原花青素與食品成分相互作用的研究進展

□ 吳敏 林嘉璐 歐陽程淼

（杭州職業(yè)技術(shù)學院 生態(tài)健康學院 浙江省杭州市江干區(qū) 310018）

原花青素（proanthocyanidin，PC）也稱原花色素，是指從植物中分離得到的，在酸性熱醇處理下能產(chǎn)生花色素(anthocyanidin)的多酚類物質(zhì)。原花青素包括單體和聚合體，在自然界分布極為廣泛，存在于多種植物和日常食品中。單體原花青素主要為黃烷-4-醇和黃烷-3、4-二醇，而聚合體原花青素有低聚與高聚兩種類型。最簡單的聚合原花青素是兒茶素、表兒茶素或兒茶素與表兒茶素形成的二聚體。二聚體原花青素具有親電中心，可繼續(xù)與黃烷-3，4-二醇發(fā)生縮合，生成三聚體直至多聚體。按聚合度的大小通常將二三四聚體稱為低聚體（proanthocyanidins oligomers，OPC），將五聚體以上的稱為高聚體（proanthocyanidins polymers，PPC）。原花青素分子結(jié)構(gòu)中的多電子酚羥基結(jié)構(gòu)，使其具有較強的生理活性，在腫瘤、心腦血管、炎癥、神經(jīng)系統(tǒng)等疾病的治療、預(yù)防中也起到一定作用，在保健食品、醫(yī)藥、化妝品等領(lǐng)域中被廣泛使用，是一種極具發(fā)展前景的功能性食品原料。

原花青素是植物重要的次生代謝產(chǎn)物，廣泛存在于各類植物當中，也是一種常見的功能性食品原料。然而由于原花青素性質(zhì)活潑，在食品的加工、儲存過程中，常會與其他成分發(fā)生反應(yīng)，影響其穩(wěn)定性和抗氧化活性；當人體攝入原花青素時，胃腸道中復雜的食糜成分也會與原花青素發(fā)生反應(yīng)，從而影響原花青素的存在構(gòu)型和吸收。本文就原花青素與多種食品成分的相互作用進行探討，以期了解原花青素與各類食品成分混合時的化學變化，為進一步探究原花青素在加工、儲存及攝入后的形態(tài)變化及穩(wěn)定性改進途徑提供參考資料。

一、原花青素的來源及結(jié)構(gòu)

原花青素包括單體和聚合體，聚合體原花青素有低聚與高聚兩種類型。原花青素聚合體是由以黃烷-3-醇類為基本結(jié)構(gòu)單元，通過C-C鍵聚合而成的化合物。構(gòu)成原花青素的單倍體主要有兒茶素、表兒茶素、棓兒茶素、表棓兒茶素或沒食子酸等。

這些單倍體通過一定的方式連接起來，形成具有不同聚合度的原花青素。研究發(fā)現(xiàn)，二聚體的原花青素，可通過C2—O—C7的醚鍵和C4—C8或C4—C6兩個鍵連接的，也可通過C4—C8或C4—C6一個鍵連接。而三聚體的連接方式更多，不僅有通過兩個C—C單鍵連接的，也有混合有兩個C—C單鍵和一個C—O—C醚鍵連接的單元，還有少見的具有兩組C—C單鍵和醚鍵的連接方式。隨著聚合度的增加，原花青素基本單元的連接方式也增加，結(jié)構(gòu)單元組成類型也多種多樣。所以，原花青素，特別是高聚原花青素，一般以混合物的形式存在，分子結(jié)構(gòu)龐大，很難分離得到單體，常以分子質(zhì)量區(qū)間來區(qū)分定義。

二、原花青素的生理作用

原花青素可作為香料（葡萄籽來源）和功能性食品被添加到食品和保健品中，原花青素也可作為抗氧化、降血壓、降血脂、消炎等天然藥物被應(yīng)用于藥品領(lǐng)域。其含有的多個酚性羥基結(jié)構(gòu)，能釋放H+，競爭性的與自由基結(jié)合，從而阻斷自由基鏈式反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的半醌自由基還能通過親核加成反應(yīng)，生成具有較強抗氧化活性的兒茶酸及焦酚結(jié)構(gòu)。原花青素能夠保護由AAPH引起的蛋白質(zhì)氧化降解，對H2O2誘導的星狀膠質(zhì)細胞氧化損傷和人外周血淋巴細胞DNA損傷有明顯的保護作用。在對板栗提取物中的原花青素進行研究時發(fā)現(xiàn)，其能抑制胃上皮細胞釋放L1-8，從而抑制胃炎的產(chǎn)生，而這種能力與原花青素的量呈正相關(guān)，在模擬消化過程結(jié)束后，原花青素的抗炎性能依然存在。

