蘋果酚類物質(zhì)與膳食纖維的結(jié)合作用

馮舒涵，易建勇，畢金峰，李 璇，馬有川，杜茜茜

（中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點實驗室 北京 100193）

蘋果（Malus domestica Borkh.）作為薔薇科植物，因較沁人的口感和較高的營養(yǎng)價值而成為目前世界上種植最廣泛的重要溫帶水果。根據(jù)《糧農(nóng)組織統(tǒng)計年鑒》，截止至2017年，世界蘋果產(chǎn)量約為8 300 萬t，其中我國2017年的蘋果產(chǎn)量約為4 100 萬t，占世界蘋果產(chǎn)量的49%（FAO 2017）。

根據(jù)植物化學，蘋果中富含多種營養(yǎng)成分，包括多種維生素和人體必需微量元素[1]，還含有多種植物活性成分，如植物甾醇，β-胡蘿卜素和酚類物質(zhì)[2]。蘋果中的酚類物質(zhì)主要分為5 大類，分別為黃烷-3-醇、黃酮醇、二氫查耳酮、羥基苯甲酸以及花色苷[3]。流行病學研究表明，蘋果對人體健康的生物活性很大程度上得益于蘋果中存在的大量酚類物質(zhì)，它們可通過保護細胞免受自由基的破壞而充當有效的抗氧化劑，研究表明，蘋果酚類物質(zhì)可有效降低患心血管疾病的風險[4-5]，抑制肝毒素活性[6-7]，降低Ⅱ型糖尿病的風險[8]。此外，酚類物質(zhì)還通過參與脂肪分解和脂肪酸氧化的基因調(diào)控來抑制肥胖[9-10]。

酚類物質(zhì)在人體中被吸收利用的程度將直接關(guān)系到其生物功能。通常，蘋果組織中的酚類物質(zhì)主要位于液泡中，被細胞的液泡膜、細胞膜和細胞壁包裹[11]。人體若要吸收酚類物質(zhì)，必須先破壞細胞結(jié)構(gòu)，使酚類物質(zhì)穿過細胞壁屏障，從食物基質(zhì)中釋放，并通過被動擴散或主動運輸作用被小腸上皮細胞吸收，通過血液循環(huán)進入肝臟和腎臟，被進一步代謝形成次生代謝產(chǎn)物，在體內(nèi)的目標組織和細胞中發(fā)揮作用[12-13]。目前大量的研究表明，酚類物質(zhì)可通過氫鍵，疏水相互作用以及范德華力等非共價相互作用力與膳食纖維結(jié)合，將酚類物質(zhì)攜帶到下消化道，也是膳食纖維的基本功能之一。蘋果中大量的酚類物質(zhì)與不易消化的膳食纖維一起，途經(jīng)小腸并直接積聚在結(jié)腸腔中，在那里被腸道菌群降解或發(fā)酵，從而降低天然酚類物質(zhì)在小腸期間的可及性[12，14-15]。

酚類化合物與相關(guān)膳食纖維的結(jié)合，對增強食品的生物活性和營養(yǎng)品質(zhì)具有潛在影響。最近研究表明，食品中酚類物質(zhì)與碳水化合物的復合物形式存在的幾率高于簡單的酚類物質(zhì)[16]。研究人員針對酚類物質(zhì)與膳食纖維的結(jié)合作用開展了很多研究。蘋果作為日常酚類物質(zhì)與膳食纖維的主要提供者[17]，目前尚缺乏關(guān)于二者互作的系統(tǒng)總結(jié)。本文簡要總結(jié)蘋果酚類物質(zhì)的最新研究成果，包括其酚類物質(zhì)組成、膳食纖維組分及其兩者之間的結(jié)合作用。

1 蘋果酚類物質(zhì)的組分與含量

酚類物質(zhì)是植物通過草莽酸或乙酸酯途徑天然分泌的非營養(yǎng)性生物活性物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)特征是具有至少一個或多個羥基的芳香環(huán)[18]。通常，根據(jù)碳原子數(shù)和基本骨架的結(jié)構(gòu)，將酚類物質(zhì)分為幾個不同的組類，植物組織中天然存在的酚類物質(zhì)可分為兩類：類黃酮和非類黃酮[19]。黃酮類物質(zhì)作為最大的一類酚類化合物，其基本結(jié)構(gòu)為二苯丙烷，由3 個碳橋連接的兩個芳香環(huán)構(gòu)成其母體[20]。而酚酸物質(zhì)是蘋果中主要的非類黃酮，其中最普遍的是沒食子酸，該成分是可水解單寧的生物合成前體，而它的共軛衍生物是蘋果中占比最高的羥基肉桂酸酯[18]。

