抗氧化成分在消化过程中变化的研究进展

陶文扬,孙陪龙,孙玉敬*

(浙江工业大学海洋学院,浙江 杭州 310014)

摘 要:食物中的抗氧化成分具有促进健康和预防非传染性疾病的作用,近年来得到学术界和工业界的广泛关注,然而目前的研究主要还是停留在对于提取物的活性评价上,与实际的人体利用情况差异很大。食物消化过程中的pH值、各种消化酶类对食品抗氧化成分的稳定性存在潜在的影响。文章详述了近年来关于食品中多酚、黄酮、类胡萝卜素等主要的抗氧化成分在消化过程中结构变化的最新研究进展,并介绍了其抗氧化能力在消化前后的变化情况,以期为抗氧化成分的活性评价提供理论参考。

关键词:消化;抗氧化成分;抗氧化活性;稳定性

近年来,慢性非传染性疾病已经成为危害我国人民健康、危害社会及经济可持续发展的严重公共卫生和社会问题。大量的流行病学研究发现水果蔬菜能够促进人类健康,预防慢性非传染性疾病的发生。低果蔬摄入量人群中有19%的概率患结肠癌、31%的概率患心脏病、11%的概率患中风[1-2]。因此,我国的膳食指南推荐我国成年人每天吃蔬菜300~500 g,最好深色蔬菜约占一半,水果200~400 g[3]。研究表明果蔬的抗氧化功能是其促进人类健康,预防慢性疾病的最重要机理之一[4-5],而果蔬中含有的植物化学成分是其发挥抗氧化活性的基础。

果蔬的植物化学组分和抗氧化功能的研究已成为国际上研究的热点之一,国内对果蔬的植物化学组分和抗氧化功能研究也方兴未艾。近5年来有近万篇的相关文献报道了不同的单一果蔬的植物化学组分和抗氧化功能[6-7],主要是针对食物中抗氧化成分提取物的研究。但是化学提取后测得的抗氧化活性与真实的食物消化吸收后的抗氧化活性存在很大的差距。抗氧化成分作为一类不稳定的活性成分在消化吸收过程中,在pH值、酶的作用下会发生怎样的变化直接影响着它的抗氧化能力。近年来研究人员开始注意抗氧化成分在食物消化过程中的稳定性问题,但是相关的研究尚处于起步阶段。本文系统介绍了食品中抗氧化成分在消化吸收过程中结构及活性变化规律的最新研究进展,以期为抗氧化成分活性评价方法的研究提供理论参考。

1 模拟消化的方法

在对不同物质进行研究时,模拟消化过程中所使用的酶的种类、盐溶液配比、pH值变化都存在着一些差异,使得在模拟消化的方法上存在着一类物质使用一类消化方法的情况。这也是因为一些抗氧化成分在人体消化道中的稳定性是比较明确的,如蛋白质不会在口腔有明显变化,一些多糖类物质在消化道中不会有明显变化,但是会被肠道微生物利用等。研究这类物质时常会省略掉一部分消化模拟。再加上现实情况下人类的消化是一个不断变化的过程,如胃酸的pH值会随着消化的进行而上升等,这使得消化模型的建立更加艰难。大致上消化模拟方法可以归类为前处理、消化、后处理3 个步骤,其中消化步骤可包含口腔、胃部、肠部3 个步骤,每个步骤又会因样品的不同而产生变化,如胡义东等[8]在研究消化过程对芒果抗氧化成分的影响时,直接取消了口腔部分的模拟,仅使用物理均质代替口腔消化。

1.1 样品前处理

样品前处理是消化模拟中非常重要的一步,适当的前处理可降低实验的复杂程度,但是样品进行前处理又会对消化模拟的结果产生影响,如何恰当的处理样品仍然是一个需要深入研究探讨的课题。消化模拟中的样品前处理的方法可分为3 类:1)样品经过均质后直接进入消化模拟步骤;2)样品经简单化学提取后进入消化模拟步骤;3)样品经冻干或烘干后进入消化模拟步骤。

