植物多酚的研究进展

2020-12-16梁进欣白卫东涂俊才查尔斯斯蒂芬布伦南邓展华周金林

农产品加工 2020年21期

梁进欣，白卫东，杨娟，涂俊才，查尔斯·斯蒂芬·布伦南，邓展华，周金林

（1.仲恺农业工程学院轻工食品学院，广东广州 510225；2.林肯大学食品学院葡萄酒食品和分子生物系，林肯市坎特伯雷，7647，新西兰；3.广东顺兴种养股份有限公司，广东梅州 514299；4.梅州金柚康健康科技有限公司，广东梅州 514779）

植物多酚是天然植物性原料的有效成分，具有苯环并结合多个羟基化学结构的物质，存在于水果、蔬菜、茶叶及其他植物中。多酚主要包括类黄酮、酚酸、姜黄素、木酚素、芪类化合物和单宁。植物多酚可从植物提取，也可通过化学合成途径获得。多酚具有很多药理特性，包括抗炎、抗氧化、抗癌、抗菌和抗动脉粥样硬化活性。植物多酚的种类、作用机理、提取方法、医疗特性及应用都是目前植物多酚的研究热点。

1 植物多酚种类

植物多酚物质种类繁多，大多的植物酚类化合物都来源于一种常见的中间体苯丙氨酸，或一种类似的前体莽草酸。主要以共轭形式出现，一个或多个糖残基与羟基相连，尽管糖（多糖或单糖）与芳香碳也存在直接连接与其他化合物，如羧酸和有机酸、胺类、脂类和与其他酚的连接也很常见[1]。

不同种类多酚的化学结构见图1。

1.1 类黄酮类

黄酮类化合物结构中常连接有酚羟基、甲氧基、甲基、异戊烯基等官能团，进一步分类有黄酮醇、花色素等[2]，在膳食结构中含量最为丰富，特别是在蜂胶、银杏叶、水果中。例如，蜂胶含杨梅素、山萘酚和高良姜素等类黄酮类物质；银杏叶主要含黄酮类、萜烯内酯；水果含花青素等，这些类黄酮类物质具有一定的医药特性，如抗菌、抗炎活性、抗氧化及抗肿瘤功效等、抑制脂质过氧化和炎症介质环氧合酶等[3-4]。

1.2 酚酸类

酚酸存在于许多植物中，具有酚羟基取代的芳香羧酸的结构，是一类含有酚环可以杀菌的有机酸。最常见的是咖啡酸、香豆酸，干果中的含量较高。其衍生物大多属于苯甲酸和肉桂酸类[5]。

1.3 木酚素

木酚素是一种的植物雌激素，广泛存在于亚麻籽。木酚素对疾病具有一定的预防作用，常添加于功能性保健品中，其药性活性表现跟其他多酚物质大多相同，都具有抗氧化、抗炎等功效[6]。

1.4 单宁酸

单宁酸又称鞣酸、鞣质，是多元酚类高分子化合物，具有抗氧化、抗菌、收敛等作用，在动物养殖中具有促生长作用。单宁酸结构特别，内部结构具有疏水性，外部结构具有亲水性结构，其结构使单宁具有抗氧化、杀菌等作用[7]。

1.5 姜黄素

姜黄素是一种从姜科植物根茎中提取的多酚类化合物，其分子结构为含β - 二酮的庚二烯和2 个邻甲基化的酚相连所组成。有研究表明，姜黄素具有抗炎、抗氧化应激、抗肿瘤、免疫调节等生理功能[8]。

2 植物多酚的作用机理

2.1 抗氧化机理

植物多酚的抗氧化作用主要是有直接抗氧化和间接抗氧化2 种，直接抗氧化效果是螯合金属离子、清除自由基、抑制氧化酶活性产生的[9]，而间接的氧化效果是通过保护机体的内源性抗氧化酶引起的[10]。总体来说，多酚主要是通过2 种假设机制淬灭自由基，氢原子转移机制和单电子转移机制，使其拥有抗氧化的能力。氢原子转移机制是多酚分子与自由基R 反应使氢原子转移，从而消除自由基；单电子转移机制是氧化剂主动向多酚分子提供电子[11]。

