谷物多酚提取及影響和改善其生物活性利用技術的研究進展

陳林林 張海鵬 李偉 李昕彤 郝熙 張銘 吳松遙

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2024.05.035

引文格式：陳林林，張海鵬，李偉，等.谷物多酚提取及影響和改善其生物活性利用技術的研究進展[J].中國調味品，2024，49（5）：205-212.

CHEN L L， ZHANG H P， LI W， et al.Advances in technologies for extracting polyphenols from cereals，influencing and improving their bioactivity utilization[J].China Condiment，2024，49（5）：205-212.

摘要：谷物中的多酚以游離態和結合態形式存在，具有良好的生物活性，是天然食品抗氧化劑的主要來源，可采用酸法、堿法、酶解法、超聲輔助水解等方式提取。但谷物多酚在提取及加工過程中會發生降解、釋放或與其他物質結合法，進而影響谷物多酚的生物活性利用，故可采用包封等技術避免谷物多酚的分解和氧化。文章綜述了谷物中多酚的提取方法及加工方式對其含量、結構、穩定性、抗氧化性及抗菌性的影響，同時總結了幾種改善谷物多酚活性釋放和遞送的途徑，為多酚的有效利用和功能性產品的開發提供了參考。

關鍵詞：谷物多酚；提取；加工；包封；抗氧化活性

中圖分類號：TS201.2????? 文獻標志碼：A????? 文章編號：1000-9973（2024）05-0205-08

Advances in Technologies for Extracting Polyphenols from Cereals，

Influencing and Improving Their Bioactivity Utilization

CHEN Lin-lin， ZHANG Hai-peng， LI Wei， LI Xin-tong， HAO Xi，

ZHANG Ming， WU Song-yao

（College of Food Engineering， Harbin University of Commerce， Harbin 150028， China）

Abstract： Polyphenols in cereals exist in free and bound forms， which have good biological activity. They are the main source of natural food antioxidants， which can be extracted by acid method， alkali method， enzymatic hydrolysis method and ultrasound-assisted hydrolysis and other methods. However， cereal polyphenols can be degraded， released or combined with other substances during extraction and processing， thus affecting the bioactivity utilization of cereal polyphenols. Therefore， encapsulation and other technologies can be used to avoid the decomposition and oxidation of cereal polyphenols. In this paper， the effects of extraction and processing methods of polyphenols in cereals on their content， structure， stability， antioxidant activity and antibacterial activity are reviewed， and several ways to improve the active release and delivery of polyphenols in cereals are summarized， which has provided references for the effective utilization of polyphenols and the development of functional products.

Key words： cereal polyphenols; extraction; processing; encapsulation; antioxidant activity

收稿日期：2023-09-26

基金項目：黑龍江省省屬高等學?；究蒲袠I務費科研項目（2023-KYYWF-1054）；黑龍江省“百千萬”工程科技重大專項（2021ZX12BO7-1）

作者簡介：陳林林（1979—），女，教授，博士，研究方向：食品科學。

谷物中的多酚作為重要的活性物質，在人體血糖水平和腸道健康方面起著積極作用。谷物中的酚類化合物主要以游離態和結合態兩種形式存在，以結合酚為主，占總酚含量的60%～85%[1]，常以酯鍵、醚鍵、糖苷鍵與細胞壁基質上的大分子如果膠、纖維素、結構蛋白結合，能維持細胞結構的穩定性。游離酚主要存在于谷物細胞的液泡中，含量較結合酚少，但能直接或間接參與代謝以清除自由基及中間產物，采用溶劑浸提法易溶出、得率較高，然而由于結合酚與細胞壁基質相互作用較強，采用溶劑浸提法不易使結合酚完全釋放，因此對谷物中多酚的提取常用酸法、堿法、酶解法、超聲輔助水解等方法，通過破壞多酚與其他化合物之間的鍵使多酚得以完全釋放[2]。

由于原谷物口感較差、難以消化，因此常采用熱處理、低溫處理、機械加工、發酵等加工方式改善谷物的品質與口感，但加工過程中由于多酚對熱效應、機械剪切力、pH值、光、氧、酶等反應條件敏感，因此會改變多酚的含量和穩定性，最終對生物活性產生影響。如谷物發酵處理后，產生的酶通過破壞細胞基質可釋放結合酚類物質，從而提高總酚含量[3]。又如高溫焙烤谷物時，酚類化合物受熱易分解，導致抗氧化活性降低[4]。為了改善谷物多酚的穩定性及在人體腸道中的釋放速率，可通過淀粉、多糖、脂質等與多酚形成納米粒、納米乳、納米脂質體，制備多酚包合物[5]，如蛋白質納米載體的氫鍵和疏水鍵相互作用可增強槲皮素的生物活性[6]；由脂質與酚酸、黃酮形成的脂質體可以改善腸道對多酚的吸收；通過多糖納米粒子裝載的酚酸可防止其在胃中受到酶、酸的作用分解[7]。