蘋果以及蘋果產(chǎn)品作為在人類日常膳食中被主要消耗的水果，成為了飲食中酚類物質(zhì)主要的良好來源，有研究表明，蘋果中總酚類物質(zhì)平均含量介于523.02～2 723.96 mg/100 g dw 之間[21]。蘋果果實中發(fā)現(xiàn)的主要類黃酮物質(zhì)主要分為黃烷-3-醇、黃酮醇、花青素和二氫查耳酮四大類[22-23]。蘋果中富含的黃烷-3-醇主要包括 （+）-兒茶素，（-）-表兒茶素及其二聚體原花青素B2以及低聚原花青素。黃酮醇通常在自然界中以O-糖苷形式存在，蘋果中存在的主要黃酮醇是槲皮素的糖苷形式，主要包括槲皮素-3-O-葡萄糖苷、槲皮素-3-O-半乳糖苷、槲皮素-3-O-鼠李糖苷等[17]。蘋果中存在的花色苷主要的糖基種類包括葡糖苷和半乳糖苷，有時還存在極少量的阿拉伯糖苷[24]。蘋果中的主要二氫查耳酮包括以糖苷形式和游離形式的根皮素，以根皮苷為主要成分。蘋果果實中非類黃酮主要包括羥基苯甲酸（如沒食子酸、原肉桂酸）和羥基肉桂酸（如咖啡酸、對香豆酸）。蘋果中主要的酚酸物質(zhì)為綠原酸，是咖啡酸與酒石酸或奎尼酸的共軛物，有研究表明，每個蘋果約含有19.6～55.8 mg 的黃烷3-醇，17.7～33.1 mg 的黃酮醇以及0.6～80.3 mg 的綠原酸[25]。

蘋果中酚類物質(zhì)的含量與組成通常會隨著品種、成熟程度、組織部位等內(nèi)在因素而發(fā)生顯著差異，此外，諸如栽培方式、地理環(huán)境、儲存條件等外在因素也會對酚類物質(zhì)的含量以及組成產(chǎn)生影響[26]。

當對67 個蘋果品種的酚類成分進行檢查時，發(fā)現(xiàn)蘋果品種是引起蘋果酚類物質(zhì)含量變化的主要因素之一，數(shù)據(jù)表明，與舊品種相比，蘋果的新品種具有更高的生物活性化合物價值[21]。但Jakobek 等[27]在考察13 種傳統(tǒng)蘋果品種以及商業(yè)品種的果肉和果皮中的酚類分布時，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)蘋果品種中的酚類化合物含量超過了蘋果新的商業(yè)品種。這個結(jié)果被Kschonsek 等[22]所支持，他們指出傳統(tǒng)品種蘋果的酚類物質(zhì)含量與新品種酚類物質(zhì)含量存在顯著差異，老蘋果品種的抗氧化能力比新品種的強30%。此外，數(shù)據(jù)表明紅肉蘋果品種的果肉或果皮中的酚酸、花色苷以及二氫查耳酮比白肉蘋果含量高[28]。

大量的報道證實蘋果果肉和果皮之間酚類化合物的定性分布具有顯著的差異性。研究表明，果皮中酚類化合物的濃度和組成明顯高于果肉[29]。Guo 等[30]在對145 個品種蘋果皮的酚類物質(zhì)進行了廣譜分析，發(fā)現(xiàn)酚類物質(zhì)含量顯著依賴于蘋果品種的變化，蘋果皮的總酚濃度范圍為363.9～2 516.9 μg/g FW，花青苷僅在紅色蘋果皮的品種中被檢測到，含量為67.8～371.6 μg/g FW，黃烷醇和二氫查耳酮分別占總酚類物質(zhì)的8.8%～66.1%和8.58%～61.2%。在大多數(shù)情況下，蘋果皮中的大部分酚類化合物的組分含量遠遠高于蘋果果皮中的含量，但值得注意的是，一些品種的蘋果果肉中的綠原酸含量略高于果皮中的含量，如富士、司米斯和粉紅女士等[31]。此外，有研究表明，蘋果皮的總酚類物質(zhì)含量是蘋果果肉的1.2～3.3 倍，蘋果皮的總抗氧化性是蘋果果肉的1.5～9.2 倍，證實了蘋果與果皮一起食用對健康有益[32]。

