綠豆多酚的抗氧化特性分析

孫菁茹，張 舒，2

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，黑龍江大慶 163319；2.國家雜糧工程技術(shù)研究中心，黑龍江大慶 163319）

綠豆，別名青小豆，在我國種植歷史悠久[1]。綠豆?fàn)I養(yǎng)豐富，其蛋白質(zhì)含量高于其他常見谷物，且綠豆蛋白富含賴氨酸、亮氨酸和蘇氨酸3種必需氨基酸[2]，是優(yōu)質(zhì)的植物蛋白。除此之外，綠豆中含有許多生物活性物質(zhì)，如多酚類物質(zhì)、超氧化物歧化酶、幾丁質(zhì)酶等[3]，這些活性成分都是植物生長過程中形成并積累的次生代謝產(chǎn)物，隨著這些次生代謝產(chǎn)物的生物學(xué)作用日益顯現(xiàn)，其分布的局限性吸引著越來越多研究者的關(guān)注。其中抗氧化作用為主要生物學(xué)作用之一。

1 綠豆多酚的結(jié)構(gòu)和抗氧化性

黃酮和酚酸是綠豆中主要的代謝產(chǎn)物[4]，其黃酮類成分多為具有2個(gè)酚羥基的苯環(huán)，酚酸是一類含有酚環(huán)的有機(jī)酸，二者都屬于多酚類物質(zhì)。黃酮類物質(zhì)的存在形式既有游離酚也有結(jié)合酚，游離態(tài)多酚單獨(dú)存在，不與其他化合物結(jié)合，提取簡單，但也容易氧化和分解。酚酸類化合物大部分以結(jié)合酚的形式存在，大多數(shù)通過酯鍵、醚鍵或縮醛鍵與結(jié)構(gòu)組分、大分子物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、淀粉等）小分子物質(zhì)或其他天然組分結(jié)合[5]，自然狀態(tài)下不會(huì)輕易分解。牡荊素和異牡荊素是綠豆中主要的2種黃酮類化合物，分別占綠豆總黃酮含量的51.99%和45.42%[6]，除此外還有少量的蘆丁、槲皮素、兒茶素等。綠豆中酚酸主要包括原兒茶酸、沒食子酸、阿魏酸、綠原酸等，但含量較黃酮類物質(zhì)少。牡荊素和異牡荊素均屬于碳苷類黃酮化合物，二者結(jié)構(gòu)可以看出，二者主體結(jié)構(gòu)相同均為C6-C3-C6基本碳架的系類化合物。

牡荊素結(jié)構(gòu)見圖1，異牡荊素結(jié)構(gòu)見圖2。

圖1 牡荊素結(jié)構(gòu)

圖2 異牡荊素結(jié)構(gòu)

盡管綠豆中的蛋白、多肽、多糖也表現(xiàn)出一定的抗氧化活性，但起主要作用的是綠豆中的多酚類物質(zhì)。多酚有很強(qiáng)的清除活性氧和氧自由基的能力，還可以與金屬離子螯合，抑制金屬離子對(duì)氧化反應(yīng)的催化，還可以保護(hù)生物大分子，避免自由基對(duì)其損傷。綠豆提取物清除DPPH自由基和ABTS自由基能力分別為 11.33±0.24 μmol/g 和 36.65±0.63 μmol/g，三價(jià)鐵離子還原力為31.85±3.03 μmol/g。綠豆提取物降低了鄰苯三酚85%的自氧化速率，比陽性對(duì)照SOD-like的活力 83.48%±0.88%要高[7]。按形態(tài)分類，綠豆多酚主要分為游離態(tài)多酚和結(jié)合態(tài)多酚，雖然已知綠豆多酚中牡荊素和異牡荊素的含量較高[8]。Lee S J等人[9]也證明了牡荊素對(duì)DPPH自由基有較高的抑制作用，并可以有效地防止紫外線引起的皮膚細(xì)胞凋亡。但因?yàn)槭称敷w系是十分復(fù)雜的，就綠豆多酚來說，其包含了上百種單體酚，所有具有酚羥基結(jié)構(gòu)（鄰苯二酚或鄰苯三酚） 的酚，都具有抗氧化功能，因其中的鄰位酚羥基很容易被氧化成醌類結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)活性氧等自由基具有很強(qiáng)的捕捉能力；并且各種單體酚之間會(huì)起到協(xié)同或拮抗作用，因此無法從一種單體酚判斷整個(gè)綠豆體系多酚的抗氧化性。因此，國內(nèi)外對(duì)體系內(nèi)多酚抗氧化性的研究，依然從總酚或總黃酮，或游離態(tài)酚和結(jié)合態(tài)酚兩個(gè)角度出發(fā)。李葦舟等人[10]發(fā)現(xiàn)大麥發(fā)芽后游離、結(jié)合酚氧自由基吸收能力變化各有差異，但總體呈上升趨勢，且結(jié)合酚氧自由基吸收能力普遍高于游離酚；在大麥發(fā)芽過程中多酚含量呈上升趨勢，且單體酚含量及組分變化較大，無法證明哪種單體酚對(duì)整體的抗氧化性具有較大的影響。

