食品中萜類化合物來源及功能研究進(jìn)展

羅婧文，張玉,，黃威，趙欣，曾凡坤*

1(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，食品科學(xué)與工程國家級教學(xué)示范中心，重慶，400715) 2(重慶文理學(xué)院 林學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，重慶，402160)3(重慶第二師范學(xué)院重慶市功能性食品協(xié)同創(chuàng)新中心，重慶，400067)

從化學(xué)結(jié)構(gòu)特征定義萜類化合物為以異戊二烯(isoprene，C5)為基本單元形成的聚合物和衍生物，基本碳骨架通常具有5個碳的異戊二烯結(jié)構(gòu)單元(如圖1所示)[1]。

圖1 異戊二烯化學(xué)結(jié)構(gòu)式Fig.1 Chemical formula of isoprene

萜類化合物是植物中非常重要的一類次生代謝產(chǎn)物，因而廣泛存在于植物源性食品中。下面對食品中萜類化合物的來源進(jìn)行綜述，并進(jìn)一步分析食品中萜類化合物的功能研究現(xiàn)狀。

1 食品中萜類化合物的來源

1.1 內(nèi)源性萜類化合物的生成

1.1.1 MVA途徑和MEP途徑生成

已知20 000多種萜類化合物大多以焦磷酸異戊烯酯(isopentenyl diphosphate，IPP)及其異構(gòu)體焦磷酸二甲基烯丙酯(dimethylallyl diphosphate，DAPP)作為初始前體物質(zhì)合成。萜類化合物合成途徑根據(jù)IPP的合成物質(zhì)不同分為甲羥戊酸(mevalonate pathway,MVA)途徑和2-C-甲基-D-赤蘚糖醇-4-磷酸(methylerythritol-4-phosphate pathway,MEP)途徑，這是目前生物體內(nèi)萜類化合物合成占主導(dǎo)地位的兩大途徑[2-3](如圖2所示)。

圖2 萜類化合物MVA和MEP途徑Fig.2 Terpenoids biosynthesis mevalonate pathway and methylerythritol-4-phosphate pathway

MVA途徑是指細(xì)胞質(zhì)中丙酮酸作為初始物質(zhì)生成乙酰輔酶A，再由乙酰輔酶A代謝合成IPP與DAPP，進(jìn)一步形成得萜類物質(zhì)。焦磷酸金合歡酯(farnesyl diphosphate，F(xiàn)PP)主要通過此途徑由DAPP與2個IPP合成，作為倍半萜類和三萜類化合物的直接前提物質(zhì)。

MEP途徑則是在質(zhì)粒中進(jìn)行，由丙酮酸和3-磷酸甘油醛作為初始物質(zhì)代謝合成IPP與DAPP，進(jìn)而代謝得萜類物質(zhì)。焦磷酸香葉酯(geranyl diphosphate，GPP)、焦磷酸香葉基香葉酯(geranylgeranyl diphosphate，GGPP)和焦磷酸香葉基金合歡酯(GFPP)經(jīng)MEP途徑分別由DAPP與1、3和4個IPP合成，并作為直接前提物質(zhì)合成單萜類、二萜和四萜類、二倍半萜和多萜類化合物。

1.1.2 其他途徑生成

萜類化合物的結(jié)構(gòu)多樣性及生物學(xué)意義表明，在復(fù)雜的生物體中絕非一兩種生物代謝途徑就可產(chǎn)生如此結(jié)構(gòu)多樣化的萜類化合物。除目前主導(dǎo)的MVA及MEP兩大途徑外，萜類化合物的合成還有其他代謝途徑，如胡蘿卜烴氧化降解的衍生物和脂肪酸的代謝途徑產(chǎn)生的次生代謝[4]。

食品加工方式多樣，溫度、壓力、酸化等條件變化會影響食品中萜類化合物，導(dǎo)致發(fā)生化學(xué)反應(yīng)與異構(gòu)互變產(chǎn)生新的萜類化合物[5-6]。茶葉中芳樟醇、香葉醇、橙花醇和香草醇互為同分異構(gòu)體，在酶或熱的作用下會發(fā)生異構(gòu)互變，這種微妙變化會改變茶葉中萜類化合物占比，從而影響茶葉感官品質(zhì)[7]。WEDLER等[8]的研究發(fā)現(xiàn)，葡萄酒中檸檬烯通過水合作用形成α-松油醇，在酸性環(huán)境下，能脫水形成雙鍵得1,8-萜品烯，再脫水環(huán)化形成1,8-桉樹腦，以上化學(xué)反應(yīng)均具有可逆性。