蘋果成熟度也是影響蘋果酚類物質(zhì)含量與組分的重要內(nèi)因，Renard 等[33]對兩個釀酒蘋果品種開花后的35～100 d 進行觀察，發(fā)現(xiàn)蘋果果肉中的類黃酮（如黃烷-3-醇、二氫查耳酮和黃酮醇）濃度急劇下降，而羥基肉桂酸的濃度下降似乎較慢。通常，果皮和內(nèi)果皮中的酚酸和類黃酮會隨著成熟而減少，然而，這種成熟的變化與蘋果品種有關(guān)[34]。對于栽培方式對蘋果酚類物質(zhì)的影響，Veberic等[35]通過比較分別來自奧地利和斯洛文尼亞的有機種植的和綜合生產(chǎn)的11 個蘋果品種，發(fā)現(xiàn)與綜合生產(chǎn)的蘋果品種相比，有機種植的蘋果肉中表現(xiàn)出更高的酚類物質(zhì)含量，可能是有機植物對脅迫的反應可以使蘋果產(chǎn)生更多酚類物質(zhì)。研究表明，來自低地氣候的蘋果（金冠蘋果品種）中總羥基肉桂酸、總二氫查耳酮和總黃烷-3-醇含量均高于生長于中山氣候下的同品種蘋果[36]。相似的，來自不同經(jīng)度、緯度和微氣候環(huán)境下的相同品種蘋果在相同條件下貯藏，發(fā)現(xiàn)種植在南部地區(qū)的蘋果中的黃酮醇降解最顯著[37]，證明了地理環(huán)境因素對蘋果酚類物質(zhì)的影響。

2 蘋果中主要的膳食纖維組分與結(jié)構(gòu)

膳食纖維是指抗人體小腸消化吸收的碳水化合物聚合物，通常分子結(jié)構(gòu)中具有10 個或更多的結(jié)構(gòu)單元，根據(jù)溶解度可以分為不可溶性膳食纖維（IDF）和可溶性膳食纖維（SDF）[38]。蘋果中主要的不可溶性膳食纖維包括纖維素、半纖維素，主要的可溶性膳食纖維為果膠[39]。纖維素是線性的同質(zhì)生物聚合物，由D-葡萄糖單元的長鏈通過β-1，4-葡萄糖苷鍵連接在一起[40]。一般在植物細胞壁中，纖維素被包埋在由果膠、半纖維素、結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)和一些酚類物質(zhì)構(gòu)成的復雜基質(zhì)中，從而形成了一種類似三維矩陣的剛性結(jié)構(gòu)，是控制細胞壁機械性能的主要成分[40-41]。纖維素微纖維內(nèi)存在多個氫鍵，有研究表明，在纖維素分子鏈內(nèi)一個葡萄糖殘基的環(huán)氧與相鄰殘基的C3 羥基氫之間，以及在相鄰鏈的羥基氫與羥基氧原子之間均會形成氫鍵[42]。

與纖維素不同，半纖維素在不同的細胞類型和不同的物種中存在很大的差異。半纖維素以各種形式存在于細胞壁中，例如木葡聚糖，葡甘露聚糖和葡糖醛酸阿拉伯糖基木聚糖，其中木葡聚糖含量最高[43]。木葡聚糖一般具有由β-1，4-連接的D-葡萄糖單元主鏈，主鏈上的部分葡萄糖殘疾被α-D-木糖取代，其中一部分木糖進一步被β-D-半乳糖取代[44]。而蘋果作為雙子葉植物主要的半纖維素分布在次生細胞壁上。木葡聚糖通過氫鍵作用包覆微原纖維的纖維素，并跨越相鄰的纖維素分子，從而將它們連接在一起，在細胞壁力學中起著重要作用，并調(diào)節(jié)蘋果的組織機械性能[45]。此外，微纖維表面與半纖維素之間形成的大量氫鍵可能同時負責木聚糖、木葡聚糖和葡甘露聚糖在細胞壁中的不溶性[42]。

