多酚与蛋白质_消化酶相互作用的研究进展_刘婵

1 多酚和蛋白质相互作用
1. 1 相互作用机理 多酚类物质具有与蛋白质选择性结合的能力，不
同多酚对不同蛋白质亲和力具有一定差异［4］。多酚 是植物的次级代谢产物，由多个羟基基团连接到芳香 环上构成［5］。蛋白质包含 20 种不同的氨基酸，而氨 基酸是由一个 α-碳原子共价结合一个氢原子、一个 氨基、一个 羧 基 和 侧 链 基 团［6］。 酚 类 小 分 子 化 合 物 通过渗入蛋白质分子的内部与肽链交联。多酚与蛋 白质的结合分为可逆性和不可逆性，可逆性的结合就 是一些非共价作用，包括氢键作用、静电吸附和疏水 作用等［7 － 8］。氢键的形成主要是通过多酚中的氢原 子与蛋白质中的电负性离子如 N、O 或 S 结合； 静电 吸附是酚类小分子通过正负离子交换而吸附到蛋白 质分子表面，作用力较弱； 疏水作用是非极性基团间 形成的较强的作用力［4］。不可逆性结合则包括了共 价键和离子键的结合［9 － 10］。目前，对于多酚与蛋白 质间非共价键结合的研究较多，而对于共价键结合作 用研究较少。 1. 2 相互作用测定方法
在食品工业中，提高食品的营养和功能品质是产 品研发和加工制造的主要目标，例如通过结合 2 种具 有生物活性的化合物来开发新型功能性食品，现在许 多营养食品就同时含有多酚和乳蛋白，如奶茶、果奶、 可可奶和咖啡奶等产品。多酚具有抗癌、消炎和抑菌 的功效，也可促进血管生成、预防慢性疾病和动脉粥 样硬化的发 生，降 低 糖 尿 病、心 血 管 疾 病 和 癌 症 的 发病 率［1］。 乳 蛋 白 包 括 酪 蛋 白 和 乳 清 蛋 白 ，含 有 人 类全部必需 氨 基 酸，营 养 价 值 丰 富，生 物 学 价 值 较 高，消化率可达 98%［2］。许多研究表明多酚与乳蛋 白 的 相 互 作 用 会 破 坏 蛋 白 质 的 二 级 结 构 ，从 而 降 低 蛋 白 质 的 溶 解 度 和 消 化 性 ，同 时 也 降 低 了 多 酚 的 抗 氧化性，影 响 食 品 的 感 官 和 功 能 特 性［3］，因 而 探 究 多酚与蛋白质相互作用对食品营养学和生命科学 具有重要意义。由于消化酶对于营养物质的消化 吸 收 具 有 关 键 作 用 ，但 是 对 于 复 合 体 系 在 机 体 消 化 环境中消化酶存在下的竞争作用以及消化酶对复 合 物 营 养 性 和 功 能 性 的 影 响 尚 不 太 清 楚 。 因 此 ，研 究人体 消 化 环 境 中 在 消 化 酶 存 在 下，多 酚 与 乳 蛋 白 、消 化 酶 相 互 作 用 及 其 对 多 酚 生 物 利 用 性 和 抗 氧 化 性 的 影 响 状 况 ，对 于 提 高 产 品 的 营 养 健 康 功 能 具 有十分重要的指导意义。
在消化环境中，多酚的抗氧化性、生物可及性和 生物利用率都会受到影响，并且不同种类的多酚经过 消化环境，其功能性变化不同。Fereidoon 等［33］通过 模拟体外消化和微生物发酵研究消化过程对 5 种不 同谷物中酚类物质的抗氧化能力和生物利用性的影 响，发现经消化酶的水解作用，谷物抗氧化活性增强， 谷物中多酚的生物可及性提高，这是因为消化酶的作 用有利 于 多 酚 从 含 有 不 溶 性 纤 维 的 谷 物 中 释 放。 Tagliazucchi 等［34］发现食物中的酚类物质在胃肠消化 环境中释放而被吸收，在胃消化过程中总酚、黄酮类 和花青素类的生物可及性增加，而在肠道环境中酚酸 和白 藜 芦 醇 降 解，儿 茶 素、槲 皮 素 则 相 对 较 稳 定。 Bermudez-Soto 等［35］也对阿龙尼亚苦味果汁中主要多 酚化合物在体外胃肠消化环境中的稳定性进行了研 究，发现胃的消化对酚类化合物无显著影响，而酚类 在小肠消化过程中的变化较为显著，其中花青素损失 最多（ 大约 43% ） ，黄酮类和黄烷-3-醇含量分别下降 26% 和 19% ，而绿原酸含量增加了 24% ，并认为食物 多酚在小肠消化中的显著变化主要是因为多酚类化 合物在小肠碱性条件中转变成其他具有不同生物有 效性、生 物 利 用 度 和 生 物 活 性 的 未 知 化 合 物。 Gian 等［36］通过模拟胃肠消化环境，研究血浆蛋白与白茶、 绿茶和红茶中茶多酚的相互作用，发现相对于红茶和 绿茶，白茶中儿茶素衍生物含量最丰富，在肠道中，白 茶中儿茶素也具有较高的生物有效性和生物利用度， 白茶中 EGCG、EGC 和 ECG 的积累量高于绿茶和红 茶，而 白 茶 中 EGCG 和 EGC 比 ECG 和 EC 更 容 易 消化。
