基质可释放结合酚类物质，从而提高总酚含量[3]。又如高温焙烤谷物时，酚类化合物受热易分解，导致抗氧化活性降低[4]。为了改善谷物多酚的稳定性及在人体肠道中的释放速率，可通过淀粉、多糖、脂质等与多酚形成纳米粒、纳米乳、纳米脂质体，制备多酚包合物[5]，如蛋白质纳米载体的氢键和疏水键相互作用可增强槲皮素的生物活性[6]；由脂质与酚酸、黄酮形成的脂质体可以改善肠道对多酚的吸收；通过多糖纳米粒子装载的酚酸可防止其在胃中受到酶、酸的作用分解[7]。

本文从影响谷物多酚提取和活性利用的角度，系统地综述了国内外对谷物多酚的常用提取方法，如采用传统溶剂、生物制剂、物理机械方法、新型萃取等提取技术；并分析了热处理、低温处理、机械加工、发酵等加工方法对谷物中多酚含量和生物活性的影响；针对谷物多酚的稳定性、改善多酚在肠道中的释放速率、提高其活性利用的方法，探讨包封技术、纳米技术、喷雾干燥技术等方法的原理及对谷物多酚功能性质的影响，并对改善技术的实际应用进行了展望。

1  谷物中酚类化合物的性质与分布

谷物中多酚以游离态和结合态两种形式存在，游离酚位于谷物细胞的液泡中，结合酚主要存在于谷物的麸皮和营养组织中（胚芽、胚乳等）[8]，由于胚芽、胚乳等富含淀粉、蛋白质和脂类等营养物质，因此麸皮中的结合酚含量相对较高。谷物中常见的酚类化合物包括类黄酮、酚酸、单宁、木质素和烷基间苯二酚，其中酚酸可分为羟基苯甲酸衍生物和羟基肉桂酸衍生物[9]。羟基苯甲酸衍生物包括对羟基苯甲酸、原儿茶素、苯甲酸、丁香酸和没食子酸，羟基肉桂酸衍生物包括对香豆酸、咖啡酸、阿魏酸和辛酸，尤其在高粱与小米中酚酸的种类最多。谷物中含量最高的酚酸是阿魏酸，在谷物细胞壁中以被酯化成阿拉伯木聚糖的形态存在，在小麦中占总酚含量的90%[10]，其羟基上有一个氢原子可以与自由基反应，表现出良好的抗氧化活性；而羟基肉桂酸衍生物香豆酸由于酚羟基取代位置不同，可分成3种形式：对香豆酸、邻香豆酸和间香豆酸。其他酚酸如咖啡酸和原儿茶酸，因邻位上存在两个羟基而产生共振作用，表现出良好的抗氧化活性。

黄酮类物质是含量最多的酚类化合物，主要分布在谷物外皮中，高粱中的黄酮种类最丰富[11]，它们的基本结构骨架是C6-C3-C6，两个苯环通过一个三碳桥连接到一个中心杂环上。它们可以进一步分解成黄酮、黄酮醇、黄烷-3-醇、异黄酮、黄烷醇和花青素。谷类是类黄酮的丰富来源，可溶性黄酮以自由形式存在，可以与多糖偶联，也可以通过酯化、醚化形成脂肪酸；单体黄酮类化合物可以形成低聚物和聚合物。

单宁为聚合结构，根据化学结构不同可以主要分为水解单宁、缩合单宁。缩合单宁是黄烷醇衍生物，分子中的黄烷醇通过第二位的C—C键与儿茶酚或苯三酚结合。水解单宁中具有酯键，为葡萄糖的没食子酸酯。除酚酸、类黄酮和单宁外，谷物中还含有木质素，具有2，3-二苄基丁烷结构的二聚体。它们是植物雌激素的前体物质，主要存在于黑麦、小麦、大麦和燕麦等谷物中；烷基间苯二酚是两亲性的1，3-二羟基苯衍生物，在苯环的第五位有一个奇数烷基链，它们存在于小麦、黑麦、大麦、小米和玉米中[12]。研究发现多酚具有预防包括代谢综合征、心血管疾病、2型糖尿病和癌症等疾病的作用，同时对抗肿瘤、抗菌、抗炎也起到重要作用[13]。然而谷物中大部分多酚与细胞基质中的大分子相结合，如纤维素、半纤维素和果胶，这些大分子支撑着细胞壁使其结构稳定，因此使谷物多酚的提取受限。