果膠多糖是一種高度復雜且異質(zhì)的碳水化合物聚合物，被認為是自然界中結(jié)構(gòu)最復雜的多糖。它們是蘋果胞間層和初生壁的特征，是一組富含半乳糖醛酸（GalA）、鼠李糖、阿拉伯糖和半乳糖的多糖組成，雖然不同的果膠精細結(jié)構(gòu)極為不同，但均包含至少65%的半乳糖醛酸[46]。果膠多糖結(jié)構(gòu)域主要包括同型半乳糖醛酸聚糖（HG），鼠李糖半乳糖醛酸聚糖（RG-I）和鼠李糖半乳糖醛酸聚糖II（RG-II）。其中，HG 是含量最高的一種結(jié)構(gòu)域，約占果膠的65%以上，是由α-1，4-葡萄糖苷鍵連接的GalA 線性均聚物，通常在O-6 羧基上被部分甲基酯化，并構(gòu)成果膠結(jié)構(gòu)中的“平滑區(qū)”[47]。RG-I約占20%～35%的果膠，包含[-α-D-GalA-1，2-α-L-RG-1，4-]n 的二糖重復單元的主鏈，具有阿拉伯聚糖（支鏈和直鏈），半乳聚糖和阿拉伯半乳聚糖的側(cè)鏈[48]。RG-II 是3 種果膠結(jié)構(gòu)域中結(jié)構(gòu)最復雜的，約占果膠的10%，并具有HG 的基本GalA骨架和與GalA 殘基相連的富含中性糖側(cè)鏈，RGI 和RG-II 結(jié)構(gòu)域一起構(gòu)成了果膠的“毛發(fā)區(qū)”[49]。果膠和纖維素微纖維是初生細胞壁的主要成分，果膠的結(jié)構(gòu)域RG-I 具有通過氫鍵連接到纖維素上的能力，這些相互作用決定了初級植物細胞壁的最終結(jié)構(gòu)、質(zhì)地和機械性能[50-53]。研究表明，蘋果細胞的細胞壁中約有40%的果膠并呈現(xiàn)高甲酯化度特征[54]。

3 蘋果酚類物質(zhì)與膳食纖維的結(jié)合作用

3.1 蘋果酚類物質(zhì)與纖維素的結(jié)合作用

蘋果酚類物質(zhì)可以與纖維素發(fā)生結(jié)合，大量研究表明，纖維素是與酚類物質(zhì)結(jié)合的主要膳食纖維成分之一[13，55]。Liu 等[55]在研究蘋果中主要的酚類物質(zhì)原花青素B2、根皮素和表兒茶素與纖維素的結(jié)合時發(fā)現(xiàn)這些酚類物質(zhì)與纖維素發(fā)生吸附的順序為原花青素B2＞根皮素＞表兒茶素，酚類物質(zhì)先在纖維素表面上結(jié)合位點進行初始結(jié)合，并隨著酚類物質(zhì)的擴散到纖維素網(wǎng)絡中進行進一步的結(jié)合。該過程也被另一項研究所支持，Phan 等[56]研究表明阿魏酸、沒食子酸、綠原酸、兒茶素和花青素-3-葡糖苷以類似的結(jié)合方式與纖維素發(fā)生吸附作用，此外，與其它的酚類物質(zhì)相比綠原酸的結(jié)合率較低。大量學者針對酚類物質(zhì)與含有纖維素的細胞壁材料之間的結(jié)合作用進行了相關(guān)研究，例如，在觀察蘋果中主要含有的酚類物質(zhì)（兒茶素、阿魏酸和花青素3-葡萄糖苷）與纖維素基復合材料（纖維素、纖維素-阿拉伯木聚糖、纖維素-木葡聚糖和纖維素-果膠）結(jié)合的研究中，發(fā)現(xiàn)在這些復合物中，纖維素是所研究的酚類物質(zhì)的主要吸附材料，這個結(jié)論也被另一項關(guān)于蘋果細胞壁物質(zhì)與原花青素吸附作用的研究所支持[57-58]。

3.2 蘋果酚類物質(zhì)與半纖維素的結(jié)合作用

由于半纖維素是雜聚物，由多種多聚糖（木聚糖、葡糖醛酸木聚糖、阿拉伯木聚糖、葡甘露聚糖和木葡聚糖）構(gòu)成，所以針對蘋果中的酚類物質(zhì)與半纖維素之間的結(jié)合作用的研究還較少。研究表明，蘋果中的酚類物質(zhì)相較于非剛性親水的木葡聚糖和阿拉伯聚糖，更傾向于與剛性疏水性纖維素聚合物結(jié)合。阿魏酸和花青苷與纖維素-木葡聚糖的結(jié)合程度略高于纖維素，表明木葡聚糖在酚類物質(zhì)與細胞壁之間的結(jié)合過程中的輕微作用[57]。這個結(jié)論被一項關(guān)于葡萄的研究所支持，木葡聚糖和雜甘露聚糖的組合增強了纖維素基質(zhì)內(nèi)原花色素的吸附，交聯(lián)的木葡聚糖對原花青素的親和力高于纖維素[59]。此外，有研究比較了甜菜阿拉伯聚糖和蘋果阿拉伯聚糖與酚類物質(zhì)（綠原酸、根皮素和原花青素）的吸附行為，發(fā)現(xiàn)原花青素與蘋果阿拉伯聚糖的吸附親和常數(shù)更高，綠原酸和根皮素更傾向于與線性阿拉伯聚糖發(fā)生結(jié)合作用。這可能是因為線性阿拉伯聚糖通常與螺旋結(jié)構(gòu)相關(guān)，這個特性可能有利于通過聚合物纏結(jié)形成疏水域[60]。此外，有研究表明表兒茶素沒食子酸酯可以通過與木葡聚糖結(jié)合作用促進木葡聚糖的凝膠化[61]。