本身含水量较低的食品,如豇豆等,可以直接均质后进入消化模拟步骤,因处理过程为物理粉碎,对实验结果造成影响较低[9]。经过化学方法提取后再进行消化模拟可以很好地避免食品中其他物质对抗氧化成分的影响,但是这也会导致实验结果与食品在人体中的真实变化情况有所差别。一些含水量较高的食品,在烘干过程中会导致一些热稳定性较差的抗氧化成分产生变化,如玉米黄质等[10]

1.2 口腔消化

相对于其他消化过程的研究,口腔模拟受关注程度较低。一方面是由于口腔部分的消化对食品的性状改变并不显著,且大部分功能与后续模拟有重合;另一方面,口腔部分的消化在日常生活中并不充分,随着生活节奏的加快,人们在进食的时候会下意识的加快速度,缩短口腔消化的时间。

Huang Haizhi等[11]模拟了杨梅口腔部分的消化,将样品与水混合后加入含α-淀粉酶的CaCl2溶液,37 ℃水浴振荡10 min,充分模拟了口腔中的消化环境。而Oliveira等[12]在消化草莓酸奶和桃子酸奶时只在37 ℃、200 r/min转速下消化了1 min。Courraud等[13]对菠菜叶和胡萝卜汁进行消化时添加了1%抗坏血酸和0.9% NaCl的混合溶液,由于其样品中仅含有少量淀粉,故没有加入α-淀粉酶。

1.3 胃部消化

胃部消化的模拟已形成了一定的标准化形式:使用盐酸溶液将样品混合物的pH值调节至2.0后,加入适量的胃蛋白酶,37 ℃水浴振荡孵育。但是在一些细节方面,如对于pH值的选择,研究人员持不同的观点,Werner等[14]提出人体胃液在空腹状态时才会达到pH 2的状态,而在一般情况下,胃液pH值都会高于2,达到接近于pH 4的状态。

孵育时间的选择上也并未形成统一的标准,如Olejnik等[15]在草莓酸奶和桃子酸奶的消化中,胃消化过程进行了2 h;而Wootton-Beard等[16]对市面销售的浓缩番茄汁等23 类蔬菜汁进行研究时只进行了1 h。胡义东等[8]在对芒果的研究中探讨了胃部消化时间对抗氧化成分含量影响的动力学变化,发现胃消化进程的0.0~0.5 h间,酚类物质的含量有了显著增加,而在0.5~3.0 h之间,酚类物质的含量没有明显变化;黄酮类物质在0~2 h间都有明显的增加,2~3 h没有显著变化;且可以明显看出酸性环境和酶可以促进黄酮类物质的释放。

1.4 肠道消化

肠道的消化是比较复杂的过程,不只是酶种类与酸碱度的选择,还有胆盐种类与浓度的选择,甚至与肠道微生物环境的模拟相关。

肠道消化中不同的酸碱度对抗氧化成分的影响有待更加深入的研究,需要进一步的探讨与论证。Olejnik等[15]在对草莓酸奶和桃子酸奶的研究中进一步扩展了肠道中的微生物模拟内容,加入了从健康人的粪便中提取的人粪菌群(7.5×107CFU/g肠杆菌、3.0×107CFU/g乳酸菌和1.0×102CFU/g梭菌类),总浓度为106CFU/mL,将肠道模拟扩展至结肠部分的模拟,稳定菌落总数为(6.8±2.1)×108CFU/mL以及样品pH 8.0,孵育19 h。Bouayed等[17]在研究消化对不同品种苹果的影响时,在肠消化阶段模拟了肠黏膜对消化产物的选择性透过能力,使得消化产物进一步分为可透过肠黏膜的消化产物和不可透过肠黏膜的消化产物。Kamiloglu等[18]同样使用透析膜模拟了肠道对消化产物的吸收能力,并以此推断消化产物中各成分进入人体血液循环的多寡。

1.5 样品后处理

经过消化处理后的样品多呈现一种十分复杂的混合体系,包括了不溶物、水溶液、微束胶体等,且部分酶在消化结束后仍具有活性,对于消化后的样品的稳定性产生较大的影响。后处理多包含两个部分:酶的灭活与样品分离。

酶的灭活方法有很多种,包括热处理法,即短时间的高温处理;酸处理法,即强酸灭活后迅速调整为中性;冻干法,即将样品冻干后确保消化酶不再产生作用[19-20]

