膳食多酚對淀粉消化吸收的影響

呂 霞 葉發銀 劉 嘉 趙國華，2

（西南大學食品科學學院1，重慶 400715）

（重慶市特色食品工程技術研究中心2，重慶 400715）

膳食多酚對淀粉消化吸收的影響

呂 霞1葉發銀1劉 嘉1趙國華1，2

（西南大學食品科學學院1，重慶 400715）

（重慶市特色食品工程技術研究中心2，重慶 400715）

近年來基于食品成分之間相互作用調節食品質地與功能特性的研究成為食品學科的研究熱點。多酚與淀粉的相互作用在食品中廣泛發生，二者的相互作用對調控加工食品的風味和質地、提高多酚的生物利用度、抑制淀粉的老化以及降低淀粉的消化吸收速度等具有重要作用。綜述了多酚與淀粉的復合作用、多酚對淀粉消化酶活性的抑制以及多酚對腸道葡萄糖吸收轉運的抑制作用，為利用食物成分與淀粉的相互作用開發預防和控制高血糖癥的新型食品提供了參考。

膳食多酚 淀粉 消化吸收 葡萄糖轉運 淀粉酶

淀粉是人類的主要能源物質，其消化吸收速度與人體健康密切相關。降低或抑制淀粉的消化吸收速度，使其轉化為慢消化淀粉或抗性淀粉，可生產出低血糖指數的食品［1］。此類食品能有效用于Ⅱ型糖尿病人餐后血糖的控制。天然來源的淀粉消化吸收速度主要取決于三方面的因素：一是淀粉顆粒的結構與組成［2－3］；二是食品加工的工藝與條件［4］；三是膳食中其他成分的影響［5］。前2個方面已有大量的研究與綜述，不再贅述。近年來，食物成分間的相互作用對淀粉消化吸收速度的影響得到極大關注。研究表明膳食中與淀粉共存的親水性膠體、膳食纖維、脂質、多酚等對淀粉的消化吸收速度有明顯的影響。

作為重要的植物次生代謝產物，多酚大量存在于許多植物性食物中，如茶、咖啡、紅酒、蔬菜和水果等。膳食多酚種類繁多，結構多樣。Ovaskainen等［6］的研究表明人通過飲食每天大約能攝取到1 g多酚。膳食多酚對動脈粥樣硬化、肥胖、高血壓、高血脂、II型糖尿病、癌癥等慢性代謝性疾病的預防和控制有積極作用，其發揮調節血糖的機制之一是抑制淀粉的消化吸收速度［7－10］。在總結近10年文獻的基礎上，論述了膳食多酚對淀粉消化吸收的影響及其機制，以推進利用膳食成分間的相互作用改善食物營養特性的研究，為開發預防和控制高血糖癥的新型食品提供參考。