2 消化环境中多酚与乳蛋白的变化及相互 作用
2. 1 多酚在消化环境中的变化 许多研究表明，多酚在体内代谢吸收过程中对于
降低冠 状 动 脉 心 脏 疾 病、癌 症 以 及 胃 肠 道 疾 病 发 病 率［28］等方面发挥了重要作用，目前普遍认为多酚的消
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多酚与蛋白质相互作用的亲和力、化学计量学、 动力学、热动力学和构象变化等特征参数通常用毛细 管电泳法、电喷雾质谱法（ ESI-MS） 、高性能亲和色谱 法（ HPAC ） 、核 磁 共 振 光 谱 和 多 光 谱 法 等 方 法 测 定［11］。多光谱 法［12］ 包 括 荧 光 光 谱 法、红 外 光 谱 法、 紫外光谱法和圆二色谱法，是测定多酚-蛋白质相互
如原花青素对人体还有抗营养作用，该抗营养作用也 是由于原花青素与消化酶之间相互作用的结果。原 花青素与消化酶的相互作用主要包括对脂肪酶、蛋白 酶以及葡萄糖苷酶的抑制［23］。
多酚对消化酶的抑制作用主要是因为多酚与消 化酶的结合，使消化酶分子结构发生变化，致使酶活 性降低。Wu 等［24］利用荧光光谱法、圆二色谱法和分 子对接研究方法测定苦茶中苯丙素苷类化合物与胃 蛋白酶、胰蛋白酶和 α-胰凝乳蛋白酶等消化酶的相 互作用。由于消化酶分子中疏水基团与苯丙素苷类 化合物的疏水作用从而使酶分子中极性基团 （ 如OH、-SH 和-NH2 基团） 与苯丙素苷类化合物中的-OH 基团形成氢键结合，改变了消化酶的极性，从而抑制 消化酶的活性。
另外，多酚与乳蛋白的结合会破坏乳蛋白的二级 结构，从而影响乳蛋白的功能性质如乳化性、热稳定 性和抗氧化性。Hasni，Kanakis 等［18 － 19］分别对 α、β酪蛋白和 β-乳球蛋白与茶多酚儿茶素衍生物的相互 作用进行了研究，利用红外光谱，紫外可见光，圆二色 谱和荧光光谱方法以及分子模型对其结构进行分析 表明，多酚与酪蛋白的结合会减少酪蛋白分子的 α 螺旋和 β-折叠，增加其无规则卷曲和回转，从而改变 酪蛋白的二级结构。Wang 等［20］研究发现在 pH 8. 0， 60 ℃ 的条件下，EGCG 与 α-乳清蛋白结合可降低溶 液的浑浊度，同时也可提高 α-乳清蛋白的乳化性，从 而增强体系的稳定性。O＇Connell 等［21］向脱脂奶中分 别添加绿茶、黑茶、可可粉和咖啡，发现茶类富含的多 酚物质可与乳蛋白相互作用，增强酪蛋白胶束的稳定 性，从而增强了脱脂奶在 140 ℃ 高温下的热稳定性。 1. 4 多酚与消化酶的相互作用
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作用的常见方法，在这些方法中，荧光猝灭技术可以 确定多酚和蛋白质之间的结合常数和结合位点的数 目，方法较为简单因而得到广泛应用。Wu 等［13］利用 荧光猝灭法、圆二色谱法研究发现 EGCG 和 β-乳球 蛋白间通 过 氢 键 和 疏 水 作 用 紧 密 结 合，同 时 破 坏 了 β-乳球蛋白的空间结构。Moser 等［14］通过荧光猝灭 法研究发现乳蛋白与黄烷-3-醇相互作用可以改变黄 烷-3 -醇 的 生 物 有 效 性，但 在 胃 肠 消 化 环 境 中 会 降 低 特定蛋白质与其相互作用的影响。 1. 3 多酚与乳蛋白的相互作用
第一作者： 硕士研究生（ 何志勇副教授为通讯作者，E-mail： zyhe @ jiangnan． edu． cn） 。 * 江南大学食品科学与技术国家重点实验室自由探索资助课题 （ 项目编号： SKLF － ZZA － 201504） 收稿日期： 2015 － 07 － 02，改回日期： 2015 － 07 － 13
食品与发酵工业 FOOD AND FEＲMENTATION INDUSTＲIES