对于不同的目标样品也同样有不同的分离方法:对于水溶物质,直接进行过滤或者离心是一类可以接受的方案;对于微束胶体,低速长时间离心也是一类有效的分离方法,但更多的还是使用超高速离心的方式进行分离;不溶物沉淀经过滤后可直接获得[9,21-23]

2 抗氧化成分在消化过程中的稳定性

食品中成分复杂,不同的抗氧化成分在消化的过程中有不一样的变化情况,不同的抗氧化成分产生抗氧化能力的机理不同,甚至相同的抗氧化成分经过降解、聚合、异构等变化后,其产生抗氧化能力的机理会发生改变。消化过程中,抗氧化成分一方面会由于消化道环境的作用或者消化道中酶的作用而降解,另一方面又会有同样的抗氧化成分从食糜中释放出来。这导致直接使用化学法测量食品中的抗氧化成分含量时与真实情况有所差别。体外消化模拟在一定程度上反映了抗氧化成分在消化道中的变化情况,测得的结果更加接近食品在人体中可以被吸收利用的抗氧化成分含量,值得深入研究与探讨。食品中的抗氧化成分多来源于植物类食品,包括多酚、胡萝卜素、维生素、多糖等。

2.1 多酚类

多酚是水果蔬菜中重要的一类次生代谢产物,是指在苯环上具有一个或多个羟基的一类植物化学成分,目前发现的有8 000多种,主要包括3大类:类黄酮、酚酸、单宁。多酚类物质除了赋予水果蔬菜特有的感官品质外,还具有很好的生物活性如抗菌、抗癌、抗氧化等功效。多酚类物质本身的结构特点导致其易发生酸碱、还原、氧化、络合、差向异构等反应[24-26]。近年来少量的研究人员开始注意到消化过程中多酚类物质的稳定性问题。

酚类物质对酸碱性变化较为敏感,消化过程中酸碱性的变化对多酚类物质的影响十分的明显。Sancho等[27]探究了黑豆和小红豆的总酚含量在消化模拟前后的变化,结果表明两种样品经消化后酚类物质含量都有了明显的下降,并认为这是由于酚类物质在肠道消化模拟的高pH值环境中并不稳定,易分解所导致的,这与Bermudezsoto等[28]在研究野樱莓时发现的情况不谋而合。花青素对酸碱变化更加敏感,酸性环境下花青素更加稳定,在碱性环境下易分解,而消化酶与胆盐同样会促进花青素的分解[12,17,28-29]。同时,酸性环境会导致原花色素以2-苯基苯并阳离子的形式从食品混合物中释放出来,提高消化产物的酚类物质含量[30]。有数据显示,酸性环境下在水相中仅有20%的花青素能与蛋白质结合,其余大量的花青素能够被释放出来[31]。有研究显示,酸碱性的变化还会影响分子的外消旋作用,形成手性异构产物,改变物质的生物活性功能[32],而柚皮苷、橙皮苷等酚类物质的结构,也为形成手性异构提供了可能性。酚类物质特别是黄酮类物质,在消化过程中会进行氧化、聚合等反应,导致了一些酚类衍生物如查尔酮等物质生成,这类物质分子质量较大,难以溶解,因而难以被吸收利用[23]。如Gil-Izquierdo等[33]发现,碱性环境下,以橙皮苷为代表高达60%的黄酮类物质转化为查尔酮。

各个消化环境对酚类物质含量的影响也存在着相互影响,不能简单的将各个环境的效果进行叠加。在胃消化模拟中,所有的儿茶素等9 类酚类物质都表现出了较高的稳定性;而不经过胃消化模拟,直接经过肠消化模拟后的样品中,表没食子儿茶素、没食子儿茶素没食子酸脂、没食子酸、儿茶素、原花青素二聚体已完全降解;但是将样品连续经过胃消化模拟与肠消化模拟后发现,样品中仅剩下奎宁酸存在[34]。而花青素在胃部就会被吸收这一情况,使得现有消化模型对花青素的评估不可避免的出现误差[17,35]