2 影響綠豆多酚抗氧化性的因素

食品是含有多種成分的復(fù)雜體系，其抗氧化特性也受多種因素的共同影響。如多酚可能會(huì)受到微波、焙烤、浸泡、蒸煮等加工方式，溫度、時(shí)間、壓力等加工條件，以及酸堿體系的影響。除此之外，多酚和其他大分子物質(zhì)的相互作用，和小分子生物活性物質(zhì)的協(xié)同作用也會(huì)對(duì)其抗氧化有一定的影響。

2.1 加工對(duì)綠豆多酚抗氧化性的影響

在加工干預(yù)下多酚可能會(huì)被氧化，從結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)化為醌；也可能受溫度的影響使游離酚分解，結(jié)合酚向游離酚轉(zhuǎn)化。適當(dāng)?shù)募庸た赡軙?huì)使多酚的抗氧化性能發(fā)揮得更好，而過度加工也會(huì)造成多酚大部分失活。如小米在蒸煮過程中總酚和總黃酮的含量分別下降了25%，47%，但由于檢測抗氧化方法的機(jī)理不同導(dǎo)致抗氧化的活性規(guī)律不一致，綜合來看加工后的抗氧化能力有所降低[11]。小麥、大麥在擠壓加工后總酚含量、酚酸含量和抗氧化的能力大部分都可以保持甚至提高，擠壓溫度在120℃時(shí)小麥和大麥的營養(yǎng)價(jià)值比原料更優(yōu)[12]。蕓豆在焙烤后相比于蒸煮及未加工條件下酚酸的損失要小，且在30～60 min時(shí)總酚的含量和抗氧化能力有所提高。在焙烤的加工干預(yù)下，焙烤30 min蕓豆多酚的含量要低于焙烤120 min，但30 min下測抗氧化指標(biāo)FRAP、DPPH、ORAC值要顯著高于120 min時(shí)[13]。玉米和小麥在擠壓加工條件下對(duì)酚含量分別呈現(xiàn)損失和升高狀態(tài)，但在蒸制的加工干預(yù)下玉米的酚含量顯著上升，而小麥酚含量變化差異不大[14]。

由此可見，不同的加工方式和條件對(duì)食品體系內(nèi)多酚的抗氧化活性有較大影響，綠豆多酚也不例外。如蔡亭等人[15]對(duì)綠豆進(jìn)行浸泡處理，發(fā)現(xiàn)隨著浸泡時(shí)間的增加，浸泡液中總多酚、總黃酮含量顯著增加，ABTS自由基清除能力、DPPH自由基清除能力顯著增強(qiáng)，浸泡12 h后，增長趨勢漸緩；總抗氧化能力在4～8 h內(nèi)，隨浸泡時(shí)間的增加而快速增大，之后保持緩慢增長，24 h時(shí)總抗氧化能力達(dá)到最大。進(jìn)一步證明了多酚、黃酮含量與抗氧化能力之間具有顯著的相關(guān)性。王蓉等人[16]對(duì)綠豆進(jìn)行蒸煮加工，和總酚含量相比，總黃酮含量與DPPH自由基清除能力、鐵還原抗氧化能力（FRAC）、氧自由基吸收能力（ORAC） 3種抗氧化能力指標(biāo)均有最高的相關(guān)性。

在加工過程中，溫度、壓力、水分活度等因素均會(huì)使細(xì)胞壁和細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)發(fā)生崩解，導(dǎo)致部分酚類化合物釋放，增加提取率，從而使總酚測定數(shù)據(jù)上升。另一方面，在熱加工過程中部分縮合型酚類物質(zhì)和酯鍵結(jié)合的酚類物質(zhì)發(fā)生水解，共軛酚類發(fā)生裂解，結(jié)合酚向游離酚轉(zhuǎn)化，增強(qiáng)了整體的抗氧化性[17]。此外熱處理還可以降解一部分糖苷型類黃酮，使之成為游離態(tài)，從而提高其抗氧化能力。