本文從影響谷物多酚提取和活性利用的角度，系統地綜述了國內外對谷物多酚的常用提取方法，如采用傳統溶劑、生物制劑、物理機械方法、新型萃取等提取技術；并分析了熱處理、低溫處理、機械加工、發酵等加工方法對谷物中多酚含量和生物活性的影響；針對谷物多酚的穩定性、改善多酚在腸道中的釋放速率、提高其活性利用的方法，探討包封技術、納米技術、噴霧干燥技術等方法的原理及對谷物多酚功能性質的影響，并對改善技術的實際應用進行了展望。

1? 谷物中酚類化合物的性質與分布

谷物中多酚以游離態和結合態兩種形式存在，游離酚位于谷物細胞的液泡中，結合酚主要存在于谷物的麩皮和營養組織中（胚芽、胚乳等）[8]，由于胚芽、胚乳等富含淀粉、蛋白質和脂類等營養物質，因此麩皮中的結合酚含量相對較高。谷物中常見的酚類化合物包括類黃酮、酚酸、單寧、木質素和烷基間苯二酚，其中酚酸可分為羥基苯甲酸衍生物和羥基肉桂酸衍生物[9]。羥基苯甲酸衍生物包括對羥基苯甲酸、原兒茶素、苯甲酸、丁香酸和沒食子酸，羥基肉桂酸衍生物包括對香豆酸、咖啡酸、阿魏酸和辛酸，尤其在高粱與小米中酚酸的種類最多。谷物中含量最高的酚酸是阿魏酸，在谷物細胞壁中以被酯化成阿拉伯木聚糖的形態存在，在小麥中占總酚含量的90%[10]，其羥基上有一個氫原子可以與自由基反應，表現出良好的抗氧化活性；而羥基肉桂酸衍生物香豆酸由于酚羥基取代位置不同，可分成3種形式：對香豆酸、鄰香豆酸和間香豆酸。其他酚酸如咖啡酸和原兒茶酸，因鄰位上存在兩個羥基而產生共振作用，表現出良好的抗氧化活性。

黃酮類物質是含量最多的酚類化合物，主要分布在谷物外皮中，高粱中的黃酮種類最豐富[11]，它們的基本結構骨架是C6-C3-C6，兩個苯環通過一個三碳橋連接到一個中心雜環上。它們可以進一步分解成黃酮、黃酮醇、黃烷-3-醇、異黃酮、黃烷醇和花青素。谷類是類黃酮的豐富來源，可溶性黃酮以自由形式存在，可以與多糖偶聯，也可以通過酯化、醚化形成脂肪酸；單體黃酮類化合物可以形成低聚物和聚合物。

單寧為聚合結構，根據化學結構不同可以主要分為水解單寧、縮合單寧。縮合單寧是黃烷醇衍生物，分子中的黃烷醇通過第二位的C—C鍵與兒茶酚或苯三酚結合。水解單寧中具有酯鍵，為葡萄糖的沒食子酸酯。除酚酸、類黃酮和單寧外，谷物中還含有木質素，具有2，3-二芐基丁烷結構的二聚體。它們是植物雌激素的前體物質，主要存在于黑麥、小麥、大麥和燕麥等谷物中；烷基間苯二酚是兩親性的1，3-二羥基苯衍生物，在苯環的第五位有一個奇數烷基鏈，它們存在于小麥、黑麥、大麥、小米和玉米中[12]。研究發現多酚具有預防包括代謝綜合征、心血管疾病、2型糖尿病和癌癥等疾病的作用，同時對抗腫瘤、抗菌、抗炎也起到重要作用[13]。然而谷物中大部分多酚與細胞基質中的大分子相結合，如纖維素、半纖維素和果膠，這些大分子支撐著細胞壁使其結構穩定，因此使谷物多酚的提取受限。