食品中其他无抗氧化性物质及其消化产物,也会对酚类物质产生影响。酶的水解会引起一些与蛋白质、多糖、氨基酸等结合的酚类物质的释放,进而提高消化产物中酚类物质的含量[12];另一方面,酶水解所产生的这些小分子物质又会与黄酮类物质结合,使得黄酮类物质无法通过细胞膜[36-37]。由于人体不能产生果胶酶或纤维素酶等酶,使得一些与果胶或纤维素结合的抗氧化成分,如花青素等,不能够由食品混合物中释放出来,必须要在肠道微生物的帮助下才有可能被释放,这也是花青素等酚类物质在肠道消化中的微生物菌群发酵后会有明显增长的原因[38]。类似的,黄酮类物质的碳链与配基间的β键不能被消化系统中的酶所分解,只会被结肠中的细菌发酵分解,一定程度上提高了混合物中黄酮类物质的含量[39]。而使用福林-酚方法检测酚类物质的情况下,蛋白质的水解产物如氨基酸和多肽等无酚还原物质也可能会导致最终总酚含量的虚高[9]

2.2 类胡萝卜素

类胡萝卜素(carotenoids)是自然界中存在最为广泛的一类天然色素,存在于具有光合作用的植物和细菌中。类胡萝卜素是胡萝卜素类(carotenes)和叶黄素类(xanthophyⅡs)两大类色素的总称。类胡萝卜素主要来源于蔬菜中的胡萝卜、番茄、西兰花、油菜等,叶黄素主要来源于水果中的柑橘、芒果、木瓜、杏,蔬菜中的南瓜、辣椒,禽类的蛋黄等。类胡萝卜素除了作为VA的来源外还具有多种生物活性,目前它们的抗氧化、抗癌、抗辐射、抗骨质疏松等生物活性引起了广泛的关注。然而类胡萝卜素是结构上含有大量共轭双键的一类物质,具有不稳定的特性,在食品的加工贮藏中极易发生异构化、环化和氧化[40-42],但是在消化过程中的变化尚无定论。而Reboul等[43]认为,类胡萝卜素的体外消化模拟能够在一定程度上反映类胡萝卜素在体内的消化吸收情况,两者具有显著的相关性。

由于类胡萝卜素属于脂溶性物质,难溶于水,使得乳化剂对类胡萝卜素的消化吸收有着巨大的影响。Hou Zhanqun等[44]研究了不同消化时间和乳化剂对β-胡萝卜素在消化过程中释放量的影响,发现不同的乳化剂对其释放程度有十分显著的影响,在胃消化中以十甘油单月桂酸酯作为乳化剂的样品释放量最高,而在肠消化中是以乳清蛋白为乳化剂的样品释放量最高;而胡萝卜素含量在胃消化过程中会有显著的上升,仅需10 min就达到最大值,之后没有变化;在肠消化过程中变化情况复杂,总体情况为在前10 min快速上升,之后十甘油单月桂酸酯作为乳化剂的样品β-胡萝卜素含量保持不变,而以大豆可溶性多糖为乳化剂的样品和以乳清蛋白为乳化剂的样品略有下降。

同时消化中的pH值也会影响类胡萝卜素的特性和稳定性。Rich[45]、Tyssandier[46]等研究发现酸性环境会促进类胡萝卜素向脂相富集,而抑制其由脂相向微束的转移。近年的研究显示,酸性环境对类胡萝卜素的结构也会产生影响,在有机酸存在的情况下,5,6-环氧化合物类的类胡萝卜素,如玉米黄质、紫黄素等,会转变为5,8-环氧化合物,导致类胡萝卜素的检出总量下降[47]。同时类胡萝卜素的结构决定了其在食品脂质层中的位置,对其消化吸收过程产生巨大的影响,具有亲水端的类胡萝卜素在脂质胶束中会跨越脂质双分子层,导致其靠近水相而容易被自由基攻击,而β-胡萝卜素等不具有亲水端的类胡萝卜素会平行分布于双分子层中间,脂质层可以更好地进行保护[48]