1.2 外源性萜類化合物的加入

1.2.1 作為香精香料成分加入

食用香精香料因具有愉悅的天然瓜果和花葉香味而廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代食品工業(yè)生產(chǎn)。國家標(biāo)準(zhǔn)GB 2760—2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》中允許使用的香料、香精有上千種，其中萜烯類化合物及其衍生物占比巨大[9]。

國家標(biāo)準(zhǔn)中允許使用的天然香精香料添加劑有多種精油，如羅勒油、大蒜油和月桂葉油等。精油一般含量最多的是萜類成分，主要是單萜、倍半萜及其含氧衍生物，其中含氧衍生物多具有較強生物活性和特異芳香氣味。因天然香精香料來源有限，食品行業(yè)大多使用合成香精香料。合成香精香料中芳樟醇、氧化芳樟醇、紫蘇醇和香茅醛等多為萜類化合物，且應(yīng)用廣泛。以芳樟醇為例，其香味圓和、甜潤，是白蘭花的主要香氣成分，因沸點較低留香時間短，常對其進(jìn)行衍生化得苯甲酸酯等芳樟酯類和香葉基丙酮等萜烯類香料[10]。

1.2.2 作為抗氧化、抑菌成分加入

人們對食品營養(yǎng)與安全方面的需求逐步提高[11-12]，食品安全與感官體驗卻備受致病菌與脂質(zhì)過氧化的影響，尋找并利用有效的天然抗氧化劑和抑菌劑保護食品質(zhì)量與安全，是食品科學(xué)家面臨的主要挑戰(zhàn)。

國內(nèi)外學(xué)者對精油的抑菌抗氧化效果研究深入?？茖W(xué)家們對提取植物的精油進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其富含萜類化合物，對DPPH和超氧陰離子自由基有強清除作用，能抑制無乳鏈球菌、蠟狀芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的生長[13]。YUAN等[14]對精油(EO)-殼聚糖復(fù)合膜進(jìn)行研究，結(jié)果表明殼聚糖和精油對彼此有增效抗菌作用，原因可能是兩者產(chǎn)生弱相互作用，如氫鍵等，從而減少系統(tǒng)中精油高抗氧化、抑菌活性降低。將精油-殼聚糖復(fù)合膜涂在雞肉片、魚肉片和西蘭花上均顯示良好抑菌效果。

國家標(biāo)準(zhǔn)GB 2760—2014中批準(zhǔn)將迷迭香提取物(超臨界二氧化碳萃取法)作為抗氧化劑應(yīng)用于動植物油等食品中[9]。超臨界二氧化碳萃取法所得迷迭香提取物的主要成分也是萜類化合物[15]。隨著人們消費觀念的轉(zhuǎn)變，天然物質(zhì)的需求會進(jìn)一步擴大，精油的安全性、增效及抗菌作用機理會進(jìn)一步研究，其主要成分萜類化合物的應(yīng)用前景會更為廣闊。

1.2.3 作為食用色素加入

消費者對食品良好的感官體驗，能增加胃腸道消化液分泌，有利于消化和吸收，是評價食品感官品質(zhì)的重要指標(biāo)。食用色素具有改善食品色澤的功能，在食品加工中具有非常重要的地位。國家標(biāo)準(zhǔn)GB 2760—2014中允許使用的食用色素中也有萜類化合物，例如番茄紅素、β-胡蘿卜素和葉黃素，它們均屬于四萜類化合物，其中β-胡蘿卜素在食品工業(yè)中的使用最為廣泛[9]。

1.2.4 作為營養(yǎng)保健成分加入

萜類化合物在制藥領(lǐng)域有一定的應(yīng)用，用于生產(chǎn)各類抗氧化、抗炎[16]、提高免疫力[17]和抗癌類藥物[18]。青蒿素類化合物是倍半萜類化合物，作為常用的抗瘧藥物為大家熟知[19]。萜類化合物在食品領(lǐng)域中的研究與應(yīng)用卻遠(yuǎn)不如制藥領(lǐng)域深入和廣泛。

VA是生活中常見的二萜類化合物，是GB 14880—2012《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品營養(yǎng)強化劑使用標(biāo)準(zhǔn)》中使用頻率較高的維生素類營養(yǎng)強化劑[20]，廣泛應(yīng)用于多種食品及部分特殊膳食用食品中。VA的前體物質(zhì)β-胡蘿卜素也可作為營養(yǎng)強化劑應(yīng)用于固體飲料類食品[21]。

靈芝三萜具有較強生理活性[22]，將含三萜的提取物加入咖啡、椰奶酒和酸奶中，能夠有效增強產(chǎn)品的功能性品質(zhì)，促進(jìn)免疫功能的提高。但靈芝三萜因提取率較低而價高極大限制了發(fā)展，目前研究發(fā)現(xiàn)可采用液態(tài)深層發(fā)酵技術(shù)有效合成靈芝三萜[23]，促進(jìn)靈芝三萜在食品行業(yè)的應(yīng)用與發(fā)展。