2? 谷物多酚的提取方法

谷物中游離酚類物質通常使用甲醇、乙醇、丙酮等有機溶劑進行提取，然而谷物中的結合酚很難直接用醇提法提取，需要采用物理、化學、生物手段破壞與細胞質基質之間的共價鍵將結合酚釋放出來進而提取，提取出的谷物中多酚含量常采用沒食子酸當量（gallic acid equivalent，GAE）進行測定。

2.1? 酸法和堿法水解

酸法和堿法水解是釋放谷物多酚常用的方法，酸法水解是在較高的溫度下采用1%～5%的鹽酸或硫酸溶液，通過裂解酚類化合物與細胞壁之間的酯鍵和糖苷鍵使多酚得以釋放[14]，具有提取方便、操作簡單等優點。王彩霞等[15]采用H2SO4提取小麥多酚時發現過高的溫度會導致多酚降解并引起乙醇揮發，使提取率降低；而堿法水解通過破壞多酚與細胞壁之間的酯鍵和醚鍵釋放結合酚。Yadav等[16]采用堿法水解4個小麥品種中的酚類化合物，提取到的多酚主要為原兒茶酸、阿魏酸、兒茶素，并且以沒食子酸為當量，結合酚含量（1 160～2 848.88 μg/g）高于游離酚含量（564.17～724.72 μg/g），對比王彩霞等[15]采用酸法水解提取谷物多酚，表明堿法水解更有利于谷物多酚的提取。此外，Huang等[17]對比酸法、堿法兩種方式水解小麥麩皮時發現堿法水解的提取效果優于酸法水解，從麩皮表面結構來看，堿法水解對麥麩結構的破壞更加嚴重，原有的纖維素結構完全喪失，有利于多酚的釋放，與Yadav等[16]的研究結果相似；但是Balli等[18]在提取小米多酚時對比酸法、堿法水解，優化試驗后發現酸法水解提取的總酚含量（178 mg/100 g）比堿法水解提取的總酚含量（140 mg/100 g）高，在堿法水解提取物中未發現阿魏酸甲酯，堿法水解會使其酯鍵斷裂導致總酚含量降低，同時惠瑤瑤[19]也發現使用不同濃度的NaOH提取谷物多酚時，隨著NaOH濃度的增加，玉米須多酚提取量先升高后降低，這是由于在較高的pH下多酚結構會發生共振、互變異構、分解等變化，導致提取量降低。而原料初提后需用鹽酸調節pH至酸性，以防止酚羥基形成醌并去除蛋白質沉淀，進而避免多酚含量的降低。因此，酸法或堿法提取谷物多酚中酸堿度環境對多酚含量和活性利用造成影響，合適的提取環境有利于谷物多酚的有效提取。

2.2? 酶解法

谷物細胞壁是由纖維素、多糖和蛋白質組成的復雜結構。酚類物質易與細胞壁上的阿拉伯糖、木糖或半乳糖單元酯化，也可以通過氫鍵與淀粉或其他多糖相連接[20]。因此，許多糖苷酶、葡聚糖酶、木聚糖酶等對谷物細胞壁結構有顯著破壞作用，從而促進谷物基質中多酚的釋放[21]，其水解原理見圖1。Ratnasari等[22]利用纖維素酶水解燕麥麩皮，釋放結合酚，使總酚含量達到98.6 μg/g，高于未經酶處理的麩皮總酚含量87.5 μg/g，這種差異是纖維素酶破壞了多酚與纖維素間的共價鍵所致。而不同特異性的酶作用于不同的基質，如糖苷酶作用于谷物細胞中糖苷類物質的共價鍵，促進淀粉、纖維素、半纖維素、果膠分解成低分子糖、單糖[23]，而酯酶作用于酯鍵。Balasubramaniam等[24]使用木聚糖酶預處理小米，由于木聚糖酶破壞了木聚糖化多酚的共價鍵，促進了結合酚的釋放，使多酚提取率提高了2.3倍。然而在酶解前要考慮到酶活性的影響因素[25]，如酶濃度、提取時間、提取溫度、pH等。此外，復合酶水解比單一酶水解效果顯著，Bautista-Expósito等[26]篩選了13種復合糖苷酶，在pH 4.4、溫度47 ℃、提取時間20.8 h的工藝下水解麩皮，阿魏酸提取量增加為原來的4.2倍。Lau等[27]使用阿魏酸酯酶和木聚糖酶提取甜玉米芯中的阿魏酸，兩種酶分別作用于纖維素和阿拉伯木聚糖，有助于促進阿魏酸的釋放。相比于酸法和堿法水解，酶解提取條件溫和，能減少多酚的損失，所得多酚的穩定性較高。此外，由于酶解使用水而非有機溶劑，該方法相對環保。

