摘 要 多酚具有多種促進(jìn)人體健康的生物功效,然而多酚的穩(wěn)定性差,導(dǎo)致其生理活性和生物利用度較低。纖維素作為多酚的天然載體,在負(fù)載和保護(hù)多酚上具有很大的應(yīng)用潛力。文章綜述了纖維素與多酚相互作用機(jī)制的研究進(jìn)展,討論了影響其相互作用的多種因素以及纖維素對(duì)多酚功能性質(zhì)的影響,為提高多酚的功能特性及其在健康食品中的應(yīng)用提供新的思路與方法。

多酚是廣泛存在于植物中的一類具有多元酚結(jié)構(gòu)的次生代謝物,具有抗氧化、調(diào)節(jié)血脂水平、預(yù)防心血管疾病、抗炎、防癌、促進(jìn)腸道健康等生物活性功效[1]。隨著消費(fèi)者對(duì)食品健康功效的需求日益增長(zhǎng),植物多酚在各類健康食品中得到廣泛的應(yīng)用。然而,多酚易被氧化且穩(wěn)定性差,導(dǎo)致其穩(wěn)定性和利用率較低[2]。因此,提高多酚的穩(wěn)定性和利用率成為食品加工領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。纖維素是植物細(xì)胞壁的主要成分,是一種由葡萄糖組成的化學(xué)組分單一、結(jié)構(gòu)明確的大分子多糖。纖維素是自然界中來源廣泛的膳食纖維,具有不被消化酶降解、不被小腸吸收等特點(diǎn)[3]。研究表明,天然纖維素可吸附植物多酚,并作為其保護(hù)性載體起到提高多酚穩(wěn)定性和利用率的作用[4-5]。近年來,隨著腸道菌群與人體健康關(guān)系的明確,膳食纖維對(duì)多酚的吸附能力也被認(rèn)為是膳食纖維的一項(xiàng)重要生理功能[6]。多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)膳食纖維與多酚結(jié)合形成的復(fù)合物可保護(hù)多酚達(dá)到結(jié)腸,與膳食纖維一起被腸道微生物吸收與利用,進(jìn)而發(fā)揮其對(duì)人體的健康功效。近年來,越來越多的研究對(duì)纖維素進(jìn)行改性處理或化學(xué)修飾,以進(jìn)一步提高纖維素對(duì)多酚的吸附和遞送能力。本文綜述了纖維素與植物多酚的相互作用機(jī)制、影響因素及對(duì)多酚功能活性影響的研究進(jìn)展,并探討分析纖維素與多酚相互作用在健康食品加工中的研究趨勢(shì)和應(yīng)用潛力。

1 多酚與纖維素概述

1.1 多酚

植物多酚以苯酚為基本骨架,以苯環(huán)的多羥基取代為特征,是廣泛存在于茶葉、蔬菜、水果等植物中的具有多元酚結(jié)構(gòu)的次生代謝物。多元酚結(jié)構(gòu)使多酚類化合物具有一系列獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì),如消毒殺菌、抗氧化性、與蛋白質(zhì)等物質(zhì)結(jié)合、與多種金屬離子及其化合物發(fā)生螯合反應(yīng)等[1]。同時(shí),植物多酚中含有豐富的酚羥基,可以通過氫鍵、疏水鍵或者共價(jià)鍵與高分子化合物接枝、共聚或共混。然而,多酚的穩(wěn)定性相對(duì)較差,易受到溫度、光照、氧、pH等環(huán)境因素影響,發(fā)生氧化、分解等反應(yīng),使其原有的結(jié)構(gòu)和活性受到改變而失去生理活性。同時(shí),多酚的生物利用度也比較低,在進(jìn)入人體后只有少部分被吸收利用,其余大部分在進(jìn)入腸道后發(fā)生降解,無法到達(dá)作用靶點(diǎn)發(fā)揮其生理作用[7]。因此如何有效提高植物多酚的穩(wěn)定性和生物利用率是當(dāng)前健康食品研發(fā)領(lǐng)域的重要方向之一。

