啤酒中多酚和类黑精及其抗氧化功效研究进展

于嘉琪，夏婷*，王涿邯，张小东，黄淑霞，余俊红*

（1.天津科技大学生物工程学院省部共建食品营养与安全国家重点实验室，天津 300457；2.青岛啤酒股份有限公司啤酒生物发酵工程国家重点实验室，山东 青岛 266100）

啤酒是世界范围内广泛饮用的发酵饮料，具有5 000多年的历史。不仅拥有独特的香气和别致的口感，而且具有较高的营养价值和功效。研究证实啤酒中含有的抗氧化成分主要是多酚类物质和类黑精，这些抗氧化物质一部分来自于啤酒原料本身，一部分来自于酿造过程中的反应产物。多酚和类黑精的种类与含量随着原料和酿造工艺的不同而有所差异。啤酒中的多酚类物质和类黑精，具有较高的抗氧化活性，可以清除氧自由基，保护机体免受氧化损害，因而能预防心血管疾病、调节肠道微生态、抗肿瘤、抗菌消炎等。本文对啤酒中的多酚类物质、类黑精以及其抗氧化功效进行详细介绍，为啤酒的功能成分研究以及新型啤酒开发提供理论参考和研究方向。

1 啤酒中抗氧化成分

啤酒作为一类发酵产品，含有多种活性成分，其中多酚类物质和类黑精是主要的抗氧化物质。这些抗氧化物质一部分来自于啤酒花的酿造过程，另一部分来自于麦芽的焙焦过程，而后者是抗氧化物质的主要来源[1-2]。啤酒中富含的抗氧化成分，可以切断氧自由基带来的链式反应，延缓OH基团的形成，能够帮助维持啤酒的稳定性。以下重点介绍啤酒中的多酚类物质和类黑精。

1.1 多酚类物质

啤酒中的多酚类物质按分子量分为单宁类化合物和非单宁类化合物；也可以按母体结构的不同分为酚酸类、黄酮类（黄酮醇类、芦丁、槲皮素、皮苷和二氢黄酮等）、原花色素、儿茶酸类和单宁类化合物。这些多酚类物质70%～80%来自于大麦麦芽，其中的多酚含量占大麦干物质的0.1%～0.3%，主要分布在麦皮和糊粉层中，随着麦芽的焙焦和糖化过程逐步进入麦汁和成品啤酒中；另外20%～30%的多酚类物质来自于啤酒花。多酚含量占其酒花干重的2%～4%，主要分布在酒花的前叶和苞叶中[1]。

近年来多项研究对啤酒中的多酚类物质及其抗氧化活性进行研究。李苇舟等[3]检测了啤酒酿造过程中大麦发芽前后的多酚含量变化，结果显示大麦发芽后游离酚、结合酚和总酚含量较发芽前均显著升高（P＜0.05）。发芽前总酚含量为179.00 mg/100 g～307.88 mg/100 g，发芽后总酚含量为187.13 mg/100 mg～605.00 mg/100 mg。发芽后麦芽多酚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较发芽前增加。G sior等[4]用福林-酚法检测了5种添加特殊成分的麦芽啤酒与标准啤酒的多酚含量，结果发现添加特殊成分的啤酒多酚含量均高于标准啤酒，其中添加黑色巧克力成分的啤酒中多酚含量最高，为（404.38±5.98）mg GAE/L。同时5种特殊啤酒的铁离子还原能力（ferric reducing antioxidant power，FRAP）、2，2-联氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二铵盐[2，2'-Azinobis-（3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonate），ABTS]自由基清除率均高于标准啤酒，添加黑色巧克力成分的啤酒抗氧化活性最强，FRAP、ABTS+自由基清除率分别为（2.07±0.03）、（2.17±0.17）mmol TE/L，并且证实啤酒中多酚含量与其抗氧化活性密切相关。