3.3 蘋果酚類物質(zhì)與果膠的吸附作用

關(guān)于蘋果酚類物質(zhì)研究表明，與纖維素、淀粉和木葡聚糖相比，吸附等溫線清楚地表明酚類物質(zhì)對果膠具有更高的吸附親和力，且隨著果膠甲基化度的增加[62]。此外，有研究表明，蘋果果膠在膳食纖維比例的變化導致了蘋果酚類物質(zhì)與碳水化合物復合物的結(jié)合差異性[14]。Le Bourvellec 等[63]用蘋果膳食纖維成分（纖維素、木葡聚糖、果膠）的模型來研究細胞壁與原花青素的相互作用時發(fā)現(xiàn)，果膠和木葡聚糖與酚類物質(zhì)相互作用存在選擇性，果膠可以重新提取結(jié)合在細胞壁材料上的原花青素，而木葡聚糖對原花青素則沒有明顯的作用。同時，研究數(shù)據(jù)表明含有高果膠比例的纖維素基復合材料具有最高的吸附親和力常數(shù)，這可能是因為纖維素-果膠復合物中，凝膠狀的果膠網(wǎng)絡形成了疏水口袋結(jié)構(gòu)，增強了酚類物質(zhì)與其的親和力[57]。當比較果膠與纖維素對酚類物質(zhì)的吸附容量時，發(fā)現(xiàn)果膠的吸附容量大于纖維素的吸附量，這可能是因為與內(nèi)部具有大量氫鍵的纖維素相比，果膠具有更多與酚類物質(zhì)的結(jié)合位點[64]。此外，酚類物質(zhì)的存在可以顯著影響蘋果膳食纖維的可提取性，蘋果中的原花青素對果膠（特別是高甲基化果膠） 的保護能力比對半纖維素的更明顯[65]。但另一方面，F(xiàn)ernandes 等[60]表示果膠多糖和半纖維素多聚糖（如阿拉伯聚糖）在與酚類物質(zhì)發(fā)生相互作用時存在協(xié)同作用。

4 酚類物質(zhì)與膳食纖維主要相互作用力及影響因素

酚類物質(zhì)與膳食纖維之間主要依靠非共價相互作用力進行吸附，主要包括氫鍵、范德華力和疏水性相互作用[66-68]。酚類物質(zhì)與膳食纖維的分子結(jié)構(gòu)中的許多羥基為形成氫鍵提供了可能的形成位點[39]。有研究表明，在反應體系中添加能夠破壞氫鍵離液劑（如尿素）的溶劑，也導致酚類物質(zhì)與細胞壁材料之間的結(jié)合減少，證實了氫鍵對于兩者之間相互作用的重要性[58]。隨著氫鍵的形成，酚類物質(zhì)與膳食纖維分子之間的距離也隨之變短，從而發(fā)生了范德華力[69]。此外，疏水性相互作用是水不溶性或具有低溶解度的分子（例如非極性分子）之間的相互作用，這些疏水分子聚集在一起，從而盡可能減少與水的接觸。一些膳食纖維如纖維素、木聚糖等具有一定的疏水性，同時，酚類物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)都至少具有一個或多個疏水性芳香環(huán)，使其兩者之間有發(fā)生聚集的可能性，并發(fā)生疏水性相互作用力[15]。研究表明，通過添加二惡烷或乙醇來降低反應體系極性會破壞原花青素與細胞壁材料之間的疏水相互作用，極大地限制了兩者之間的結(jié)合，證實了疏水作用對結(jié)合作用的重要性[58]。此外，有研究表明酚類與膳食纖維的結(jié)合也同時受電荷的影響。例如，對于帶負電的酚酸物質(zhì)與富含半乳糖醛酸的果膠的吸附受電荷排斥效應的影響，導致相較于其它膳食纖維果膠的吸附量低[57]。同樣的，由于細胞壁果膠中具有較低的果膠酸，元帥與司米斯品種的蘋果細胞壁對綠原酸的吸附較高[14]。通常，酚類物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和膳食纖維的結(jié)構(gòu)都能對兩者之間的非共價相互作用力的形成產(chǎn)生影響，同時一些環(huán)境因素如pH 值、溫度、離子強度均會對酚類物質(zhì)與膳食纖維之間的吸附量產(chǎn)生影響。