2.2 抑菌机理

细菌细胞形态主要是以细胞壁和细胞膜来维持的，而植物多酚通过破坏微生物的细胞壁和细胞膜影响微生物的存活[12]，由于微生物细胞壁和细胞膜的破坏，胞内营养物质泄漏，产生不可逆的损伤[13-16]，胞内的营养物质不能维持其生长，从而导致微生物的死亡。作为营养成分的ATP 直接影响着微生物正常的能量代谢，研究表明植物多酚可以通过抑制酶，影响ATP 的合成，从而微生物中缺少ATP 维持正常的生理活动，抑制微生物的生长。例如，在沙门氏菌中，百里香酚抑制了其ATP 合成酶的表达，影响沙门氏菌的生长繁殖，从而起到了抑菌的效果[17]。Ulanowska K 等人[18]发现在受试细胞中，多酚类物质干扰其DNA 和RNA 的合成，从而影响蛋白质的表达和营养物质的生成，起到抑菌的作用，证明植物多酚可干扰遗传物质发挥抑菌作用。

2.3 抗癌机理

有研究表明NF-jB 是一种转录因子，调节涉及细胞存活和增殖、耐药、转移和血管生成的基因表达。NF-jB 的激活在炎症和癌症的发展中起着核心作用。广泛存在于植物中的多酚类物质对NF-jB 信号通路具有负调控作用。多酚类化合物的抗炎作用一般被认为是通过抑制典型的NF-jB 途径来降解IKK 复合物，从而释放NF-jB；它们抑制激酶的磷酸化，抑制NF-jB 向细胞核的移位，并干扰NF-jB 与DNA 的相互作用。多酚通过抑制NF-jB，下调炎症级联，诱导细胞凋亡，减少细胞增殖和转移。从NF-jB 信号通路调控的角度综述了多酚类化合物的抗癌作用[19]。而且多酚还能通过调节细胞色素P450酶的表达来影响前致癌物的代谢。它们还可以通过增加II 相偶联酶的表达来促进细胞色素P450 酶的分泌[20]。

3 植物多酚的提取方法

植物多酚具有多种医疗特性，有益于健康，因此多酚受到广泛关注，提取方式也得到深入的研究。董科等人[21]对植物多酚的提取方法整理归类，如传统的提取方法、新提取法和复合提取方法，即传统技术与新式技术互相运用。

3.1 溶剂萃取法

溶剂萃取法是利用有机物相似相溶的原则进行提取植物多酚。萃取原理简单、操作方便、成本较低，因而被广泛应用。但是，由于多酚目前大多应用于食品类，有机溶剂提取会造成污染，对实验员的身体造成一定的危害，影响因素太多，因此逐步被新方法取替。不同的有机溶剂有其不同的特性，会影响多酚的提取率，任曼妮等人[22]利用体积分数为70%的丙酮、70%甲醇、70%乙醇和水在25 ℃中提取洋葱皮中多酚含量，结果表明3 种洋葱皮通过70%的丙酮提取，总酚含量最多，总黄酮含量也最多，因此从提取效率来看70%丙酮＞70%甲醇＞70%乙醇＞水。刘进杰等人[23]也发现利用丙酮对多酚进行提取，提取得率比同比例甲醇、乙醇都高。丁泽敏等人[24]利用天然低共熔溶剂提取油茶蒲中植物多酚，发现油茶蒲中多酚提取的最优条件为提取溶剂柠檬酸- 氯化胆碱（摩尔比为1∶3），提取时间37 min，提取温度81 ℃，料液比1∶42，在最优条件下多酚得率为0.932 1%。

3.2 超声波提取法

利用超声波技术的机械破碎是超声波提取法的重要特色，能够加快提取物从物质中溶解出来，缩短提取时间。谢佳函等人[25]发现超声时间的延长，红豆皮多酚提取量逐渐增大，但超声时间超过30 min，多酚提取量有所下降，可能由于超声时间延长，导致温度升高，多酚结构被破坏。同时，发现超声功率大于350 W 时，提取量开始下降，可能由于功率过大，超声产生机械频率导致多酚结构被破坏。张海容等人[26]也发现超声时间、功率跟多酚提取量相关，而且在超声时间30 min，超声功率320 W下提取芝麻粕多酚量最优。