2.3? 其他方法輔助提取

超聲輔助提取是通過破壞細胞壁結構，加速萃取溶劑的擴散，增加溶劑對植物細胞的滲透從而提高提取效率，可縮短提取時間，避免高溫對多酚結構的破壞。Iftikhar等[28]通過超聲輔助提取黑麥麩皮中的多酚提取量（245.74 mg/100 g）遠大于溶劑萃取法的提取量（175.5 mg/100 g），這是超聲波產生的機械波破壞了多酚與細胞壁復合物所致。水稻中酚類化合物以不同的濃度和組成分布在纖維層和蛋白質中，并且細胞結構相對穩定，Setyaningsih等[29]確定了超聲輔助提取水稻多酚的最佳工藝為超聲功率94 W、45 ℃提取25 min，此時多酚提取量為2.46 mg/g，超聲輔助促使細胞結構破裂，縮短了提取時間。然而當超聲功率過大時產生的空化作用會使羥基自由基變化，多糖殘渣解聚和聚集，導致提取率過低。

微波輔助提取通過微波作用來提高提取率，提取過程中微波輻射能導致植物細胞內的極性物質吸收微波能，產生的熱量使胞內溫度上升導致水氣化，產生的壓力在細胞壁與細胞膜上形成微小空洞，使溶劑進入，釋放胞內物質，提高提取率，縮短反應時間并減少溶劑使用量。Halee等[30]利用微波提取米糠多酚，最佳提取時間為83 s，微波功率為648 W，提取量可達50.59 mg/g，微波輔助提取使谷物細胞在短時間內被均勻加熱，有效防止已提取多酚的損失。對比其他提取技術，微波輔助提取具有高效、迅速等優勢，目前已發現微波輔助可用于提取短鏈多酚，如酚酸和類黃酮，但是由于微波作用可能破壞多酚的羥基和熱敏性取代基，因此使用較少。

電場脈沖輔助提取多酚是一種非熱提取技術，提取過程中利用高壓電場促使細胞壁破裂，增加細胞膜的通透性，有利于多酚的提取。Martín-García等[31]采用電場強度2.5 kV/cm、頻率50 Hz、時間14.5 s的電場脈沖處理啤酒生產廢谷物，發現提取的游離酚和結合酚分別是未處理的2.7倍和1.7倍，具有時間短、能耗低、溫度變化小等優點。同樣Kumari等[32]對啤酒生產廢谷物施加電場（電場強度2.8 kV/cm、脈沖次數3 000），提取總量增加至4.88 mg/g，且阿魏酸、對香豆酸等酚類組分無明顯改變。

超臨界流體萃取是一種多酚分離的新型技術，該過程使用超臨界流體作為萃取介質，流體的狀態介于氣體和液體之間，CO2由于無毒、不易燃、成本低和高純度而被廣泛使用。Escobedo-Flores等[33]采用超臨界CO2流體溫度55 ℃、壓力38 MPa提取燕麥多酚，提取量達18.8 μg/g，通過等溫降壓或等壓升溫，多酚可與萃取劑分離，因為其萃取能力取決于流體密度，可以通過改變壓力和溫度來進行控制，較快達到萃取平衡，并且可以避免使用有毒溶劑，溶劑回收簡單方便，在較低溫度下操作，防止咖啡酸、辛酸、香豆酸高溫氧化。

綜上所述，酸法、堿法提取作用于細胞壁基質中酯鍵、醚鍵、糖苷鍵，對谷物細胞壁結構的破壞最嚴重，促使多酚釋放，但水解過程中多酚有部分損失；酶解利用酶的催化作用，提取條件溫和，需考慮酶活性隨著時間的增加而減弱；超聲輔助、微波輔助、電場脈沖輔助、超臨界流體萃取等機械提取方法可在一定程度上破壞細胞質基質，回收簡單，但對操作設備的要求和成本較高。目前利用以上提取方法對谷物中多酚的提取研究見表1。