1.2 纖維素

膳食纖維是指在人體小腸內(nèi)不會(huì)被消化酶水解,在大腸內(nèi)可部分或全部發(fā)酵的多糖類大分子的總和[8]。按照溶解性膳食纖維可分為水溶性膳食纖維和水不溶性膳食纖維兩大類,水溶性膳食纖維主要包括果膠、葡聚糖等,水不溶性膳食纖維主要包括纖維素、半纖維素、殼聚糖等[9]。其中,纖維素作為水不溶性膳食纖維的主要組成部分,是地球上最豐富的天然可再生資源,可從筍殼、花生殼、豆渣等多種農(nóng)產(chǎn)廢棄料中提取[10]。纖維素是由D-吡喃葡萄糖環(huán)經(jīng)β-1,4糖苷鍵,以C1椅式構(gòu)象聯(lián)結(jié)而成的線性高分子,其分子內(nèi)部多個(gè)葡萄糖基環(huán)上均含有羥基,使得其分子之間、分子內(nèi)部或纖維素與水之間都可以形成氫鍵,而氫鍵又決定了纖維素具有可及性、結(jié)晶性、化學(xué)活性等特殊性能。纖維素的結(jié)構(gòu)通常分為3層,分別為：?jiǎn)畏肿訉?、超分子層與原纖結(jié)構(gòu)層。而纖維素原纖作為細(xì)小、伸展的單元,構(gòu)成了纖維素的主體[11]。

研究表明,纖維素對(duì)人體健康有重要作用。人體缺乏纖維素酶,無法對(duì)纖維素進(jìn)行消化、吸收與利用,因此纖維素在腸胃道內(nèi)具有一定穩(wěn)定性。但由于纖維素的吸水性,其在腸道內(nèi)吸水膨脹不僅可以對(duì)腸內(nèi)容物進(jìn)行稀釋,改善腸道菌群環(huán)境,還可以促進(jìn)腸道蠕動(dòng),利于糞便排泄,預(yù)防腸道腫瘤的發(fā)生,同時(shí)可以平抑血糖和血脂水平[12]。纖維素不僅是主要的膳食纖維來源,在食品加工應(yīng)用中還具有生物可降解性、安全無毒、來源廣泛、制備成本低等優(yōu)點(diǎn)。

2 纖維素與多酚的互作機(jī)制

纖維素和多酚是水果、蔬菜等植物源食物中廣泛存在的功能性成分,纖維素與多酚結(jié)合后所形成的復(fù)合物可保護(hù)多酚在人體消化道內(nèi)不受環(huán)境的破壞,順利達(dá)到胃腸道的下部,并在結(jié)腸中釋放出來,發(fā)揮有益作用,與纖維素一起被腸道微生物吸收利用[13-14]。近年來隨著腸道菌群與人體健康關(guān)系的日益明確及結(jié)腸功能性食品研發(fā)的升溫,纖維素作為多酚的食品級(jí)活性成分輸送系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)多酚的控制釋放與結(jié)腸靶向運(yùn)輸。

纖維素在分子間易形成氫鍵,這是其能與多酚發(fā)生相互作用的基礎(chǔ)。纖維素與多酚的相互作用受非共價(jià)結(jié)合的調(diào)節(jié),主要是物理結(jié)合,不伴隨化學(xué)反應(yīng)。非共價(jià)相互作用是指生物大分子與特異性生物活性小分子以氫鍵、離子鍵、范德華力及疏水相互作用等非共價(jià)作用力結(jié)合,其相互作用的鍵能較弱,比共價(jià)鍵小1～2數(shù)量級(jí),但分子間的弱締合驅(qū)動(dòng)力在一定條件下可發(fā)生協(xié)同作用,形成具有定向性和選擇性的強(qiáng)驅(qū)動(dòng)力[15],可以通過等溫模型描述其作用過程。PHAN等[16]研究發(fā)現(xiàn)纖維素與兒茶素、綠原酸、矢車菊素-3-O葡萄糖苷等多酚之間的相互作用均以非共價(jià)結(jié)合為主。研究表明,纖維素與多酚相互作用的本質(zhì)為疏水相互作用與氫鍵介導(dǎo)的非共價(jià)作用[17-19]。纖維素與多酚表面共同存在羥基,有利于氫鍵的形成[20]。如圖1-a所示,氫鍵一般形成于纖維素糖苷鍵的氧原子與多酚的羥基之間[21],使分子間距離縮短,有利于范德華力的產(chǎn)生。疏水相互作用指的是水與水不溶性分子(非極性分子)之間的相互作用,不溶于水的分子會(huì)聚集在一起產(chǎn)生較低的表面勢(shì)能,從而盡可能地減少與水的接觸。纖維素與大多數(shù)多酚都不溶于水,聚集會(huì)導(dǎo)致疏水相互作用。疏水相互作用是纖維素與多酚結(jié)合的主要驅(qū)動(dòng)力,并且多酚具有的疏水芳香環(huán)會(huì)促進(jìn)疏水相互作用的發(fā)生[19]。

a-納米纖維素通過氫鍵結(jié)合與槲皮素相互作用[22];
b-多酚在纖維素上的結(jié)合的初始和擴(kuò)展階段
圖1 纖維素與多酚互作示意圖
Fig.1 Schematic representation of the interaction between
cellulose and polyphenols