食品混合物中不同的物质也会对类胡萝卜素的吸收产生影响,比如对β-胡萝卜素、β-隐黄质和叶黄素而言,当向食品混合物中添加全脂奶时,消化过后它们的生物可接受率会相对提升到148%,而当食品混合物中添加脱脂奶或豆奶时,它们的生物可接受率都会分别降低至63%和38%[49]。膳食纤维与柑橘果胶等物质会阻碍人体对类胡萝卜素的消化吸收,并且水溶膳食纤维比难溶膳食纤维的阻碍效果更加明显[50]。甚至各类胡萝卜素之间都会产生影响,不同的类胡萝卜素会抑制其他类胡萝卜素进入胶束,从而影响其吸收代谢[51]

由于类胡萝卜素在人体中较为难以吸收,现有的研究多将重点集中在类胡萝卜素在人体中的吸收情况,鲜有人去探究类胡萝卜素在人体消化过程中是否产生结构变化,而类胡萝卜素又是一类具有多种异构体的抗氧化成分,不同异构体之间有着不同程度的抗氧化能力差异,这一方面仍然需要进一步探究与探讨。

2.3 VE

VE是一类重要的抗氧化成分,缺乏VE会导致人体运动失调,其包含生育酚和三烯生育酚两类共8 种化合物,即α、β、γ、δ生育酚和α、β、γ、δ三烯生育酚。VE作为一类促进人体健康的基本微量元素,吸引了大量目光,但其生理活性机制仍没有一个明确且信服的解释[52-53]。不过这并不妨碍人们将其作为一类食品营养增强剂加入食品中,以提升食品的营养功能[54-55]

与类胡萝卜素相似,由于VE同样是脂溶性物质,使得VE的吸收需要通过胶束的装载以进入人体。同样的,酸性环境会导致VE向混合物的水相富集,从而降低胶束中VE的含量[14]。而小肠上皮细胞的黏膜具有过滤作用,粒径超过400 nm的胶束无法通过黏膜,所以在模拟VE等脂类物质的吸收时,进行一次过滤可以更好地模拟真实的人体吸收状况[56-57]

不同的乳化剂对VE的吸收也会产生影响,由长链甘油三酯形成的胶束相比较于中链甘油三酯可以更好地捕获游离的VE,促进人体对VE的吸收[57]。高浓度的表面活性剂有助于消化过程中胶束的形成,进而提高胶束对VE的捕获效率,提高VE的生物接受率,而不同的样品处理方法也会影响VE的生物接受率,如纳米乳化的胶束比微流化的胶束更加容易被人体吸收[58]。但在脂类的消化过程中,在胶束形成的同时,还有其他胶体性质的结构生成,如囊泡与液晶等,这些结构都会对脂溶性维生素的吸收产生影响[59]

当VE和其他维生素共同摄入时,由于VE具有强抗氧化能力,在保护了其他维生素不被降解的同时导致自身的降解,进而使得消化吸收的VE量有所下降[60]。而由于VE与VD共用同一种转运蛋白NPC1-L1,使得VE和VD共存的状态下,两类维生素的吸收率都会下降[61-62]

同样的,由于VE是一类脂溶性抗氧化成分,研究者们更加关注其吸收情况,对于其在消化过程中的结构变化鲜有系统的研究。

2.4 VC

VC属于酸性己糖衍生物,结构为稀醇式己糖酸内酯,VC的摄入不仅可以抵抗坏血病的产生,同时作为一种抗氧化成分还可以降低心血管疾病与神经疾病的患病可能[63]

由于VC在酸性环境下会质子化,提高被氧化的难度,且酸性环境能够保护VC不被酶或其他物质氧化,VC在胃部消化过程中的变化并不明显[64]

Jeney-Nagymate等[65]也证实了酸碱环境对VC的影响,当溶液pH值大于4时,抗坏血酸会显著分解,而低pH值环境有助于VC的稳定。而Ball[66]认为由于VC可以与铁等离子结合,形成金属-氧-抗坏血酸的结构,使得VC在肠胃消化过程中有所流失。

但由于VC的强抗氧化能力,若均质过程中混入空气的话,VC就会随之大量降解[67]。与VE类似,其他维生素同时存在时,如当食品中同时含有VC与VA时,会导致其生物接受率的下降[68]

近年来对于VC消化吸收的研究并不多见,或是由于VC在毒理学上的毒性较低,即使人体大量摄入VC也不会有过量症状产生,使得人体中VC水平可以通过大量摄入来维持。但VC在消化吸收过程中的质构变化与代谢转移情况仍然值得深入探讨,这也可为研究其他类似物质提供参考,如酚类物质。