1 多酚與淀粉的復合作用及其對淀粉消化吸收的影響

多酚與生物大分子的相互作用一直是生物學、營養學和食品科學研究的重點內容。其中，多酚與蛋白質的相互作用研究最為普遍和深入。相比之下，多酚與多糖的相互作用研究顯得很不完善，但近年來這已成為研究熱點。研究表明，多酚與多糖之間主要通過氫鍵、范德華力、疏水相互作用等分子間作用力以吸附、包埋、微膠囊等多種形式形成復合物［11］。這種復合作用對多糖或多酚的影響是相互的。一方面通過與多糖復合，多酚的穩定性得到了提升，同時其生物利用率、抗氧化性等均與其游離時有明顯差異；另一方面與多酚的復合使多糖的流變學、消化特性等發生明顯改變。就淀粉而言，其與多酚可按以下2種方式結合：一方面，多酚通過疏水相互作用占據淀粉分子雙螺旋結構的內腔形成復合物［12－13］。另一方面，多酚富含羰基和羥基，可與淀粉分子的羥基通過氫鍵和范德華力誘導淀粉分子聚集［13－14］。與多酚復合的淀粉，糊化時淀粉分子鏈之間的相互作用被減弱，淀粉的特性發生以下變化［15－19］：1）淀粉的糊化特性受到影響，淀粉崩解值和最大黏度顯著提高，最大黏度時間縮短、最終黏度和熱糊黏度降低，這可能是由于多酚物質中的羥基和羧基基團影響了淀粉爭奪水分的能力以及酚酸等物質降低了淀粉水溶液的pH。2）淀粉凝膠的組織學特性發生改變，凝膠硬度降低，這可能是由于淀粉與多酚物質的相互作用改變了膠體系連續相的特性。3）淀粉的回生率降低，多酚與淀粉相互作用形成的氫鍵妨礙淀粉分子的重新排列，阻擋淀粉的回生。4）淀粉的流變學特性發生改變，流變指數降低，屈服應力和稠度系數增加。淀粉與多酚復合導致的淀粉顆粒增大，熱穩定性提高和糊化特性改變使得淀粉對消化酶的抵抗性得到提高，形成抗性淀粉。不同淀粉與多酚的復合能力存在差異，直鏈淀粉因其雙螺旋結構更長，與多酚的復合能力較支鏈淀粉更強。淀粉分子的聚合度對多酚與淀粉復合物的穩定性有影響，聚合度越大，復合物的穩定性越低［11］。不同多酚與淀粉的復合能力也存在差異，Zhu等［16］的研究發現4種羥基苯甲酸對淀粉最大黏度增加的程度各不相同。

研究表明，多酚與淀粉的相互作用可顯著降低淀粉的消化吸收速度。Deshpande等［20］很早就發現豆類淀粉和馬鈴薯淀粉對單寧和兒茶素有復合作用，這種復合作用使淀粉的消化受到抑制。最近，這個方面的研究已受重點關注（表1）。Shen等［12］研究發現，柑橘黃酮通過占據淀粉雙螺旋結構的疏水性內腔與淀粉形成復合物，柑橘黃酮與直鏈淀粉的復合作用比與支鏈淀粉強。這種復合作用顯著地降低了淀粉的消化速率，但降低幅度因黃酮種類而異。Zhang等［19］通過紅外分析、X射線衍射、熱重量分析和量熱分析確認了槲皮素和淀粉之間能形成復合物。復合作用導致原淀粉結晶結構消失并形成了新的結晶結構，使得抗性淀粉含量顯著增加，復合物的消化程度大幅度降低（從37.3%到10.1%）。Chai等［23］研究發現茶多酚通過氫鍵相互作用與高直鏈玉米淀粉形成復合物，導致淀粉結晶結構發生改變，淀粉顆粒變大；與茶多酚復合的高直鏈玉米淀粉具備慢消化特性，只能引起溫和的血糖反應。前期研究發現，多酚能與具有淀粉類似結構的燕麥β－葡聚糖形成復合物［21－22］，并且這種復合作用有明確的結構－效應關系［24］?？上У氖悄壳坝嘘P多酚與淀粉復合作用的結構－效應關系鮮見報道，多酚－淀粉復合物的存在形式與復合物消化特性的關系還不清楚。

表1 多酚與淀粉的復合作用

2 多酚對淀粉消化酶的抑制作用

消化是淀粉被人體吸收的前提。與淀粉消化密切相關的酶是α－淀粉酶和α－葡萄糖苷酶。首先α－淀粉酶將淀粉水解為麥芽糊精、麥芽糖和少量的葡萄糖［26］，接著α－葡萄糖苷酶將麥芽糊精和麥芽糖水解為葡萄糖［27－28］。淀粉消化酶對淀粉的水解速率決定了可吸收糖的生成速度，進而對食物的血糖生成速度具有決定性作用。通過抑制腸道淀粉消化酶的活性就可降低食物的血糖生成速度?？诜堤撬幇⒖úㄌ蔷褪峭ㄟ^抑制小腸上皮刷狀緣葡萄糖淀粉酶、蔗糖酶及胰腺α－淀粉酶來實現降血糖的［29］。有研究表明某些多酚具有與阿卡波糖類似的效果，可有效抑制α－淀粉酶和α－葡萄糖苷酶的活性［30－32］。