原花青素的多酚羥基結(jié)構(gòu)使其性質(zhì)活潑，穩(wěn)定性也較差。近年來，研究如何在保證原花青素生理活性的情況下加強其穩(wěn)定性，研究原花青素與各類食品成分的相互作用，已經(jīng)成為其領(lǐng)域的研究熱點。

三、原花青素與其他食品成分的相互作用

原花青素的穩(wěn)定性及生理活性與其化學結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。研究原花青素與各類食品成分的相互作用，可以得知原花青素在加工、儲存、消化過程中的化學結(jié)構(gòu)變化，從而得知其生理活性變化的機理，并此為依據(jù)提高原花青素的穩(wěn)定性和生理活性，拓展原花青素的應(yīng)用范圍。

（一）與蛋白質(zhì)及氨基酸

蛋白質(zhì)是人類膳食的主要成分之一。在蛋白質(zhì)與多酚類的相互作用發(fā)現(xiàn)，pH4.9時，原花青素與高粱中各類蛋白質(zhì)的相對親和力達到4個數(shù)量級以上，相互反應(yīng)形成不溶的沉淀物。當pH為各類蛋白質(zhì)的等電點時，兩者之間的親和力還會增加。而當?shù)鞍踪|(zhì)降解為肽（殘基小于6個）或氨基酸時，其與原花青素的相互作用減弱。不同類別的蛋白質(zhì)對原花青素的親和力不同。Girard等[1]研究了原花青素與小麥谷蛋白和醇溶蛋白的相互作用。平均聚合度為19.5的蛋白與原花青素的親和力顯著高于聚合度為8.3的蛋白質(zhì)，谷蛋白與原花青素的親和力高于醇溶蛋白。原花青素與谷蛋白主要以疏水作用和氫鍵結(jié)合，而與醇溶蛋白的結(jié)合較弱，僅以氫鍵結(jié)合。在鐵蛋白-原花青素復合物的研究中發(fā)現(xiàn)，原花青素對復合物分子起到了聚合作用，改變了復合物側(cè)鏈上的色氨酸微環(huán)境，而對二級結(jié)構(gòu)無影響。后續(xù)的研究發(fā)現(xiàn)復合物穩(wěn)定性加強，但抗氧化性降低。Abdallah等[2]研究了牛血清白蛋白、卵清蛋白和酪蛋白與原花青素的相互作用，實驗發(fā)現(xiàn)當使用胃蛋白酶水解各類蛋白時，原花青素與各類蛋白的相互作用分別降低了64.88%、57.37%和42.87%，說明蛋白質(zhì)分子大小的降低可以減少與原花青素的相互作用。

原花青素與蛋白質(zhì)的相互作用會降低蛋白的消化利用率，故常被視為抑制營養(yǎng)吸收利用的抗營養(yǎng)因子。但有研究表明，人類膳食中原花青素含量一般不超過 0.1%，不會干擾營養(yǎng)成分的吸收。另外，富含原花青素的膳食可提高腸道內(nèi)某些蛋白酶、脂酶等消化酶及膽汁的水平，從而一定程度上抵消其抗營養(yǎng)作用。近年來，有部分學者利用蛋白質(zhì)與原花青素的相互作用為基礎(chǔ)，制備蛋白質(zhì)外殼的原花青素微膠囊，可以明顯提高原花青素的穩(wěn)定性。

（二）與碳水化合物

碳水化合物種類繁多，結(jié)構(gòu)復雜。原花青素可與某些碳水化合物發(fā)生反應(yīng)，從而改變碳水化合物的性質(zhì)。在大米淀粉中添加質(zhì)量比為0.5%、10%、15%的原花青素，淀粉潔凈度逐漸降低，微孔結(jié)構(gòu)變得疏松多孔，說明原花青素中的羥基與淀粉分子通過氫鍵結(jié)合，影響了淀粉分子之間的聚集，同時溶于水的原花青素限制了淀粉鏈周圍水分子的運動，使得水分子不能有效的參與淀粉的回生，使得回生過程中淀粉體系結(jié)晶度下降。在原花青素與高直鏈淀粉、普通玉米淀粉和高直鏈淀粉的相互作用中發(fā)現(xiàn)，原花青素對三種淀粉的回生抑制作用不同，通過核磁共振發(fā)現(xiàn)原花青素與玉米淀粉存在分子間相互作用。

碳水化合物結(jié)構(gòu)復雜，具有多羥基結(jié)構(gòu)。而這種多羥基結(jié)構(gòu)有可能會與原花青素以氫鍵或其他鍵結(jié)合，從而改變碳水化合物或原花青素的性質(zhì)。然而，這方面的研究相對較少，具體的反應(yīng)位點及反應(yīng)后對原花青素生理活性的影響還尚未得知。

（三）與脂類物質(zhì)