2.5 多糖

多糖,也称多聚糖,是由至少10 个单糖分子通过糖苷键链接形成的高分子聚合物,是一类广泛存在于动物、植物和微生物中的天然活性物质,具有较强的抗氧化、抗衰老、增强机体免疫能力等功能[69]。多糖的结构复杂,不同的单糖组成、糖苷键连接方式、单糖序列等都会对多糖的形状产生影响,相当一部分的多糖都具有较好的自由基清除能力[70]

张冠亚等[71]研究了铁皮石斛多糖在消化道中的变化情况,发现口腔消化不会对多糖产生影响,而在肠胃消化中多糖的分子质量降低,还原糖含量增加,且未发现单糖产生。Hu Jielun[72]和Chen Chun[73]等分别研究车前草种子多糖和桑葚多糖时也发现了相同的规律,且认为这是由于胃模拟时的酸性环境导致的。李凡[74]对霍山石斛多糖的研究发现,霍山石斛多糖在酸性条件下分子质量会有显著降低,从侧面证明了这一观点。但是也有研究发现青钱柳多糖在体外模拟胃和模拟胃肠道均未被消化;但胃中酸性环境和胃电解质溶液分别会影响青钱柳多糖的稳定性和构象[75]。多糖在水系环境中倾向于以聚集体的形式存在,且有研究表明,糖苷键的断裂才会增加多糖还原末端,所以在研究多糖的消化降解时,需要考虑到多糖分子质量的降低是由于聚集体解聚引起的还是由于糖苷键断裂引起的[76-77]。人类消化道中的酶对多糖的消化效果并不理想,如唾液淀粉酶能水解α-1,4-糖苷键,对于α-1,6-糖苷键的水解效果不明显[78]。多糖在消化道中更多的是起着益生元的作用,进入肠道后被肠道微生物所代谢利用,调节肠道微生物环境,或者被肠道微生物分解,再进入人体内循环产生功效。

现有的文献表明,人们更加关注多糖的各类生理活性,以及如何保证其生理活性在不会改变的情况下进入人体发挥功效,对于多糖在人体消化道中的变化情况涉及的研究较少。这或许与多糖在消化道中较好的稳定性有关,而肠道中的微生物虽然会部分降解多糖,但是复杂的微生物环境也给研究工作带来了阻碍,如何从复杂的肠道环境中准确定位多糖并探寻多糖的降解状况,仍然是需要深入探讨的问题。

3 抗氧化活性在消化过程中的变化

由于消化过程对抗氧化成分的含量和结构都可能产生巨大的影响,并且消化对抗氧化成分的影响因成分种类而异,每一种抗氧化成分在消化过程中都会有不同的变化情况,所以消化过程前后抗氧化能力的变化也是一个不能忽视的考察点。而由于抗氧化机理的不同,同一种抗氧化成分在不同的抗氧化实验中可能会表现出不同的抗氧化能力水平,因此,即使样品在消化前后抗氧化能力没有明显变化,样品的各类抗氧化成分也是有可能产生显著变化的。所以在研究消化前后抗氧化成分变化时,深入探讨单体变化并结合基于不同原理的总抗氧化能力变化的研究,从多方面对样品的抗氧化能力水平进行评价会更加地具有说服力。

常用的总抗氧化能力评价方法如1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)法、2’-联氨-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(2,2’-azinobis-(3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonate),ABTS)法、氧化自由基吸收能力(oxygen radical absorbance capacity,ORAC)法、亚铁还原能力(ferric reducing antioxidant power,FRAP)法等方法已发展的较为成熟,因其基于不同的抗氧化能力机理而被广泛用于各类样品的抗氧化能力水平评价,并通过不同评价方法之间的相互比较来更加全面地评估样品的抗氧化能力水平。而细胞抗氧化能力可以在一定程度上模拟抗氧化剂在细胞层面上对人体的作用,且实验耗时短、成本低,是新兴的一类抗氧化能力评价方式,值得投入更多的精力去探究。