3.3 微波提取法

利用微波均匀加热，产生高频率的摩擦，从而在短时间内产生大量的热量，使溶质溶解，提取的时间缩短，而且还能有效保护植物中的功能成分，如多酚类物质。许瑞如等人[27]通过响应面分析法得出提取桔梗根多酚最佳的提取工艺为微波功率210 W，料液比1∶30（g∶mL），微波时间60 s，乙醇体积分数50%，提取次数为2 次。在此条件下，桔梗根多酚提取率达6.49 mg/g。同时，发现微波功率超过200 W 时，多酚提取量开始下降，可能原因为微波使溶剂的温度上升太快，导致多酚物质被破坏。梁燕妮等人[28]也发现微波技术提高多酚的提取量，通过正交试验表明在微波温度为90 ℃，微波时间为11 min，微波功率为900 W条件下茶多酚得率22.73%。

3.4 闪式提取法

闪式提取法是在闪式提取器中置入植物与适当的溶剂，快速破碎植物组织以达到提取多酚的技术。王长凯等人[29]从体积分数为80%的乙醇为提取剂，在料液比1∶28（g∶mL）下提取55 s，共提取2 次，牛蒡多酚提取率最高。张云等人[30]用闪式提取工艺提取枇杷叶总多酚，发现闪式提取法在相同条件下，提取率比回流提取和超声提取高。

3.5 超临界流体萃取法

超临界流体萃取技术是利用流体在临界点的区域内，溶质的溶解能力随压力和温度改变而发生巨大变动，但是工业化能耗高、萃取成本昂贵，不适用于多酚工业化萃取。伊文峰等人[31]研究发现超临界流体萃取法优点为生产周期短，并确定最适宜提取条件。尹志芳等人[32]发现超临界流体萃取黑茶中茶多酚发现，超临界萃取茶多酚得率不高，但纯度较好，还发现超临界流体萃取技术结合醇水浸提，得率大大提高，纯度也提高10%，而且得出最佳工艺为乙醇体积分数80%，料液比1∶10（g∶mL），60 ℃下浸提2.0 h，然后25 MPa，50 ℃下超临界CO2萃取时间2 h。超临界流体萃取技术结合溶剂提取法，使多酚得率大大提高，但是成本可能比较高，对于工业化的生产应用不太合适。

4 植物多酚在食品中应用

4.1 保鲜剂

植物多酚对肉制品的保鲜效果较好，主要是植物多酚的抗氧化性较好，能够通过清除自由基、螯合金属离子、抑制氧化酶活性或保护内源性抗氧化酶的活性，而且通过植物多酚可以破坏细胞壁的完整性和细胞膜的通透性、降低胞内ATP 的含量等原理，抑制微生物的生长，从而增强了保鲜效果，延长产品的货架期。

4.1.1 果蔬保鲜

果蔬产品产量大、运输时间长，若不采用保鲜方法，果蔬的贮藏时间短，容易腐烂。植物多酚可解决这一问题，且在这保鲜方面已经得到广泛的研究。卢芳芳等人[33]利用茶叶、丁香提取的茶多酚与丁香酚，以不同的浓度、不同组合对樱桃保鲜效果进行研究，研究表明茶多酚不能抑制樱桃的发霉，只是作为一种抗氧化剂的存在，减缓樱桃表皮的氧化速度。而丁香酚可有效抑制樱桃的发霉速度。司宝华等人[34]从枸杞叶中提取多酚，在不同的枸杞叶多酚质量浓度下研究樱桃番茄的保鲜效果，研究发现0.4 g/L的质量浓度枸杞叶多酚对樱桃番茄的保鲜效果最好，但是试验的指标为樱桃番茄的亮度、色度、质量损失率，有可能只是枸杞叶多酚的抗氧化效果起作用，抑菌效果可能不明显。张翰卿等人[35]研究发现苹果多酚对鲜切莲藕的品质与褐变都有较好的保持。苹果多酚中抑制氧化酶的活性，减缓鲜切莲藕的褐变速度，其中0.1%的质量分数效果最好。