就多酚對α－淀粉酶和α－葡萄糖苷酶的抑制作用來看，屬于非競爭性抑制作用，這種抑制作用主要是通過多酚與酶分子形成復合物而實現的。不同多酚與酶分子之間的作用力不盡相同，這些作用力主要包括多酚配體中的羥基與酶活性中心極性氨基酸殘基之間的氫鍵和范德華力，以及多酚的疏水性?；c酶活性中心疏水性氨基酸殘基之間的疏水相互作用，還有處于同一平面的多酚環型結構與酶活性位點形成的共軛π鍵［33－34］。所有這些相互作用都促進了多酚與酶分子的結合，影響了酶活性中心的構象，從而抑制了酶的催化活性，進一步降低了淀粉的水解速率，影響了淀粉的消化吸收。必須指出，多酚結構對多酚與淀粉消化酶之間的結合作用有顯著影響，并最終影響了對酶的抑制強度。多酚抑制淀粉消化酶的結構 －效應關系如下［35－38］：1）類黃酮A環和B環的羥基化能提高其對酶的抑制效果，尤其羥基化發生在B環的C－3’和C－4’位置效果更明顯。對黃酮和異黃酮而言，A環C－5和C－7位置的羥基化也能提升其抑制淀粉消化酶的活性；2）C2＝C3雙鍵的氫化作用和羥基的糖基化能使類黃酮對淀粉消化酶的抑制作用減弱；3）類黃酮的甲基化和甲氧基化明顯減弱其對α－淀粉酶的抑制活性；4）C2＝C3雙鍵和4－羰基的共軛作用加強了類黃酮抑制淀粉消化酶的作用；5）處于糖苷形式的花青素比游離花青素對淀粉消化酶的抑制作用更強。

表2列出了不同種類多酚對α－淀粉酶和α－葡萄糖苷酶的抑制效果。Elean等［33］研究了19種類黃酮對α－淀粉酶活性的影響，并通過計算機模擬分子對接探索了結構－效應關系，發現多酚是通過氫鍵和共軛π鍵與α－淀粉酶結合而影響酶的活性。Miao等［39］的研究還發現茶黃素分子中的羥基和沒食子酸?；芘cα－淀粉酶活性中心氨基酸殘基以氫鍵和共軛π鍵相互作用，進而影響酶的催化活性。不同結構茶黃素對α－淀粉酶活性抑制的強弱順序為：茶黃素－3，3′-二－O－沒食子酸酯＞茶黃素－3′－O－沒食子酸酯＞茶黃素－3－O－沒食子酸酯＞茶黃素。Sarinya等［29，40］探索了花青素及其不同苷體對α－淀粉酶和α－葡萄糖苷酶的抑制作用，發現具有葡萄糖苷和半乳糖苷的花青素比沒有糖苷的抑制作用強；另外發現花青素和阿卡波糖有良好的協同作用，且花青素的加入降低了阿卡波糖的副作用。

表2 多酚對α－淀粉酶和α－葡萄糖苷酶的抑制作用

3 多酚對腸道葡萄糖轉運吸收的抑制作用

除淀粉在腸道中轉化為葡萄糖的速率外，將葡萄糖從腸道吸收進入血液的速率也對食物的血糖指數有明顯影響。葡萄糖被腸道細胞吸收進入血液的過程必須借助于跨膜小腸葡萄糖轉運蛋白，主要包括SGLT1和GLUT2。圖1描述了葡萄糖在腸道中轉運吸收的過程。SGLT1是典型的Na＋／葡萄糖協同運輸者，主要在小腸黏膜的刷狀緣表達。SGLT1轉運葡糖糖的機制是［43－44］：SGLT1與兩分子 Na＋的結合改變了其構型，從而可以和一分子葡萄糖結合形成復合物（葡萄糖攝?。?，順Na＋濃度梯度進入腸上皮細胞，然后SGLT1釋放葡萄糖還原為原始狀態（葡萄糖轉運）。GLUT2是被動載體，分布在腸基底膜。它通過易化擴散把葡萄糖從腸上皮細胞轉運進入血液循環，但當出現高濃度的葡萄糖時，可以誘導其幾分鐘內快速出現在空腸頂模與SGLT1共同完成葡萄糖的轉運和吸收［45－46］。通過控制轉運蛋白對葡萄糖的轉運吸收可以有效達到控制血糖的目的。