纖維素是一種表面多羥基極性強(qiáng)的聚合物,其羥基中氧原子的孤對(duì)電子可與水分子中的氫原子相互吸引形成氫鍵,在疏水作用的驅(qū)動(dòng)下,多酚與纖維素表面結(jié)合位點(diǎn)進(jìn)行接觸,而氫鍵會(huì)促進(jìn)其結(jié)合更加緊密[19,22]。纖維素結(jié)構(gòu)包括纖維素結(jié)晶和無定形區(qū),纖維素表面的結(jié)合位點(diǎn)存在于纖維素結(jié)晶上,多酚的吸附通常不發(fā)生在無定形區(qū)域。纖維素對(duì)多酚的吸附分為自發(fā)快速的初始階段與平穩(wěn)而且緩慢的擴(kuò)展階段[23]。在結(jié)合的初始階段,由于纖維素表面的結(jié)合位點(diǎn)數(shù)量充足,部分酚類物質(zhì)可迅速地與其結(jié)合;在結(jié)合的擴(kuò)展階段,位點(diǎn)的飽和導(dǎo)致兩者結(jié)合較為緩慢,未結(jié)合的多酚會(huì)在結(jié)合物表面發(fā)生締合堆疊導(dǎo)致結(jié)合能力受限[24](圖1-b)。

3 纖維素與多酚互作的影響因素

3.1 纖維素結(jié)構(gòu)的影響

在食品的加工過程中,由物理作用引起的纖維素結(jié)構(gòu)變化會(huì)影響纖維素與多酚的結(jié)合。LIU等[25]發(fā)現(xiàn)對(duì)纖維素進(jìn)行冷凍干燥處理會(huì)顯著降低其與多酚的結(jié)合能力。這是由于微纖維內(nèi)的大部分水分子被去除,其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得更加密集,同時(shí)纖維素分子的羥基可用性受到影響,導(dǎo)致結(jié)合位點(diǎn)數(shù)量的降低。此外,將凍干處理的纖維素復(fù)水后再次與多酚進(jìn)行結(jié)合,發(fā)現(xiàn)其結(jié)合能力稍有提升,這表明纖維素網(wǎng)絡(luò)發(fā)生溶脹,有助于纖維素與多酚的結(jié)合。

3.2 多酚物質(zhì)結(jié)構(gòu)與分子質(zhì)量的影響

多酚物質(zhì)的分子構(gòu)象是影響纖維素與其結(jié)合的一個(gè)重要因素,多酚分子適當(dāng)?shù)牧u基化有利于兩者結(jié)合。WANG等[26]通過比較肉桂酸的羥基同分異構(gòu)體對(duì)膳食纖維的結(jié)合水平,發(fā)現(xiàn)鄰羥基肉桂酸的結(jié)合水平明顯高于間羥基肉桂酸與對(duì)羥基肉桂酸。FERNANDES等[27]研究表明,分子結(jié)構(gòu)中含有3個(gè)羥基基團(tuán)的多酚,具有更強(qiáng)的分子親和力,更易于結(jié)合的發(fā)生;而當(dāng)酚類物質(zhì)具有的羥基數(shù)量超過4個(gè)時(shí),分子間的空間位阻被過多增加,不利于兩者結(jié)合[26]。多酚分子的?；艽龠M(jìn)纖維素對(duì)其的吸附作用,比起未?；幕ㄇ嗨??；幚砗蟮幕ㄇ嗨卦诶w維素上的吸附程度更高[24]。而甲基化、甲氧基化的多酚分子則會(huì)降低其在膳食纖維中的吸附能力[26]。

