功能性纯素汤作为生物活性食品基质：模拟胃肠消化过程中多酚含量与抗胆碱酯酶活性的演变

《Journal of Functional Foods》：Functional vegan soups as bioactive food matrices: Evolution of polyphenol content and anticholinesterase activity during simulated gastrointestinal digestion

　　

功能性纯素汤可作为生物活性食品基质：模拟胃肠消化过程中多酚含量与抗胆碱酯酶活性的演变。研究人员此前开发了以蘑菇、韭葱、芦笋和沙棘为原料的纯素午餐汤，作为胆碱酯酶抑制剂和抗氧化化合物的天然来源。本研究旨在评估模拟胃肠消化对这些汤品抗胆碱酯酶活性（anticholinesterase activity）及多酚组成的影响，并同步监测丙烯酰胺（acrylamide）和5-羟甲基糠醛（5-HMF）在消化过程中的含量变化。采用体外（in vitro）消化模型，涵盖口腔、胃、小肠及结肠发酵阶段，并利用超高效液相色谱-电喷雾电离-质谱联用（UHPLC–ESI–MS）对多酚类化合物进行定性与定量分析，同时通过等温滴定量热法（ITC）表征酶-配体相互作用的热力学参数。研究发现，生物活性化合物在整个消化过程中保持可检测状态；丙烯酰胺和5-HMF浓度在胃肠消化过程中显著下降；结肠发酵阶段显著增强了纯素汤的胆碱酯酶抑制活性；肠道微生物群促进了特定生物活性酚类化合物的恢复；植物基汤品可作为健康促进成分的稳定载体。研究结论表明，消化过程对酚类物质的影响呈现先降解后部分再生的双相模式，食品基质组成和肠道微生物代谢共同决定了多酚的生物可及性与神经保护潜力。

论文解读

一、研究背景与目的

汤品作为最古老且被广泛接受的食物形式之一，凭借其半流质特性适合不同消费群体，同时为融入具有潜在健康功效的生物活性成分提供了便捷平台。近年来，功能性食品和营养保健品领域对维持认知健康、预防神经退行性疾病日益关注，植物源化合物对神经元功能的调节作用成为研究热点。阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）的主要病理特征之一是胆碱能神经传递的丧失，而胆碱酯酶抑制是AD公认的症状性药物治疗策略。多酚类化合物，包括黄酮类、酚酸类和鞣质类，被证实可通过结合胆碱酯酶的活性位点或外周阴离子位点来抑制乙酰胆碱酯酶（acetylcholinesterase, AChE）和丁酰胆碱酯酶（butyrylcholinesterase, BChE）活性，从而增强乙酰胆碱的可用性。此外，多酚还能通过减轻神经炎症、氧化应激和小胶质细胞活化发挥更广泛的促认知作用。

然而，多酚类化合物对胃肠环境敏感，其在消化过程中的稳定性和活性存在不确定性。消化过程中发生的复杂转化可能改变多酚的数量和生物利用度：植物细胞壁的破坏可增强结合态酚类的释放，但同时释放的分子也可能经历降解、氧化、脱酯化或结合反应，从而改变其结构和生物活性。因此，体外模拟消化为理解食品基质组成和消化条件如何影响酚类化合物的命运及其功能效应提供了重要模型。

此外，汤品制备过程中的热处理可导致低分子量化合物的形成，如丙烯酰胺和5-羟甲基糠醛（5-HMF）。丙烯酰胺是主要通过还原糖与天冬酰胺之间的美拉德反应生成的热诱导污染物，在实验环境中与神经毒性相关，并被归类为可能对人类致癌。5-HMF是另一种常见于加工果蔬食品中的美拉德反应产物。值得注意的是，多酚可能通过清除活性羰基中间体和自由基来调节美拉德型反应，从而限制丙烯酰胺和5-HMF的形成。这种抗氧化与促氧化过程之间的相互作用凸显了植物基基质的化学复杂性。

基于上述背景，本研究旨在评估模拟胃肠消化对富含胆碱酯酶抑制剂的纯素午餐汤的抗胆碱酯酶活性及多酚组成的影响，同时监测丙烯酰胺和5-HMF在消化过程中的形成与稳定性变化。

二、研究设计与技术方法

研究人员制备了四种纯素午餐汤（蘑菇汤、韭葱汤、芦笋汤和沙棘汤），采用标准化体外胃肠消化模型，涵盖口腔阶段（2分钟）、胃阶段（20分钟）、小肠阶段（60和120分钟）以及结肠发酵阶段（2小时和24小时）。结肠发酵阶段使用商业益生菌接种物（Jarro-Dophilus?），包含乳杆菌属和双歧杆菌属等10种菌株，总活菌数为50×10? CFU/胶囊。消化全程通入CO?维持厌氧条件。