4.1.2 多酚对肉制品的保鲜

由于大部分肉品含有过多自由水与脂肪，极易导致微生物生长繁殖与氧化酸败变质[36]。植物多酚的高效、安全性保鲜性能已被广泛应用于肉制品。杨文平等人[37]以燕麦提取的多酚作为保鲜剂，测定冷却猪肉的保鲜效果，结果发现添加燕麦多酚的冷却猪肉与对比组在细菌总数、TVB-N 值、TBARS、滴水损失率有明显的优越性，保鲜效果好。郝教敏等人[38]通过对比发现，荞麦多酚对卤猪肉有一定的防腐保鲜作用，能延长卤猪肉的货架期，但不及人工抗氧化剂BHA 的效果好。尹爱武等人[39]通过各项指标的测定。发现刺儿茶多酚能有效维持猪肉的感官品质与抑制微生物的增长，延长15 d 货架期，质量分数为1%的刺儿茶多酚对冷却猪肉的保鲜效果最好。茶多酚能阻碍水分蒸发和病菌侵入。杨涛等人[40]发现茶多酚与海藻酸钠膜能延长羊肉的保鲜期。付丽等人[41]发现茶多酚的抗氧化作用对牛肉表面褐变的抑制有比较好的效果，在贮藏期间能维持牛肉肉色的稳定。

4.1.3 多酚对水产品的保鲜

由于自身酶和外源细菌的作用，水产品容易腐败变质，而某些具有抑菌、抗氧化、抑制酶活性的多酚类化合物，则可形成保护膜为水产品保鲜[42]。

张冉[43]在壳聚糖涂膜液中添加茶多酚脂质体与溶菌酶，有效抑制美国红鱼肉的微生物生长、脂肪氧化，且壳聚糖、茶多酚脂质体、溶菌酶的复合抑制了更多种类的微生物生长，货架期延长15 d 以上。Li T 等人[44]利用葡萄籽提取物（GS）和茶多酚（TP）与壳聚糖涂料结合，对冷藏红姑鱼片进行保鲜，发现能延长美国红鱼6～8 d 的货架期。因此，壳聚糖复合保鲜剂更好地提高美国红鱼的保鲜效果，延长货架期。蓝蔚青等人[45]选用茶多酚溶液、竹醋液、银杏叶提取物制备复配保鲜液，对大黄鱼进行保鲜，研究发现在短期内可抑制微生物对鱼肉蛋白质的分解和蛋白质的自我溶解，实现短期的有效保鲜。刘焱等人[46]、姜佳星等人[47]研究了茶多酚对鱼糜保鲜的影响，发现茶多酚能显著地保持鱼糜凝胶强度，维持感官特性。程荻等人[48]发现不仅茶多酚且葡萄多酚、苹果多酚也能有效抑制鱼糜腐败变质，作用效果为茶多酚＞葡萄多恩＞苹果多酚。

4.2 食品添加剂

4.2.1 抗氧化剂

食品中的脂肪、蛋白质等营养成分在空气中发生氧化反应，会导致食品的腐败变质。利用多酚特性，可用于食品的防腐保藏。刘玉兰等人[49]发现茶多酚在用量达到0.4 g/kg 时可将芝麻酱的氧化诱导时间提高了3.9 h，迷迭香提取物用量达到0.70 g/kg时，可将芝麻酱的氧化诱导时间增加1 倍以上，总结出添加茶多酚和迷迭香提取物对提升芝麻酱的储存稳定性是有效的。腌制猪肉分别使用茶多酚和维C处理，结果表明茶多酚和维C 都具有降低腌制猪肉的亚硝酸盐残留量和在一定程度上抑制脂肪氧化的作用[50]。

4.2.2 澄清剂

某些多酚由于其特性会使蛋白质絮凝沉淀，可作为饮料与酒类的澄清剂，收集和清除悬浮颗粒。郭静婕[51]发现杨桃多酚的使用，提高香蕉汁的透光性，有较好的澄清效果，而且也能抑制香蕉汁的褐变。

4.2.3 辅色剂

多酚是某些色素的前体，在酶的氧化作用下，发生一系列的氧化耦合反应，赋予食品色泽，如红茶，葡萄酒和啤酒的呈色与酚类物质有密切的关系。邵增琅等人[52]发现添加茶多酚可提高蓝莓花色苷的色度，辅色效果随茶多酚的浓度增大而增强，随温度的降低而增强。