目前啤酒中多酚类物质的检测方法主要有液相（liquid chromatography，LC）或高效液相色谱法（high performance liquid chromatograph y，HPLC）结合质谱（mass spectrometry，MS）、光电二极管阵列检测器（photo-diode array detector，PDA）或二极管阵列检测器（diode array detector，DAD）。Rahman 等[2]用福林-酚法和分光光度法分别对13种啤酒样品中的多酚和黄酮含量进行检测，结果分别为3.72 mg GAE/100 mL～13.73 mg GAE/100 mL、0.82 mg CE/100 mL～5.28 mg CE/100 mL。将其中多酚、黄酮含量最高的啤酒样品用DPPH法、ABTS法和FRAP法测得自由基清除能力分别为71.24、199.42 μmol TE/100 mL 和98.41 μmol TE/100 mL，是13种啤酒中抗氧化活性最强的。Nardini等[5]对7种商业化添加天然食物的啤酒在发酵过程中的总酚和总黄酮含量进行了分析，结果发现，可可啤酒中的总酚和总黄酮含量最高，分别为（1 026.4±3.0）mg/L和（96.4±2.0）mg/L，其次为核桃、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法检测其抗氧化活性分别为10.2 mmol/L Fe2SO4/L啤酒、5.2 mmol/L Trolox/L啤酒。Horincar等[6]研究发现添加茄子皮提取物后啤酒的总酚、总黄酮含量分别从0.426 mg GAE/mL上升到0.631 mg GAE/mL以及从0.065 mg CE/mL上升到0.171 mg CE/mL。茄子皮提取物添加的啤酒样品抗氧化活性较未添加的样品明显升高。综合以上研究，目前主要通过在啤酒生产过程中添加一些富含多酚的天然活性成分，来增加啤酒的抗氧化活性，以提高产品的功能性和附加值。啤酒中多酚类物质的种类及含量检测结果见表1。

表1 啤酒中多酚类物质的种类及含量检测Table 1 Types and content of polyphenols in beer

续表1 啤酒中多酚类物质的种类及含量检测Continue table 1 Types and content of polyphenols in beer

1.2 类黑精

类黑精是一类多聚、有颜色的大分子物质，经美拉德反应生成。类黑精广泛存在于热处理食品中，含量在5.7%～25.5%，并且类黑精与食品的质量、风味、颜色有关。在啤酒生产过程的麦芽焙焦、糖化、煮沸阶段，都会发生美拉德反应，生成类黑精。

啤酒中的类黑精可通过超滤、超速离心、大孔吸附树脂、尺寸排阻色谱、透析等方法分离。郑金德等[13]采用超滤方法分离不同啤酒中的类黑精。结果显示，黑啤酒中的类黑精以大分子类黑精组分（＞10 kDa）为主。而淡色啤酒中主要是＜3 kDa类黑精组分，对这部分类黑精采用大孔吸附树脂分离，其中20%乙醇洗脱部分的类黑精含量及抗氧化活性最强。另有研究发现类黑精含量大小顺序为黑色啤酒＞淡色啤酒＞无酒精啤酒，含量分别为1.49、0.61、0.58 g/L，提示类黑精含量主要受啤酒生产原料和酿造工艺的影响[14-15]。Alves等[16]的研究发现啤酒中的类黑精主要来自于麦芽谷物，黑啤酒中的类黑精含量为（4.2±0.6）g/100 mL，约是淡色啤酒的2倍，提示类黑精会影响啤酒的颜色，类黑精含量越高啤酒颜色越深。该研究中的啤酒类黑精含量较前面报道的类黑精含量高很多，可能是由于其他试验采用凝胶过滤和透析方法分离类黑精，这种方法虽然产率低但纯度更高。另有研究用HPLC分离后采用安培检测法对23种啤酒和17种大麦麦芽提取物进行还原能力评估。结果显示酿造淡色啤酒的麦芽电化学还原能力略高于天然大麦（约为1.3 g BHAE/kg），但焦糖麦芽的电化学还原能力是7.5 g BHAE/kg～17.2 g BHAE/kg，明显高于天然大麦。同时麦芽来源的多酚还原能力分别占淡色啤酒、深色啤酒总还原能力的48%～57%和33%～45%。高分子量的类黑精还原能力分别占淡色啤酒、深色啤酒总还原能力的19%～39%和14%～21%[17]。