圖1 小腸內葡萄糖的轉運吸收

研究發現，多酚對葡萄糖的轉運吸收具有抑制效果，且不同多酚對葡萄糖轉運吸收呈現不同的抑制機理［47－50］：1）處于糖苷形式的多酚通過其苷配基抑制葡萄糖的攝取，而通過其配糖體抑制葡萄糖的轉運；2）非糖基化的多酚通過空間位阻抑制葡萄糖轉運，即多酚與小腸細胞膜結合，隨后破壞磷脂雙分子層，達到抑制葡萄糖轉運的作用；3）多酚通過疏水相互作用與轉運蛋白結合從而影響其葡萄糖轉運活性。通過這些作用，淀粉消化形成的葡萄糖在腸道中的轉運吸收受到阻礙。同時，眾多研究都發現多酚對葡萄糖的轉運抑制具有很強的Na＋依賴性，即多酚主要是通過抑制SGLT1活性而實現其抑制葡萄糖吸收的效果。在無Na＋的環境下，只有在3－、4－和5－位同時具有羥基的多酚才具有顯著抑制葡萄糖轉運的效果。關于酚類物質對轉運體的抑制類型，有些研究認為為非競爭性抑制型，有些則認為是競爭性抑制型，沒有統一的結論，有待繼續研究。

表3列出了常見多酚對葡萄糖轉運體的抑制效果。Cermak等［51］研究了槲皮素 －3－葡萄糖苷與SGLT1的相互作用，發現槲皮素－3－葡萄糖苷能抑制SGLT1攝取D－葡萄糖進入腸刷狀上皮細胞，且這種抑制作用呈現劑量效應關系。Oran等［52］發現黃酮類物質對GLUT2轉運葡萄糖的活性有抑制效果，但對SGLT1和GLUT5的葡萄糖轉運活性無影響。Li等［50］研究發現柑柚皮素的配糖體對葡萄糖轉運沒有抑制效果，而柚苷配基則效果明顯，且這種抑制作用的模式為競爭性抑制。

表3 多酚對葡萄糖轉運體的抑制效果

4 結論與展望

膳食多酚在控制淀粉消化吸收方面存在著巨大潛力，目前的研究主要集中在多酚對淀粉消化酶及葡萄糖轉運的影響，對多酚－淀粉復合作用的研究有待加強：1）多酚與淀粉復合物形成過程中分子間相互作用力及其對復合物形成的貢獻不清楚。2）多酚與淀粉復合作用研究的手段有限，基于諸如13C固體核磁共振等技術的研究需要加強。3）有關二者的結構對多酚－淀粉復合作用的研究鮮見。4）基于真實食品體系的多酚－淀粉復合作用的研究基本空白。

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The Digestion and Absorption of Starch Affected by Dietary Polyphenols

LüXia1Ye Fayin1Liu Jia1Zhao Guohua1，2

（College of Food Science，Southwest University1，Chongqing 400715）
（Center of Food Engineering and Technology Research of Chongqing2，Chongqing 400715）

In recent years，the study on regulating the texture and functional properties of foods by their components interactions has become a research hotspot in food science.Interactions between polyphenols and starches occur widely in foods.The Interactions have a large importance for regulating the flavor and texture of foods，improving the bioavailability of polyphenols，inhibiting the starch retrogradation and reducing the rate of digestion and absorption of starch.By the extensive review of available references，the complexation of starch with polyphenols，the inhibition effects of polyphenols on the activity of starch digestive enzymes and the transportation of glucose across intestinal epithelial cell have been researched in the paper.The study results have offered helpful information in developing novel functional foods to prevent and controlling postprandial hyperglycemia.

dietary polyphenol，starch，digestion and absorption，glucose transport，amylase

TS236.5

A

1003－0174（2015）06－0134－06

國家自然科學基金（31371737），863計劃（2011AA100 805－2）

2014－01－22

呂霞，女，1990年出生，碩士，食品科學

趙國華，男，1971年出生，教授，食品化學與營養學