主要技术方法包括：超高效液相色谱-电喷雾电离-质谱联用（UHPLC–ESI–MS）用于多酚类化合物的定性与定量分析，涵盖三组分析方法分别测定黄烷-3-醇类、黄酮醇类和酚酸类化合物；等温滴定量热法（isothermal titration calorimetry, ITC）用于表征消化液中的汤品来源化合物与AChE或BChE之间的相互作用，获取热力学参数（ΔH、ΔG、ΔS、解离常数K_D、结合常数K_A）和抑制常数（K_i）及半数抑制浓度（IC??）。统计分析采用单因素方差分析（ANOVA）和Tukey事后检验，显著性水平设为p<0.05。

三、研究结果

3.1 黄烷-3-醇含量（表儿茶素、没食子儿茶素、儿茶素没食子酸酯、表没食子儿茶素没食子酸酯）

模拟胃肠消化显著影响了所有汤品中特定黄烷-3-醇的含量。儿茶素没食子酸酯（catechin gallate）和表没食子儿茶素没食子酸酯（epigallocatechin gallate, EGCG）表现出显著的消化依赖性变化。蘑菇汤初始含有最高水平的没食子酰化儿茶素，在小肠消化后EGCG仍保持相对较高浓度，结肠发酵后进一步增加，表明肠道微生物介导了结合态酚类的释放或转化。相比之下，表儿茶素和没食子儿茶素在未消化样品与小肠或大肠阶段结束之间未显示统计学显著差异，但整体趋势与既往报道一致，即非没食子酰化黄烷-3-醇在肠道条件下更易氧化和结构修饰。蘑菇汤和芦笋汤在整个消化过程中维持了较高水平的没食子酰化儿茶素，这可能与基质组成差异有关，包括纤维含量、蛋白质-多酚相互作用和缓冲能力。

3.2 黄酮醇含量（槲皮素、山柰酚和芦丁）

槲皮素（quercetin）表现出显著的消化依赖性变化，尤其在未消化样品与大肠阶段结束之间。韭葱汤中槲皮素含量从消化前约12.7 μg/100 g降至大肠阶段结束时的9.9 μg/100 g，沙棘汤也观察到类似的显著降低。这与其苷元在中性和碱性条件下易降解的特性一致。山柰酚（kaempferol）在细菌接种后出现显著增加，韭葱汤中从约3.9 μg/100 g增至8.7 μg/100 g，表明微生物水解了结合态黄酮醇，释放游离苷元。芦丁（rutin）在大肠阶段也出现显著变化，支持细菌酶在芦丁脱糖基化中的作用。蘑菇汤和芦笋汤在消化结束时保留了较高水平的黄酮醇，而韭葱汤和沙棘汤表现出更大的显著变化。

3.3 芥子酸、阿魏酸、绿原酸和咖啡酸含量

芥子酸（sinapic acid）在小肠阶段结束时出现中度但显著的降低，沙棘汤较未消化样品减少约50%，且大肠阶段结束时仍与未消化样品有显著差异，表明微生物发酵未能完全恢复该化合物。阿魏酸（ferulic acid）在所有汤品中均表现出显著的消化依赖性变化，未消化状态与小肠阶段结束之间显著降低，韭葱汤约从1.0降至0.3 mg/100 g，芦笋汤约从1.2降至0.1 mg/100 g，与模拟肠道条件下阿魏酰化多糖的去酯化和氧化降解一致。值得注意的是，多种汤品在大肠阶段结束时阿魏酸水平与未消化样品有显著差异，表明结肠微生物可水解阿魏酰化膳食纤维，在发酵过程中释放游离阿魏酸。绿原酸（chlorogenic acid）在胃阶段相对稳定，但在小肠阶段显著降低，尤其在芦笋汤和蘑菇汤中，反映其对肠道酯酶水解的敏感性。咖啡酸（caffeic acid）则呈现不同模式，在细菌接种后出现适度增加，韭葱汤中从小肠阶段结束时的约1.0 mg/100 g增至接种后的1.5 mg/100 g，支持绿原酸在消化和发酵过程中水解转化为咖啡酸。

3.4 没食子酸、鞣花酸和3,4-二羟基苯甲酸含量

鞣花酸（ellagic acid）在所有汤品中表现出最显著的消化依赖性变化，浓度在小肠阶段结束前大幅下降，如韭葱汤中从约5降至2 μg/100 g，反映其在中性和碱性条件下的不稳定性。大肠阶段结束时鞣花酸水平仍与未消化样品显著不同，表明结肠消化过程中进一步转化，与肠道微生物将其广泛代谢为尿石素（urolithins）的报道一致。没食子酸（gallic acid）在细菌接种后出现显著增加，韭葱汤中从消化前约1.4 mg/100 g增至结肠阶段开始时的2.3 mg/100 g，表明微生物从没食子酰化多酚和水解鞣质中释放没食子酸。3,4-二羟基苯甲酸（原儿茶酸，protocatechuic acid）在小肠阶段降低后，细菌接种后出现显著增加，韭葱汤中从小肠阶段结束时的约1.9 μg/100 g增至接种后的3.0 μg/100 g，表明微生物将复杂酚类化合物转化为更简单的羟基苯甲酸。