4.1 酚類物質(zhì)的結(jié)構(gòu)

據(jù)研究表明，酚類物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)會影響酚類物質(zhì)與膳食纖維之間的吸附親和力[39，70-71]。特別是分子結(jié)構(gòu)中的各官能團如羥基、糖基、甲氧基等[72]，酚類物質(zhì)的芳香環(huán)的柔性和數(shù)目[55-56]、空間配置[73]和分子大小[56]均對酚類物質(zhì)與膳食纖維的吸附特性產(chǎn)生影響。

Wang 等[72]對36 種酚類物質(zhì)的吸附特性進行研究的過程中發(fā)現(xiàn)酚類物質(zhì)的甲基化和甲氧基化與它和可溶性燕麥β-葡聚糖之間的吸附呈負相關(guān)關(guān)系，黃酮類化合物上的3 個或更少的羥基促進了親和力，而4 個或更多的羥基則降低了親和力。同樣地，飛燕草素-3-O-葡萄糖苷（具有3 個羥基） 與果膠的親和力比矢車菊素-3-O-葡萄糖苷（具有2 個羥基）具有更高的親和力，表明酚類物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)中的羥基對非共價相互作用力的影響[74]。另一項研究表明，沒食子酰基的數(shù)目與結(jié)合強度呈正相關(guān)，表明疏水相互作用在締合中起作用[75]。另一方面，對于多聚酚類物質(zhì)原花青素而言，其與蘋果細胞壁的結(jié)合能力在很大程度上取決于該酚類物質(zhì)的聚合度和組成[63-76]。原花青素的分子大小、沒食子酸酯化程度與膳食纖維的結(jié)合能力呈正相關(guān)關(guān)系，與沒食子酸酯化程度相比，酚類物質(zhì)的分子大小在決定結(jié)合作用中更為重要[77]，這可能是因為較大的原花青素具有更多的與膳食纖維相互作用結(jié)合位點[65]，同時，Mamet 等[73]表示沒食子酸酯部分的存在提供了更多的羥基基團，可以增強結(jié)合。

Liu 等[55-56]對酚類與膳食纖維相互作用的研究中提出酚類構(gòu)象柔韌性和芳香環(huán)的數(shù)量的重要性，酚類與纖維素的吸附量隨著酚類物質(zhì)芳香環(huán)數(shù)量和構(gòu)象剛性的增加而增加，分子結(jié)構(gòu)中具有更多芳香環(huán)的酚類化合物與纖維素的結(jié)合更牢固，這可能是因為分子結(jié)構(gòu)中具有更多的疏水性芳香環(huán)的酚類與纖維素形成疏水相互作用的可能性更大。此外，酚類的空間構(gòu)象也會對結(jié)合產(chǎn)生影響，有研究表明，與B 型的原花青素相比，A 型原花色素對果膠具有更高的吸附親和力?？赡苁怯捎贏 型分子構(gòu)象更細長，所以與果膠擁有更多的接觸位點，從而增加了其對果膠的親和力[73]。

4.2 膳食纖維的分子結(jié)構(gòu)

類似于酚類物質(zhì)結(jié)構(gòu)，膳食纖維的結(jié)構(gòu)也會對結(jié)合過程產(chǎn)生影響，主要包括膳食纖維組成單元中的羥基的數(shù)量、聚合程度以及空間構(gòu)象[55，78]。有研究表明，原花青素更容易與高度甲基化的果膠發(fā)生相互作用，具有較高的果膠甲基化程度可能降低花青素提取率[65，79]。相同的結(jié)果被Watrelot等[80]證實，并解釋高甲酯化果膠可能更利于疏水相互作用的形成，同時，果膠的酯化也可能增加果膠主鏈的柔韌性，使其更容易與原花青素發(fā)生吸附。此外，果膠的中性糖側(cè)鏈會限制果膠和原花青素之間的相互作用，原花青素與果膠RGⅡ結(jié)構(gòu)域和阿拉伯聚糖鏈具有非常低的吸附常數(shù)，而RGI結(jié)構(gòu)果膠與高聚合度的原花青素具有較高的吸附量[81]。相似的，數(shù)據(jù)表明具有更多的線性結(jié)構(gòu)的果膠是與花青素相互作用的主要形式，具有線性結(jié)構(gòu)的果膠結(jié)合的花色苷含量比具有更多支鏈結(jié)構(gòu)的果膠高4 倍[82]。這可能是較高的中性糖分支導致果膠結(jié)構(gòu)更緊密，較高的空間位阻可能限制相互作用過程中結(jié)合位點的可及性，而果膠的線性部分由于空間位阻小可以允許更多原花青素的堆疊/締合[80-82]。