啤酒的各个酿造过程都会对类黑精的含量及其抗氧化活性产生影响。肖恩来等[18]研究发现热处理会导致美拉德反应产物褐变，类黑精含量升高。大麦在焙焦过程中发生美拉德反应生成类黑精，不同啤酒的麦芽烘焙时间和温度不同，导致颜色和类黑精含量的差异，麦芽中类黑精的含量与抗氧化活性之间呈显著的正相关性。Zhao等[19]的研究发现啤酒中类黑精含量与DPPH自由基清除率、还原能力、金属螯合能力均呈显著正相关（P＜0.05），表明类黑精对啤酒的抗氧化活性有显著的促进作用。类黑精、总酚及二氧化硫对淡色啤酒的抗氧化活性贡献在22%～68%，这主要由于采用的抗氧化活性测定方法不同。李翔[20]研究发现，在焙焦温度86℃下，随着焙焦时间的延长，抗氧化能力增强。在焙焦6 h、焙焦温度86℃时，类黑精OD420值为0.23，DPPH自由基清除率达86%；110℃时的类黑精OD420值为0.36，DPPH自由基清除率达91%。结果显示随着焙焦温度升高，抗氧化能力增加。同时在麦汁煮沸过程中也会发生剧烈的美拉德反应，使产生的类黑精含量增加25%。煮沸麦汁的ABTS＋自由基清除活性比糖化后期提高了51%，说明煮沸过程中产生的类黑精对ABTS＋自由基有很强的清除作用，是抗氧化活性提高的主要贡献者。在此阶段由于温度的升高，除了形成美拉德反应的最终产物类黑精，还伴随着蛋白质、多糖的不断水解和酚类化合物的大量溶解，这些物质共同促使啤酒抗氧化活性增强[21]。

2 啤酒的抗氧化功效

啤酒中的主要抗氧化物质为多酚和类黑精，其体外抗氧化检测方法主要有DPPH、ABTS、FRAP、氧化自由基吸收能力（oxygen radical absorbance capacity，ORAC）、总反应性抗氧化潜能（total reactive antioxidant potential，TRAP）、氧化铁二甲酚橙法（ferrous oxidation in xylenol orange，FOX）、Trolox等价抗氧化能力（trolox equivalent antioxidant capacity，TEAC）等，因为这些方法灵敏性较高，而且操作方便、耗时少。在体内，啤酒中的这些抗氧化物质可清除机体活性氧（reactive oxygen species，ROS）含量，抵抗氧自由基对机体带来的损伤，修复细胞屏障，减轻细胞中蛋白质、线粒体、DNA等氧化损伤，起到预防和保健的作用[22]。

2.1 预防心血管疾病

心血管疾病是目前人类死亡率最高的疾病，其主要基础病理是血栓和动脉粥样硬化。研究表明，适度饮用啤酒能够在一定程度上降低心血管疾病的发生。每日酒精摄入量25 g对心脏病的保护作用可达33%。Padro等[23]的研究发现适当饮用啤酒不仅不会引起机体的肥胖，还会减少胆固醇的血管堆积，降低了动脉粥样硬化发生的风险，对心血管健康有积极影响，并且饮用含酒精啤酒组较饮用无酒精啤酒组身体质量指数更低；血中高密度脂蛋白（high density lipoprotein，HDL）增加更明显。结果表明，啤酒中的生物活性物质是预防心血管疾病的重要因素。Shafreen等[24]的研究发现罗斯（Rostocker，ROST）啤酒的总酚、黄酮含量最高，分别为（668.3±13.3）、（52.5± 1.5）mg GAE/L，ABTS＋自由基清除效率也最高，为（2.68±0.03）mmol TE/L。并且ROST啤酒与人血清白蛋白和血浆循环纤维蛋白原的结合率最高。结果提示啤酒中的多酚、黄酮类物质可通过与人体脂蛋白结合，降低心血管疾病，是促进机体健康的主要物质。另有学者研究发现啤酒中的多酚类物质可以减少白细胞的黏附和炎症标记物的生成，而酒精能改善机体的血脂，减少动脉粥样硬化的相关炎症因子形成[25]。多项研究证明啤酒中的多酚类物质可以升高机体内HDL和降低胆固醇的含量，减少血管内胆固醇的堆积；同时也可以减少血小板聚集，降低纤维素蛋白原水平，抑制凝血恶烷的形成，因此可预防血栓、动脉硬化和血管内皮功能，对心血管保护具有积极的作用[26-27]。