3.5 丙烯酰胺和5-HMF含量

消化前丙烯酰胺浓度在汤品间存在显著差异，芦笋汤最高（0.55 μg/100 g），蘑菇汤和韭葱汤最低（0.11–0.12 μg/100 g）。模拟消化过程中，所有样品的丙烯酰胺含量逐步下降，未消化样品与大肠阶段结束之间观察到显著降低，多数汤品在大肠阶段结束时降至0.05 μg/100 g以下，可能归因于化学和酶促降解以及与食品基质中亲核基团的结合。5-HMF呈现类似的消化依赖性模式，所有汤品在肠道和结肠阶段均观察到显著降低。韭葱汤中5-HMF从消化前约4.2 μg/100 g降至大肠阶段结束时的2.9 μg/100 g，沙棘汤中从约3.9降至1.4 μg/100 g，与5-HMF在中性和碱性条件下发生水合、氧化和聚合反应的报道一致。

3.6 体外胃肠消化对AChE和BChE抑制的影响

胃阶段仅引起抑制活性的微小变化。所有汤品在小肠阶段结束时IC??值显著升高，表明抗胆碱酯酶潜力降低，这与鞣花酸、绿原酸、阿魏酸和部分儿茶素的显著损失相吻合。结肠发酵后，所有汤品的IC??值再次下降，蘑菇汤和韭葱汤尤为明显，表明抑制活性部分恢复，这与微生物孵育后没食子酸、咖啡酸、槲皮素、山柰酚和芦丁浓度增加相关。消化前所有样品均表现出强AChE和BChE抑制（约60–85%），蘑菇汤和芦笋汤活性最强；小肠阶段造成最大降幅（15–25%）；细菌接种后抑制活性再次增强。蘑菇汤和芦笋汤在整个消化过程中维持较低的IC??值，沙棘汤表现出最大的活性波动和酚类化合物损失。

3.7 消化过程中AChE/BChE抑制的动力学和热力学表征

未消化样品中，蘑菇汤和芦笋汤表现出最低的抑制常数（K?）。胃和小肠阶段K?值显著增加，微生物接种后所有汤品的K?值再次下降，与简单酚酸和黄酮醇苷元水平升高一致。沙棘汤始终表现出高于其他汤品的K?值。结合常数（K?）方面，未消化的韭葱汤表现出最高值（约8×10? L/μmol），肠道消化期间K?值下降，微生物接种后所有汤品再次升高，蘑菇汤在结肠阶段维持最高K?值。热力学参数方面，所有消化阶段均观察到负ΔG值，表明汤品来源化合物与胆碱酯酶之间的相互作用自发进行，结肠阶段ΔG值最低，表明形成更稳定的酶-配体复合物。ΔH值主要为负值，表明相互作用为放热过程，特征为涉及氢键和范德华力的多重非共价相互作用。ΔS值普遍较低或略为负值，表明复合物形成过程中结构有序性增加。

四、讨论与结论

本研究表明，体外消化在功能性纯素汤中诱导了化合物特异性转化，导致上消化道酚类物质初步降解，随后在结肠中部分微生物再生。汤品间的差异凸显了食品基质在调控多酚稳定性和生物可及性方面的关键作用。消化过程降低了丙烯酰胺和5-HMF等热衍生污染物的含量，改善了整体安全性，同时改变了天然酚酸的组成。结肠阶段微生物释放的酚类代谢物有助于维持抗氧化活性和胆碱酯酶抑制潜力。动力学和热力学分析证实了胆碱酯酶抑制的双相行为：小肠中活性和结合亲和力的短暂丧失，随后由结肠微生物活性驱动的恢复。酶-配体相互作用的放热和自发性质表明，微生物代谢物加强了与活性位点的氢键结合，维持了消化后汤品的神经活性潜力。

研究结论指出，胃肠和微生物转化共同决定了膳食酚类的生物活性，表明选定的生物活性化合物和体外胆碱酯酶抑制活性在模拟消化后可能得以保留或增强。研究局限性包括：使用标准化商业接种物虽确保了可重复性，但可能限制了酚类转化的多样性；采用粪便微生物群则会引入显著变异性，因为个体微生物谱差异较大，且多数厌氧微生物暴露于大气氧会迅速降低活力。