化吸收主要发生在小肠部位［29］。消化环境中对多酚 影响较大的是胃肠道的 pH 值。绿茶中儿茶素的稳定 性与溶液 pH 密切相关，在 pH 为 3 和 4 时相对稳定， 但它 在 pH 值 为 5 和 6 时 很 容 易 降 解［30］。Andrew 等［31］在体外模拟消化环境的实验中已经证明，儿茶素 在模拟酸性胃环境中较稳定，在模拟肠道的近中性或 碱性 pH 环境下大幅度降解。而在模拟小肠环境中 EGCG 和 EGC 最敏感，ECG 较为稳定，EC 和 C 最稳 定。消化过程中，儿茶素类衍生物的降解大多发生在 小肠环境中，在肠液环境中的损失量通常比胃环境中 的损失量高 10 ～ 20 倍。同时，Ｒecord 等［32］在研究不 同品种茶叶在消化环境中的变化也发现，各种茶叶中 儿茶素在酸性胃环境的培养几乎没有影响，然而在小 肠中微碱性 pH 环境下培养，绿茶和红茶中儿茶素的 浓度迅速下降，且绿茶中儿茶素的损失量高于红茶。
多酚有多种有益作用，通过清除体内金属离子或 激活抗氧化酶的活性达到保护机体的功能。许多研 究表明，多酚中的某些种类还可以通过改变消化酶的 活性来对人体产生其他有益效果［22］。多酚可以通过 抑制消化酶对脂类和淀粉的分解从而减少热量的摄 入，起到预防肥胖以及维持血糖稳定的作用，达到调 节营养成分生物利用性的有益效果。同时某些多酚
食品与发酵工业 FOOD AND FEＲMENTATION INDUSTＲIES DOI： 10． 13995 / j． cnki． 11 － 1802 / ts． 201511045
多 酚 与 蛋 白 质 、消 化 酶 相 互 作 用 的 研 究 进 展 *
刘婵，何志勇，秦昉，曾茂茂，陈洁
（ 江南大学 食品科学与技术国家重点实验室，江苏 无锡，214122）
多酚对消化酶的抑制作用强弱与多酚含量和种 类以及消化酶的种类密切相关。Goncalves 等［25］ 利 用分光光度法研究葡萄籽中花青素和不同葡萄酒中 单宁对胰蛋白酶的抑制作用，结果表明，多酚的平均 聚合程度与对胰蛋白酶的抑制作用有直接关系。此 外，不同类型葡萄酒中，因酚类物质含量不同，对胰蛋 白酶活性的抑制程度也不同，随着酚类物质含量的增 加对胰蛋白酶活性的抑制作用增强，并且证实了缩合 单宁作为抗营养因子，可抑制蛋白质的消化作用，减 少营养素的吸收。McDougall 等［26］利用体外实验研 究不同浆果中多酚物质对 α-淀粉酶的抑制作用，通 过测定其 IC50 值得出树莓和花楸浆果的抑制效果最 好，并利用液相色谱质谱联用技术分析树莓和花楸浆 果中起抑制作用的成分主要为原花青素，花楸浆果中 原花青素与淀粉酶通过疏水作用结合，从而抑制淀粉 酶的活性。原花青素对淀粉酶的抑制作用减少了对 阿卡波糖（ 降低血糖的药） 的分解，达到控制人体餐 后血糖浓度和预防肥胖的作用。He 等［27］测定茶多 酚对不同消化酶如 α-淀粉酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶和 脂肪酶的抑制作用，发现茶多酚对 α-淀粉酶的抑制 作用最强，其 次 是 脂 肪 酶，最 后 为 胃 蛋 白 酶 和 胰 蛋 白酶。
多酚与乳蛋白的相互作用可改变食品中乳蛋白 的营养价值和多酚的功能性质，主要影响多酚的抗氧 化性。Dubeau［15］采 用 不 同 的 抗 氧 化 性 测 定 方 法 发 现，在溶液和固液体系中牛奶将抑制茶多酚的抗氧化 性，相反在油浊液中，牛奶会增强茶多酚的抗氧化性， 从而认为牛奶中蛋白质对茶多酚的抗氧化性具有双 重影响。Ｒyan［16］研究表明牛奶可降低茶多酚的抗氧 化性，其中脱脂奶对多酚抗氧化性的降低程度高于全 脂奶和半脱脂奶。同时 Sharma［17］分析发现加入牛奶 的黑茶中多酚的抗氧化活性低于黑茶的抗氧化活性。
摘 要 近年来，随着人们对营养和功能性食品的需求逐渐增长，果奶、奶茶、可可奶和咖啡奶等含有乳蛋白和 多酚的复合产品备受青睐，而复合体系中乳蛋白与多酚的相互作用及其对产品营养健康性的影响也成为目前的 研究热点。消化道是影响食品营养健康特性发挥作用的重要场所，在消化环境食品多酚与乳蛋白、多酚与消化 酶存在相互作用，它们之间的竞争性作用会影响乳蛋白的消化性和多酚的健康功能性，然而有关此方面的研究 较少。因此，该文主要概述了国内外关于多酚和乳蛋白、多酚和消化酶间相互作用的研究进展，分析在消化环境 中多酚功能性质的改变，以及研究乳蛋白与多酚复合体系蛋白消化性、抗氧化性和生物利用性的变化情况，以期 为提高此类产品的营养和功能品质提供一定的指导依据。 关键词 消化环境； 多酚； 乳蛋白； 消化酶； 相互作用