研究表明啤酒花中的黄酮类物质黄腐酚（xanthohumol，Xn）可以作为胆汁酸受体的配体，减少脂肪和葡萄糖生成，起到预防和治疗动脉硬化的作用[28]。此外，啤酒中的类黑精可以抑制胃消化过程中的脂质过氧化，并减少脂质氧化产物的形成，从而防止动脉粥样硬化的发生[29]。啤酒中存在的多酚类物质能够增加血浆中一氧化氮浓度，有助于降低血压，从而降低心血管疾病的风险[26]。虽然有研究证明类黑精具有降低血压作用，但关于啤酒中类黑精的降压作用及机制尚未见报道。以上研究虽然证明啤酒中的抗氧化成分在一定程度上能够保护心血管系统、降低心血管疾病的发生，但受到酒精量的限制，从啤酒中提取这些抗氧化成分或开发无醇的功能性啤酒将成为未来啤酒功效研究的新方向。

2.2 抗肿瘤

肿瘤的发病率与死亡率逐年增长，严重威胁着人类健康。啤酒中的多酚类物质，特别是来源于啤酒花的Xn和它的环化产物异黄腐酚具有抗肿瘤作用。体外研究发现Xn对乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌、胃癌、结肠癌、胰腺癌、白血病等多种肿瘤有防治作用[30-32]。Xn在啤酒中含量能达到0.96 mg/L，体外研究发现来源于啤酒花的黄腐酚可以促进促凋亡蛋白的表达，抑制抗凋亡蛋白表达，阻止恶性肿瘤的增殖和迁移，具有很好的抗癌活性，特别在白血病、乳腺癌等疾病中具有很好的功效[32]。另外啤酒花中的多酚类物质6-和8-异丙基柚皮素，能够通过抑制肿瘤细胞增殖、激活NK细胞、抑制组蛋白脱乙酰酶等机制，发挥抗肿瘤作用[31-33]。

另有研究表明啤酒中的类黑精通过结合金属离子，发挥其抗肿瘤作用，并且黑啤对肿瘤的抑制效果比浅色啤酒更强，原因在于黑啤的类黑精含量高。类黑精通过与金属离子结合，降低活性氧对细胞DNA的损伤，保护细胞免受氧化应激反应的损害，降低肿瘤的发生，因而类黑精被认为是抗突变和肿瘤生长抑制物质[14]。另外氧自由基攻击DNA时会产生氧化碱，如8-OH-dG，这种氧化碱会促进细胞突变和肿瘤生长。有研究证明啤酒可降低8-OH-dG的含量，对DNA具有显著的保护作用，这种作用依赖于啤酒中的类黑精含量，而与多酚含量无关[15]。

2.3 调节肠道菌群和代谢物

啤酒中的多酚和类黑精能够与肠道微生物群之间相互作用，对于机体健康十分重要。研究发现啤酒中的阿魏酸、黄腐醇、儿茶素、表儿茶素、原花青素、槲皮素和芦丁这些多酚类物质与微生物群和代谢相关，这些物质可以调节肠道中厚壁菌、拟杆菌数量，对肠道有益菌的生长有积极作用，能够限制致病菌的繁殖，改善肠道菌群平衡，减少炎症的发生[34-35]。有研究显示啤酒中最丰富的多酚是阿魏酸，其浓度为6.5 mg/L。在非酒精性脂肪性肝病小鼠模型中，阿魏酸能够降低厚壁菌与拟杆菌的比例，并增加肠道菌群代谢产物吲哚-3-乙酸含量，进而调节脂质代谢，降低血脂（甘油三酯和胆固醇）在肝脏的沉积[36]。Hernández-Quiroz等[37]研究适量饮用啤酒（355 mL/d）对人体肠道菌群的影响，结果发现30 d后正常人体通过饮用无酒精啤酒补充生物活性的多酚类物质，可以增加肠道菌群多样性和有益菌的丰度，而含酒精组因受酒精干扰，肠道菌群无此变化。

研究表明类黑精可以通过其抗氧化特性不断清除胃肠道内形成的自由基，维持肠道内环境的稳态。同时类黑精也被认为是一种潜在益生元物质，它可以促进胃肠道中乳酸杆菌和双歧杆菌的生长，抑制病原菌的产生[23，38]。Pérez-Burillo等[39]的研究发现在体外发酵的类黑精，与肠道微生物相互作用，能够增加短链脂肪酸（主要是乙酸和乳酸）的产生，其中黑啤中的类黑精能够增加益生菌双歧杆菌的生长。同时，对类黑精骨架中释放的酚类物质及菌群代谢物进行鉴定，结果发现黑啤和皮尔斯纳啤酒类黑精中释放的多酚物质含量相近，分别为7.38μg/g和7.42μg/g。而黑色啤酒的微生物代谢产物百分比（52%）高于皮尔斯纳（35%）。两种啤酒均含有的主要微生物代谢物为2-3，4-二羟基苯乙酸、3-3，4-二羟基苯基丙酸和邻苯三酚。目前啤酒中类黑精对肠道菌群及代谢物的影响仍以体外为主，未来仍需进一步研究其在动物及人体内的影响及作用机制，为功能性啤酒的研发提供更多的理论依据。