3? 加工處理技術對谷物多酚的影響

3.1? 熱處理

傳統熱處理手段包括微波、焙熱、蒸煮等，熱處理使谷物液泡膜和細胞壁降解以釋放多酚，但是經熱處理后由于多酚受熱分解，導致其含量和生物活性利用受限。Noda等[34]研究在180～220 ℃下焙烤蕎麥麩皮，發現高溫下黃酮的羥基化結構易發生氧化還原反應，蘆丁含量由39.74 mg/g下降至2.65 mg/g，蘆丁受熱降解為槲皮素，導致槲皮素含量增高。此外，不同多酚對溫度的熱敏性存在差異，Irondi等[35]發現焙熱高粱溫度從150 ℃上升至180 ℃后，木犀草素、綠原酸和芹菜素隨著溫度的上升依次完全分解，導致DPPH自由基清除能力的IC50值由10.81 μg/mL降低到8.46 μg/mL，烤高粱對胰脂肪酶抑制能力的IC50值由14.13 μg/mL增加至17.09 μg/mL，說明籽粒胰脂肪酶抑制活性隨著焙熱溫度的升高而降低。Ahmed等[36]采用烘箱焙熱和微波焙熱兩種方式處理苔麩顆粒，烘箱高溫焙熱中單寧含量由3.26 mg/100 g降低至0.22 mg/100 g，但微波焙熱會使游離酚含量由93.06 mg/100 g提高至111.88 mg/100 g，這是由于酚類化合物與細胞壁基質中的共價鍵受微波加熱而破壞，導致結合酚轉化成游離酚。Sharanagat等[37]對比未焙熱和焙熱高粱粉的總酚含量，微波焙熱工藝使總酚含量從2.64 mg/100 g上升到4.67 mg/100 g，這一結果與Ahmed等[36]的結論相同，但對DPPH自由基的清除能力由92.5%下降至83.95%，原因是微波破壞了類黃酮的羥基和熱敏性取代基，導致含量從3.89 mg/100 g降低至2.72 mg/100 g。因此，在熱加工過程中應采用適當的溫度，避免多酚類物質的損失。

3.2? 低溫處理

谷物常見的處理方式還包括低溫冷凍或者低溫貯藏。低溫可以降低谷物中水分活度和含量，減少多酚與氧氣、水分子的接觸，從而降低谷物多酚氧化酶活性，延緩多酚氧化反應速率，因此可以在較長的儲存時間內維持較高的活性，有助于保存谷物多酚。Pashazadeh等[38]發現與其他干燥方法相比，冷凍干燥對玉米絲中原兒茶酸含量（152.06 μg/g）的影響較小，含量基本保持不變，可延緩谷物多酚的分解，并且低溫處理可以改變谷物多酚的結構，例如低溫處理可以促進原花青素形成聚合態，增加其穩定性。

3.3? 機械加工

機械加工技術（以研磨和擠壓為主）通常被用于谷物加工，經機械加工后不僅能改善谷物的口感和風味，而且可以在一定程度上提高谷物在人體內的消化率，但是經機械加工后，谷物麩皮和胚芽中的部分營養成分會流失，而谷物中多酚主要分布在谷物的皮層、糊粉層和胚芽部分，因此進一步導致谷物多酚含量減少。而多酚含量的損失程度與機械加工工藝參數有很大相關性，Ma等[39]采用多次研磨工藝對水稻的多酚含量進行研究，當研磨度從0%增加到6%時，糙米中的總酚含量顯著降低，損失率為52.8%～76.4%，并且結合酚的降低趨勢大于游離酚的降低趨勢，除此之外，以α-生育酚為當量，其抗氧化活性值從10.17 mol/g下降到4.48 mol/g，這一實驗結果可初步表明機械加工在影響多酚含量的同時，對其生物活性利用也產生影響。但Zhang等[40]發現擠壓后的大米樣品中仍含有阿魏酸、香豆酸、對香豆酸、綠原酸、沒食子酸、咖啡酸和丁香酸7種原有酚酸，說明擠壓不改變多酚種類，精米和糙米的游離酚和結合酚分別降低了53.7%和40.1%，但是擠壓米糠后其總酚含量上升了7.3%，這一實驗結果與Ma等[39]的結果不同，歸因于米粒中的淀粉含量高于米糠，擠壓過程中淀粉糊化形成復合物會結合部分多酚，導致游離酚含量下降。此外，Ye等[41]利用擠壓處理麥麩，發現處理后的麩皮氧自由基吸收能力較未處理的麩皮提高了4.15%，其原因可能是擠壓產生的擠壓力和剪切力破壞了麥麩的細胞壁結構，導致纖維素、果膠、半纖維素的連接松散，釋放結合酚類物質；還會增加被剪切的蛋白質與多酚的相互作用，提高蛋白質對自由基的捕獲能力，減少多酚的消耗。因此，采用機械加工技術對谷物多酚的影響不僅與加工參數有關，而且與加工谷物種類有關。