膳食纖維的空間構(gòu)象可能在吸附作用中發(fā)揮著重要作用，由于膳食纖維是可以形成具有疏水性空腔且具有各種孔徑的線性分子或支鏈分子，所以有人提出膳食纖維可以通過膠凝作用來形成疏水口袋來捕獲酚類物質(zhì)[76]。酚類物質(zhì)可以與膳食纖維表面的結(jié)合位點進行結(jié)合并進一步在這個基礎上發(fā)生相互堆積，這個過程為酚類物質(zhì)與膳食纖維的結(jié)合[74]。當膳食纖維在其結(jié)構(gòu)中形成疏水空腔或孔洞，則酚類物質(zhì)可以滲透到這些疏水口袋中，并發(fā)生以疏水相互作用為主導的結(jié)合[83]。因此，酚類物質(zhì)的分子大小將顯著影響這種結(jié)合方式，有研究發(fā)現(xiàn)分子較大的多聚原花青素會被排除在細胞壁空隙之外[63]。此外，一些可以顯著改變細胞壁的微結(jié)構(gòu)的食品加工方式（如干燥），減少膳食纖維的孔隙度并使細胞壁結(jié)構(gòu)更加緊密，也會限制酚類分子以這種方式發(fā)生結(jié)合，有研究表明，烤箱干燥和冷凍干燥均會顯著減少表兒茶素和根皮素與蘋果細胞壁物質(zhì)的吸附量[14]。另一方面，有研究表明，對于膳食纖維的改性或化學修飾也會對其酚類吸附性產(chǎn)生影響，數(shù)據(jù)證實改性葡聚糖可以形成帶有疏水核的膠束狀復合體，有利于捕獲疏水酚類物質(zhì)，而親水性外殼則保持改性膳食纖維更好地分散在水中，同時，纖維膠束的大小和穩(wěn)定性對其與酚類物質(zhì)的相互作用非常重要[84-86]。

4.3 反應體系的pH 值

pH 值會通過變化酚類物質(zhì)的穩(wěn)定性和構(gòu)型而影響酚類物質(zhì)與膳食纖維的吸附作用。Phan 等[87]發(fā)現(xiàn)pH 值（3～7）是影響纖維素與某些酚類物質(zhì)（花青素-3-葡萄糖苷、阿魏酸、兒茶素）之間結(jié)合的最主要因素。研究表明，pH 值可以通過改變花色苷的構(gòu)型而極大地影響了花色苷與膳食纖維之間的相互作用，花青素-3-葡萄糖苷與果膠的結(jié)合隨pH 值從3 增加到5 而增加，然后隨pH 值降低到7 而降低[88]。這可能是因為在低pH 值下，中性的假堿或查爾酮形式的花青素更為普遍，不利于其與果膠的相互作用。而隨著pH 值的增加，帶正電荷的黃酮陽離子形式的花青素增加，極大地促進了其與果膠的羥基和羧酸根基團發(fā)生相互作用[74]。而對于水解帶電負性的酚酸物質(zhì)，研究表明，隨著pH 值的增加，溶液中綠原酸在蘋果細胞壁上的吸附量降低，由于果膠和綠原酸兩者在pH＞3.5 時大多帶負電，這將導致結(jié)合量降低，這也證實了靜電相互作用在膳食纖維和帶電酚類化合物之間的相互作用中起主要作用[14]。此外，酚酸物質(zhì)在較低的pH 值下更穩(wěn)定，而較高的pH 值會引起這些酚類物質(zhì)發(fā)生不可逆的變化[89]。另一方面，數(shù)據(jù)表明pH 值對于中性酚類物質(zhì) （如兒茶素、原花青素）的吸附量幾乎沒有影響，證明離子或靜電相互作用對中性酚類化合物與膳食纖維之間的相互作用貢獻很小。