多酚的分子質(zhì)量與聚合度是影響兩者相互作用的另一個(gè)因素。PADAYACHEE等[14]研究比較了不同分子質(zhì)量多酚的吸附能力,結(jié)果表明分子質(zhì)量與結(jié)合水平正相關(guān),原因在于分子質(zhì)量增加,鄰位酚組和芳香環(huán)的結(jié)合位點(diǎn)增多,能促進(jìn)氫鍵的形成與疏水相互作用的發(fā)生。BOURVELLEC等[28]發(fā)現(xiàn)除了分子質(zhì)量的影響之外,多酚的聚合度也與其對(duì)膳食纖維的親和力正相關(guān)。聚合度較低的多酚分子易發(fā)生自交聯(lián),從而限制其與膳食纖維的結(jié)合[29],但與分子質(zhì)量的影響程度相比,聚合度對(duì)兩者相互作用的影響相對(duì)輕微。

3.3 環(huán)境因素的影響

食物在體內(nèi)的消化或食品的加工過程中,pH值、溫度與離子強(qiáng)度的變化均會(huì)影響纖維素與多酚的非共價(jià)結(jié)合。

pH值是環(huán)境因素中影響兩者結(jié)合的最主要因素。COSTA等[30]發(fā)現(xiàn)pH值(2.0～7.0)是影響纖維素與兒茶素、咖啡酸、阿魏酸等酚類結(jié)合的首要因素,pH 2.0時(shí)達(dá)到吸附的最大程度。有研究表明,多酚在較低pH值下更加穩(wěn)定[31],pH值影響了多酚的穩(wěn)定性,從而使兩者結(jié)合受到影響[18]。而不同多酚在不同的pH條件下結(jié)合情況不同,例如花青素在pH 3.6時(shí)與膳食纖維的親和力最強(qiáng)[32],而提高pH值又有利于阿魏酸與膳食纖維的相互作用[33],這與每種多酚個(gè)體在不同pH值下的穩(wěn)定情況有關(guān)。pH值除了會(huì)影響多酚的穩(wěn)定性進(jìn)而影響兩者作用外,還會(huì)影響纖維素中質(zhì)子化與去質(zhì)子化的官能團(tuán)數(shù)量的比值[25]。當(dāng)pH值增加時(shí)該比值也增加,導(dǎo)致分子間排斥力與吸引力受影響,從而影響相互作用。

溫度是影響酚類物質(zhì)與纖維素等多糖類物質(zhì)結(jié)合的另一個(gè)關(guān)鍵因素。PHAN等[18]發(fā)現(xiàn)溫度的升高會(huì)導(dǎo)致兩者結(jié)合力下降;LIU等[34]發(fā)現(xiàn)反應(yīng)溫度從27 ℃升高至42 ℃,會(huì)明顯降低兒茶素對(duì)纖維素的結(jié)合作用。因?yàn)闇囟壬邥?huì)減弱兩者的非共價(jià)相互作用,主要是影響了氫鍵作用,不利于結(jié)合。

離子強(qiáng)度也會(huì)影響纖維素與多酚物質(zhì)的相互作用。BOURVELLEC等[35]研究了離子濃度對(duì)膳食纖維與花青素結(jié)合的影響,發(fā)現(xiàn)當(dāng)離子濃度逐漸提升至1 mol/L時(shí),多酚對(duì)膳食纖維的吸附力也隨之提升,離子強(qiáng)度的升高可增強(qiáng)靜電作用,使結(jié)合更加緊密。ZAINUDDIN等[36]在溶液中加入了十六烷基三甲基溴化銨等離子表面活性劑,有效提升了納米纖維素與姜黃素的結(jié)合效率。此外,FOO等[37]使用單寧酸和癸胺等離子活性劑也得出了類似的研究結(jié)論。主要是由于活性劑的加入使得納米纖維素表面改性,結(jié)合位點(diǎn)增加,有利于疏水相互作用。除此之外,在溶液中加入乙醇、二氧雜環(huán)乙烷等溶劑會(huì)降低溶液的極性而減弱二者的結(jié)合作用;加入尿素則會(huì)破壞氫鍵作用,抑制多酚的結(jié)合[28],不利于相互作用。