1.3 食品中的萜類化合物含量

在新鮮果蔬中發(fā)現(xiàn)的大量單萜、倍半萜和二萜類化合物。目前，在葡萄漿果中發(fā)現(xiàn)約有 40 種萜類化合物，多數(shù)為一些單萜醇類，特別是α-萜品醇、橙花醇和香葉醇和香茅醇，它們均帶有花香味[24]。柑橘果實中萜類化合物主要以單萜烯和倍半萜烯及其衍生物為主?？茖W(xué)家目前已從香茶菜屬植物中分離鑒定了超過 1 200 種二萜類化合物[25]。

萜烯類化合物一般沸點高且香味獨特，是茶葉和酒香氣的重要組成部分，且有一定保健或藥物作用。茶葉不同產(chǎn)地、品種、成熟度、加工工藝對其含有的萜類化合物種類和含量均有影響。四大香型白酒中，清香型與醬香型檢測到的萜烯類化合物最多，其次是藥香型和濃香型[26]。已鑒定出酒花中有 400 多種揮發(fā)性成分，其中大部分屬于單萜、倍半萜烯和脂肪烴。研究發(fā)現(xiàn)，在啤酒發(fā)酵過程中控制酒花添加量使里那醇、香葉醇和β-香茅醇的最終含量在 12.5、12.5和25 μg/L可使啤酒得到突出愉悅酒花香氣[27]。其他食品如動物肝臟含有豐富的二萜類化合物視黃醇[28]。食品中萜類化合物種類繁多且含量差異大，已將具有代表性的食品中萜類化合物含量分類歸納如下(見表1)。

表1 不同食品中萜類化合物含量Table 1 Terpenoids contents of different food

注：葡萄果酒與葡萄蒸餾酒單位為μg/L。

2 食品中萜類化合物的功能

2.1 賦予食品特征香氣

香氣是評價食品感官的重要指標(biāo)，對食品香氣物質(zhì)、構(gòu)成及特征進(jìn)行研究，可為食品質(zhì)量評價體系提供一定的科學(xué)依據(jù)，為食品加工工藝改良提供參考。

頂空技術(shù)的方便性、無溶劑及無加熱影響促使動態(tài)頂空技術(shù)如吹掃捕集、固相微萃取(SPME)、攪拌棒吸附萃取(SBSE)成為目前廣泛使用的香氣物質(zhì)萃取技術(shù)。氣相(GC)色譜柱能夠較好分離提取的復(fù)雜香氣成分，在色譜柱末端連接質(zhì)譜(MS)、離子檢測器(FID)和嗅覺(O)端口，可實現(xiàn)對香氣成分結(jié)構(gòu)、香味特征檢測，再結(jié)合氣味活性值(OAV)法、香氣萃取稀釋法(AEDA)的稀釋因子(FD)、主成分分析、聚類分析及偏最小二乘回歸法等方法評價食品的特征香氣成分[35]。研究結(jié)果表明，單萜和倍半萜是食品中常見的香氣成分(見表2)。它們大多具有自然的清香，對食品感官貢獻(xiàn)巨大，如β-羅勒烯是甜蜜花香，β-水芹烯有薄荷、松脂氣息，傘花烴表現(xiàn)為新鮮的柑橘氣息、木香，檸檬烯具有柑橘香、藥草香味[29]。

表2 食品中常見萜類香氣物質(zhì)Table 2 Terpenoids are common in food

2.2 抗氧化和抑菌性

萜類化合物通過清除細(xì)胞內(nèi)活化氧簇(ROS)起抗氧化作用。單萜類化合物抗氧化劑潛力巨大。萜品油烯、α-萜品烯抗氧化活性與α-生育酚相當(dāng)，這可能與其結(jié)構(gòu)中活性亞甲基有關(guān)。倍半萜烯類化合物的抗氧化活性不如含氧倍半萜[36]。四萜類主要是類胡蘿卜素，如番茄紅素、葉黃素，均顯示較強的抗氧化活性，可能與其結(jié)構(gòu)的多不飽和度和雙鍵末端的羥基有關(guān)[37]。此外，類胡蘿卜素還具有抗炎作用，適當(dāng)食用各種含有此類抗氧化物的食品，可以消除體內(nèi)過氧化狀態(tài)，進(jìn)而減少氧化損傷。AMORATI等[38]的研究表明芳樟醇和α-蒎烯具有協(xié)同氧化作用，有研究則發(fā)現(xiàn)薄荷醇，α-蒎烯和1,8-桉樹腦是薄荷精油主要成分，具有良好的協(xié)同抗氧化作用，造成萜類化合物協(xié)同氧化或抗氧化現(xiàn)象的原因及影響機制還有待研究[39]。