3.4? 發酵

發酵是一種有效改善谷物感官和營養品質的生物加工技術，通過微生物代謝產酶降解細胞結構中的多糖以釋放結合酚，Nisa等[42]研究植物乳桿菌和乳酸菌液態發酵米糠，在37 ℃下分別發酵24，36，48 h，發現發酵48 h時總酚含量最高，達73.14 mg/g。產生的纖維素酶可以促進結合酚的釋放，并且濃度在1 mg/mL時植物乳桿菌發酵的米糠DPPH自由基清除率為42.36%，高于乳酸乳桿菌發酵的米糠DPPH自由基清除率39.94%，說明植物乳桿菌具有分解米糠中的酯鍵、釋放游離酚類化合物的能力；在發酵過程中除降解細胞結構外，多酚中的羥基也與其他官能團相互作用完成生物轉化。Luo等[43]用紅曲霉、酵母菌、枯草芽孢桿菌混合固態發酵玉米種子，在發酵過程中（30 ℃、14 d）產生咖啡酸、綠原酸、香草酸等酚酸，并且總酚含量相較之前提高了22.56倍，原因是微生物發酵不僅可以釋放玉米中的多酚，而且發酵誘導的酸性條件有利于酚羥基質子化，生成羥基肉桂酸衍生物。Saharan等[44]通過米曲霉固態發酵小麥、水稻，發酵第4天和第5天時總酚含量達到最大值77.75 μmol/g，隨后總酚含量下降，原因可能是米曲霉具有降解酚的能力；發酵過程中選擇不同的菌種，產物會存在差異，例如，細菌發酵產生淀粉酶、纖維素酶、肽酶、蛋白酶和木聚糖酶；而真菌發酵產生水解酶，如β-水解酶、α-半乳糖苷酶、蛋白酶、木質素過氧化物酶和淀粉酶。Balli等[45]用酵母菌和乳酸桿菌混合固態發酵小米（pH 4、38 ℃、72 h），結果發現游離酚含量減少，其原因可能是乳酸菌代謝消耗酚酸，此外，發酵前對樣品進行預處理也會增加總酚含量，Bei等[46]采用紅曲霉對經纖維素酶預處理的燕麥進行固態發酵，發現與傳統發酵系統相比，酶解發酵體系提高了游離酚和結合酚的含量（24.38%和31.05%），并且顯著提高了沒食子酸、阿魏酸和綠原酸的含量，除咖啡酸外，其余酚類化合物的含量及活性均增加。Christ-Ribeiro等[47]用米根霉在25 ℃固態發酵米糠3 h后得到的多酚提取物對真菌的抑制率達20.2%，高于化學保鮮劑丙酸鈣的抑制率16.37%，多酚中的羥基對細胞膜活性起重要作用。綜上所述，各類加工方式對谷物多酚的影響見表2。

4? 改善谷物多酚活性利用的技術方法

由于谷物多酚的低水溶性和化學不穩定性，在提取加工過程中易受影響，其生物利用也受到人體腸道功能的限制，通過封裝可以保護谷物多酚免受環境因素的影響，谷物多酚常采用多種包封方法或微包封方法，需基于谷物多酚的特性，如化學結構、溶解度、與包封材料的相容性、熱穩定性等進行選擇。以下對包合物的制備、水凝膠體系、納米技術以及噴霧干燥方法進行介紹。