4 提高纖維素對(duì)多酚吸附作用的研究進(jìn)展

近年來,利用纖維素對(duì)多酚的吸附作用形成纖維素/多酚穩(wěn)定復(fù)合物,逐漸成為開發(fā)新型健康食品的研究熱點(diǎn)。然而,天然纖維素對(duì)多酚的吸附能力和負(fù)載率有限,且在食品當(dāng)中添加過量纖維素對(duì)食品品質(zhì)易造成不利的影響。這些因素都在一定程度上限制了纖維素作為多酚保護(hù)性載體的應(yīng)用,為進(jìn)一步發(fā)揮纖維素來源廣泛和生物安全性高的優(yōu)勢(shì),克服其作為載體的局限性,大量研究測(cè)定了纖維素與不同多酚互作的效果并分析互作機(jī)理(表1)。纖維素(含納米纖維素)、纖維素衍生物及植物細(xì)胞壁與多酚的互作方式均為疏水相互作用、氫鍵等非共價(jià)作用結(jié)合,要克服纖維素自身缺點(diǎn)并提高其對(duì)多酚的吸附作用,最直接的方式即為優(yōu)化纖維素的粒徑換和增加纖維素載體的結(jié)合位點(diǎn)。

前期研究表明,對(duì)以纖維素為主的植物膳食纖維進(jìn)行改性處理,可顯著改變膳食纖維的粒徑,進(jìn)而提高其吸附能力[38-39]。近年來,納米技術(shù)在食品中的創(chuàng)新應(yīng)用已成為現(xiàn)代食品科學(xué)的研究前沿,其中納米級(jí)纖維素在食品工業(yè)中表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力[40]。農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)物中往往含有豐富的纖維素,通過化學(xué)或物理方法破壞纖維素中的無定形區(qū),可制備成納米纖維素(cellulose nanofiber,CNF)以及納米纖維素晶體(nanocrystalline cellulose,NCC)等。相對(duì)于天然纖維素,CNF具有高比表面積、豐富的表面羥基等優(yōu)點(diǎn),不僅可提高對(duì)多酚的結(jié)合效率和保護(hù)作用,還可進(jìn)一步對(duì)其表面進(jìn)行化學(xué)修飾,促進(jìn)對(duì)多酚的保護(hù)和遞送能力。LI等[22]以CNF作為載體與槲皮素相互作用,通過優(yōu)化溶液組分配比和制備工藝,得到穩(wěn)定的CNF/槲皮素復(fù)合物。研究結(jié)果表明,CNF對(duì)槲皮素的負(fù)載率和包埋率分別達(dá)到了78.91%和88.77%。與對(duì)照槲皮素相比,CNF/槲皮素復(fù)合物具有更強(qiáng)的抗氧化活性與持續(xù)釋放能力,同時(shí)也保護(hù)了槲皮素在腸胃道中的穩(wěn)定性。FOO等[37]用油棕加工廢棄物為原料制備桿狀NCC(直徑13～30 nm,長(zhǎng)150～360 nm),并通過單寧酸和癸胺對(duì)NCC進(jìn)行表面化學(xué)修飾,使得其對(duì)脂溶性的姜黃素也有良好的吸附作用,修飾后的NCC對(duì)姜黃素的結(jié)合率最高可達(dá)99%,約為未修飾NCC的最高結(jié)合率(54%)的2倍。纖維素衍生物也可作為載體與多酚結(jié)合。LIU等[41]以纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素為載體,通過等溫模型擬合發(fā)現(xiàn)纖維素的吸附能力隨著其側(cè)鏈的增加而增大。綜上所述,當(dāng)纖維素的粒徑降低至納米級(jí)后,雖然其與多酚結(jié)合的互作模式未發(fā)生改變,但是CNF和NCC表面上結(jié)合位點(diǎn)的增加使得對(duì)多酚的負(fù)載率顯著提升。同時(shí),對(duì)CNF的化學(xué)修飾還能進(jìn)一步提高其對(duì)脂溶性多酚吸附能力。

表1 纖維素與不同多酚的相互作用的研究
Table 1 Studies on the interactions between cellulose and various polyphenols