原花青素一般較難與脂類發(fā)生反應(yīng)。在現(xiàn)有的原花青素保健食品中，有大量以植物油（大豆油、紫蘇籽油、玉米油、葵花籽油等）作為基質(zhì)，制備的原花青素軟膠囊。這些產(chǎn)品在研發(fā)、申報時即通過了國家規(guī)定的穩(wěn)定性及功能性實驗，說明原花青素在這些油脂中是較為穩(wěn)定的，經(jīng)過加工儲存后，其生理活性依然存在。

原花青素雖然較難與脂類發(fā)生反應(yīng)，但原花青素的攝入會改善生物體的脂類平衡，從而預(yù)防生物體動脈粥樣硬化等疾病。

（四）與金屬離子

原花青素具有較高的超離域度，完整的大π鍵共軛體系，強配位的-OH基團和合適的空間構(gòu)型，故可作為金屬離子的良好配合配體。已有研究表明原花青素與Fe3+，F(xiàn)e2+，Pb2+，Zn2+，Ca2+，Mn2+，Cu2+等金屬離子均可形成配合物。關(guān)亞飛等[3] 在蓮原花青素中添加金屬鹽，形成原花青素金屬配合物，通過光譜研究發(fā)現(xiàn)蓮原花青素與金屬離子發(fā)生了配合作用。分析得到蓮原花青素A環(huán)或B環(huán)上的鄰苯二酚基團與金屬離子發(fā)生了配合。然而，蓮原花青素金屬化合物在紫外光區(qū)仍有明顯的酚羥基吸收，說明蓮原花青素金屬配合物依然有抗氧化，清除自由基的生物活性。Zhang等[4] 研究了高粱原花青素與各類金屬離子的絡(luò)合，研究發(fā)現(xiàn)Al3+、Cu2+、Sn2+、Zn2+離子結(jié)合原花青素的化學計量比分別為1∶2、1∶2、1∶1和1∶2。在利用原花青素研究單寧與鋁的作用位點時，發(fā)現(xiàn)酚羥基是其與金屬發(fā)生鰲合的基本位點，主要的位點是B環(huán)中的O-二羥基苯基，而聚合度越高，最終形成的螯合物越穩(wěn)定。

根據(jù)路易斯廣義酸堿電子理論，環(huán)境中氫離子濃度是影響原花青素與金屬離子形成配合物的重要因素。故當環(huán)境中存在金屬離子時，環(huán)境中氫離子的濃度、金屬離子的形態(tài)和其他絡(luò)合物與原花青素的絡(luò)合常數(shù)等均是影響原花青素與金屬離子絡(luò)合的重要因素。而原花青素與金屬離子反應(yīng)后，生理活性的變化也是近年來的研究熱點。

（五）與其他物質(zhì)

部分食品添加劑會與原花青素結(jié)合，破壞其穩(wěn)定性。在原花青素溶液中添加0～2.5mg/L的苯甲酸鈉，發(fā)現(xiàn)隨著苯甲酸鈉質(zhì)量濃度的升高，溶液在280nm的吸光度呈快速線性上升，說明苯甲酸鈉的加入改變了板栗原花青素的結(jié)構(gòu)，然而兩種物質(zhì)以什么鍵結(jié)合尚未得知。Qi等[5] 將原花青素配置成溶液，在薯片油炸前在溶液中浸泡，可一定程度抑制丙烯酰胺的形成，不同分子構(gòu)型的原花青素抑制率不同，然而其具體發(fā)生了何種化學反應(yīng)，原花青素與薯片或油脂中哪種物質(zhì)結(jié)合還尚不明確。

四、結(jié)語

原花青素廣泛存在于自然界植物的種子、樹皮、花朵、果實中，是重要的植物次生代謝產(chǎn)物。同時其具有抗氧化、抗腫瘤、抑制炎癥等多種生理功能，被廣泛用于各類食品、功能性食品、藥品等。原花青素性質(zhì)活潑、結(jié)構(gòu)復雜，易在儲存加工中與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，形成復合物。而復合物會改變原花青素的化學結(jié)構(gòu)、溶解度、分子大小，從而改變其生理活性和生物利用率。因此有大量研究認為，原花青素與多種食品成分的反應(yīng)會降低其穩(wěn)定性和生物利用率。

然而，近年來部分研究發(fā)現(xiàn)，被蛋白質(zhì)微膠囊包埋的原花青素制劑不僅能保存其穩(wěn)定性，還能保持其生理活性。而研究原花青素與金屬離子的部分文獻也發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)后形成的復合物依然具有生理活性。故原花青素與其他物質(zhì)的反應(yīng)機理，形成復合物的穩(wěn)定性變化，抗氧化活性變化以及其是否能在人體胃腸道中被降解，從而利于人體消化吸收，可能會成為未來的研究熱點。本文簡要綜述了原花青素的結(jié)構(gòu)，并介紹了原花青素的結(jié)構(gòu)及與其他成分相互作用產(chǎn)生的后果，希望為針對原花青素的后續(xù)研究提供理論基礎(chǔ)。