4.1? 包合技術

包合技術通常將具有一定“保護功能”的包封材料和谷物多酚通過化學、物理及生物技術形成包合物，所形成的包合物可以防止環境條件（例如光、熱、空氣、水分）引起的降解而改變原有物質的物理性質。最常見的包封材料是多聚糖和環糊精等類型的多糖，多糖可以在上消化道保護包封物不被分解，并在結腸中被分解。環糊精由淀粉酶處理得到的環狀低聚糖組成，由于其內部結構疏水、外部結構親水的良好性質，可用作谷物多酚的封裝材料。Park等[48]使用β-環糊精包合槲皮素，槲皮素是一種天然黃酮類化合物，主要來源于燕麥、小麥、大麥和黑麥，存在于胚乳麩皮和胚芽中。包封使槲皮素的水溶性增加了35倍，并且經紫外輻照18 h后，包合物中約有90%的槲皮素被保留，光穩定性有所提高?？梢娊涍^環糊精包合技術，對谷物多酚的活性表達具有良好的促進作用。而除了β-環糊精外，淀粉由于具有良好的乳化性和溶解度也適用于包封技術，并且淀粉水解衍生物具有較好的耐熱和抗氧化作用。采用直鏈淀粉分子包封谷物多酚，可改善谷物多酚在胃腸道中的釋放速率。Wang等[49]使用馬鈴薯直鏈淀粉分子通過酯化包封香豆酸，分布在玉米、小麥、燕麥、黑麥的胚乳、胚芽中的香豆酸含量相對較低，發現復合后極大程度提高了香豆酸的光穩定性，并且直鏈淀粉包合物可以保護香豆酸免受胃的酸性和酶解，促進香豆酸的釋放，在消化過程中表現出較高的釋放速率，提高了酚類物質的吸收率。類似于大分子淀粉，蛋白質也可通過非共價鍵（疏水鍵、離子鍵和氫鍵）或共價鍵的相互作用修飾谷物多酚以提高其性能。但蛋白質和多酚的相互作用在很大程度上取決于環境條件，如溫度和pH值，以及蛋白質和多酚的構象或類型?；ㄇ嗨卮嬖谟诤诿?、黑麥的黑色部分，來源于兒茶素和表兒茶素的酶促作用轉化，Attaribo等[50]使用80 ℃預熱處理的蠶蛹蛋白包合花青素，發現經蠶蛹蛋白包合后，包合物延緩了多酚的降解速率，降解速率由64.81 min延長到261.99 min。包合技術能很好地保護和修飾多酚化合物的功能活性，包封材料的選擇對多酚包合物中的多酚活性改善有重要作用，因此開發和研究更理想的包封材料是技術的關鍵。

4.2? 水凝膠體系

大多數谷物多酚在加工條件下都很不穩定，使其分散在水凝膠體系中可以改善其性質。不同性質的聚合物決定了水凝膠的特性及與酚類化合物的作用，從而影響多酚的穩定性及活性，Hadrich等[51]制備了一種阿魏酸接枝普魯蘭酶交聯仿生水凝膠，與非類黃酮酚類化合物相比，阿魏酸在濃度為27.75 μmol/L時表現出與咖啡酸相似的抗氧化活性。佘明漢等[52]將卵清蛋白質在酸性條件下熱處理形成淀粉樣纖維，與阿魏酸復合制備成水凝膠，并對其性質進行考察，結果表明，當pH為5、淀粉樣纖維添加量為70 g/L、阿魏酸添加量為0.6%時，水凝膠能在體外胃液模擬實驗中表現出最佳的緩釋能力（75.54%），在光照條件為0.35 W/m2的環境中，負載阿魏酸的水凝膠體系光降解時間從38.50 min延長至86.64 min，水凝膠體系有效改善了多酚的穩定性。

4.3? 納米技術

生物基大分子如多糖、蛋白質、脂類與含有多個羥基的酚類化合物具有較高的親和性，多酚可以通過非共價或共價效應與之結合，增強多酚的穩定性和生物利用度。針對這一特性使得新的復合材料納米顆粒、納米脂質體、納米乳液在生物體中作為多酚傳遞系統發揮重要作用，阻礙多酚氧化或降解，且調整納米顆粒的尺寸和性質可改變其功能特性，特定大小的納米顆粒還可將多酚遞送至胃腸道指定區域并控制其釋放速率，具有包封均勻、包封效率高等優點。Liu等[53]將兒茶素、表兒茶素、原花青素、表沒食子酸兒茶素裝載在玉米淀粉納米粒子上，有效改善了多酚受強光分解的問題，在20 W紫外光照射20 min下，納米顆粒裝載多酚對DPPH自由基清除能力的影響較小，IC50值由0.24 μg/mL變為0.25 μg/mL，而原多酚的IC50值為0.43 μg/mL，說明納米顆粒對多酚具有抗紫外保護作用；模擬人工腸液（pH為7.0）中多酚的體外釋放情況，在1.0 h內多酚釋放速率迅速增加，在2 h內釋放率可達到84%，5 h后緩慢釋放。