纖維素類型多酚相互作用參考文獻(xiàn)纖維素纖維素阿魏酸、沒食子酸、兒茶素、綠原酸、矢車菊素-3-O葡萄糖苷不同多酚都可自發(fā)、迅速地與纖維素以非共價(jià)作用結(jié)合[16]納米纖維素表兒茶素、花青素B2、根皮苷纖維素與多酚的相互作用主要受到二者所含羥基可用性的影響[25]納米纖維素花青素花青素與纖維素之間存在疏水相互作用,相互作用分階段進(jìn)行:在初始結(jié)合階段二者相互作用迅速,數(shù)天后結(jié)合極緩慢地增加[24]纖維素兒茶素Langmuir和Freundlich等溫模型均表明吸附是自發(fā)進(jìn)行的,且以物理吸附機(jī)制為主導(dǎo),兒茶素的吸附是階段性吸附,即初始為快速吸附階段,隨著位點(diǎn)飽和及系統(tǒng)趨于平衡而緩慢吸附[34]纖維素衍生物甲基纖維素表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)甲基纖維素與EGCG相互作用的本質(zhì)是疏水相互作用和氫鍵介導(dǎo)的非共價(jià)相互作用[42]甲基纖維素、乙基纖維素兒茶素纖維素對(duì)兒茶素的吸附分為3個(gè)階段:快速吸附、飽和、平衡,分子模擬表明兒茶素通過范德華力和氫鍵作用吸附在纖維素的親水性表面[41]含有纖維素的細(xì)胞壁蘋果細(xì)胞壁表兒茶素、根皮苷、綠原酸在細(xì)胞壁纖維素與多酚相互作用的過程中,氫鍵與疏水相互作用起主要影響作用,纖維素的微纖維結(jié)構(gòu)的結(jié)合位點(diǎn)數(shù)量會(huì)影響多酚的吸附[17]蘋果細(xì)胞壁原花青素原花青素和壁材之間相互作用會(huì)受到氫鍵和疏水相互作用等弱鍵能的影響[28]

5 纖維素與多酚相互作用對(duì)多酚特性的影響

越來越多的研究表明,當(dāng)纖維素與多酚通過非共價(jià)結(jié)合形成穩(wěn)定復(fù)合物后,可對(duì)多酚的穩(wěn)定性、功能活性和生物利用率等可發(fā)生積極的影響(表2)。

5.1 對(duì)多酚穩(wěn)定性的影響

多酚具有許多生理活性,但易受溫度、光照、氧、pH 等因素影響,發(fā)生氧化、分解等反應(yīng),使其穩(wěn)定性降低,而無法良好的發(fā)揮自身的功能活性。同時(shí),由于人體內(nèi)消化道環(huán)境復(fù)雜多變,多酚無法在胃腸道內(nèi)保持相對(duì)的穩(wěn)定性。研究表明在多酚體系中加入纖維素,可有效改善多酚的穩(wěn)定性[4,22,43]。多酚穩(wěn)定性的增強(qiáng)主要是由于纖維素本身帶負(fù)電荷,在多酚中加入纖維素可提升多酚顆粒的分散性,并且纖維素作為保護(hù)性載體可使多酚有效避免溫度、光照等環(huán)境因素對(duì)其穩(wěn)定性的破壞。

5.2 對(duì)多酚功能活性的影響

多酚本身具有許多利于機(jī)體的功能特性,但由于其性質(zhì)不穩(wěn)定,纖維素在此充當(dāng)一個(gè)保護(hù)性載體,有效阻止消化過程中酶對(duì)多酚的反應(yīng),使其能順利被運(yùn)送至腸道[5]。纖維素與多酚相互作用可提高多酚抗氧化、抑菌、抗腫瘤等功能活性。纖維素與槲皮素、EGCG、兒茶素等多酚結(jié)合后具有更強(qiáng)的協(xié)同抗氧化能力,更有效的阻斷自由基反應(yīng)[4,22,42]。纖維素-多酚復(fù)合物在大腸消化階段被釋放,并參與代謝,復(fù)合物可有效抑制病菌的生長(zhǎng),調(diào)節(jié)腸道內(nèi)菌群平衡[44]。GEORGE等[45]通過體外研究證明纖維素-多酚復(fù)合物可抑制金黃色葡萄球菌的生長(zhǎng)。GIL-SNCHEZ等[46]研究表明,在膳食纖維與多酚的共同影響下,腸道內(nèi)乳酸菌群數(shù)量增加,同時(shí)也增加了結(jié)腸內(nèi)產(chǎn)生的短鏈脂肪酸,其對(duì)腸道健康有重要作用。與膳食纖維結(jié)合后的多酚對(duì)動(dòng)物體內(nèi)黑色素瘤內(nèi)腫瘤有抑制作用,同時(shí)也可抑制人類白血病和宮頸癌細(xì)胞的增殖[47]。在多酚與膳食纖維結(jié)合后,膳食纖維使其溶液分散性增強(qiáng)、溶解性增加,并減少了多酚的結(jié)晶,有利于多酚更有效發(fā)揮本身的功效。