4.4 反應體系的溫度

與pH 值相比，溫度是影響相互作用的第二大主導因素[87]。溫度對非共價鍵的形成具有顯著影響，羥基的產(chǎn)生是一個放熱過程，而疏水相互作用是一個需要能量的吸熱過程[90]。因此，如果溫度升高導致締合的增加，則可能發(fā)生疏水相互作用。相反，如果溫度升高導致締合力降低，則氫鍵的可能性更大[63，76]。Phan 等[87]對酚類物質(zhì)在溫度范圍（4～37 ℃）對纖維素的吸附能力進行觀察，發(fā)現(xiàn)各酚類物質(zhì)在各種溫度下均表現(xiàn)出對纖維素的良好吸附性。花青苷的結(jié)合能力在4 ℃時最佳，阿魏酸在20 ℃時的吸附量最大，而兒茶素的吸附不受溫度的影響。此外，有研究表明隨著溫度升高（20～60 ℃） 會降低酚類物質(zhì)在β-葡聚糖上的吸附，證明了氫鍵對于兩者之間結(jié)合作用的重要性[69]。然而，Zhu 等[91]發(fā)現(xiàn)在阿魏酸與富含阿拉伯聚糖的果膠之間的相互作用中，隨著溫度的升高（30～40℃），兩者之間的結(jié)合也隨之增加，然而當溫度進一步升高（40～50 ℃），兩者的吸附作用又呈現(xiàn)下降趨勢。因此，溫度對結(jié)合的影響還很大程度上取決于酚類物質(zhì)的種類。

4.5 反應體系的離子強度

離子強度作為重要的環(huán)境因素也會影響酚類物質(zhì)與膳食纖維之間的吸附量，有研究表明，離子強度的變化可以直接反映酚類物質(zhì)與膳食纖維之間疏水相互作用的強度，因為反應體系下的離子強度將直接影響疏水分子聚集程度[13]。如果兩者結(jié)合隨著離子強度的增加而增加，則疏水性相互作用更可能是相互作用過程中的主導作用力[2]。Phan 等[87]通過向反應體系中添加不同濃度的Na-Cl 來改變環(huán)境的離子強度，發(fā)現(xiàn)花青素-3-葡萄糖苷在不添加NaCl 的條件下吸附能力最強，而阿魏酸在33 mmol/L NaCl 濃度下具有最好的吸附能力，兒茶素的吸附強度則不受NaCl 濃度的影響。Le Bourvellec 等[92]發(fā)現(xiàn)原花青素與蘋果細胞壁的結(jié)合隨離子強度的增加而略有增加。此外，Gao 等[93]將反應體系中的NaCl 和乙醇的濃度增加到0.5 mol/L，發(fā)現(xiàn)表兒茶素沒食子酸酯與燕麥β-葡聚糖之間的結(jié)合以線性方式降低，這表明疏水相互作用是這兩者相互作用的主要驅(qū)動力。

因此，反應體系下的環(huán)境條件在酚類物質(zhì)與膳食纖維的相互作用中起著重要作用，pH 值、溫度和離子強度均會影響兩者之間的結(jié)合能力。有研究表明，一旦酚類物質(zhì)與細胞壁結(jié)合，改變環(huán)境條件可以將酚類物質(zhì)重新從復合物中釋放出來[94]，所以有必要對酚類物質(zhì)與膳食纖維復合物在人體消化道環(huán)境下的變化進行進一步研究。

5 結(jié)語

本文在總結(jié)了蘋果中酚類物質(zhì)的組分含量和蘋果中主要的膳食纖維組成結(jié)構(gòu)的基礎上，整理了近幾年關(guān)于蘋果酚類物質(zhì)與膳食纖維結(jié)合的研究，并對影響兩者結(jié)合量的主要影響因素進行逐一梳理，包括酚類物質(zhì)與膳食纖維的化學結(jié)構(gòu)以及反應體系下主要的環(huán)境因素。蘋果酚類物質(zhì)與膳食纖維的結(jié)合作用作為在食品體系中被低估的問題，將顯著影響酚類物質(zhì)在小腸期間的生物可及性，并進一步影響酚類物質(zhì)的生物活性和消化行為。在此基礎上，仍有一些問題尚需進一步研究，如蘋果中含有的多種不同類型碳水化合物聚合物，各種類型的膳食纖維在與酚類物質(zhì)結(jié)合過程中相互的協(xié)同/拮抗作用目前還沒有展開充分的研究。此外，在真實食品體系下不同食品加工技術(shù)所引起的蘋果膳食纖維結(jié)構(gòu)變化對膳食纖維與酚類物質(zhì)結(jié)合作用的影響尚不全面。同時，環(huán)境條件的變化將會改變酚類物質(zhì)與膳食纖維之間的非共價相互作用力，蘋果體系中的酚類物質(zhì)與膳食纖維的復合物在被人體攝入后在胃腸環(huán)境中的消化行為的改變?nèi)杂写M一步的補充與深入研究。