一些單萜烯烴，醛和含氧單萜，如香茅醇、莰烯、檸檬烯和傘花烴可擴散并損傷有機體的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，使其具有抗菌性[40]。YANG等[41]研究了Glossogyne tenuifolia精油主要成分純化合物傘花烴對一些常見食品病原體(大腸桿菌O157∶H7、副溶血性弧菌、單核細(xì)胞增多性李斯特菌和腸道沙門氏菌)的抗菌活性。結(jié)果表明，p-傘花烴質(zhì)量濃度為12 mg/mL時能夠抑制所有菌種生長，還與精油中其他含氧萜如4-萜品醇、里哪醇、α-萜品醇有協(xié)同增強抑菌作用。

2.3 增強免疫力

單萜類物質(zhì)具有抗抑郁、抗感冒、抗流感和降血脂等功能[42]。LI等[43]研究發(fā)現(xiàn)，小鼠接種12.5 mg/kg單萜類化合物1,8-桉樹腦后，流感特異性血清免疫球蛋白(Ig)G2a抗體、免疫球蛋白A(IgA)數(shù)量增加，樹突狀細(xì)胞更加成熟，使其具有抗流感功效。莰烯具有降血脂功能，其原理可能是由于脂解酶活性增強，能在化學(xué)表面活化劑Triton誘導(dǎo)的小鼠高脂血癥早期清除循環(huán)血液中脂質(zhì)，而與3-輕基-3-甲基戊二酸單酰輔酶A(HMG-CoA)還原酶活性無關(guān)[44]。倍半萜類化合物如甜沒藥烯的親脂性較強，在嚙齒動物模型實驗中，可通過抑制氧化DNA損傷和脂質(zhì)過氧化起到保護神經(jīng)作用[45]。

有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)靈芝三萜可有效降低血清中甘油三酯、膽固醇、低密度脂蛋白含量，具有降膽固醇、降血脂和降血糖作用。靈芝三萜類物質(zhì)降血脂原理可能是因為靈芝酸Z和靈芝酸S可以抑制HMG-CoA還原酶的活性[46]。三萜皂苷類化合物是參類主要活性成分，具有抗氧化、增強人體免疫力和抗疲勞作用，對其保健功能的深入研究已應(yīng)用于各種三萜皂苷類保健食品、減肥食品和皂苷飲料，具有廣闊的發(fā)展前景[47]。

2.4 防癌抗癌

研究發(fā)現(xiàn)，單萜或倍半萜如α-蒎烯、萜品油烯、檸檬烯和桉樹腦均有一定的抗癌功效。香葉醇對體內(nèi)外體系中腫瘤細(xì)胞均具抗癌活性，還起到抗菌、抗炎和抗氧化、神經(jīng)保護作用和肝保護作用[48]。LI等[49]研究表明，p-傘花烴能抑制胞外信號活化受體激酶(ERK1/2)和p38絲裂活化蛋白激酶(p38MAPK)在人纖維肉瘤HT-1080細(xì)胞中的表達(dá)率，從而弱化惡性腫瘤細(xì)胞的侵襲并降低金屬蛋白酶抑制劑(TIMPs)和基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)的表達(dá)率，因而產(chǎn)生抗癌功效。視黃醇有助于維持人體正常視覺功能、促進(jìn)機體正常發(fā)育和增強機體造血功能，對于預(yù)防癌癥也有一定功效。

石竹烯和大根香葉烯屬于倍半萜類物質(zhì)，研究發(fā)現(xiàn)其抑制乳腺癌細(xì)胞增殖的作用[50]。靈芝三萜具有細(xì)胞毒性，能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和抑制腫瘤細(xì)胞增殖，對細(xì)胞周期具有阻滯作用，從而腸癌、宮頸癌及肝癌有一定抗癌功效[46]。白酒檢測到多種萜類化合物。中國四大香型白酒中富含萜烯類化合物，它們具有抗氧化、抗病毒及抗癌等活性功效[26]。

3 展望

食品中萜類化合物種類多樣，來源及分布廣泛。近年來，越來越多的科學(xué)家對食品中萜類化合物的功能進(jìn)行研究。隨著人們對食品營養(yǎng)與安全方面的需求進(jìn)一步提高，深入研究萜類化合物對食品感官品質(zhì)的作用、影響因素及作用機制，進(jìn)一步探究萜類化合物在人體的生物利用度及代謝機制，為其在食品中的高效利用提供理論依據(jù)和實踐參考。