2.4 抗菌消炎

研究显示啤酒花中的黄酮类化合物由于具有戊烯基结构，可以作为植物雌激素应用于消炎、抗菌、抗病毒等方面[40]。类黑精的金属螯合特性对于病原微生物的生存非常重要。在低浓度下，类黑精可以通过螯合铁离子作用发挥抑菌活性。细菌能够产生铁载体以获取铁离子，类黑精可以螯合铁载体三价铁离子复合物，从而降低致病菌的毒力。在高浓度下，类黑精可以通过去除镁离子破坏细胞膜和促进细胞内分子释放，从而发挥杀菌活性[39，41]。有研究通过快速读板法检测欧洲3种啤酒中类黑精的抗菌活性，结果发现这3种啤酒中的类黑精均对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有抑菌作用，对金黄色葡萄球菌的抑菌活性高于对大肠杆菌的抑菌活性，并且黑啤的抗菌活性高于淡色啤酒，其对金黄色葡萄球菌的抑菌活性以土霉素当量来计为19.7 μg/L[34]。

炎症是机体免疫系统对有害物质做出的反应，是一个复杂的过程。炎症的加重可能会导致肿瘤和其他慢性炎症疾病的发生。体外实验研究发现啤酒提取物如黄腐酚和异黄腐酚，在浓度 0.5 μmol/L～20.0 μmol/L时能够降低脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）刺激的巨噬细胞和单核细胞中的促炎因子水平，降低一氧化氮合酶活性和NO水平，从而发挥抗炎作用[42]。Wu等[43]的研究发现啤酒花醇提物中总酚、总黄酮、苦味酸（α-酸、β酸）的含量及抗氧化活性明显高于水提物，并且啤酒花的醇提物和水提物均能降低LPS诱导的巨噬细胞中的NO和白细胞介素-6水平，醇提物较水提物具有更高的抗炎症活性。另有研究发现啤酒花提取物可以降低关节炎小鼠模型中的环加氧酶2的活性，降低炎症介质前列腺素E2的含量，从而减轻炎症反应[43]。

2.5 其他

研究表明啤酒中的多酚类化合物，如来自啤酒花中的黄腐酚、异黄腐酚、8-异戊烯基柚皮素和苦味酸有天然雌激素作用，适度饮用啤酒有利于骨密度的增加，可以改善骨质疏松和更年期症状[15，44]。另外啤酒花提取物（1 μg/mL～10 μg/mL）可以减少胸腺基质淋巴细胞生成素和肿瘤坏死因子-α的生成，调节过敏反应[45]。

3 结语

随着一系列健康中国政策的颁布，人们对食品健康产业的关注度越来越高，啤酒作为全球销量最高的低酒精度发酵饮料，其功能性啤酒的研发成为新的研究方向，给啤酒的发展带来了机遇和挑战。本文详细介绍了啤酒中的多酚、黄酮、类黑精等抗氧化物质，阐述了适度饮酒在预防心血管疾病、改善肠道微生态、抗肿瘤、杀菌抗炎等方面的作用，以期对未来功能性啤酒的研发提供参考。目前功能性啤酒的研发面临的问题：第一，目前功能性啤酒的开发主要通过啤酒中添加外源天然活性物质，来提高啤酒的保健价值，但其风味及稳定性有待于进一步研究。第二，在啤酒生产加工过程中增加抗氧化物质的含量，能更便捷地提高啤酒的抗氧化功能。啤酒中的类黑精主要是在生产过程中产生的，如何通过精准调控改进生产工艺以提高其在啤酒中的含量，这也是未来功能性啤酒研发的新趋势。第三，啤酒中的多酚与类黑精成分对机体的保护作用机理及量效关系仍不明确，有待于进一步进行大量的动物及临床研究验证。未来希望通过对啤酒生产过程的精准调控，提高啤酒的风味、稳定性和健康性能，进而提升啤酒的附加值和市场竞争力，促进健康风味双导向的功能性啤酒的研发，推动健康食品产业的发展。