3.1 DPPH

DPPH自由基清除能力实验是一类常用的抗氧化能力评价体系,常用于研究抗氧化成分对氢自由基的清除能力。

Chen Guanlin等[79]研究了33 种水果在消化过程中的DPPH自由基清除能力变化,发现苹果等32 种水果在胃消化后抗氧化能力明显增强,仅三华李(Prunus salicina Lindl)没有明显变化;而再经过肠消化后,仅红葡萄没有显著变化,其余32 种水果均有明显下降。经胃消化模拟后,样品抗氧化能力的增加或许是由于胃液的酸性环境有益于酚酸类物质的稳定与释放[28]。Jamali等[80]发现,酸碱性的变化会导致物质产生结构变化,进而影响其旋光度等性质,这或许是肠消化模拟中抗氧化能力下降的原因之一。Chiang等[20]探究了酶的活性对抗氧化能力的影响,发现在消化过程中,酶的作用可以显著提高DPPH自由基清除能力,在消化过程中使用经过灭活处理后的酶时,DPPH自由基清除能力不会有明显变化。

3.2 ABTS

ABTS法多用于测定组织样品中血红蛋白的含量,改进后用于测定生物样品的抗氧化活性,广泛应用于食品和天然水溶性酚类物质抗氧化活性的测定。

Serrano等[81]研究了西班牙饮食中的植物类食品的抗氧化能力,发现经过消化之后,其ABTS值较消化前有了明显上升。Kamiloglu等[18]研究了无花果的ABTS值在消化过程中的变化情况,发现经过胃消化后,ABTS值有了显著下降,但在肠消化过程中又有显著上升,消化终产物ABTS值甚至超过未消化样品。消化过程中,酚类物质由糖配体水解为苷配体,而苷配体的抗氧化能力会高于糖配体,这是食品经消化后抗氧化能力提高的原因之一[82]

3.3 ORAC

ORAC是国际上较为常用的评价食品抗氧化能力的方法,主要检测抗氧化物质对由2,2-偶氮二(2-甲基丙基咪)二盐酸盐(2,2’-azobis-2-methyl-propanimidamide,AAPH)等物质产生的过氧化自由基的清除效果。

Jayawardena等[83]探究了22 种商业果汁在消化前后ORAC的变化情况,发现ORAC总体呈上升趋势,仅有YUMMI牌芒果汁经过消化后ORAC有下降,主要原因是总酚的变化导致了其抗氧化能力的变化(R2=0.975)。很多研究中把总酚类物质含量与ORAC做了比较,希望找到总酚类物质与自由基吸收能力之间的关系,但是在研究了多类水果之后发现,更高的总酚类物质含量并不一定代表更强的自由基吸收能力[84],如在Ti Huihui等[85]的研究中发现,黑米和精白米经过消化后,总酚类物质含量分别有了54.1%和46.1%的增长,但是其ORAC分别增长了94.8%和6.7%,这也导致了无法直接使用总酚类物质含量来推测样品ORAC变化。同样的,酶的活性对样品消化过程中ORAC的变化情况具有显著影响,Oliveira[12]与Chiang[20]等分别探究了酶的活性对样品ORAC的影响,发现只有具有活性的消化酶才会在消化过程中提高样品的ORAC。

3.4 FRAP

FRAP方法既可以检测食物及饮料中的抗氧化物质,也可以用于检测天然抗氧化成分的活性,用途广泛,但目前主要用于食品抗氧化成分的开发。

Wootton-Beard等[16]研究了消化模拟过程对王子浓缩番茄汁等23 类果汁类商品或蔬菜汁类商品的FRAP的影响后发现,大部分蔬菜水果汁都遵循着同样的一个规律,即在胃消化后FRAP有了明显的增长,在肠消化后又有轻微的下降,但是最终值仍然会显著高于消化前的水平,仅有塞恩斯伯里番茄汁例外,其FRAP在肠消化后仍然有轻微的增长。

而Chen Guanlin等[79]在对苹果等33 种水果的消化前后FRAP进行了研究之后发现,11 种水果经过胃消化后FRAP有明显上升,20 种水果明显下降,有2 种水果没有显著变化。与未消化前相比,再经过肠消化阶段后,4 种水果没有显著变化,8 种有明显上升,21 种水果明显下降。