2  谷物多酚的提取方法

谷物中游离酚类物质通常使用甲醇、乙醇、丙酮等有机溶剂进行提取，然而谷物中的结合酚很难直接用醇提法提取，需要采用物理、化学、生物手段破坏与细胞质基质之间的共价键将结合酚释放出来进而提取，提取出的谷物中多酚含量常采用没食子酸当量（gallic acid equivalent，GAE）进行测定。

2.1  酸法和碱法水解

酸法和碱法水解是释放谷物多酚常用的方法，酸法水解是在较高的温度下采用1%～5%的盐酸或硫酸溶液，通过裂解酚类化合物与细胞壁之间的酯键和糖苷键使多酚得以释放[14]，具有提取方便、操作简单等优点。王彩霞等[15]采用H2SO4提取小麦多酚时发现过高的温度会导致多酚降解并引起乙醇挥发，使提取率降低；而碱法水解通过破坏多酚与细胞壁之间的酯键和醚键释放结合酚。Yadav等[16]采用碱法水解4个小麦品种中的酚类化合物，提取到的多酚主要为原儿茶酸、阿魏酸、儿茶素，并且以没食子酸为当量，结合酚含量（1 160～2 848.88 μg/g）高于游离酚含量（564.17～724.72 μg/g），对比王彩霞等[15]采用酸法水解提取谷物多酚，表明碱法水解更有利于谷物多酚的提取。此外，Huang等[17]对比酸法、碱法两种方式水解小麦麸皮时发现碱法水解的提取效果优于酸法水解，从麸皮表面结构来看，碱法水解对麦麸结构的破坏更加严重，原有的纤维素结构完全丧失，有利于多酚的释放，与Yadav等[16]的研究结果相似；但是Balli等[18]在提取小米多酚时对比酸法、碱法水解，优化试验后发现酸法水解提取的总酚含量（178 mg/100 g）比碱法水解提取的总酚含量（140 mg/100 g）高，在碱法水解提取物中未发现阿魏酸甲酯，碱法水解会使其酯键断裂导致总酚含量降低，同时惠瑶瑶[19]也发现使用不同浓度的NaOH提取谷物多酚時，随着NaOH浓度的增加，玉米须多酚提取量先升高后降低，这是由于在较高的pH下多酚结构会发生共振、互变异构、分解等变化，导致提取量降低。而原料初提后需用盐酸调节pH至酸性，以防止酚羟基形成醌并去除蛋白质沉淀，进而避免多酚含量的降低。因此，酸法或碱法提取谷物多酚中酸碱度环境对多酚含量和活性利用造成影响，合适的提取环境有利于谷物多酚的有效提取。

2.2  酶解法

谷物细胞壁是由纤维素、多糖和蛋白质组成的复杂结构。酚类物质易与细胞壁上的阿拉伯糖、木糖或半乳糖单元酯化，也可以通过氢键与淀粉或其他多糖相连接[20]。因此，许多糖苷酶、葡聚糖酶、木聚糖酶等对谷物细胞壁结构有显著破坏作用，从而促进谷物基质中多酚的释放[21]，其水解原理见图1。Ratnasari等[22]利用纤维素酶水解燕麦麸皮，释放结合酚，使总酚含量达到98.6 μg/g，高于未经酶处理的麸皮总酚含量87.5 μg/g，这种差异是纤维素酶破坏了多酚与纤维素间的共价键所致。而不同特异性的酶作用于不同的基质，如糖苷酶作用于谷物细胞中糖苷类物质的共价键，促进淀粉、纤维素、半纤维素、果胶分解成低分子糖、单糖[23]，而酯酶作用于酯键。Balasubramaniam等[24]使用木聚糖酶预处理小米，由于木聚糖酶破坏了木聚糖化多酚的共价键，促进了结合酚的释放，使多酚提取率提高了2.3倍。然而在酶解前要考虑到酶活性的影响因素[25]，如酶浓度、提取时间、提取温度、pH等。此外，复合酶水解比单一酶水解效果显著，Bautista-Expósito等[26]筛选了13种复合糖苷酶，在pH 4.4、温度47 ℃、提取时间20.8 h的工艺下水解麸皮，阿魏酸提取量增加为原来的4.2倍。Lau等[27]使用阿魏酸酯酶和木聚糖酶提取甜玉米芯中的阿魏酸，两种酶分别作用于纤维素和阿拉伯木聚糖，有助于促进阿魏酸的释放。相比于酸法和碱法水解，酶解提取条件温和，能减少多酚的损失，所得多酚的稳定性较高。此外，由于酶解使用水而非有机溶剂，该方法相对环保。