5.3 對(duì)多酚生物利用率的影響

體外消化研究表明,纖維素的存在會(huì)降低多酚在小腸的生物可及性并延緩了其在上消化道的釋放,但是會(huì)使其更易到達(dá)消化道下部,在結(jié)腸發(fā)揮作用[43]。BOURVELLEC等[48]發(fā)現(xiàn)膳食纖維可充當(dāng)多酚的保護(hù)性載體,限制酚類物質(zhì)在消化道上部的釋放,進(jìn)而到達(dá)結(jié)腸,同時(shí)充當(dāng)可將多酚轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì)的結(jié)腸微生物的養(yǎng)分。多酚的生物利用度與纖維素的粒徑大小與含量有重要關(guān)聯(lián),纖維素含量越高,生物利用率越小;纖維素粒徑越小,生物利用率越高。

表2 纖維素與多酚相互作用對(duì)多酚的增效作用
Table 2 Synergistic effect of interaction on polyphenols

纖維素多酚對(duì)多酚的增效作用參考文獻(xiàn)纖維素綠原酸、阿魏酸、咖啡酸有利于增加多酚的生物利用率并到達(dá)結(jié)腸[14]納米纖維素綠原酸、阿魏酸、咖啡酸在消化道上部的釋放率降低,多酚可被纖維素遞送至結(jié)腸[49]納米纖維素槲皮素多酚的抗氧化活性與熱穩(wěn)定性得到提升[22]納米纖維素茶多酚多酚的穩(wěn)定性與自由基清除能力均得到提升[4]甘蔗渣纖維素葡萄多酚多酚的抗菌活性與生物利用率提升[45]甲基纖維素EGCG多酚的抗氧化活性與在體外的持續(xù)釋放能力增加[42]乙基纖維素楊梅多酚結(jié)合提高了多酚在模擬腸液中的穩(wěn)定性,保護(hù)多酚的抗氧化性[43]甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素EGCG有效提升EGCG的持續(xù)釋放能力,并維持其抗氧化活性[50]

6 結(jié)論與展望

本文針對(duì)近年來關(guān)于纖維素與多酚互作機(jī)制的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述,大量研究明確了二者之間主要是通過氫鍵、疏水相互作用、離子鍵等非共價(jià)作用機(jī)制而進(jìn)行的自發(fā)快速結(jié)合反應(yīng),并分析了影響其相互作用的多種因素,包括纖維素與多酚的結(jié)構(gòu)、環(huán)境因素等。一些研究還通過優(yōu)化纖維素的粒徑、增加結(jié)合位點(diǎn)以及對(duì)纖維素進(jìn)行化學(xué)修飾等方法,進(jìn)一步提升纖維素作為多酚的天然載體和穩(wěn)定劑的功效。

纖維素與多酚形成的復(fù)合物可保護(hù)多酚免受環(huán)境影響,提高其穩(wěn)定性,并可靶向遞送至人體結(jié)腸組織,同時(shí)纖維素具有較好的安全性和腸道穩(wěn)定性,使其與多酚協(xié)同發(fā)揮對(duì)腸道菌群的有益作用,進(jìn)而促進(jìn)人體健康。

綜合以上有益因素,可將纖維素/多酚復(fù)合物作為新型食品添加劑或復(fù)配功能因子,利用纖維素自身可作為食品穩(wěn)定劑、乳化劑及脂肪替代品的特點(diǎn),結(jié)合多酚物質(zhì)的功能活性,在食品加工中同時(shí)做到提升口感、品質(zhì)和食品的功能性、健康性,以用于在預(yù)防和治療高血脂等有關(guān)疾病的功能性食品中發(fā)揮功效。因此,纖維素與多酚的互作對(duì)食品加工、人類健康等方面的應(yīng)用具有重要意義。

然而,目前在纖維素與多酚的互作機(jī)理研究與應(yīng)用領(lǐng)域雖然已取得了顯著的成果,但仍有一些問題需要進(jìn)一步研究和闡明:纖維素與多酚相互作用的分子機(jī)制,包括分子結(jié)合位點(diǎn)和具體的連接方式,還有待于進(jìn)一步確定;探索如何更加靈活和有效地控制復(fù)合物中多酚的緩釋,合理利用載體的保護(hù)并充分發(fā)揮其功能活性;由于人體消化代謝過程的復(fù)雜性,纖維素與多酚復(fù)合物的協(xié)同增效作用對(duì)人體健康,特別是腸道環(huán)境與菌群結(jié)構(gòu)的影響,還需進(jìn)一步的研究。

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