2.2 綠豆多酚和蛋白的相互作用對(duì)抗氧化性的影響

蛋白質(zhì)與多酚類物質(zhì)可通過特異性相互作用結(jié)合，在這些相互作用中，包括可逆和不可逆的相互作用。可逆的相互作用中，通常涉及非共價(jià)鍵，如氫鍵、疏水鍵和范德華力，而在不可逆的相互作用中，多酚和蛋白質(zhì)之間形成共價(jià)鍵。且在食品體系下熱加工處理和體內(nèi)消化過程中與蛋白質(zhì)等多種化合物發(fā)生相互作用。多酚類物質(zhì)與蛋白質(zhì)間的共價(jià)結(jié)合對(duì)酚類物質(zhì)的結(jié)構(gòu)無顯著影響，但會(huì)對(duì)多酚蛋白共價(jià)復(fù)合物的抗氧化性影響較大。如槲皮素和牛血清蛋白的共價(jià)結(jié)合時(shí)其衍生物的抗氧化活性降低[18]。大豆分離蛋白-白藜蘆醇在一定的溫度下的相互作用，可以賦予其更高的抗氧化活性[19]，而當(dāng)白藜蘆醇與牛血清蛋白以非共價(jià)的形式結(jié)合時(shí)，卻降低了白藜蘆醇原本的抗氧化特性[20]，說明同種單體酚與不同結(jié)構(gòu)、不同分子量的蛋白質(zhì)相結(jié)合，對(duì)該單體酚本身功能性質(zhì)的影響也不同?？赡苁且?yàn)榻Y(jié)合位點(diǎn)的差異，導(dǎo)致酚類物質(zhì)的結(jié)構(gòu)中游離酚羥基的數(shù)目發(fā)生了改變，從而影響了與自由基的結(jié)合，致使抗氧化能力產(chǎn)生差異。

綠豆多酚主要是提供氫原子或電子來中和自由基的電子，從而清除自由基，達(dá)到抗氧化的目的，而復(fù)合調(diào)節(jié)溶液中可利用羥基的數(shù)目進(jìn)而影響綠豆多酚的供電子能力和抗氧化活性[21]。多酚-蛋白質(zhì)的相互作用大部分在水溶液中進(jìn)行[22]。不溶于水的多酚不具有沉淀蛋白質(zhì)能力，通常多酚的水溶性與其結(jié)合蛋白質(zhì)能力成反比，在水中溶解度低的多酚對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)合較強(qiáng)[23]。覃思等人[24]總結(jié)得出，相對(duì)分子質(zhì)量大于500，酚羥基和疏水?dāng)?shù)量多的、有柔性分子構(gòu)型的、水溶性低的多酚與蛋白質(zhì)結(jié)合較牢固。盡管多酚和蛋白互作對(duì)抗氧化性研究的比較多，但大部分都基于單體研究，綠豆多酚與蛋白在整個(gè)食品體系下的互作情況還不甚明了。

2.3 堿體系對(duì)綠豆多酚的影響

綠豆多酚本身具有弱酸性，酸性主要由苯環(huán)的影響而產(chǎn)生。苯環(huán)上不同的取代基對(duì)酚的酸性產(chǎn)生影響。多酚可以與強(qiáng)堿反應(yīng)形成酚鹽，溶液pH值越高，越有利于多酚溶出。趙玉等人[25]發(fā)現(xiàn)蘋果多酚在酸性條件下總酚的含量和抗氧化性比較穩(wěn)定。而啤酒的糖化過程需要調(diào)節(jié)pH值，以減少多酚的溶出，一般要求的pH值為5.8～6.2[26]。同時(shí)，酸堿體系還影響多酚和蛋白質(zhì)之間的結(jié)合，從而進(jìn)一步影響酚類物質(zhì)的抗氧化特性。因在堿性條件下大分子蛋白質(zhì)與小分子酚類物質(zhì)的結(jié)合大部分為共價(jià)結(jié)合，使酚類物質(zhì)更容易與蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)結(jié)合，結(jié)合的量更多，因此抗氧化能力也就會(huì)隨之增強(qiáng)[27]。

3 結(jié)語

綜上所述，目前對(duì)于綠豆多酚抗氧化性的研究基本限于總酚條件下較多，近年來比較傾向于在食品加工環(huán)境條件下綠豆多酚的抗氧化變化。雖然單體酚和蛋白質(zhì)互作對(duì)抗氧化性研究的比較多，但綠豆多酚與蛋白質(zhì)在整個(gè)食品體系下的互作情況還不甚明了。且食品經(jīng)高溫加工處理后，綠豆多酚和蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)都會(huì)發(fā)生不同程度的變化，熱加工處理后，食品多酚和蛋白質(zhì)相互作用到底發(fā)生怎樣的變化。在加工干預(yù)下二者的互作對(duì)抗氧化性的影響相關(guān)方面目前未見更深入的研究。因此，今后需要進(jìn)一步研究闡明不同熱加工條件下綠豆多酚與蛋白質(zhì)相互作用的模式、變化規(guī)律及其對(duì)抗氧化性的影響機(jī)制，這對(duì)提高綠豆多酚在食品行業(yè)中的應(yīng)用及綠豆產(chǎn)品的精深加工具有參考意義。