2.3  其他方法辅助提取

超声辅助提取是通过破坏细胞壁结构，加速萃取溶剂的扩散，增加溶剂对植物细胞的渗透从而提高提取效率，可缩短提取时间，避免高温对多酚结构的破坏。Iftikhar等[28]通过超声辅助提取黑麦麸皮中的多酚提取量（245.74 mg/100 g）远大于溶剂萃取法的提取量（175.5 mg/100 g），这是超声波产生的机械波破坏了多酚与细胞壁复合物所致。水稻中酚类化合物以不同的浓度和组成分布在纤维层和蛋白质中，并且细胞结构相对稳定，Setyaningsih等[29]确定了超声辅助提取水稻多酚的最佳工艺为超声功率94 W、45 ℃提取25 min，此时多酚提取量为2.46 mg/g，超声辅助促使细胞结构破裂，缩短了提取时间。然而当超声功率过大时产生的空化作用会使羟基自由基变化，多糖残渣解聚和聚集，导致提取率过低。

微波辅助提取通过微波作用来提高提取率，提取过程中微波辐射能导致植物细胞内的极性物质吸收微波能，产生的热量使胞内温度上升导致水气化，产生的压力在细胞壁与细胞膜上形成微小空洞，使溶剂进入，释放胞内物质，提高提取率，缩短反应时间并减少溶剂使用量。Halee等[30]利用微波提取米糠多酚，最佳提取时间为83 s，微波功率为648 W，提取量可达50.59 mg/g，微波辅助提取使谷物细胞在短时间内被均匀加热，有效防止已提取多酚的损失。对比其他提取技术，微波辅助提取具有高效、迅速等优势，目前已发现微波辅助可用于提取短链多酚，如酚酸和类黄酮，但是由于微波作用可能破坏多酚的羟基和热敏性取代基，因此使用较少。

电场脉冲辅助提取多酚是一种非热提取技术，提取过程中利用高压电场促使细胞壁破裂，增加细胞膜的通透性，有利于多酚的提取。Martín-García等[31]采用电场强度2.5 kV/cm、频率50 Hz、时间14.5 s的电场脉冲处理啤酒生产废谷物，发现提取的游离酚和结合酚分别是未处理的2.7倍和1.7倍，具有时间短、能耗低、温度变化小等优点。同样Kumari等[32]对啤酒生产废谷物施加电场（电场强度2.8 kV/cm、脉冲次数3 000），提取总量增加至4.88 mg/g，且阿魏酸、对香豆酸等酚类组分无明显改变。

超临界流体萃取是一种多酚分离的新型技术，该过程使用超临界流体作为萃取介质，流体的状态介于气体和液体之间，CO2由于无毒、不易燃、成本低和高纯度而被广泛使用。Escobedo-Flores等[33]采用超临界CO2流体温度55 ℃、压力38 MPa提取燕麦多酚，提取量达18.8 μg/g，通过等温降压或等压升温，多酚可与萃取剂分离，因为其萃取能力取决于流体密度，可以通过改变压力和温度来进行控制，较快达到萃取平衡，并且可以避免使用有毒溶剂，溶剂回收简单方便，在较低温度下操作，防止咖啡酸、辛酸、香豆酸高温氧化。

综上所述，酸法、碱法提取作用于细胞壁基质中酯键、醚键、糖苷键，对谷物细胞壁结构的破坏最严重，促使多酚释放，但水解过程中多酚有部分损失；酶解利用酶的催化作用，提取条件温和，需考虑酶活性随着时间的增加而减弱；超声辅助、微波辅助、电场脉冲辅助、超临界流体萃取等机械提取方法可在一定程度上破坏细胞质基质，回收简单，但对操作设备的要求和成本较高。目前利用以上提取方法对谷物中多酚的提取研究见表1。