其结果与Wootton-Beard等[16]的结果有相当大的差距,完全不遵守其发现的规律,且在Chen Guanlin等[79]的报道中没有发现明显规律。这或许是由于果汁中或多或少的都会含有一些具有抗氧化能力的防腐剂,如柠檬酸、VC等[86],由于果汁中普遍存在的这类抗氧化成分在消化过程中会表现出相同的变化趋势,导致了Wootton-Beard等[16]的研究规律只适用于果汁而不适用于其他新鲜水果。Ryan等[87]的报道可以从侧面说明这一点,其报道中称,所有的短保质期瓶装橘子汁的FRAP在消化前后都没有明显变化,而长保质期瓶装橘子汁的FRAP却都在消化之后有了显著的增加。

3.5 细胞抗氧化

细胞抗氧化实验(cellular antioxidant assay,CAA)是近年刚刚兴起的一类抗氧化能力检测方法,能够在一定程度上反映出抗氧化成分在人体细胞中的抗氧化能力水平,是一类统合了细胞可接受能力与胞内抗氧化能力的检测方法。由于细胞抗氧化的评价体系提出较晚,这方面的研究仍然较少,目前仅有少量的研究报道。

Liu Shumin等[88]应用CAA检测了黑茶的细胞抗氧化能力情况,发现黑茶提取物可以很好地被细胞吸收,在细胞中发挥出较高水平的抗氧化能力。Huang Haizhi等[11]进一步探究了消化后CAA值的变化,发现消化后样品的CAA值均有不同程度的上升,并认为这是由于消化在一定程度上改变了其抗氧化物质的构效,并且促进了一些小分子抗氧化物质的释放,进而提高了样品在细胞中的抗氧化能力水平。

4 结 语

目前的研究表明,与传统的提取物的评价方法相比,食品中的多酚、类胡萝卜素等抗氧化成分在消化过程中会发生数量和活性方面的变化,说明采用传统的提取物的方法去评价食品的抗氧化活性不够准确。但是从目前的研究报道来看,相关的研究还是不够深入,比如消化过程中抗氧化活性的改变是因为结合抗氧化成分的释放还是化学结构的改变引起的等。为了更合理地评价食品的抗氧化活性,有必要结合消化吸收来建立抗氧化活性评价的新体系。

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Recent Advances in Understanding Changes in Antioxidants during in Vitro Digestion

TAO Wenyang, SUN Peilong, SUN Yujing*
(Ocean College, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, China)

Abstract:There is evidence that dietary antioxidants play a crucial role in promoting health and reducing the risks of chronic diseases, which has recently attracted a great amount of attention in both academic and industrial fi elds. However, most current studies are limited to activity evaluation of extracts and far away from application in the human body. Both pH and various digestive enzymes are potential factors that inf l uence the stability of antioxidants in food during digestion. This article reviews the latest studies on the structural changes of polyphenols, fl avonoids and carotenoids in food as well as changes in their antioxidant capacity during digestion, which will provide a theoretical reference for the evaluation of the antioxidant capacity of food components.

Key words:digestion; antioxidant; antioxidant capacity; stability

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201709043

中图分类号:TS201.4

文献标志码:A

文章编号:1002-6630(2017)09-0271-09

引文格式:

陶文扬, 孙陪龙, 孙玉敬. 抗氧化成分在消化过程中变化的研究进展[J]. 食品科学, 2017, 38(9): 271-279. DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201709043. http://www.spkx.net.cn

TAO Wenyang, SUN Peilong, SUN Yujing. Recent advances in understanding changes in antioxidants during in vitro digestion[J]. Food Science, 2017, 38(9): 271-279. (in Chinese with English abstract)

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201709043. http://www.spkx.net.cn

收稿日期:2016-05-05

基金项目:国家自然科学基金青年科学基金项目(31401474)

作者简介:陶文扬(1992—),男,硕士研究生,研究方向为果蔬活性成分及功能评价。E-mail:wy_tao@zjut.edu.cn

*通信作者:孙玉敬(1979—),女,副教授,博士,研究方向为果蔬活性成分及功能评价。E-mail:yisun01@zjut.edu.cn