許多親脂性谷物多酚的水溶性差，可以通過納米級脂質體運輸加以改善，納米級脂質體需要先制備常規脂質體，然后使用高壓均質、超聲或膜擠壓等方法減小粒徑。脂質體是膠狀顆粒，由包裹水的脂質雙層膜組成，由于脂質與水同時存在，脂質體可用于水溶性、脂溶性和兩親性材料的包裹、傳遞和釋放，脂質體和納米脂質體形成的機制主要是磷脂和水分子之間的親疏水相互作用。Peng等[54]將槲皮素、白藜蘆醇等包封在納米脂質體中，包封率可達54%和93%，在pH從8上升至12的堿性條件下，槲皮素與白藜蘆醇完全降解，增加了谷物多酚在堿性條件下的穩定性。

由于谷物多酚具有較低的水溶性和穩定性，并且谷物多酚不能有效地在腸道中釋放，可以將納米乳液技術用于多酚在水溶液中的包封，以液態直接使用。乳液由兩種不互溶的液體組成，通常為油和水，其中一種液體以小球形液滴的形式分散在另一種液體中，分散相液滴直徑為100～500 nm，乳液可以根據油相和水相的空間組織進行分類，由分散在水相中的油滴組成的體系稱為水包油（O/W）乳液，由分散在油相中的水滴組成的體系稱為油包水（W/O）乳液。納米乳液具有很強的聚集能力，并在胃腸中被迅速消化，增加谷物多酚的生物利用度。Chen等[55]使用米糠蛋白溶液與大豆油按照9∶1混合制備的納米乳液包封槲皮素，3%濃度的蛋白質使槲皮素的包封率達98%，納米乳液的穩定性保持在95%以上，與游離的槲皮素相比，腸道模擬消化水平由1.40%增加至12.70%，并且使槲皮素的細胞滲透性達到4.93×10-6 cm/s。納米乳液技術中皮克林乳液、多層乳液和高內相乳液已經在提高谷物多酚生物穩定性方面廣泛應用，通過納米乳液包封可降低多酚與環境的接觸面積，從而保持多酚的生物活性，由于乳液的粒徑較小，易穿透細胞膜到達目標組織以改善多酚的生物利用。

4.4? 噴霧干燥

相較于其他物理、化學封裝方法，噴霧干燥技術成本低且易于擴大規模，適用于谷物多酚的封裝，干燥過程中谷物多酚從液態迅速轉變為固態顆粒，降低多酚在液態時氧化、降解或受熱損失的可能性，快速干燥保持多酚的生物活性。通常用改性淀粉、麥芽糊精、樹膠或其他物質作為封裝的壁材，然后將混合物送入噴霧干燥，這些壁材會對谷物多酚進行包封，形成平均粒徑為10～100 μm的球形噴霧干燥顆粒，分布均勻。Pashazadeh等[38]采用麥芽糊精對玉米多酚進行噴霧干燥，對DPPH自由基的清除率相較原多酚提高了10%，包封率可達98.14%，噴霧干燥可以隔絕外界的氧、光、輻照、酸堿等不穩定因素，提高谷物多酚的穩定性與水溶性。在噴霧干燥過程中壁材的選擇因素是高溶解度，這也是該技術的局限性。

5? 結論與展望

本文以影響和改善谷物多酚活性利用的角度進行概述，綜述谷物多酚提取方法、加工方式對多酚的影響以及改善多酚生物活性利用的技術原理。對谷物多酚的提取主要集中于酸法、堿法、酶解法、超聲輔助、微波輔助、電場脈沖、超臨界流體萃取等方法，在滿足高效、低成本等理念的基礎上，為最大限度提取谷物多酚，可采用多種提取技術相結合的方式，如酶輔助超聲、超聲結合微波提取等。此外，受熱、低溫、機械剪切力、發酵、酶等加工處理時，多酚的結構可能會被破壞，影響谷物多酚的類型和含量，進而影響活性。因此，可采用包合物的制備及納米、水凝膠、噴霧干燥等包封技術以改善其穩定性，緩解多酚在腸胃中的釋放速率。但由于多酚種類繁多、結構復雜，對多酚包封時常因載體的親和性不同而表現出不同的包封率和釋放速率，因此對包封技術作用于多酚機理的研究可以深入了解技術的可行性及可控釋放水平，從而在體內達到高效遞送與靶向釋放。目前，多酚遞送系統功能的開發仍有巨大潛力，生物偶聯、載體修飾、多元化遞送等途徑仍需進一步深入研究，同時可為研發具有抗氧化、抗炎、抗腫瘤等作用的功能性食品、藥品與多酚遞送系統的實際應用提供理論依據。

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