3  加工处理技术对谷物多酚的影响

3.1  热处理

传统热处理手段包括微波、焙热、蒸煮等，热处理使谷物液泡膜和细胞壁降解以释放多酚，但是经热处理后由于多酚受热分解，导致其含量和生物活性利用受限。Noda等[34]研究在180～220 ℃下焙烤蕎麦麸皮，发现高温下黄酮的羟基化结构易发生氧化还原反应，芦丁含量由39.74 mg/g下降至2.65 mg/g，芦丁受热降解为槲皮素，导致槲皮素含量增高。此外，不同多酚对温度的热敏性存在差异，Irondi等[35]发现焙热高粱温度从150 ℃上升至180 ℃后，木犀草素、绿原酸和芹菜素随着温度的上升依次完全分解，导致DPPH自由基清除能力的IC50值由10.81 μg/mL降低到8.46 μg/mL，烤高粱对胰脂肪酶抑制能力的IC50值由14.13 μg/mL增加至17.09 μg/mL，说明籽粒胰脂肪酶抑制活性随着焙热温度的升高而降低。Ahmed等[36]采用烘箱焙热和微波焙热两种方式处理苔麸颗粒，烘箱高温焙热中单宁含量由3.26 mg/100 g降低至0.22 mg/100 g，但微波焙热会使游离酚含量由93.06 mg/100 g提高至111.88 mg/100 g，这是由于酚类化合物与细胞壁基质中的共价键受微波加热而破坏，导致结合酚转化成游离酚。Sharanagat等[37]对比未焙热和焙热高粱粉的总酚含量，微波焙热工艺使总酚含量从2.64 mg/100 g上升到4.67 mg/100 g，这一结果与Ahmed等[36]的结论相同，但对DPPH自由基的清除能力由92.5%下降至83.95%，原因是微波破坏了类黄酮的羟基和热敏性取代基，导致含量从3.89 mg/100 g降低至2.72 mg/100 g。因此，在热加工过程中应采用适当的温度，避免多酚类物质的损失。

3.2  低温处理

谷物常见的处理方式还包括低温冷冻或者低温贮藏。低温可以降低谷物中水分活度和含量，减少多酚与氧气、水分子的接触，从而降低谷物多酚氧化酶活性，延缓多酚氧化反应速率，因此可以在较长的储存时间内维持较高的活性，有助于保存谷物多酚。Pashazadeh等[38]发现与其他干燥方法相比，冷冻干燥对玉米丝中原儿茶酸含量（152.06 μg/g）的影响较小，含量基本保持不变，可延缓谷物多酚的分解，并且低温处理可以改变谷物多酚的结构，例如低温处理可以促进原花青素形成聚合态，增加其稳定性。

3.3  机械加工

机械加工技术（以研磨和挤压为主）通常被用于谷物加工，经机械加工后不仅能改善谷物的口感和风味，而且可以在一定程度上提高谷物在人体内的消化率，但是经机械加工后，谷物麸皮和胚芽中的部分营养成分会流失，而谷物中多酚主要分布在谷物的皮层、糊粉层和胚芽部分，因此进一步导致谷物多酚含量减少。而多酚含量的损失程度与机械加工工艺参数有很大相关性，Ma等[39]采用多次研磨工艺对水稻的多酚含量进行研究，当研磨度从0%增加到6%时，糙米中的总酚含量显著降低，损失率为52.8%～76.4%，并且结合酚的降低趋势大于游离酚的降低趋势，除此之外，以α-生育酚为当量，其抗氧化活性值从10.17 mol/g下降到4.48 mol/g，这一实验结果可初步表明机械加工在影响多酚含量的同时，对其生物活性利用也产生影响。但Zhang等[40]发现挤压后的大米样品中仍含有阿魏酸、香豆酸、对香豆酸、绿原酸、没食子酸、咖啡酸和丁香酸7种原有酚酸，说明挤压不改变多酚种类，精米和糙米的游离酚和结合酚分别降低了53.7%和40.1%，但是挤压米糠后其总酚含量上升了7.3%，这一实验结果与Ma等[39]的结果不同，归因于米粒中的淀粉含量高于米糠，挤压过程中淀粉糊化形成复合物会结合部分多酚，导致游离酚含量下降。此外，Ye等[41]利用挤压处理麦麸，发现处理后的麸皮氧自由基吸收能力较未处理的麸皮提高了4.15%，其原因可能是挤压产生的挤压力和剪切力破坏了麦麸的细胞壁结构，导致纤维素、果胶、半纤维素的连接松散，释放结合酚类物质；还会增加被剪切的蛋白质与多酚的相互作用，提高蛋白质对自由基的捕获能力，减少多酚的消耗。因此，采用机械加工技术对谷物多酚的影响不仅与加工参数有关，而且与加工谷物种类有关。