5 多酚的医疗特性

富含多酚的食物和饮料可以提高血浆的抗氧化能力。多酚可以保护细胞成分免受氧化损伤，从而限制各种与氧化应激相关的退行性疾病的风险。

多酚类物质对疾病的作用见表1[53]。

5.1 糖尿病

糖尿病是常见的慢性疾病之一，长期的糖尿病会诱发许多疾病，如视网膜病变、肾脏功能改变和神经病变等[54-55]。目前，已有研究[56]表明多酚可以通过不同的机制影响血糖，如外周组织对葡萄糖的吸收、抑制肠道对葡萄糖的吸收等。多酚类物质对肠道糖苷酶和葡萄糖转运蛋白的抑制作用，如儿茶素、大豆异黄酮、单宁酸、绿原酸和皂苷等能降低SGlut-1 介导的肠道葡萄糖转运。洋葱多酚，尤其是槲皮素具有很强的抗糖尿病活性。最近的一项研究表明[57]，槲皮素能够保护糖尿病患者氧化应激过程中的变化。槲皮素对糖尿病患者的脂质过氧化和抗氧化系统具有明显的抑制作用。Lee W C 等人[58]进行的一项研究显示，木槿提取物中的多酚类物质能够减轻糖尿病肾病，包括病理、血脂和肾脏的氧化标志物。

表1 多酚类物质对疾病的作用

5.2 多酚与肠道菌群

已有研究[59]证据表明，多酚类化合物通过与肠道微生物群的相互作用，具有抗氧化、抗炎、抗脂肪、抗糖尿病、保护心脏、保护神经和抗癌的作用。肠道微生物群通过将多酚转化为活性更强的酚代谢物来提高多酚的生物活性。多酚类化合物与肠道菌群的相互作用增加了有益菌的丰度，减少了有害菌的数量。它还产生更多可吸收和有效的酚代谢物[60]。据报道，花青素可以促进肠球菌乳杆菌和双歧杆菌的生长[61]，通过减少生长基质和黏附位点对致病菌达到抑制作用；富含多酚类化合物的饮食调节了肠道拟杆菌种类的增加，这与多糖降解能力的增加有关。因此，研究人员推测多酚类化合物可能通过调节微生物群来发挥其抗肥胖、抗糖尿病的作用。花青素治疗减少体重增加，改善血脂异常，增加能量消耗。此外，花青素显著增加肠道有益菌群，对肥胖的有益作用与肠道菌群调节作用呈正相关[62]。

5.3 心脏疾病

大量研究表明多酚类物质对心脏疾病有限制作用。如槲皮素，洋葱中丰富的多酚已被证明通过破坏动脉粥样硬化斑块和抑制金属蛋白酶1（MMP1）的表达，降低冠心病发病的风险。茶多酚具有降低血压作用，一项对218 名70 岁以上女性的横断面研究发现，长期或定期饮用红茶可以降低血压，监测没食子酸排泄，发现饮茶越多，没食子酸的排泄量越高，血压越低可能是由于抗氧化活性和内皮功能或类雌激素活性的改善[63]。儿茶素已被证明可抑制动脉壁平滑肌细胞的侵袭和增殖，这一机制可能有助于抑制体内脂质的氧化，减缓动脉粥样硬化病变的形成，减少血管壁中脂质的沉积[64]。饮用红葡萄酒或不含酒精的葡萄酒可减少出血时间和血小板聚集，可能是葡萄酒中的多酚抑制冠状动脉狭窄血栓的形成，抑制血小板聚集来发挥抗血栓作用[65]。

5.4 保护神经

神经退行性疾病主要是由于氧化应激和脑大分子损伤，而抗氧化性高的多酚可为神经系统提供保护。据统计，每天喝三到四杯酒的人比那些少喝或根本不喝的人患痴呆症和阿尔茨海默病的几率降低[66-67]。白藜芦醇可清除过氧化氢自由基，这种有效的抗氧化活性可能与适量饮用红酒对老年人痴呆的有益作用有关。发现水果和蔬菜汁中含有高浓度的多酚，可延缓老年痴呆症的发作[68]。西青果多酚能对神经损伤具有保护作用，其作用机制可能是通过缓解氧化应激、降低PC12 细胞DNA 损伤实现[69]；丹参多酚酸盐辅助治疗缺血性脑卒中疗效显著，可改善凝血功能及氧化应激反应，且安全性高[70]。