3.4  发酵

发酵是一种有效改善谷物感官和营养品质的生物加工技术，通过微生物代谢产酶降解细胞结构中的多糖以释放结合酚，Nisa等[42]研究植物乳杆菌和乳酸菌液态发酵米糠，在37 ℃下分别发酵24，36，48 h，发现发酵48 h时总酚含量最高，达73.14 mg/g。产生的纤维素酶可以促进结合酚的释放，并且浓度在1 mg/mL时植物乳杆菌发酵的米糠DPPH自由基清除率为42.36%，高于乳酸乳杆菌发酵的米糠DPPH自由基清除率39.94%，说明植物乳杆菌具有分解米糠中的酯键、释放游离酚类化合物的能力；在发酵过程中除降解细胞结构外，多酚中的羟基也与其他官能团相互作用完成生物转化。Luo等[43]用红曲霉、酵母菌、枯草芽孢杆菌混合固态发酵玉米种子，在发酵过程中（30 ℃、14 d）产生咖啡酸、绿原酸、香草酸等酚酸，并且总酚含量相较之前提高了22.56倍，原因是微生物发酵不仅可以释放玉米中的多酚，而且发酵诱导的酸性条件有利于酚羟基质子化，生成羟基肉桂酸衍生物。Saharan等[44]通过米曲霉固态发酵小麦、水稻，发酵第4天和第5天时总酚含量达到最大值77.75 μmol/g，随后总酚含量下降，原因可能是米曲霉具有降解酚的能力；发酵过程中选择不同的菌种，产物会存在差异，例如，细菌发酵产生淀粉酶、纤维素酶、肽酶、蛋白酶和木聚糖酶；而真菌发酵产生水解酶，如β-水解酶、α-半乳糖苷酶、蛋白酶、木质素过氧化物酶和淀粉酶。Balli等[45]用酵母菌和乳酸杆菌混合固态发酵小米（pH 4、38 ℃、72 h），结果发现游离酚含量减少，其原因可能是乳酸菌代谢消耗酚酸，此外，发酵前对样品进行预处理也会增加总酚含量，Bei等[46]采用红曲霉对经纤维素酶预处理的燕麦进行固态发酵，发现与传统发酵系统相比，酶解发酵体系提高了游离酚和结合酚的含量（24.38%和31.05%），并且显著提高了没食子酸、阿魏酸和绿原酸的含量，除咖啡酸外，其余酚类化合物的含量及活性均增加。Christ-Ribeiro等[47]用米根霉在25 ℃固态发酵米糠3 h后得到的多酚提取物对真菌的抑制率达20.2%，高于化学保鲜剂丙酸钙的抑制率16.37%，多酚中的羟基对细胞膜活性起重要作用。综上所述，各类加工方式对谷物多酚的影响见表2。

4  改善谷物多酚活性利用的技术方法

由于谷物多酚的低水溶性和化学不稳定性，在提取加工过程中易受影响，其生物利用也受到人体肠道功能的限制，通过封装可以保护谷物多酚免受环境因素的影响，谷物多酚常采用多种包封方法或微包封方法，需基于谷物多酚的特性，如化学结构、溶解度、与包封材料的相容性、热稳定性等进行选择。以下对包合物的制备、水凝胶体系、纳米技术以及喷雾干燥方法进行介绍。

4.1  包合技术

包合技术通常将具有一定“保护功能”的包封材料和谷物多酚通过化学、物理及生物技术形成包合物，所形成的包合物可以防止环境条件（例如光、热、空气、水分）引起的降解而改变原有物质的物理性质。最常见的包封材料是多聚糖和环糊精等类型的多糖，多糖可以在上消化道保护包封物不被分解，并在结肠中被分解。环糊精由淀粉酶处理得到的环状低聚糖組成，由于其内部结构疏水、外部结构亲水的良好性质，可用作谷物多酚的封装材料。Park等[48]使用β-环糊精包合槲皮素，槲皮素是一种天然黄酮类化合物，主要来源于燕麦、小麦、大麦和黑麦，存在于胚乳麸皮和胚芽中。包封使槲皮素的水溶性增加了35倍，并且经紫外辐照18 h后，包合物中约有90%的槲皮素被保留，光稳定性有所提高。可见经过环糊精包合技术，对谷物多酚的活性表达具有良好的促进作用。而除了β-环糊精外，淀粉由于具有良好的乳化性和溶解度也适用于包封技术，并且淀粉水解衍生物具有较好的耐热和抗氧化作用。采用直链淀粉分子包封谷物多酚，可改善谷物多酚在胃肠道中的释放速率。Wang等[49]使用马铃薯直链淀粉分子通过酯化包封香豆酸，分布在玉米、小麦、燕麦、黑麦的胚乳、胚芽中的香豆酸含量相对较低，发现复合后极大程度提高了香豆酸的光稳定性，并且直链淀粉包合物可以保护香豆酸免受胃的酸性和酶解，促进香豆酸的释放，在消化过程中表现出较高的释放速率，提高了酚类物质的吸收率。类似于大分子淀粉，蛋白质也可通过非共价键（疏水键、离子键和氢键）或共价键的相互作用修饰谷物多酚以提高其性能。但蛋白质和多酚的相互作用在很大程度上取决于环境条件，如温度和pH值，以及蛋白质和多酚的构象或类型。花青素存在于黑米、黑麦的黑色部分，来源于儿茶素和表儿茶素的酶促作用转化，Attaribo等[50]使用80 ℃预热处理的蚕蛹蛋白包合花青素，发现经蚕蛹蛋白包合后，包合物延缓了多酚的降解速率，降解速率由64.81 min延长到261.99 min。包合技术能很好地保护和修饰多酚化合物的功能活性，包封材料的选择对多酚包合物中的多酚活性改善有重要作用，因此开发和研究更理想的包封材料是技术的关键。

4.2  水凝胶体系

大多数谷物多酚在加工条件下都很不稳定，使其分散在水凝胶体系中可以改善其性质。不同性质的聚合物决定了水凝胶的特性及与酚类化合物的作用，从而影响多酚的稳定性及活性，Hadrich等[51]制备了一种阿魏酸接枝普鲁兰酶交联仿生水凝胶，与非类黄酮酚类化合物相比，阿魏酸在浓度为27.75 μmol/L时表现出与咖啡酸相似的抗氧化活性。佘明汉等[52]将卵清蛋白质在酸性条件下热处理形成淀粉样纤维，与阿魏酸复合制备成水凝胶，并对其性质进行考察，结果表明，当pH为5、淀粉样纤维添加量为70 g/L、阿魏酸添加量为0.6%时，水凝胶能在体外胃液模拟实验中表现出最佳的缓释能力（75.54%），在光照條件为0.35 W/m2的环境中，负载阿魏酸的水凝胶体系光降解时间从38.50 min延长至86.64 min，水凝胶体系有效改善了多酚的稳定性。

4.3  纳米技术

生物基大分子如多糖、蛋白质、脂类与含有多个羟基的酚类化合物具有较高的亲和性，多酚可以通过非共价或共价效应与之结合，增强多酚的稳定性和生物利用度。针对这一特性使得新的复合材料纳米颗粒、纳米脂质体、纳米乳液在生物体中作为多酚传递系统发挥重要作用，阻碍多酚氧化或降解，且调整纳米颗粒的尺寸和性质可改变其功能特性，特定大小的纳米颗粒还可将多酚递送至胃肠道指定区域并控制其释放速率，具有包封均匀、包封效率高等优点。Liu等[53]将儿茶素、表儿茶素、原花青素、表没食子酸儿茶素装载在玉米淀粉纳米粒子上，有效改善了多酚受强光分解的问题，在20 W紫外光照射20 min下，纳米颗粒装载多酚对DPPH自由基清除能力的影响较小，IC50值由0.24 μg/mL变为0.25 μg/mL，而原多酚的IC50值为0.43 μg/mL，说明纳米颗粒对多酚具有抗紫外保护作用；模拟人工肠液（pH为7.0）中多酚的体外释放情况，在1.0 h内多酚释放速率迅速增加，在2 h内释放率可达到84%，5 h后缓慢释放。

许多亲脂性谷物多酚的水溶性差，可以通过纳米级脂质体运输加以改善，纳米级脂质体需要先制备常规脂质体，然后使用高压均质、超声或膜挤压等方法减小粒径。脂质体是胶状颗粒，由包裹水的脂质双层膜组成，由于脂质与水同时存在，脂质体可用于水溶性、脂溶性和两亲性材料的包裹、传递和释放，脂质体和纳米脂质体形成的机制主要是磷脂和水分子之间的亲疏水相互作用。Peng等[54]将槲皮素、白藜芦醇等包封在纳米脂质体中，包封率可达54%和93%，在pH从8上升至12的碱性条件下，槲皮素与白藜芦醇完全降解，增加了谷物多酚在碱性条件下的稳定性。

由于谷物多酚具有较低的水溶性和稳定性，并且谷物多酚不能有效地在肠道中释放，可以将纳米乳液技术用于多酚在水溶液中的包封，以液态直接使用。乳液由两种不互溶的液体组成，通常为油和水，其中一种液体以小球形液滴的形式分散在另一种液体中，分散相液滴直径为100～500 nm，乳液可以根据油相和水相的空间组织进行分类，由分散在水相中的油滴组成的体系称为水包油（O/W）乳液，由分散在油相中的水滴组成的体系称为油包水（W/O）乳液。纳米乳液具有很强的聚集能力，并在胃肠中被迅速消化，增加谷物多酚的生物利用度。Chen等[55]使用米糠蛋白溶液与大豆油按照9∶1混合制备的纳米乳液包封槲皮素，3%浓度的蛋白质使槲皮素的包封率达98%，纳米乳液的稳定性保持在95%以上，与游离的槲皮素相比，肠道模拟消化水平由1.40%增加至12.70%，并且使槲皮素的细胞渗透性达到4.93×10-6 cm/s。纳米乳液技术中皮克林乳液、多层乳液和高内相乳液已经在提高谷物多酚生物稳定性方面广泛应用，通过纳米乳液包封可降低多酚与环境的接触面积，从而保持多酚的生物活性，由于乳液的粒径较小，易穿透细胞膜到达目标组织以改善多酚的生物利用。

4.4  喷雾干燥

相较于其他物理、化学封装方法，喷雾干燥技术成本低且易于扩大规模，适用于谷物多酚的封装，干燥过程中谷物多酚从液态迅速转变为固态颗粒，降低多酚在液态时氧化、降解或受热损失的可能性，快速干燥保持多酚的生物活性。通常用改性淀粉、麦芽糊精、树胶或其他物质作为封装的壁材，然后将混合物送入喷雾干燥，这些壁材会对谷物多酚进行包封，形成平均粒径为10～100 μm的球形喷雾干燥颗粒，分布均匀。Pashazadeh等[38]采用麦芽糊精对玉米多酚进行喷雾干燥，对DPPH自由基的清除率相较原多酚提高了10%，包封率可达98.14%，喷雾干燥可以隔绝外界的氧、光、辐照、酸碱等不稳定因素，提高谷物多酚的稳定性与水溶性。在喷雾干燥过程中壁材的选择因素是高溶解度，这也是该技术的局限性。

5  结论与展望

本文以影响和改善谷物多酚活性利用的角度进行概述，综述谷物多酚提取方法、加工方式对多酚的影响以及改善多酚生物活性利用的技术原理。对谷物多酚的提取主要集中于酸法、碱法、酶解法、超声辅助、微波辅助、电场脉冲、超临界流体萃取等方法，在满足高效、低成本等理念的基础上，为最大限度提取谷物多酚，可采用多种提取技术相结合的方式，如酶辅助超声、超声结合微波提取等。此外，受热、低温、机械剪切力、发酵、酶等加工处理时，多酚的结构可能会被破坏，影响谷物多酚的类型和含量，进而影响活性。因此，可采用包合物的制备及纳米、水凝胶、喷雾干燥等包封技术以改善其稳定性，缓解多酚在肠胃中的释放速率。但由于多酚种类繁多、结构复杂，对多酚包封时常因载体的亲和性不同而表现出不同的包封率和释放速率，因此对包封技术作用于多酚机理的研究可以深入了解技术的可行性及可控释放水平，从而在体内达到高效递送与靶向释放。目前，多酚递送系统功能的开发仍有巨大潜力，生物偶联、载体修饰、多元化递送等途径仍需进一步深入研究，同时可为研发具有抗氧化、抗炎、抗肿瘤等作用的功能性食品、药品与多酚递送系统的实际应用提供理论依据。

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